Том 58 № 2 2022 (МАРТ – АПРЕЛЬ)
СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА
ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИЗМЕРЕНИЙ
1. Зыкова В. А., Суровцев Н. В., Добрынина Е. А., Адищев С. В., Лактионова А. В. Метод измерения упругих свойств тонких биорелевантных плёнок
Аннотация:
Предложен новый метод исследования упругих свойств биорелевантных плёнок, основанный на изучении деформации объекта под действием стального шара, применяемого в качестве интендора, который помещён в магнитное поле. Варьирование расстояния между магнитом и стальным шаром позволяет изменять величину прилагаемого усилия в широком диапазоне, что открывает большой потенциал предложенного метода для исследования обширного класса биологически значимых объектов. Возможности этого метода продемонстрированы на примере определения модуля Юнга гидрогелевых плёнок различной жёсткости, изготовленных на основе желатина.
Страницы: 3-8
DOI: 10.15372/AUT20220201
2. Вишняков Г. Н., Минаев В. Л. Гомодинный квадратурный интерферометр перемещений для нового эталона килограмма на основе ватт-весов
Аннотация:
В новом отечественном эталоне единицы массы (килограмма) на основе ватт-весов предполагается использовать интерферометр для измерения перемещений и скорости электро- магнитной катушки и пробной массы в вертикальном направлении. Предложен и описан гомодинный интерферометр перемещений с квадратурным принципом регистрации фазы, предназначенный для этой цели. Рассмотрены результаты моделирования и применения алгоритма компенсации нелинейных эффектов, возникающих при квадратичном детектировании интерференционных сигналов. Приведены результаты экспериментальных исследований макета гомодинного квадратурного интерферометра перемещений. Показано, что погрешность измерения перемещения по критерию PV не превышает 0,2 нм.
Страницы: 9-18
DOI: 10.15372/AUT20220202
3. Кирьянов В. П. Расширение допустимых пределов кривизны осесимметричных 3D-поверхностей при записи микрорельефа
Аннотация:
Анализируется функционирование системы автоматической фокусировки излучения технологических лазеров на оптические 3D-поверхности, реализованной в оптической головке записи лазерного генератора изображений модели ЛГИ-2. Обсуждаются причины серьёзных ограничений по допустимому наклону поверхности записи. Предлагается альтернативное решение, позволяющее существенно увеличить допустимый угол наклона осесимметричных поверхностей, на которых должна проводиться запись топологии микроструктур.
Страницы: 19-23
DOI: 10.15372/AUT20220203
4. Зиенко С. И., Жбанова В. Л. Сравнительный анализ спектральной чувствительности трёхцветных матричных фотоприёмников
Аннотация:
Для количественной оценки спектральной чувствительности матричных фотоприёмников предлагается метод, основанный на преобразованиях Фурье для более детального разбора характеристик в частотной и временной областях по величине показателя широкополосности, форме кривой импульсной (временной) характеристики, по степени колебательности, величине коэффициента демпфирования, энергетических потерь. Обнаружено сильное влияние электрон-фононного взаимодействия в полупроводнике на образование шумов в матричных фотоприёмниках относительно глаза человека.
Страницы: 24-36
DOI: 10.15372/AUT20220204
5. Голышев Н. В., Моторин С. В., Голышев Д. Н. Анализ методов локализации источников магнитного поля в биомагнитных исследованиях
Аннотация:
Рассмотрены вопросы локализации источников магнитного поля в магнитокардиографии с использованием 1D-модели мультидиполя. В реальных условиях экспериментатор имеет дело с недоопределённой, плохо обусловленной системой. Для получения устойчивого решения применялись регуляризирующие процедуры. В работе исследовались разрешающая способность метода, качество восстановления (определение пространственных параметров мультидиполя: глубины залегания и амплитуды дипольного момента) и вопросы устойчивости решения. В компьютерном моделировании использовались метод разложения матрицы по сингулярным числам и регуляризация по Тихонову.
Страницы: 37-45
DOI: 10.15372/AUT20220205
6. Безпалый А. Д., Быков В. И., Мандель А. Е. Фоторефрактивные изменения показателя преломления в кристалле LiNbO3:Cu с поверхностным легированием
Аннотация:
Экспериментально исследованы изменения показателя преломления, индуцированные в поверхностном слое кристалла ниобата лития, легированном ионами меди. Наведённые изменения индуцировались путём последовательного поточечного экспонирования экспериментального образца фокусированным лазерным излучением с длиной волны λ = 532 нм.
