2025
Том 61 № 1 2025 (ЯНВАРЬ – ФЕВРАЛЬ)
СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА
ФОТОНИКА: МЕТОДЫ, КОМПОНЕНТЫ, СИСТЕМЫ
1. Абрамов А. С., Золотовский И. О., Лапин В. А., Моисеев С. Г., Санников Д. Г. Генерация оптических импульсов из фазово-модулированной волны, усиленной в цилиндрическом волноводе бегущей волной пространственного заряда
Аннотация: Рассмотрена динамика взаимодействия электромагнитного излучения ближнего инфракрасного диапазона с волной пространственного заряда (ВПЗ), распространяющейся в объёме полупроводникового цилиндрического волновода на основе n-GaAs. Продемонстрирована возможность фазовой модуляции замедляемой электромагнитной волны типа моды «шепчущей галереи» с глубиной от 10 до 30 рад. Показано, что при дальнейшем распространении в оптическом волноводе модулированное по фазе излучение распадается на последовательность ультракоротких импульсов, частота следования которых совпадает с частотой ВПЗ, реализуемой в волноводе. Обнаружено, что пиковая мощность сформированных импульсов превосходит среднюю мощность вводимого в волновод излучения приблизительно на три порядка и может достигать значений 20–50 Вт. Оптимальная длина, на которой происходит формирование оптических импульсов за пределами волновода, существенно зависит от амплитуды и частоты модуляции концентрации свободных носителей заряда, связанной с распространяющейся ВПЗ.
Страницы: 3-15 DOI: 10.15372/AUT20250101
2. Андрианов А. В., Сальников Н. И., Анашкина Е. А., Дорофеев В. В., Моторин С. Е., Шарафеев А. Р., Тимофеев О. В., Литвак А. Г. Нелинейное оптическое переключение ультракоротких импульсов в двухсердцевинном теллуритном световоде
Аннотация: Изготовлено двухсердцевинное волокно на основе теллуритного стекла с взаимодействующими одномодовыми сердцевинами, в котором исследовано линейное и нелинейное распространение ультракоротких импульсов. В изготовленном волокне экспериментально продемонстрирован эффект нелинейно-оптического переключения ультракоротких импульсов на длине волны 1,56 мкм, который проявлялся в виде перераспределения энергии между сердцевинами на выходе волокна при увеличении энергии входного импульса, введённого в одну из сердцевин волокна. Эффект наблюдался при относительно невысоких энергиях импульсов менее 2 нДж, что представляет интерес для создания насыщающихся поглотителей для волоконных лазеров с синхронизацией мод.
Страницы: 16-23
DOI: 10.15372/AUT20250102
3. Горбунов О. А., Ватник И. Д., Чуркин Д. В. Влияние эффектов фазовой кросс-модуляции на режим узкополосной генерации случайного волоконного лазера
Аннотация: Обсуждается роль взаимодействия волн накачки и генерации в волоконном лазере со случайно распределённой обратной связью за счёт слабого рэлеевского обратного рассеяния, работающем в режиме узкополосной генерации, которая наблюдается при небольшом превышении мощности накачки над пороговой. Спектр в этом случае состоит из узких (менее 1 МГц) мод, имеющих типичное время жизни 1 мс. Ранее было продемонстрировано, что за процесс декомпозиции мод могут отвечать как внешние шумы (термические или акустические), так и нелинейный процесс четырёхволнового взаимодействия между модами генерации. Построена модель нелинейного взаимодействия волны накачки со сверхузкой модой генерации и показано, что фазовая кросс-модуляция между ними может привести к разрушению моды, если разбегание волн происходит достаточно медленно. Отсюда следует, что режим узкополосной генерации зависит от дисперсии волокна, поскольку последняя определяет соответствующую длину разбегания. Сравнение с экспериментом подтверждает этот вывод: в случайных лазерах на основе волокон с низкой дисперсией не наблюдается узкополосной генерации, в то время как для волокон с большим коэффициентом дисперсии она существует.
Страницы: 24-31 DOI: 10.15372/AUT20250103
4. Итрин П. А., Рибенек В. А., Шаман Ю. П., Сыса А. В., Коробко Д. А., Васин С. В., Фотиади А. А. Насыщающийся поглотитель на основе волоконного ответвителя с покрытием из углеродных нанотрубок
Аннотация: Предложен новый тип элемента, обеспечивающего синхронизацию мод в волоконном лазерном источнике ультракоротких импульсов. Этот элемент представляет собой пару связанных микроволоконных тейперов, покрытых слоем углеродных нанотрубок, и объединяет в себе функции насыщающегося поглотителя и выходного ответвителя. Предлагаемый вариант изготовления насыщающегося поглотителя отличается технологической простотой и может применяться практически в любой оптической лаборатории. На основе полученного образца поглотителя-ответвителя и активных волокон, легированных эрбием, изготовлен кольцевой волоконный лазер, в котором экспериментально продемонстрирована синхронизация мод с генерацией пикосекундных солитонных импульсов.
