Archive

В статье показано, что современная фотоника, реализованная в виде матричной инфракрасной термографии (матричного тепловидения), обладает высоким потенциалом для высокоинформативного извлечения новых знаний об организме млекопитающих, в том числе человека.

Ключевые слова: тепловидение, динамическая инфракрасная термография, физиология человека и животных, метод сорбционно-усиленной инфракрасной термографии, интервентный принцип обследования, автоматизированные синхронные многоканальные измерения. 

Вайнер, Б.Г.
Доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник, ведущий научный сотрудник Лаборатории физических основ интегральной микрофотоэлектроники Института физики полупроводников им. А.В.Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук, профессор Специализированного учебно-научного центра Новосибирского государственного университета, г. Новосибирск, e-mail: boris-stmt@yandex.ru.

1. Lawson, R. Implications of surface temperatures in the diagnosis of breast cancer / R. Lawson // Can. Med. Assoc. J. – 1956. – Vol. 75. – P. 309–311.

2. Lawson, R. Thermography; a new tool in the investigation of breast lesions / R. Lawson // Can. Serv. Med. J. – 1957. – Vol. 8. – P. 517–524.

3. Vainer, B.G. Focal plane array based infrared thermography in fine physical experiment / B.G. Vainer // J. Phys. D: Appl. Phys. – 2008. – Vol. 41. – P. 065102.

4. Vainer, B.G. Narrow spectral range infrared thermography in the vicinity of 3 μm operating wavelength / B.G. Vainer // Quantitative InfraRed Thermography 5, Eurotherm Seminar 64, QIRT’2000; Reims, France, July 18–21, 2000 / Proceedings. ed. by D. Balageas, J.-L. Beaudoin, G. Busse, G.M. Carlomagno. UTAP URCA. – 2000. – P. 84–91.

5. Vainer, B.G. Treated skin temperature regularities revealed by IR thermography / B.G. Vainer // Proc. SPIE. – 2001. – Vol. 4360. – P. 470–481.

6. Вайнер, Б.Г. Матричное тепловидение в физиологии: Исследование сосудистых реакций, перспирации и терморегуляции у человека / Б.Г. Вайнер. – Новосибирск: Изд-во Сибир. отдел. РАН, 2004. – 96 с.

7. Vainer, B.G. FPA-based infrared thermography as applied to the study of cutaneous perspiration and stimulated vascular response in humans / B.G. Vainer // Phys. Med. Biol. – 2005. – Vol. 50. – P. R63–R94. 

8. Tarkov, M.S. Evaluation of a thermogram heterogeneity based on the wavelet Haar transform / M.S. Tarkov, B.G. Vainer // IEEE International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON-2007). Proceedings. – Tomsk: The Tomsk IEEE Chapter & Student Branch. Russia, Tomsk, April 20-21, 2007. – P. 145–152.

9. Vainer, B. Heterogeneous thermograms: the methods of attack / B. Vainer, A. Moskalev // QIRT2008, 9-th International Conference on Quantitative InfraRed Thermography, Proceedings; July 2-5, 2008, Krakow-Poland. – Edited by Boguslaw Wiecek. – Poland, Technical University of Lodz, Institute of Electronics. – 2008. – P. 157–164.

10. Vainer, B.G. Infrared thermography as a powerful, versatile and elegant research tool in chemistry: Principles and application to catalysis and adsorption / B.G. Vainer // ChemPlusChem. – 2020. – Vol. 85. – P. 1438–1454.

11. Иванов, К.П. Основы энергетики организма: Теоретические и практические аспекты / К.П. Иванов // Т. 1: Общая энергетика, теплообмен и терморегуляция. – Л.: Наука, 1990. – 307 с.

12. Vainer, B.G. Radial artery pulse wave velocity: a new characterization technique and the instabilities associated with the respiratory phase and breath-holding / B.G. Vainer // Physiol. Meas. – 2023 – Vol. 44. – P. 015004.