Страницы: 46-53
DOI: 10.15372/AUT20220206
7. Соколов А. А., Иванов С. Д. О доменной структуре тонких сегнетоэлектрических плёнок
Аннотация:
Рассмотрены методы определения доменной структуры тонких сегнетоэлектрических плёнок по временной зависимости пироэлектрического отклика на короткий импульсный нагрев поверхности. Задача нахождения распределения пирокоэффициента по толщине из временной зависимости пироэлектрического тока представляет собой решение уравнения Фредгольма 1 рода. Несмотря на то что в общем случае эта задача является некорректной, она решается при дополнительных предположениях о виде резольвенты. Установлено распределение пирокоэффициента по глубине в тонкой плёнке ниобата бария — стронция в предположении о клиновидной форме доменов.
Страницы: 54-60
DOI: 10.15372/AUT20220207
АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИГНАЛОВ И ИЗОБРАЖЕНИЙ
8. Васюков В. Н., Зима Д. Н., Лозовский И. Ф., Морозов Ю. В., Мурасев А. А., Пшеничников И. А., Райфельд М. А., Соколова Д. О., Спектор А. А. Методы пространственно-временной обработки широкополосных сигналов и подходы к их моделированию
Аннотация:
Рассматриваются различные методы адаптивной пространственно-временной обработки сигналов в радиолокационной системе (РЛС) обзора, использующей цифровую антенную решётку и широкополосные зондирующие сигналы и работающей в условиях интенсивного воздействия активных и пассивных помех. Обсуждаются подходы к моделированию воздействующих на РЛС помех и алгоритмов их подавления при адаптивной обработке сигналов. Предложено проводить моделирование сигналов и помех и их обработку после формирования комплексной огибающей сигналов и преобразования в частотную область.
Страницы: 61-68
DOI: 10.15372/AUT20220208
9. Дмитриев Е. В., Кондранин Т. В., Зотов С. А. Сегментация природных и антропогенных объектов по панхроматическим спутниковым изображениям с использованием статистических текстурных признаков
Аннотация:
Рассматривается задача сегментации природно-техногенных объектов по панхроматическим спутниковым изображениям сверхвысокого пространственного разрешения (< 1 м) с использованием текстурного анализа. Проводится анализ эффективности различных статистических методов извлечения текстурных признаков. На основе численных экспериментов выделены методы, которые позволяют с высокой точностью (> 95%) сегментировать основные типы природных и антропогенных объектов, а также различные структуры растительного полога. Предложен метод TTSPCA, который даёт возможность совместно использовать наиболее информативные признаки, извлекаемые с помощью различных статистических методов. Результаты тестовых расчётов показывают, что данный метод имеет большую точность (> 99%) при решении задачи текстурной сегментации по сравнению с рассмотренными стандартными подходами.
Страницы: 69-84
DOI: 10.15372/AUT20220209
10. Лагутин А. А., Мордвин Е. Ю., Волков Н. В., Ревякин А. И. Восстановление всепогодного режима работы гиперспектрального комплекса AIRS/AMSU спутника AQUA с использованием данных СВЧ-радиометра atms спутников SUOMI-NPP и NOAA-20
Аннотация:
Обсуждается технология обработки данных гиперспектрального зондировщика AIRS и микроволнового радиометра AMSU-A (установленных на спутнике Aqua), позволяющая восстанавливать геофизические параметры атмосферы и подстилающей поверхности даже при 80 % закрытия зоны наблюдения облаками. Выход из строя прибора AMSU-A в 2016 г. привел к исключению его данных из схемы обработки AIRS и внедрению упрощённого алгоритма AIRS Only, используемого сегодня в NASA. Предложен подход для восстановления «всепогодности» AIRS с использованием данных СВЧ-радиометра ATMS, установленного на спутниках Suomi-NPP и NOAA-20. Показано, что включение в алгоритм обработки данных ATMS позволяет получать геофизические результаты, практически совпадающие с оригинальными данными AIRS/AMSU.
