Главная – Журналы – Автометрия 2024 номер 1

В статье затронуты актуальные проблемы в области волоконно-оптической передачи данных, связанные с постоянным ростом спроса на пропускную способность систем связи и их нелинейным откликом. Представлены основные методы машинного обучения, используемые для компенсации нелинейных искажений сигнала в когерентных линиях связи большой протяжённости, включая нейронные сети различной архитектуры. В работе подчёркнута перспективность решений на основе методов машинного обучения для увеличения производительности оптоволоконных систем связи, благодаря их способности получать эффективные и адаптивные схемы восстановления сигнала с низкой вычислительной сложностью.

Теоретически исследованы лазеры различных классов мощности от десятков мкВт до десятков Вт на основе эффекта вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР) света в волноводных элементах из теллуритных стёкол. Благодаря высокому коэффициенту ВКР-усиления и большому ВКР-сдвигу частоты, теллуритные стёкла являются перспективными материалами для развития лазерных источников на длине волны около 2,3 мкм при накачке на длине волны около 2 мкм. Проведено детальное численное моделирование ВКР-лазеров на основе односердцевинных и многосердцевинных специальных теллуритных волокон. Показано, что для оптимальных параметров эффективность преобразования мощности накачки в мощность ВКР-волны может превышать 50 %. Выполнено детальное моделирование маломощных ВКР-лазеров на основе высокодобротных микрорезонаторов, найдены оптимальные параметры и факторы, ограничивающие генерацию.

Рассмотрены резонансные свойства локального поля фрактальных кластеров металлов. Исследуются эффекты гигантского комбинационного рассеяния, усиления фотолюминесценции и нелинейных откликов. Демонстрируется, что модель Раутиана, основанная на квантовой теории нелинейности, предлагает более точное описание, чем предыдущие теории. Среди научных результатов теории Раутиана и его учеников можно выделить следующие: металлические наночастицы с диаметром <30 нм демонстрируют дискретные энергетические уровни в отличие от полупроводниковых квантовых точек; теория Раутиана предоставляет точное описание линейной части диэлектрической проницаемости, соответствующее классической модели Друде; кубическая нелинейная восприимчивость по модели Раутиана совпадает с экспериментом, указывая на вклад электронов проводимости.

В статье представлен краткий обзор современных достижений в квантовой информатике, проблем и перспектив развития квантовых вычислений. Обсуждаются элементарная математическая модель квантовых вычислений и понятие квантового превосходства. Рассматривается применение ультрахолодных атомов для реализации квантовых процессоров.

Экспериментально исследована работа созданной нами атмосферной установки для генерации квантового ключа, использующей протокол квантовой криптографии BB84 и поляризационное кодирование. Скорость генерации «просеянного» квантового ключа и уровень ошибочных битов в нём оставались постоянными в течение 1 ч и равнялись 7558 ± 83 бит/с и 5 , 1 ± 0 , 84 % соответственно при расстоянии между передатчиком и приёмником 20 м. Для приведённых параметров установки рассчитан минимально возможный коэффициент пропускания квантового канала, обеспечивающий секретность квантового ключа.

Исследована фотолюминесценция в видимом спектральном диапазоне при комнатной температуре плёнок SiO₂, имплантированных ионами In⁺ и As⁺ в зависимости от энергии ионов As⁺, температуры последующего отжига и длины волны возбуждающего излучения. Использовались ионы As⁺ с энергиями 40, 80 или 135 кэВ и ионы In⁺ с энергией 50 кэВ, при которых соотношение средних проективных пробегов ионов R_p^As/R_p^In составляло 1, 2 или 3 соответственно. Последующий отжиг проводился при температуре 900 и 1100 °C. Спектры фотолюминесценции возбуждались излучением лазера с длинами волн λ _ex = 442 и 473 нм. В спектрах фотолюминесценции при возбуждении с λ _ex = 473 нм наблюдался пик 550 нм, энергетическое положение которого смещалось к 520-530 нм при λ _ex = 442 нм. Увеличение соотношения R_p^As/R_p^In сопровождалось уменьшением интенсивности фотолюминесценции, а также изменением соотношения интенсивности пиков в зависимости от температуры отжига. Наблюдаемый эффект обсуждается с точки зрения рекомбинации электронов и дырок в нанокристаллах InAs.

Представлена разработка многоканальной специализированной интегральной микросхемы (ASIC) для регистрации и обработки сигналов с микрополосковых сенсоров в координатных детекторах синхротронного излучения, разрабатываемых в ИЯФ СО РАН для оснащения экспериментальных станций ЦКП СКИФ. Микросхема содержит 64 независимых канала регистрации фотонов с 4 порогами разделения по энергиям. Диапазон регистрируемых энергий составляет от 3 до 60 кэВ. Подробно описана структура и основные параметры электроники канала регистрации для прямого счёта фотонов.