13. Vainer, B.G. Up-to-date thermal imaging systems in the multichannel automated measurements / B.G. Vainer // 2018 14th International Scientific-Technical Conference on Actual Problems of Electronic Instrument Engineering (APEIE). – 44894 Proceedings, APEIE-2018; Novosibirsk, October 2-6, 2018: in 8 Volumes. Papers in English. – Novosibirsk: NSTU, IEEE. – 2018. – Vol. 1, Part 2. – 389 p. – P. 334–338.

14. Вайнер, Б.Г. Синхронизм, выявленный при одновременном измерении сердечного ритма, динамики дыхания и поверхностной температуры тела у лабораторных крыс в состоянии сна / Б.Г. Вайнер, Е.Г. Вергунов, В.И. Баранов // Наука и образование: проблемы и перспективы развития: сб. науч. тр. по материалам междунар. науч.-практ. конф.; 30 августа 2014 г.: в 5 ч. Ч. 3. – Тамбов: Изд-во ООО «Консалтинговая компания Юком», 2014. – 164 с. – С. 39–41.

15. Вайнер, Б.Г. Согласованность ритмов дыхания и сердца у экспериментальных животных при разном составе дыхательной смеси / Б.Г. Вайнер, Е.Г. Вергунов, Д.С. Сергеевичев // Вестник психофизиологии. – 2016. – № 4. – С. 24–33.

16. Vainer, B.G. Infrared thermography as applied to the studies of cardiovascular system in rats / B.G. Vainer, V.I. Baranov, E.G. Vergunov // Proc. QIRT 2014 Conference; 7-11 July 2014, Bordeaux, France. DOI: 10.21611/qirt.2014.157. – URL: http://qirt.gel.ulaval.ca/archives/qirt2014/QIRT%202014%20Papers/QIRT-2014-157.pdf.

17. Вергунов, Е.Г Модификация метода Блэнда-Алтмана и её применение для оценки согласованности сердечного и дыхательного ритмов / Е.Г Вергунов, Б.Г. Вайнер // Вестник психофизиологии. – 2016. – № 4. – С. 34–45. 

18. Bland, J.M. Statistical methods for assessing agreement between two methods of clinical measurement / J.M. Bland, D.G. Altman // Lancet. – 1986. – Vol. 1. – P. 307–310.

19. Vainer, B.G. A novel high-resolution method for the respiration rate and breathing waveforms remote monitoring / B.G. Vainer // Ann. Biomed. Eng. – 2018. – Vol. 46. – P. 960–971.

20. Wearable sensing and telehealth technology with potential applications in the coronavirus pandemic / Х. Ding, D. Clifton, N. Ji, N.H. Lovell, P. Bonato, W. Chen, X. Yu, Z. Xue, T. Xiang, X. Long, K. Xu, X. Jiang, Q. Wang, B. Yin, G. Feng, Y.T. Zhang // IEEE Rev. Biomed. Eng. – 2021. – Vol. 14. – P. 48–70.  

Генерация второй гармоники с использованием метаповерхностей с контролируемыми оптическими свойствами является активной областью исследований в области фотоники и оптики. В работе показано, что использование метаповерхностей с контролируемыми оптическими свойствами позволяет усиливать сигнал второй гармоники. Например, изменение геометрии метаповерхности может привести к увеличению нелинейной поляризуемости вещества и, как следствие, к более эффективной генерации второй гармоники. Кроме того, метаповерхности могут быть спроектированы таким образом, чтобы обеспечить фазовую согласованность волны второй гармоники, что также способствует повышению эффективности генерации. Таким образом, использование метаповерхностей с контролируемыми оптическими свойствами представляет собой перспективный подход к созданию эффективных и компактных источников света с удвоенной частотой. Это может иметь важные практические приложения в оптической связи, лазерной технике и других областях, где требуется высокоэффективная генерация света в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах.

Ключевые слова: генерация второй гармоники, PDMS, растягиваемая метаповерхность, AlGaAs, пропускание, отражение.

Кислов Д.А.
Кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Лаборатории контролируемых оптических наноструктур Московского физико-технического института, г. Долгопрудный, e-mail: denis.a.kislov@gmail.com.

