Главная – Журналы – Автометрия 2017 номер 2

Рассматривается новая концепция изучения пространственно-временных режимов генерации в лазерах, при которых в излучении одновременно сосуществуют несколько временных масштабов (один из них связан со временем обхода резонатора). Суть концепции заключается в том, зависимость интенсивности от времени исследуется в двух измерениях, одно из которых соответствует эволюции по последовательным обходам резонатора. Показывается разнообразие пространственно-временных режимов генерации в волоконных лазерах различных типов, например квазинепрерывных лазерах, импульсных лазерах с пассивной и активной сихронизацией мод. Демонстрируется возможность экспериментального детектирования локализованных структур, в том числе солитонов, в излучении волоконных лазеров. Обсуждаются перспективы предложенного подхода.

Описан метод послойного гетеродинного анализа объёмных оптических сред. Приведены результаты теоретической оценки, компьютерного моделирования и экспериментального исследования зависимости предельной скорости анализа от параметров оптических схемы и среды. Дана оценка влияния скорости анализа на разрешающую способность метода по толщине оптической среды и на характер зависимости выходного сигнала от глубины расположения изучаемого слоя. Предложен способ увеличения предельной скорости сканирования. Полученные результаты подтверждены экспериментально.

Разработан метод точного совмещения начала системы полярных координат, в которой задаётся положение лазерного пучка при записи дифракционных оптических элементов, с осью вращения оптической заготовки. Этот метод использован для повышения точности работы круговой лазерной записывающей системы при записи крупногабаритных дифракционных оптических элементов в полярной системе координат. Представлены результаты исследования новых алгоритмов определения и коррекции ошибок позиционирования круговой лазерной записывающей системы в процессе записи.

Исследована динамика фронта кристаллизации, индуцированного температурным градиентом на верхней границе горизонтального слоя воды, ограниченного плоскими термостататированными поверхностями. Формирование и эволюция конвективных структур, визуализированных методами гильберт-оптики, регистрировались цифровой видеокамерой. Разность температур верхнего ( T₁) и нижнего ( T₂) термостатов удовлетворяла условию T₁ < T₂. В этой системе температура охлаждаемой верхней поверхности является параметром порядка, критическое значение которого вызывает бифуркационный фазовый переход из жидкой фазы (переохлаждённая вода) в твердофазное (лёд) кристаллическое состояние. Определены скорость движения волны кристаллизации и эволюция её фронта. Выявлено пространственно-временное состояние волны кристаллизации, в котором форма фронта является изолинией равных скоростей. Визуализирован динамический профиль изотермической поверхности, ограничивающей пространственную форму твердотельной фазы.

Предлагается информационная система по атомной спектроскопии «Электронная структура атомов». Приводятся сведения об объёме и характерных особенностях базы данных интернет-ресурса, сравниваются параметры базы данных с авторитетными мировыми аналогами. Рассматриваются средства визуализации научных данных, реализованные в системе в виде спектрограмм и диаграмм Гротриана. Показано, что классифицированные уровни и переходы в табличном и графическом видах представлены наиболее полно в сравнении с аналогичными информационными системами. Обсуждается эффективность применения информационной системы «Электронная структура атомов» для различных научных задач, в том числе анализа электронной структуры атомных систем, и для подготовки специалистов.

Предложен алгоритм обработки фазовых изображений с использованием вычислительных мощностей графических процессоров при измерениях трёхмерной геометрии методом фазовой триангуляции. Показано, что реализация алгоритма расшифровки фазовых изображений на графическом процессоре работает более чем в 100 раз быстрее, чем на центральном процессоре. Практическая реализация этого алгоритма существенно улучшает быстродействие методов фазовой триангуляции.

Рассматривается задача построения робастного регулятора для системы управления неаффинным по входу априорно неопределённым нестационарным динамическим объектом. С помощью имитационного моделирования иллюстрируется качество работы построенной системы управления.

Предложен новый подход к поиску подозрительных объектов на рентгенографических изображениях для решения задач обеспечения безопасности. Суть подхода заключается в применении статистической модели изображения для поиска аномалий. Для её построения используется «мешок визуальных слов» с контекстным заданием координат слова на изображении при формировании статистики. Экспериментально показано, что этот подход хорошо аппроксимирует результат поиска подозрительных объектов человеком.