Страницы: 32-40 DOI: 10.15372/AUT20250104
5. Проскурина К. В., Скворцов М. И., Голиков Е. В., Абдуллина С. Р., Достовалов А. В., Егорова О. Н., Семёнов С. Л., Бабин С. А. Применение двухсердцевинного световода со связью между сердцевинами для реализации узкополосного эрбиевого лазера
Аннотация: Представлен эрбиевый лазер в конфигурации с полуоткрытым резонатором, состоящим из узкополосной волоконной брэгговской решётки и случайной распределённой обратной связи в искусственном рэлеевском отражателе. Для дополнительной спектральной фильтрации использовался отрезок десятиметрового двухсердцевинного волоконного световода, намотанного на катушку диаметром 9 см. Достигнут одночастотный режим генерации с максимальной выходной мощностью 4,4 мВт, при этом ширина линии генерации составила 2 кГц.
Страницы: 41-47 DOI: 10.15372/AUT20250105
6. Терентьев В. С., Симонов В. А. Метод селекции радиальных мод в оптическом волокне с помощью тонкой поглощающей оболочки
Аннотация: Предложен новый метод селекции поперечных мод оптического цилиндрического волокна с помощью тонкой поглощающей оболочки. Результаты расчётов в среде COMSOL ® Multiphysics демонстрируют возможность селекции моды HE12 по потерям в многомодовом волокне на длине волны 1550 нм, при этом тонкая поглощающая оболочка (с толщиной 2,5–10 нм) располагается в окрестности минимумов компонентов полей |Er,ϕ|. Радиус оболочки оптимизируется по минимуму величины погонных потерь α для данной моды, которые составляют сравнительно малую величину от –0,02 до –0,06 дБ/см в зависимости от параметров оболочки, при этом для остальных мод эта величина в десятки раз больше. Для аналитического описания приведена оценочная формула погонных потерь. Проведены поиски оптимальных радиусов поглощающей оболочки с точки зрения минимизации потерь селектируемой моды для различных коэффициентов поглощения и толщин оболочки. Показана слабая спектральная зависимость коэффициента погонных потерь для заданной толщины оболочки и коэффициента поглощения.
Страницы: 48-56 DOI: 10.15372/AUT20250106
7. Третьяков Д. Б., Коляко А. В., Плешков А. С., Рябцев И. И., Неизвестный И. Г. Одновременная генерация двух квантовых ключей при передаче одиночных фотонов с длинами волн 780 и 850 нм по одному атмосферному квантовому каналу
Аннотация: Предложен и реализован экспериментально метод увеличения скорости генерации квантового ключа в атмосферных квантово-криптографических линиях связи за счёт одновременной передачи одиночных фотонов с длинами волн 780 и 850 нм по одному квантовому каналу. Созданная нами лабораторная система продемонстрировала примерно двукратное увеличение скорости генерации так называемого «просеянного» квантового ключа при использовании двух установок, работающих на длинах волн 780 и 850 нм и передающих фотоны по одному квантовому каналу длиной 23 см. Скорость генерации просеянного квантового ключа и уровень ошибочных битов для длины волны 780 нм составили 11502 ± 290 бит/с и 2,4 ± 0,4 %, а для длины волны 850 нм — 10627 ± 290 бит/с и 3,9 ± 0,5 %.
Страницы: 57-66 DOI: 10.15372/AUT20250107
ОПТИЧЕСКИЕ И ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ, СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ
8. Анашкина Е. А., Андрианов А. В. Спонтанное нарушение симметрии в стеклянных микросферах с кубичной нелинейностью и рэлеевским рассеянием
Аннотация: Экспериментально и теоретически исследовано спонтанное нарушение симметрии в стеклянных диэлектрических микросферах с керровской нелинейностью с учётом линейного рэлеевского рассеяния между встречными волнами при двунаправленной симметричной оптической накачке. Показано, что чем больше коэффициент рэлеевского рассеяния, тем выше пороговая мощность, необходимая для наблюдения эффекта. Увеличение рэлеевского коэффициента связи между противоположно распространяющимися волнами приводит к сужению области отстройки частоты накачки от частоты точного резонанса, в которой реализуется спонтанное нарушение симметрии, и уменьшению асимметрии состояний света.
Страницы: 67-73 DOI: 10.15372/AUT20250108
9. Бессмельцев В. П., Баев С. Г., Голошевский Н. В., Лукьянов А. В., Жумадилов М. Д. Исследование методов лазерной наноструктурной модификации поверхности образцов из инструментальных сталей, предварительно подвергнутых термической обработке
Аннотация: Рассмотрен метод наноструктурной модификации поверхности металлических образцов, предварительно подвергнутых термической обработке, с помощью фемтосекундного лазерного излучения. Приведены результаты экспериментов по исследованию процесса и определению технологических режимов микрообработки образцов — поверхностного упрочнения и лазерного шлифования. Показаны увеличение поверхностной микротвёрдости для закалённых заготовок из инструментальных сталей и последующее уменьшение шероховатости без потери твёрдости.