Страницы: 85-92
DOI: 10.15372/AUT20220210
11. Лапко А. В., Лапко В. А. Оценивание нелинейного функционала от плотности вероятности трёхмерной случайной величины для повышения вычислительной эффективности непараметрических решающих правил
Аннотация:
Предлагается методика оценивания нелинейного функционала от плотности вероятности трёхмерной случайной величины, которая является актуальной при реализации процедур быстрого выбора коэффициентов размытости в задаче оптимизации ядерных оценок плотности вероятности. Решение этой проблемы позволяет значительно повысить вычислительную эффективность непараметрических решающих правил. Основу предлагаемого подхода составляет анализ формулы оптимальных коэффициентов размытости ядерной оценки плотности вероятности. Коэффициенты размытости ядерных функций представляются в виде произведения неопределённого параметра и средних квадратических отклонений анализируемых случайных величин. Основная составляющая неопределённого параметра является нелинейным функционалом от плотности вероятности. Рассматриваемый функционал для семейства одномодальных законов распределения задаётся видом плотности вероятности и не зависит от параметров плотности. Он определяется аппроксимацией функциональной зависимости от коэффициентов контрэксцесса и асимметрии, которые оцениваются по исходным статистическим данным. Для упрощения задачи восстановления искомой зависимости коэффициенты контрэксцесса и асимметрии преобразуются в обобщённый параметр. Исходную информацию составляет семейство логнормальных законов распределения. Оцениваются ошибки аппроксимации рассматриваемого нелинейного функционала от плотности вероятности по значениям введённого обобщённого параметра для семейства трёхмерных логнормальных законов распределения независимых случайных величин. Исследуется возможность применения предлагаемой методики при оценивании нелинейных функционалов от плотностей вероятностей, отличающихся от логнормальных законов распределения. Проводится анализ влияния возникающих ошибок аппроксимации на средние квадратические критерии восстановления непараметрической оценки плотности вероятности трёхмерной случайной величины.
Страницы: 93-103
DOI: 10.15372/AUT20220211
ОПТИЧЕСКИЕ И ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ, СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ
12. Генцелев А. Н., Баев С. Г. Изготовление планарных элементов терагерцовой оптики посредством глубокой трафаретной рентгенолитографии
Аннотация:
Представлены особенности проведения трафаретной (с использованием шаблонов) рентгенолитографии синхротронным излучением (СИ) по тонким (до 50 мкм) и толстым (до 1 мм) слоям рентгенорезистов и примеры её реализации на рентгенолитографических станциях электронного накопителя ВЭПП-3. Приведены расчётные графики спектральной зависимости разрешающей способности рентгенолитографии от величины зазора между рабочими поверхностями рентгеношаблона и обрабатываемой подложки, графики зависимостей интенсивности пучка СИ и поглощаемой плотности мощности от глубины проникновения излучения в резист и аналогичные графики для контраста рентгеношаблонов. Дано описание самонесущих перфорированных (со сквозными отверстиями) металлических рентгеношаблонов, проиллюстрирован СЭМ-фотографиями выход на новый качественный уровень их изготовления из металлической фольги способом лазерной резки излучением с фемтосекундной длительностью импульса, вследствие чего принципиально меняется характер взаимодействия излучения с металлом. Полученные таким образом рентгеношаблоны характеризуются и высоким уровнем контраста, и малыми размерами перемычек, формируемых резкой сетчатых структур. Это позволит с помощью LIGA-технологии получать образцы планарных элементов терагерцовой оптики в виде металлических микроструктур, варьируя размеры ячеек, ширину перемычек структур, их толщину в существенно более широком диапазоне, чем это делалось ранее.
Страницы: 104-112
DOI: 10.15372/AUT20220212
13. Загубисало П. С., Новоселов А. Р. Оптимальная конструкция охлаждаемого flip-chip фотоприёмника ИК-диапазона
Аннотация:
Определена оптимальная конструкция охлаждаемого flip-chip фотоприёмника спектрального ИК-диапазона для установки в криостат как с сохранением возможности изгиба при охлаждении, так и жёсткого крепления к пьедесталу через пластину сапфира. Проведён численный расчёт радиально-симметричной модели фотоприёмника GaAs (первый слой) — In (кольцевые структуры) — Si — GaAs (второй слой) при диаметре пластин 10 мм. Выявлены уровни максимальных деформационных нагрузок в краевом индиевом кольце, возникающие при охлаждении фотоприёмника до 77 К для пластин разной толщины (от 0 до 700 мкм). Для модели фотоприёмника при закреплении её на охлаждаемом пьедестале криостата с сохранением возможности изгиба определена оптимальная конструкция — пластины GaAs(1) и Si толщиной около 50 мкм и без GaAs(2), уровень деформационных нагрузок в краевом индиевом кольце (ширина 15 мкм, толщина 5 мкм) при этом составил около 427 МПа. При жёстком креплении модели на пьедестале криостата оптимальной конструкцией являются пластины GaAs(1) и Si толщиной 50 мкм и компенсационный слой GaAs(2) толщиной 100 мкм, уровень максимальных деформационных нагрузок в краевом индиевом кольце при этих условиях составил 600 МПа.
Страницы: 113-122
DOI: 10.15372/AUT20220213
