Главная – Журналы – Автометрия 2020 номер 4

Дан краткий обзор современных достижений в квантовой информатике. Преимущества квантовых компьютеров показаны на примере простейших квантовых алгоритмов. Рассматривается применение ультрахолодных атомов для реализации квантовых процессоров.

В спектрах излучения плазмы внутри малоэмиссионной камеры сгорания газотурбинного двигателя идентифицированы молекулярные полосы (в скобках приведены наиболее интенсивные канты): OH (306,1 нм), CH (430,18 нм), H2O (714-980 нм), C2 (515,55 нм), NH (336 нм), NO (358,26 нм). Это открывает возможность использования соотношения их интенсивностей для управления рабочими параметрами камеры сгорания в целях снижения выбросов вредных веществ, регламентированных нормами ИКАО. Спектры регистрировались с помощью спектрометров «Колибри-2» в двух исполнениях: I - рабочий спектральный диапазон 190-1100 нм (разрешение 1 нм) и II - 190-360 нм (разрешение 0,2 нм). Ввод излучения в спектрометр осуществлялся с помощью волоконно-оптического кабеля и коллиматора.

Обсуждается возможность построения лазерных доплеровских измерителей вектора скорости, основанная на использовании бихроматического источника пространственно совмещённых гауссовых или бесселевых пучков, двухволнового брэгговского одноканального акустооптического модулятора с отношением частот ультразвуковых волн, равным отношению волновых чисел дифрагирующих лазерных пучков. Пространственная, хроматическая и частотная структура координатно-измерительного 3D-базиса, сформированная из гауссовых или бесселевых пучков одной и той же последовательностью оптических элементов, и адекватное к структуре рассеянного исследуемой средой света фотоэлектрическое преобразование обеспечивают минимальную аппаратную ширину спектра доплеровского сигнала и повышенную помехоустойчивость.

Получены новые экспериментальные данные о динамике дифракционной эффективности (ДЭ) наложенных объёмных отражательных голограмм с периодом решёток 250 нм при их одновременной записи в фотополимерном материале BAYFOL HX TP. Установлены характер и параметры их взаимного влияния при задержке засветки одной голограммы относительно другой. Выявлено, что на динамике ДЭ практически не сказываются вариации времени диффузии мономера в интервале 0,12 < tD < 0,17 с, но существенно проявляется нестационарное поведение параметра фотополимеризации τp, который в наших экспериментах возрастал от 5 до 15 с. Известные уравнения фотоиндуцированного изменения показателя преломления фотополимера доработаны с учётом характера изменения параметра τp. Расчётные зависимости динамики ДЭ, полученные с помощью уточнённых формул, хорошо согласуются с экспериментальными данными (СКО ∼2 %).

В рамках скалярной теории дифракции света Кирхгофа - Френеля исследованы особенности дифракционных явлений в дальней зоне на цилиндрических (металлических) объектах малых диаметров (0,01-0,5 мм) с учётом их отражающих свойств. При расчётах применялась модель цилиндра в виде экрана (нулевой толщины). Отражённая составляющая поля в дальней зоне вычислялась методом стационарной фазы. Показано, что при использовании стандартных алгоритмов обработки информации (справедливых для объектов экранного типа) влияние отражённой волны света приводит к заметной погрешности измерений, пропорциональной амплитудному коэффициенту отражения света от поверхности цилиндра. Для снижения её влияния предложен алгоритм определения диаметров таких объектов с повышенной точностью путём соответствующей обработки дифракционной картины в области углов θ << 3√ λ/R, где λ - длина волны света, а R - радиус цилиндра. Полученные результаты могут быть использованы при разработке высокоточных дифракционных измерителей тонких цилиндрических объектов (проволоки, нити, волокна).

Предложен метод контроля многоэлементной зеркальной системы телескопа космической обсерватории «Миллиметрон» при её настройке после раскрытия на орбите. Для предварительного контроля положения элементов рефлектора используется лазерный дальномер, для финального - оптический метод ножа Фуко. Рассчитана и приведена оптическая схема системы контроля для финальной настройки телескопа. Показаны результаты моделирования изображений, получаемых при отклонении элементов рефлектора. Приведены результаты расчёта оптической системы, реализующей метод ножа Фуко.

Предложены метод и физико-техническое решение лазерной гетеродинной томографии рассеивающих свойств толстых светочувствительных материалов (сред) в режиме отражения. Метод основан на акустооптическом сканировании записанной в среде тестовой отражательной решётки и на послойном коллинеарном гетеродинном анализе рассеянного поля. Получены формулы для оценки пространственной разрешающей способности метода и периода тестовой решётки, а также дана оценка его чувствительности - зависимости гетеродинного сигнала от глубины расположения слоёв решётки. Теоретические выводы подтверждены экспериментально.

Разработана система бесконтактного контроля прямолинейности каналов стволов оружия на основе метода структурного освещения. Предложена и разработана конструкция компактного оптического зонда, в котором для освещения канала ствола используется дифракционный оптический элемент. Представлены алгоритмы обработки изображений, получаемых при сканировании канала ствола, по которым затем восстанавливается 3D-форма контролируемого изделия и вычисляются требуемые геометрические параметры. Приведены результаты испытаний системы контроля прямолинейности на образцах реальной продукции.