Страницы: 74-79 DOI: 10.15372/AUT20250109
10. Новоселов А. Р., Михайлов Н. Н., Менщиков Р. В., Алдохин П. А., Маточкин А. Е. Влияние тонких слоёв CdTe и ZnTe на форму подложек GaAs
Аннотация: Выяснено влияние на форму приборных пластин (ПП) GaAs формирования тонких слоёв CdTe и ZnTe. При формировании тонких буферных слоёв ZnTe (толщиной 20–300 нм) и CdTe (5–7 мкм) на ПП GaAs (толщиной ∼420 мкм) их изгиб увеличивался более чем на 1 мкм. Найдено технологическое решение уменьшения изгиба приборных пластин GaAs более чем на 1 мкм после формирования тонких слоёв (CdTe и ZnTe), после технологического отжига при температуре 600 °C в высоком вакууме осуществляется медленное остывание образца (со скоростью 0,5 град/мин) в течение 11 ч.
Страницы: 80-86 DOI: 10.15372/AUT20250110
АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИГНАЛОВ И ИЗОБРАЖЕНИЙ
11. Лапко А. В., Лапко В. А., Шаруева А. В. Непараметрический алгоритм распознавания образов в задачах анализа данных дистанционного зондирования антропогенных территорий
Аннотация: Приводятся результаты применения новой методики проверки гипотезы о независимости случайных величин при анализе данных дистанционного зондирования антропогенных территорий. Основу методики составляет непараметрический алгоритм распознавания образов, соответствующий критерию максимального правдоподобия. Определены линейные и нелинейные зависимости между спектральными признаками, которые характеризуют антропогенные территории. Рассматриваются результаты распознавания типов антропогенных территорий по спектральным данным дистанционного зондирования.
Страницы: 87-97 DOI: 10.15372/AUT20250111
12. Макеев А. А., Щербачёв В. А. Обнаружение импульсного ЛЧМ-сигнала
Аннотация: Предложен алгоритм обнаружения единичного импульса с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ) в условиях приёма при низких отношениях сигнал/шум. Предcтавленный метод обнаружения основан на характерных свойствах ЛЧМ-сигнала, отличающих его от шумов и помеховых сигналов, что позволяет решать задачу обнаружения даже при значительной априорной неопределённости о параметрах полезного сигнала.
Страницы: 98-106 DOI: 10.15372/AUT20250112
13. Злобина А. Г., Журбин И. В., Шаура А. С., Рублёва Е. А. Алгоритм статистического анализа данных тепловизионной съёмки для оценки структуры культурного слоя археологических памятников
Аннотация: Применение тепловизионной съёмки для реконструкции объектов исторического наследия ограничено влиянием современной распашки и отсутствием археологических объектов с контрастными термическими свойствами. Отличительная особенность предложенного алгоритма статистического анализа состоит в использовании текстурных признаков Харалика на этапе извлечения признаков. Последующая сегментация изображения позволяет выявить участки культурного слоя различной мощности как площадные ландшафтные объекты. Интерпретация их свойств основывается на эталонных данных междисциплинарных исследований — раскопок, геофизики, почвенных бурений. Оценка тенденций взаимного расположения сегментов разных классов и соотношение их площадей позволяет выдвинуть гипотезу о границах археологического памятника. Анализ структуры сегментированного тепловизионного изображения на участке средневекового Кушманского III селища (Удмуртия) показал принципиальные отличия в распределении гумусированного слоя грунта на поселении и прилегающей территории, не подвергавшейся антропогенному воздействию. Предложенный алгоритм может рассматриваться как эффективный инструмент изучения объектов исторического наследия.
Страницы: 107-117 DOI: 10.15372/AUT20250113
14. Кирьянов В. П., Кирьянов А. В. Проблемы калибровки угловых датчиков встраиваемого типа
Аннотация: Представлены результаты тестирования эффективности использования одновременно двух измерительных процедур: самокалибровки и автокомпенсации, применяемых в лазерных генераторах изображений с круговым сканированием для снижения погрешности синтеза структур. Выявлено, что при использовании подобной стратегии возникает целесообразность ограничения сложности аппаратной реализации процедуры самокалибровки из-за действия неучитываемых источников искажений. Для снижения этого возникающего предела предложено в указанных установках применять конфигурацию оптико-механической системы, аналогичную той, что используется при калибровке встроенных в них угловых датчиков. Кроме того, также необходимо непрерывно отслеживать и учитывать проявления искажающих факторов, вклады которых нестабильны во времени.
Страницы: 118-128 DOI: 10.15372/AUT20250114
Том 61 № 2 2025 (МАРТ – АПРЕЛЬ)
СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА
УПРАВЛЯЮЩИЕ И ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ
1. Бычков И. В., Феоктистов А. Г., Боднюк М. Е., Карамов Д. Н. Система мониторинга физической модели микросети
Аннотация: Применение микросетей является актуальным направлением развития энергетики как в России, так и за рубежом. При этом возникают проблемы выбора оптимальной структуры и параметров функционирования таких сетей. Проведение натурных экспериментов с реальным энергетическим комплексом обуславливает определённые риски, связанные с большими временны́ми и финансовыми затратами, а также надёжностью и безопасностью работы его оборудования. Поэтому, как правило, проводятся исследования на математической или физической моделях микросети. Физическая модель позволяет решить ряд важных задач, в числе которых анализ структуры сети, изучение её ключевых свойств (живучести, надёжности, регулирования спроса и предложения энергоресурсов, использования возобновляемых источников энергии и др.) и определение оптимальных режимов работы. Рассматривается система мониторинга физической модели микросети — имитационного стенда, моделирующего сеть с высокой долей возобновляемых источников электроэнергии.