Комплексный анализ мультиспектральных данных, полученных в разные периоды вегетации, позволяет реконструировать современное состояние антропогенно-преобразованной природной среды и выявлять участки исторического природопользования. Неоднозначность проявления следов вторичной сукцессии лесных массивов требует сопоставления на разносезонных изображениях изменений спектральных признаков растительности и особенностей текстуры ландшафтных объектов. Методическая основа таких исследований - алгоритм обработки мультиспектральных данных, адаптированный для применения текстурных признаков Харалика на этапе извлечения признаков изображения. Совместная сегментация массивов разносезонной мультиспектральной съёмки «сглаживает» локальные, менее значимые изменения текстуры ландшафтных объектов, что позволяет более контрастно продемонстрировать обобщающие тенденции распределения растительности. Территория обследования включала фрагмент дачи Пудемского железоделательного завода, где в первой половине XIX в. производились вырубки строевого и дровяного леса для нужд производства. Сегментированное изображение демонстрирует принципиальные отличия растительного покрова западной и восточной частей территории обследования: участка исторических лесосек и части дачи, которая не подвергалась интенсивному антропогенному воздействию.

Рассмотрено и проанализировано влияние мультипликативных помех, действующих одновременно с белым шумом, на точность измерения частоты когерентного сигнала, заданного в виде последовательности когерентных импульсов. Определено условие отсутствия систематических ошибок на выходе следящего измерителя. Найдены крутизна его дискриминационной характеристики, спектральная плотность флюктуаций на выходе дискриминатора и коэффициенты, определяющие нормирующее действие автоматической регулировки усиления. Названные величины задают величину ухудшения точностных характеристик измерителя при воздействии мультипликативных помех. Показано, что влияние мультипликативной помехи возрастает при уменьшении уровня неискажённой части сигнала и при увеличении отношения энергии сигнала, когерентно накапливаемой в линейных цепях дискриминатора, к спектральной плотности мощности аддитивной помехи. Показано, что влияние мультипликативных помех проявляется наиболее сильно в тех случаях, когда ширина спектра функции помеховой модуляции соизмерима с полосой пропускания линейных цепей дискриминатора.

Исследован подход применения методов машинного обучения для автоматического обнаружения особей оленей на изображениях. Для точного подсчёта количества особей оленей по фотографиям использовалась технология нейронных сетей. Применялись методы глубокого обучения свёрточных нейронных сетей (ResNet 50, DenseNet, CenterNet, Inception V3, Xception) во взаимодействии с методикой transfer learning. На основе Faster R-CNN ResNet 50 произведено обучение нейронной сети, которая позволила с точностью 0,91 на выборке по метрике F1-score с пороговым значением 0,6 определять особей оленей по графическим изображениям.

В работе рассматривается методика восстановления изображений с беспилотного летательного аппарата (БПЛА), искажённых смазом. Восстановление изображений происходит с использованием функции рассеяния точки (ФРТ), вычисленной исходя из априорной информации об основных параметрах полёта и фотографирования, а также физических свойств используемой оптической системы. При обработке изображений используются известные методы, такие как восстановление по методу Винера, Люси - Ричардсона, Тихонова и слепой деконволюции.

В статье рассматривается новый метод повышения разрешения в оптической микроскопии методом пространственных субпиксельных сдвигов, т. е. сдвигов на некоторую величину, меньшую, чем разрешение, обеспечиваемое объективом. Разрешение оптических микроскопов определяется типом используемых объективов. Профессиональные микроскопы имеют набор микрообъективов с различным увеличением, которые монтируются на турели, содержащие несколько объективов. Иногда целесообразнее вместо набора микрообъективов использовать один объектив, если есть возможность обеспечить субпиксельные сдвиги. Повышение пространственного разрешения осуществляется с помощью аналитического выражения для спектра сгенерированных изображений. При этом спектр функции дополняется множителем, вид которого зависит от вида апертуры объектива. Для определения высокоразрешающих элементов необходимо разделить Фурье-спектр изображения, полученного из нескольких сдвинутых на субпиксельную величину изображений, на множитель, зависящий от выбранной апертуры. Этот множитель называется апертурной функцией. Апертурная функция определяется типом используемого объектива и может являться его паспортной величиной. В статье показан экспериментальный способ калибровки объектива (получение его апертурной функции) с низким разрешением (8×) на основе изображений, полученных с помощью объективов с большим разрешением (40×). Определив апертурную функцию, можно использовать один объектив с небольшим разрешением для получения изображений с любым разрешением менее разрешения выбранного объектива с большим разрешением (40×).

В работе представлены результаты оценки точности построения карт глубин пространства с использованием активно-импульсной телевизионной измерительной системы по экспериментальным данным. Описаны два многозонных метода построения карт глубин. Представлены результаты оценки абсолютных и среднеквадратичных ошибок измерения дальности для карт глубин, построенных по реальным и усреднённым кадрам, которые получены с использованием описанных многозонных методов в ходе экспериментальных исследований. В качестве измерительных функций, по которым осуществлялось построение карт глубин, были взяты аппроксимирующие функции линейного и полиномиального видов, вычисленные по методу наименьших квадратов.