Шалин А.С.
Доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник Лаборатории контролируемых оптических наноструктур Московского физико-технического института, г. Долгопрудный, e-mail: alexandesh@gmail.com.

1. Li, Aobo. Metasurfaces and their applications / Li, Aobo, Singh, Shreya and Sievenpiper, Dan // Nanophotonics. – 2018. – Vol. 7, no. 6. – P. 989–1011.

2. CPA-Lasing Associated with the Quasibound States in the Continuum in Asymmetric Non-Hermitian Structures / D.V. Novitsky, A.C. Valero, A. Krotov, T. Salgals, A.S. Shalin, A.V. Novitsky // ACS Photonics. – 2022. – Vol. 9. – P. 3035–3042.

3. Transparent hybrid anapole metasurfaces with negligible electromagnetic coupling for phase engineering / A.V. Kuznetsov, A. Canós Valero, M. Tarkhov, V. Bobrovs, D. Redka, A.S. Shalin // Nanophotonics. – 2021. – Vol. 10. – P. 4385–4398.

4. Medvedev, I.D. Exceptional Points in All-Dielectric Structure with Only In-Plane Symmetry Breaking / I.D. Medvedev, A.V. Kuznetsov, V. Bobrovs // Lecture Notes in Networks and Systems. – 2024. – P. 184–188.

5. Исследование поляризационных свойств генерации второй гармоники в световодах с периодически наведенной квадратичной нелинейностью / Е.И. Донцова, И.А. Лобач, А.В. Достовалов, С.И. Каблуков // Прикладная фотоника. – 2015. – Т. 2, № 4. – С. 238–256. 

Рассматривается возможность выращивания металлокерамических материалов с использованием двух технологий лазерного выращивания: прямое лазерное осаждение (DMD) и лазерная поверхностная наплавка (LSC). Показана физическая картина, происходящая в данных технологиях. Применены законы подобия для описания геометрических характеристик наплавляемых треков. С помощью синхротронного излучения установлен структурно-фазовый состав получаемых покрытий. Измерены механические свойства.

Ключевые слова: лазерное аддитивное выращивание, металлокерамические материалы, структурно-фазовое состояние, синхротронное излучение, механические свойства.

Маликов А.Г.
Доктор технических наук, ведущий научный сотрудник Лаборатории лазерные технологии, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук, г. Новосибирск, e-mail: smalik707@yandex.ru.

Голышев А.А.
Кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Лаборатории лазерные технологии, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук, г. Новосибирск, e-mail: alexgol@itam.nsc.ru.

1. Blakey-Milner, B. Metal additive manufacturing in aerospace: A review. / P. Gradl, G. Snedden, M. Brooks [et al.] // Mater. Des. Elsevier. – 2021. – Vol. 209. – P. 110008.

2. Применение волоконных лазеров для формирования покрытий из порошков переходных и редкоземельных металлов в постоянном магнитном поле / Ю.Н. Кульчин, Н.Г. Галкин, А.И. Никитин, Е.П. Субботин, А.А. Костянко, Д.С. Пивоваров // Прикладная фотоника. – 2018. – Т. 5, № 3. – С. 238–256.

3. A review of additive manufacturing of cermets / A. Aramian, S.M.J. Razavi, Z. Sadeghian, F. Berto // Addit. Manuf. Elsevier. – 2020. – Vol. 33. – P. 101130.

4. Fabbro, R. Melt pool and keyhole behaviour analysis for deep penetration laser welding / R. Fabbro // J. Phys. D. Appl. Phys. – 2010. – Vol. 43, no. 44.

5. Laser powder bed fusion additive manufacturing of metals; physics, computational, and materials challenges / W.E. King, A.T. Anderson, R.M. Ferencz, N.E. Hodge [et al.] // Appl. Phys. Rev. AIP Publishing LLCAIP Publishing. – 2015. – Vol. 2, no. 4. – P. 041304. 