Страницы: 5-12 DOI: 10.15372/AUT20250201
2. Мамонов В. Н., Миськив Н. Б., Назаров А. Д., Серов А. Ф., Терехов В. И. Оценка размеров вихревых структур в кольцевом потоке системы Куэтта — Тейлора с помощью амплитудно-частотных спектров пульсаций давления
Аннотация: Предложен метод и технические средства, позволяющие проводить оценку размеров вихревых структур, генерируемых в кольцевом пространстве системы Куэтта — Тейлора. Оценка размеров данных структур проводилась на основе анализа измеренных амплитудно- частотных спектров пульсаций радиальной составляющей динамического давления. Предложена простая модель генерации вихрей в кольцевом течении Куэтта — Тейлора под воздействием вращающейся поверхности внутреннего цилиндра. На базе этой модели и при использовании измеренных амплитудно-частотных спектров пульсационной составляющей радиального давления проведена оценка размеров генерируемых вихрей в кольцевом течении Куэтта — Тейлора. Показано, что в потоке присутствуют три типа вихрей: c диаметром, заметно меньшим ширины кольцевого зазора, диаметром, сопоставимым с шириной кольцевого зазора, и диаметром, заметно превышающим ширину кольцевого зазора системы, что приводит к их деформации (сплющиванию).
Страницы: 13-20 DOI: 10.15372/AUT20250202
3. Абдуракипов С. С., Бутаков Е. Б. Исследование возникновения дросса на линии горячего цинкования с использованием машинного обучения
Аннотация: Представлена модель машинного обучения на основе градиентного бустинга, разработанная для прогнозирования возникновения дефектов (дроссов) на оцинкованных стальных листах, применяемых в автомобильной промышленности. Проведён анализ влияния технологических параметров на возникновение дефектов, что позволило определить ключевые факторы, влияющие на качество покрытия: скорость прокатки, удлинение и усилие в дрессировочной клети, толщина цинка сверху, температура цинкования и температура в носке печи. Разработан цифровой помощник для оценки рулонов в режиме реального времени, обеспечивающий симуляцию процесса принятия решений и помогающий оперативно управлять технологическим процессом.
Страницы: 21-30 DOI: 10.15372/AUT20250203
4. Скляров А. Н., Веригин С. А., Ракшун Я. В. Модификация программного пакета Sardana для нужд системы окружения образца экспериментальной станции 1-1 «Микрофокус» ЦКП «СКИФ»
Аннотация: Приведены модификации программного пакета Sardana для автоматизации экспериментальных станций синхротронного излучения, созданные для достижения номинальной точности работы позиционеров и меньших временны́х затрат при минимальном контроле со стороны оператора, а также для выполнения типовых экспериментов и гибкой конфигурации эксперимента. Данные модификации применены в автоматизированной системе управления системой окружения образца экспериментальной станции 1-1 «Микрофокус».
Страницы: 31-38 DOI: 10.15372/AUT20250204
5. Антипина Е. В., Мустафина С. А., Антипин А. Ф. Поиск приближённого решения нелинейной задачи оптимального быстродействия на основе эволюционных вычислений
Аннотация: Рассматривается задача оптимального быстродействия для процесса, описываемого системой нелинейных дифференциальных уравнений. Для определения приближённого решения задачи предложено применить эволюционный метод искусственных иммунных систем, преимуществом которого является отсутствие чувствительности к выбору начального приближения. Для поиска численного решения задачи оптимального быстродействия сформулирован пошаговый алгоритм, работа которого апробирована на модельных задачах. Для каждой задачи получено субоптимальное по быстродействию управление и определены параметры алгоритма, при которых решение рассчитано с наименьшими вычислительными затратами. Продемонстрирована эффективность применения разработанного алгоритма путём сравнения результатов численных расчётов с результатами применения метода неподвижных точек и метода искусственных иммунных систем.
Страницы: 39-49 DOI: 10.15372/AUT20250205
6. Мизюканова А. А., Чикильдин Г. П. Определение зависимости частотных свойств от параметров функции, используемой в методе наименьших квадратов параметрической идентификации
Аннотация: Рассматривается задача параметрической идентификации линейного динамического объекта с одним входом и выходом в условиях неполной априорной информации на основе метода наименьших квадратов. На этапе формирования системы уравнений относительно неизвестных параметров используется формирующая функция специального вида, позволяющая заменить операции численного дифференцирования измеренных сигналов входа и выхода идентифицируемого объекта операцией интегрирования по частям. Получены в аналитическом виде зависимости частотных свойств формирующей функции и её производных от корректирующих параметров данной функции. Приводятся результаты, иллюстрирующие практически полное совпадение частот, полученных экспериментально и по аналитическим соотношениям.