Рассматривается возможность определения деформаций крупногабаритных объектов методом структурированного освещения, основанным на проекции картин синусоидальных полос на поверхность исследуемого объекта. Использование пошагового фазового сдвига позволяет выделять информацию о фазовом распределении, отображающем рельеф поверхности. Сравнение фазовых распределений до и после воздействия на объект даёт возможность установить поле деформаций. Представлен новый метод нахождения фазовых разностей, значительно снижающий требования к алгоритмам устранения фазовой неоднозначности. Разработана экспериментальная установка для определения предельной чувствительности метода при исследовании деформаций защемлённой консольной балки. Показано, что чувствительность метода составляет менее 10 мкм на свободном конце балки.

Экспериментально показана возможность изготовления плёночных аксиконов с фокусными отрезками большой величины. Технология изготовления включает вакуумное напыление слоёв халькогенидного стекла переменной толщины, которая линейно изменяется в зависимости от радиуса подложки. Получены аксиконы с фокусными отрезками до 15 м.

На экспериментальной установке для проведения полинга плёночных образцов с возможностью постоянного мониторинга сигнала генерации второй гармоники были определены условия эффективной ориентации молекул хромофора на основе полифтортриарилпиразолина и дицианозамещённого изофорона в микронных плёнках поликарбоната. Возбуждение второй гармоники проводилось излучением импульсного Nd:YAG-лазера 1064 нм при ориентации молекул хромофора в поле коронного разряда. Измерены зависимости уровня сигнала второй гармоники от потенциала на выравнивающей сетке и потенциала на игольчатом электроде.

Представлен одночастотный цельноволоконный тулиевый лазер с распределённой обратной связью. Волоконная брэгговская решётка с фазовым сдвигом, являющаяся резонатором лазера, записана в высоколегированном отрезке тулиевого волокна длиной 36 мм. Максимальная мощность одночастотной генерации на длине волны 1919 нм достигает 80 мВт при мощности накачивающего излучения 1,1 Вт. Ширина линии генерации составила 70 кГц. Относительные шумы оптического излучения не превышали уровень 70 дБ/Гц с максимумом на частоте 1,2 МГц.

Кремниевая фотоника является важнейшей технологической платформой для создания множества функциональных оптических элементов, включая перспективные типы оптических сенсоров. Причём в последние годы 20 % всех публикаций по кремниевой фотонике посвящено именно разработке различных вариантов оптических сенсоров. Их достоинство заключается в совмещении высоких технических параметров с возможностью массового изготовления по КМОП-технологии микроэлектроники и нанофотоники. Даётся краткое описание различных технологических решений последнего десятилетия, обеспечивающих поступательный прогресс в развитии характеристик оптических сенсоров. Отдельное внимание уделено новым перспективным конструкциям сенсоров на основе бимодовой (bimodal) технологии, обещающей значительное увеличение сенсорной чувствительности за счёт выравнивания групповой задержки пары разных оптических мод, распространяющихся по волноводной структуре. Обзор будет полезен для отечественных и зарубежных исследователей, работающих по сенсорной тематике.

Методы, основанные на обработке данных видеосъёмки, показали свою эффективность во многих областях сельского и лесного хозяйств. Тем не менее они недостаточно точны для классификации слаборазличимых объектов и типов растительности, что можно обеспечить только за счёт применения гиперспектральных сенсоров. Но такие устройства до настоящего времени были дороги и сложны в эксплуатации и использовались в основном на спутниках и пилотируемых самолётах. В последние годы предложены технологии создания более компактных и лёгких сенсоров, основанных на выборе на этапе проектирования ограниченного числа спектральных интервалов и их расположения. Они могут использоваться для научных или коммерческих целей в полевых условиях и, кроме того, быть установлены на беспилотных летательных аппаратах. В данной работе на примере 220-канального гиперспектрального изображения экспериментально исследована возможность существенного уменьшения объёма регистрируемых данных за счёт выбора положения и ширины ограниченного количества наиболее информативных спектральных каналов при решении задачи классификации сельскохозяйственных культур. Показано, что применяемый метод формирования систем признаков имеет существенное преимущество по сравнению с регулярным прореживанием и близок по эффективности к методам на основе анализа главных компонент, обладая при этом существенно меньшей требуемой трудоёмкостью вычислений.

В работе рассматривается влияние пространственной неоднородности фотоэлектрических характеристик матричного фотоприёмного устройства (ФПУ) на качество обнаружения малоразмерных объектов в формируемом им изображении. Показано, что в условиях пространственно-неоднородного собственного шума ФПУ традиционно применяемая двухточечная коррекция не является оптимальной для последующей согласованной фильтрации изображения, выполняемой с целью повышения надёжности обнаружения объектов. Предложен двухэтапный алгоритм построения линейного пространственно-инвариантного согласованного фильтра, обеспечивающего значительное повышение надёжности обнаружения слабых малоразмерных объектов на фоне некоррелированного шума в изображениях, содержащих помеху, обусловленную пространственной неоднородностью характеристик ФПУ.