6. Malikov, A. Investigation of the Resistance to High-Speed Impact Loads of a Heterogeneous Materials Reinforced with Silicon Carbide Fibers and Powder / A. Malikov, A. Golyshev // Materials (Basel). – 2023. – Vol. 16, no. 2.

7. Additive manufacturing of metallic components – Process, structure and properties / T. DebRoy, H.L. Wei, J.S. Zuback, T. Mukherjee [et al.] // Prog. Mater. Sci. – 2018. – Vol. 92. – P. 112–224.

8. Миснар, А. Теплопроводность твердых тел, жидкостей, газов и их композиций / А. Миснар. – М.: Мир, 1968. – 464 с.

9. Golyshev, A.A. Effect of laser impact parameters on the formation of a pool of the molten B4C – Ti–6Al–4V cermet mixture / A.A. Golyshev, A.M. Orishich // J. Appl. Mech. Tech. Phys. Pleiades journals. – 2022. – Vol. 63, № 2. – P. 268–278.

10. Golyshev, A. Effect of repetitively pulsed laser radiation on the morphology, microstructure and mechanical properties of WC – NiCrBSi coatings obtained by laser surface cladding / A. Golyshev, N. Bulina, M. Gulov // Lasers Manuf. Mater. Process. Springer. – 2022. – Vol. 9, no. 4. – P. 590–609. 

Приведены результаты расчетного и экспериментального исследований характеристик параметрического лазера с активным элементом из нелинейного кристалла AGS. Целью работы являлалась разработка параметрического лазера с высокими генерационными характеристиками, такими как выходная энергия в импульсе, спектральная ширина и расходимость лазерного излучения. Разработанная оптическая схема кольцевого резонатора параметрического лазера при плавной перестройке длины волны от 1,41 до 9,01 мкм позволила получить энергию в импульсе до 11 мДж путем оптимизации отражательно-пропускательных характеристик зеркал резонатора, спектральную ширину излучения на полувысоте 4,6 см^–1, достигнутую путем ввода в резонатор эталона Фабри–Перо, и расходимость менее 1 мрад.

Ключевые слова: параметрический генератор света, кольцевой резонатор, тиогаллат серебра, эталон Фабри–Перо.

Айрапетян В.С.
Доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой специальных устройств инноватики и метрологии Сибирского государственного университета геосистем и технологий, г. Новосибирск, e-mail: v.hayr10004@mail.ru.

Макеев А.В.
Ассистент кафедры специальных устройств инноватики и метрологии Сибирского государственного университета геосистем и технологий, г. Новосибирск, e-mail: makeeffsan@yandex.ru.

1. Ананьев, Ю.А. Оптические резонаторы и проблема расходимости лазерного излучения / Ю.А. Ананьев. – М.: Мир, 1982. – 355 с.

2. Айрапетян, В.С. ИК параметрический лазер с высокой эффективностью излучения во всем диапазоне перестройки частоты / В.С. Айрапетян, Т.А. Широкова, П.Г. Пасько // Вестник НГУ. Сер. Физика. – 2013. – Т. 10, № 4. – С. 6–10. 

3. Айрапетян, В.С. Параметрический генератор света на кристалле HGS с плавной перестройкой длины волны в диапазоне 4,75–9,07 мкм / В.С. Айрапетян, А.В. Макеев // Оптика атмосферы и океана. – 2021. – Т. 34, № 01. – С. 57–60. DOI: 10.15372/AOO20210107

4. Optical parametric oscillator on hgs crystal with 5-9 mkm frequency reset / V. Hayrapetyan, A. Makeev [et al.] // Proc. SPIE. 11208, 25th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics.

5. Baumgartner, R.A. High energy near diffraction limited output from optical parametric oscillators using unstable resonators / R.A. Baumgartner, L.R. Byer // IEEE J. Quant. Electron. – 1979. – Vol. 15. – P. 432–444.

6. Дмитриев, В.Г. Прикладная нелинейная оптика: Генераторы второй гармоники и параметрические генераторы света / В.Г. Дмитриев, Л.В. Тарасов. – М.: Радио и связь, 1982.