Страницы: 50-55 DOI: 10.15372/AUT20250206
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ
7. Подивилов Е. В., Маснев Н. Г., Стурман Б. И. Кинетика обращения поляризации при проводящих доменных стенках. Приложение к кристаллам ниобата лития
Аннотация: Промоделировано обращение спонтанной поляризации в сегнетоэлектрике с учётом проводимости доменных стенок. Конденсаторная геометрия рассмотрена применительно к ниобату лития. Показано, что полевая зависимость скорости нуклеации доменов подчиняется закону exp (–En/E), где E — приложенное поле, а En ≈ 102 кВ/мм — характеристическое поле, контролирующее процесс зародышеобразования. Для критических доменов продольный размер l∗c значительно превосходит поперечный 2l∗a ≈ 1 нм. Кинетическая модель включает в себя не только случайный процесс нуклеации, но и последующие элементарные события бокового роста которые подчиняются закону Мерца exp (–El/E) с характеристическим полем El = En/3√3, определяемым симметрией кристалла. Численные расчёты показывают чёткие стадии нуклеации доменов, их бокового роста и коалесценции. В согласии с экспериментом время переключения поляризации подчиняется закону exp (E∗/E) с E∗ = (En + 2El)/3, причём петли гистерезиса показывают обычное поведение с коэрцитивным полем Ec = (3−5) кВ/мм, слабо зависящим от периода приложенного поля.
Страницы: 56-67 DOI: 10.15372/AUT20250207
8. Маслов Н. А. Коррекция ошибок в матрицах возбуждения-эмиссии с помощью метода главных компонент
Аннотация: Флуоресцентная спектроскопия, использующая сканирование длин волн возбуждения, представляет собой мощный химический, биологический и медицинский диагностический инструмент, позволяющий охарактеризовать распределение флуорофоров в образцах различной природы. Однако, когда флуорофоры изначально неизвестны, интерпретация больших наборов спектров флуоресценции, зависящих от длины волны возбуждения, значительно затрудняется, особенно если в измеренных матрицах возбуждения-эмиссии присутствуют потери данных вследствие случайных причин или систематических факторов. Предлагается использование метода главных компонент для восстановления повреждённых участков спектра, который, благодаря независимости спектров флуоресценции отдельных флуорофоров от длины волны возбуждающего излучения, позволяет делать это без потери данных.
Страницы: 68-75 DOI: 10.15372/AUT20250208
9. Манцурова С. В., Шварц Н. Л. Влияние ориентации подложки и размера капли катализатора на направление роста кремниевых нанопроволок
Аннотация: Работа посвящена моделированию роста кремниевых нанопроволок методом Монте-Карло по механизму пар — жидкость — кристалл с использованием золотых капель в качестве катализатора. Рассмотрен рост наклонных нанопроволок на поверхностях Si с ориентациями (111), (011) и (100). Выяснено, что размер золотых капель влияет на ориентацию и морфологию кремниевых нанопроволок. Продемонстрирован рост наклонных нанопроволок с применением капель малого размера в направлениях ⟨011⟩ и ⟨211⟩. С увеличением размера капель наиболее вероятным направлением роста нанопроволок становится ⟨111⟩. Представлены диаграммы, демонстрирующие вероятность направления роста нанопроволок на поверхностях Si разной ориентации от размера капли Au. Проанализирована кинетика нестабильного роста кремниевых нанопроволок, катализируемых каплями малого размера.
Страницы: 76-83 DOI: 10.15372/AUT20250209
10. Варданян В. А. Метод моделирования передачи M-QAM-сигналов по волоконно-оптическому тракту по технологии оптического мультиплексирования OFDM
Аннотация: Разработан метод моделирования передачи канальных сигналов формата модуляции M-QAM по технологии СО-OFDM по волоконно-оптическому тракту, функционирующему в нелинейном режиме. С помощью полученных нормированных аналитических выражений моделируются искажения сигналов на приёмной стороне при заданных параметрах системы передачи, и на основе статистического анализа параметров сигнала и шума рассчитывается показатель качества сигнала (Q-фактор). Модель позволяет наглядно представить искажение сигнала в созвездии сигнальных точек в IQ-диаграмме при заданных параметрах системы передачи. Приводится пример моделирования системы передачи OFDM-сигнала с суммарной скоростью 4 Тбит/c по стандартному одномодовому оптическому волокну на 80, 160 и 240 км; для достижения максимального показателя качества сигналов на таких расстояниях передачи найдены оптимальные уровни оптической мощности сигнала +5,5, +4 и +2,5 дБм.
Страницы: 84-97 DOI: 10.15372/AUT20250210
ФОТОНИКА: МЕТОДЫ, КОМПОНЕНТЫ, СИСТЕМЫ
11. Пальчикова И. Г., Смирнов Е. С. Анализ построения изображений оптическими системами, содержащими аксиконы, в рамках теории линейных систем
Аннотация: Оценка качества изображения имеет решающее значение при создании оптических систем с увеличенной глубиной резкости, содержащих аксиконы, которые обладают двумя каустиками, сохраняют свойство линейности, но являются пространственно-вариантными, что создаёт сложности для их анализа. Мы предлагаем рассматривать изображения, формируемые каждой из каустик, в рамках теории линейных систем. Выполнен теоретический анализ построения изображений, и найдены функции рассеяния точки для трёх оптических систем, в которых формируются тороидальные световые волны с помощью аксикона, а также проведены многократные эксперименты по определению разрешающей способности таких систем. В результате показано, что аксикон строит изображение единственного предмета в виде непрерывного набора промежуточных изображений вдоль фокального отрезка. Световые пучки, падающие от предмета на центральную часть аксикона, будут создавать промежуточное изображение в непосредственной близости от аксикона, а пучки, падающие на периферию аксикона, — на периферии фокального отрезка. При этом все эти слабоконтрастные изображения маскируют друг друга. Тандем линзы и аксикона одновременно строит изображения предмета как в ближней зоне дифракции в виде набора промежуточных изображений, так и в дальней — в геометрически преобразованном виде. Причём в ближней зоне дифракции глубина пространства, изображаемого тандемом, может превышать глубину пространства, изображаемого одиночным объективом. Экспериментальные данные подтверждают теоретические выводы.