Метод классификации изображения с предварительной трансформацией его к главным компонентам и использованием преобразования Гильберта - Хуанга исследуется на примере нейросетевой классификации гиперспектрального изображения. Показана эффективность метода путём сравнения с традиционными методами нейросетевой классификации при использовании в качестве признаков спектральных компонент и главных компонент без привлечения пространственной информации. Для классификации применяются нейронные радиально-базисные и комплексные сети.

Рассмотрены методы интерполирования для создания цифровой модели рельефа с использованием геоинформационной системы. Для этой цели проанализированы наиболее известные методы: обратных взвешенных расстояний (IDW - Inverse Distance Weighting), кригинга (Krige), ANUDEM, сплайн-интерполяции (Spline), естественного соседства (Natural Neighbor), метод, основанный на построении TIN-модели (Triangulation Irregular Network). Выполнена оценка точности смоделированной поверхности рельефа на территории, расположенной между реками Уй, Тара, Иртыш Омской области Западной Сибири (Россия). Анализ результатов оценки точности цифровой модели рельефа, созданной с помощью геоинформационной системы ArcGIS 10, показал, что наилучшие результаты получены при использовании сплайн-методов и метода обратных взвешенных расстояний.

Разработан и реализован микрорезонатор на основе полупроводникового брэгговского отражателя и микролинзы, селективно позиционированной над одиночной квантовой точкой (111) InGaAs. Конструкция микрорезонатора обеспечивает эффективную накачку квантовых точек и высокую внешнюю квантовую эффективность вывода излучения. Микрорезонатор может быть использован для создания излучателей одиночных фотонов и фотонных пар, запутанных по поляризации, на основе одиночных полупроводниковых квантовых точек.

Исследован механизм транспорта заряда в МДП-структурах на основе тонких плёнок оксидов гафния и циркония. Показано, что в изучаемых материалах транспорт лимитируется фонон-облегчённым туннелированием между ловушками. Из сравнения экспериментальных вольт-амперных характеристик МДП-структур n -Si/HfO₂/Ni и n -Si/ZrO₂/Ni с рассчитанными определены термическая и оптическая энергии ловушек. Продемонстрировано, что вакансии кислорода являются центрами локализации (ловушками) носителей заряда в HfO₂ и ZrO₂.

Показана возможность создания высоковольтного волноводного фотодетектора, составленного из диодов Шоттки, на структуре Au/Ge-Si с квантовыми точками Ge, псевдоморфными к кремниевой матрице, обеспечивающая существенное увеличение внешнего квантового выхода и напряжения холостого хода. На таком фотодетекторе продемонстрировано значительное увеличение и расширение фоточувствительности вплоть до λ = 2,1 мкм, что совпадает с основным диапазоном излучения чёрного (серого) тела при практически используемых в термофотогенераторах температурах эмиттеров 1200-1700 ºС. Необходимым условием получения такого состояния ансамбля квантовых точек Ge молекулярно-лучевой эпитаксией является низкая температура роста (250-300 ºC). Установлено, что ниже края поглощения Si фотоответ на рассматриваемых фотодетекторах определяется двумя основными механизмами: поглощением на ансамбле квантовых точек Ge и эмиссией Фаулера. Анализ спектров комбинационного рассеяния на оптических фононах структур Ge-Si показал, что величина квантовой эффективности фотодетекторов на их основе в первом случае обусловливается степенью неоднородной релаксации напряжений в массиве квантовых точек Ge. Фотоответ, связанный именно с квантовыми точками Ge, проявляется на диодах Шоттки со сверхтонким промежуточным окисным слоем SiO₂, который устраняет второй механизм. При дальнейшей разработке предложенная архитектура фотодетектора с псевдоморфными квантовыми точками Ge может быть использована как для портативных термофотогенераторов, так и для волоконно-оптических систем передачи информации на длинах волн, отвечающих основным телекоммуникационным стандартам (λ= 0,85, 1,3 и 1,55 мкм), на основе кремниевой технологии.

Представлены результаты стохастического моделирования рекомбинации электронов и дырок в неоднородном полупроводнике в двумерном и трёхмерном случаях, основанного на дискретном (клеточный автомат) и непрерывном (метод Монте-Карло) подходах. Исследована кинетика процесса рекомбинации частиц в режимах чистой диффузии и диффузии с туннелированием. Обнаружено различие в поведении электронно-дырочных пространственных корреляций, вычисляемых дискретной и непрерывной моделями, и связанного с этим характера формирования сегрегации в трёхмерных полупроводниках. Проведён сравнительный анализ характеристик моделирования, вычисленных с помощью клеточно-автоматной и непрерывной моделей рекомбинации.