Страницы: 98-112 DOI: 10.15372/AUT20250211
12. Волоси В. М., Вево И. Я., Симонов В. А., Ризк Х. А., Коляда Н. А., Харенко Д. С. Особенности изготовления волоконных тейперов для согласования полей мод различных оптических волокон
Аннотация: Продемонстрировано исследование потерь на пропускание в области 1,5–1,6 мкм для тейперов, в зависимости от их длины, скорости выплавки и размеров перетяжки на примере оптического волокна Corning SMF-28. Тейперы изготовлены на сварочных аппаратах Fujikura FSM-100P, 100P+, LZM-100 и станции Lightel CW-200B. В итоге проведённых экспериментов определена конфигурация тейперов с минимальными потерями, которые составили –0,5 дБ. С использованием станции Lightel CW-200B удалось изготовить модовый адаптер для согласования мод стандартного оптического волокна с сохранением поляризации Fujikura SM15-PS-U25D и высоконелинейного волокна с уменьшённой сердцевиной HNLF PM. За счёт лучшего согласования полей мод потери на соединении данных оптических волокон уменьшены с –3 до –1,25 дБ.
Страницы: 113-122 DOI: 10.15372/AUT20250212
МЕТОДЫ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА
13. Осипов А. Л., Терещенко С. Н. Использование методов компьютерного зрения для обнаружения людей в лесостепной местности
Аннотация: Исследован подход применения методов обучения для настройки моделей нейронных сетей, которые используются для автоматического обнаружения людей в лесостепной местности на изображениях. Для обнаружения применялись модели нейронных сетей YOLOv51, DenseNet, CenterNet, InceptionV3, Xception, Faster R-CNN. Среди представленных моделей наилучшие результаты продемонстрировала дообученная нейронная сеть YOLOv51, которая позволила с точностью 0,8795 на тестовой выборке по метрике F1-score с пороговым значением 0,5 определять людей по графическим изображениям.
Страницы: 123-128 DOI: 10.15372/AUT20250213
Том 61 № 3 2025 (МАЙ – ИЮНЬ)
СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА
АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИГНАЛОВ И ИЗОБРАЖЕНИЙ
1. Резник А. Л., Соловьев А. А., Резник И. Ю., Кожевников Р. М. Построение оптимальных алгоритмов локализации импульсных источников на основе возвратной рекурсии: интеллектуальная программная поддержка
Аннотация: Изложен новый подход к построению оптимальных алгоритмов локализации точечных сигнальных источников, обнаруживающих себя генерацией в случайные моменты времени сверхкоротких импульсов. Подход базируется на применении к данному классу задач итеративного метода возвратной рекурсии. Найдено аналитически точное решение задачи для случая, когда априорная плотность вероятности разыскиваемого источника задаётся кусочно-постоянной функцией произвольной сложности. Весь процесс, связанный с построением оптимального поискового алгоритма, который минимизирует математическое ожидание общего времени локализации разыскиваемого точечно-импульсного источника, полностью формализован и реализован в виде автономного программного блока.
Страницы: 5-16 DOI: 10.15372/AUT20250301
2. Юхно П. М. Синтез алгоритмов слежения за объектами с пространственно-временнóй модуляцией излучений
Аннотация: Рассмотрена задача слежения за объектом, оснащённым маркером с пространственно-временнóй модуляцией излучаемого сигнала. Пространственно-временнáя модуляция обеспечивалась как излучением маркера с двумя неподвижными излучателями, так и маркером с одним вращающимся излучателем. Формальный синтез алгоритмов слежения выполнен на основе использования приближённого решения обобщённого уравнения Стратоновича, которое отличается от традиционных представлений этого уравнения учётом зависимости функции наблюдения не только от времени, но также от произвольного числа других независимых переменных, позволяющих, например, учитывать форму наблюдаемого объекта. Синтезированный алгоритм слежения за объектом с маркером, имеющим вращающийся излучатель, фактически определяет структуру многосвязной замкнутой системы отслеживания с помощью телевизионного (ТВ) датчика координат объекта, а также начальной фазы, частоты и радиуса вращения излучателя маркера. Корректность результатов синтеза подтверждается имитационным моделированием. Синтезированный алгоритм обеспечивает повышенную помехозащищённость процесса слежения по отношению к нескольким неподвижным мешающим излучателям, попадающим в поле зрения ТВ-датчика.
Страницы: 17-27 DOI: 10.15372/AUT20250302
3. Лапко А. В., Лапко В. А., Им С. Т. Декомпозиция спектральных признаков дистанционного зондирования на основе составляющих коэффициента корреляции
Аннотация: Предложена методика декомпозиции области значений двухмерных спектральных признаков по значениям составляющих их коэффициентов корреляции. Основа методики заключается в анализе произведения нормированных значений спектральных признаков. Особенность используемого показателя и вводимые пользователем пороги на его значения позволяют осуществить декомпозицию исходных статистических данных и картирование получаемых результатов. В отличие от традиционных методов предлагаемый подход обладает более высокой вычислительной эффективностью, что необходимо при обработке больших объёмов статистических данных. Рассматриваются результаты применения методики при обработке данных дистанционного зондирования природного объекта.
Страницы: 28-36 DOI: 10.15372/AUT20250303
4. Вострецов А. Г., Филатова С. Г., Вольхин Д. И. Моделирование вектора отсчётов стационарных случайных процессов в системах цифровой обработки сигналов
Аннотация: Предложен способ моделирования случайных последовательностей, составленных из цифровых отсчётов стационарных случайных процессов с заданной спектральной плотностью мощности (СПМ) в системах цифровой обработки сигналов (СЦОС). Способ учитывает ограничение спектра сигнала входными устройствами СЦОС и особенности представления передаточных функций с использованием быстрого преобразования Фурье. В качестве исходного процесса для моделирования принят цифровой белый шум с гауссовским или равномерным распределением. Показано, что оценка СПМ приведённых в результате моделирования последовательностей является несмещённой, её среднее значение совпадает с отсчётами исходной СПМ. Получено выражение для расчёта среднеквадратической погрешности оценки.
Страницы: 37-46 DOI: 10.15372/AUT20250304
5. Моторин С. В., Голышев Н. В., Голышев Д. Н. Пространственно-спектральное преобразование как эталонный метод сопоставления результатов в магнитокардиографических исследованиях
Аннотация: В биомагнитных (магнитокардиографических) исследованиях можно выделить две проблемы: во-первых, сложность сопоставления результатов разных экспериментаторов из-за отсутствия стандартизированных требований к аппаратуре (всё ещё проходит процесс исследований); во-вторых, отсутствие чётко обозначенной методики обработки, в частности определения местоположения ложного (например, постинфарктного) диполя, маскированного основным токовым диполем сердца. Рассмотрены вопросы вывода и анализа преобразования результатов биомагнитных исследований, полученных на одной структуре входного сверхпроводникового преобразователя в другую на основе пространственно-частотных преобразований. Данный метод работает как электронная лупа.
Страницы: 47-55 DOI: 10.15372/AUT20250305
УПРАВЛЯЮЩИЕ И ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ
6. Белоконь С. А., Герасимова А. П., Золотухин Ю. Н., Котов К. Ю., Мальцев А. С. Управление боковым движением летательного аппарата на основе полной энергии
Аннотация: Рассматривается создание системы управления поперечно-путевым движением летательных аппаратов на основе принципа, подобного управлению полной энергией в продольном канале. Представлена структура системы управления, включающая не зависящее от летательных аппаратов ядро, а также переход к командам отклонения руля направления и элеронов, полученных на базе принципа инверсных моделей. Предложен подход к созданию системы управления, и проведено имитационное моделирование поведения трёх летательных аппаратов различной аэродинамической схемы. Исследование качества регулирования выполнено методом численного моделирования.
Страницы: 56-67 DOI: 10.15372/AUT20250306
7. Хайретдинов М. С., Шиманская Г. М., Копылова О. А., Якименко А. А. Обратные задачи геолокации в мониторинговых системах
Аннотация: Рассматриваются методы решения задач геофизического мониторинга окружающей среды по отношению к мощным импульсным источникам — карьерным взрывам, падающим на Землю телам в виде отработанных ступеней ракет при спутниковых запусках, осколков метеоритов и др. Общая постановка исследования сформулирована как решение обратной задачи восстановления параметров источника по его сейсмическим и акустическим волнам. Проведено численное моделирование, и выполнены экспериментальные исследования предлагаемых методов для оценивания точности пространственной локализации источников на примере использования калибровочных пространственно распределённых взрывов.
Страницы: 68-76 DOI: 10.15372/AUT20250307
ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИЗМЕРЕНИЙ
8. Котляр П. Е., Потатуркин О. И. Чувствительные элементы оптико-акустических преобразователей (обзор)
Аннотация: Оптико-акустические преобразователи (ОАП) могут быть использованы во всех приложениях прикладной оптики, где требуются прецизионные измерения мощности электромагнитного излучения. Они относятся к тепловым волюметрическим приёмникам «полного спектра», имеют постоянную спектральную чувствительность в очень широком диапазоне (0,3–10000 мкм) и позволяют измерять как постоянные потоки электромагнитного излучения мощностью от 10−11 Вт с динамическим диапазоном 80 дБ, так и фемтосекундные тераваттные лазерные импульсы. Метрологические параметры ОАП в основном определяются конструкцией чувствительных элементов, осуществляющих акустомеханическое преобразование. Анализируются методы увеличения чувствительности классических мембранных чувствительных элементов за счёт использования новых материалов, оптимизации геометрии, гофрирования и краевой перфорации, а также применение кантилеверов в качестве новых высокочувствительных элементов датчиков давления. Представлены предельные возможности как классических, так и новых методов прецизионных измерений деформации чувствительного элемента ОАП, вызванного давлением расширяющегося газа.
Страницы: 77-95 DOI: 10.15372/AUT20250308
9. Чжан Ж., Тысченко И. Е., Гутаковский А. К., Володин В. А., Попов В. П. Оптические фононы в нанокристаллах InSb, ионно-синтезированных на границе раздела Si/SiO2 структур кремний-на-изоляторе
Аннотация: Изучены свойства оптических фононов в нанокристаллах InSb, ионно-синтезированных на границе раздела Si/SiO2 структуры кремний-на-изоляторе (КНИ). Формирование нанокристаллов InSb происходило в результате диффузии атомов In и Sb из имплантированных областей SiO2 и Si к границе сращивания структуры КНИ при температурах отжига 1000 и 1100 °C в течение 0,5–5 ч. Спектры комбинационного рассеяния света возбуждались излучением лазера с длиной волны λex = 514,5 нм при комнатной температуре. В спектрах отожжённых структур наблюдались полосы рассеяния, положение которых соответствовало TO- и LO-модам в InSb. Обнаружен эффект высокочастотного смещения TO- и LO-мод в нанокристаллах InSb, который имел обратную зависимость от времени отжига по мере увеличения температуры. Природа наблюдаемого эффекта связывается с деформациями в нанокристаллах. В нанокристаллах, формирующихся после отжига при температуре 1000 °C, присутствуют негидростатические деформации, а после отжига при 1100 °C деформации наблюдаются лишь на начальных стадиях роста и близки к гидростатическим.
Страницы: 96-102 DOI: 10.15372/AUT20250309
10. Лебедев А. С., Савицкий А. Г., Северин А. С., Дулин В. М., Скрябиков С. В., Вишев А. В. Исследование лазерным времяпролётным методом особенностей работы пневматических форсунок в широком диапазоне напорных характеристик
Аннотация: Апробирован лазерный времяпролётный метод для регистрации скоростей и размеров капель в широком диапазоне напорных характеристик пневматических форсунок. Нахождение размеров основано на высокоскоростной регистрации задержки порядков рассеяния при пересечении каплей лазерного луча. Определение скоростей осуществляется по времени пролёта капель между двумя лазерными лучами. В качестве примера рассмотрены две форсунки с соосной подачей жидкости и под углом к воздушному потоку. Особенностью режима таких форсунок является требование высокого напора воздушного потока относительно напора распыливаемой жидкости. Определялись особенности работы пневматических форсунок различной конфигурации при распыливании жидкости в условиях низкого воздушного напора. Регистрация параметров капель проводилась с помощью прибора Spray Spy® (AOM-Systems GmbH), предназначенного для измерений в условиях низкого напора, когда качество распыливания неоптимально из-за присутствия в потоке как низкоинерционных капель малого размера, так и высокоинерционных капель большого размера. Установлено, что прибор позволяет одновременно регистрировать сферические капли размером от 5 до 200 мкм при скоростях от 2 до 120 м/с. Наибольший разброс капель по размерам и скоростям наблюдался при подаче жидкости в воздушный поток под углом. Методом визуализации в контровом свете выявлена струйная структура факела распыла исследуемых форсунок.
Страницы: 103-113 DOI: 10.15372/AUT20250310
ОПТИЧЕСКИЕ И ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ, СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ
11. Деревянко Д. И., Пен Е. Ф., Алиев С. И., Шелковников В. В. Влияние постэкспозиционной термической обработки на изменения характеристик отражательных фотополимерных голограмм
Аннотация: Исследовано влияние постэкспозиционной термической обработки на изменения спектральных и дифракционных характеристик отражательных голограмм, полученных на голографических фотополимерных материалах разной толщины (8–10 и 20–25 мкм) в двух случаях постобработки: непосредственно по завершении их записи и после ультрафиолетового задубливания фотополимера. Выявлено, что длительная термообработка при 50 °С незадубленных голограмм толщиной 10 мкм приводит к увеличению амплитуды модуляции коэффициента преломления с 0,014 до 0,022. Для незадубленных голограмм выявлены существенное смещение спектрального отклика в коротковолновую область и уширение его контура вследствие значительной усадки фотополимера и искажений пространственной структуры голографической решётки. После процедуры задубливания термическая обработка не вызывает заметных изменений спектральных и дифракционных характеристик голограмм независимо от их толщины. Установлено, что нагрев/охлаждение в диапазоне 50–5 °С задубленных голограмм толщиной 25 мкм приводит к контролируемому в режиме реального времени батохромному/гипсохромному сдвигу спектрального отклика голограмм, в то время как для голограмм толщиной 8 мкм такие сдвиги отсутствуют, что создаёт предпосылки для формирования нечувствительных к изменениям температуры атермолизованных голографических оптических элементов.
Страницы: 114-125 DOI: 10.15372/AUT20250311
|