7. Carrion, L. Development of a simple model for optical parametric generation / L. Carrion, J.-P. Girardeau-Montaut // J. Opt. Soc. Am. B. – 2000. – Vol. 17, no. 1.

8. Ахманов, С.А. Об одной возможности усиления световых волн / С.А. Ахманов, Р.В. Хохлов // ЖЭТФ. – 1962. – Т. 43, № 1. – С. 351–353.

9. Theoretical and numerical investigations of parametric transfer via difference frequency generation for indirect mid-infrared pulse shaping / J. Rawiharjo, H.S.S. Hung, D.C. Hanns, D.P. Shepherd // Journal of The Optical Society of America B-optical Physics – J OPT SOC AM B-OPT PHYSICS. – 2007. – Vol. 24, no. 4.

10. Исследование динамики внутрирезонаторной параметрической генерации на длине волны 1,54 мкм / А.Г. Калинцев, В.В. Назаров, Л.В. Хлопонин, В.Ю. Храмов // Оптический журнал. – 2002. – № 3, Т. 69. – С. 54–58.

11. Непрерывный иттербиевый одномодовый лазер с мощностью излучения 1500 Вт / А.А. Колегов, А.А. Абакшин, А.В. Горбачев, Д.А. Фролов // Прикладная фотоника. – 2021. – Т. 8, № 3. – С. 30–38.

12. Люминесцентные дефектные центры в кристаллах ниобата лития, легированных магнием / М.В. Смирнов, Н.В. Сидоров, М.Н. Палатников, В.Б. Пикулев // Прикладная фотоника. – 2023. – Т. 10, № 1. – С. 68–80.

Представлен наиболее эффективный на данный момент алгоритм решения задачи минимакса применительно к конечной сумме комплексно-значных гармоник с одинаковыми амплитудами, эквидистантно отстоящими друг от друга частотами. Подход основан на переборе корней разложения амплитудной функции на множители для получения оптимальной фазовой функции и дальнейшей оптимизации алгоритмом Гершберга–Сакстона. Приведено сравнение результатов с наилучшими из описанных ранее. Отмечены главные особенности алгоритма, позволяющие за ограниченное число итераций достигать глобального минимума задачи оптимизации. Также в работе представлены графики решенных задач минимакса, оптимумы которых оказались лучше отмеченных ранее в литературе.

Ключевые слова: фазовая оптимизация, пиковая амплитуда, сумма гармоник, многочастотный фильтр, поиск минимакса.  

Немыкин А.В.
Младший научный сотрудник, кандидат физико-математических наук, Институт автоматики и электрометрии СО РАН, Новосибирск, e-mail: anti1985ster@gmail.com.

Шапиро Д.А.
Заведующий Лабораторией фотоники, доктор физико-математических наук, профессор, Институт автоматики и электрометрии СО РАН, Новосибирск, e-mail: shapiro@iae.nsk.su.

1. Friese, M. Multitone signals with low crest factor / M. Friese // IEEE Trans. on Comm. – 1997. – Vol. 45(10). – P. 1338–1344.

2. Multiwavelength generation in an erbium-doped fiber laser using in-fiber comb filters / J. Chow, G. Town [et al.] // IEEE Photonics Technol. Lett. – 1996. – Vol. 8 (1). – P. 60–62.

3. Advances in the design and fabrication of high-channel-count fiber Bragg gratings / Hongpu Li, Ming Li [et al.] // J. Lightwave Technol. – 2007. – Vol. 25(9). – P. 2739–2750.

4. Analysis and design of multi-tone signal generation algorithms for reducing crest factor / Yukiko Shibasaki, Koji Asami [et al.] // 2020 IEEE 29th Asian Test Symposium (ATS’20). – 2020. – P. 1–6.

5. Three-step design optimization for multi-channel fibre Bragg gratings / K.Y. Kolossovski, R.A. Sammut [et al.] // Opt. Express. – 2003. – Vol. 11(9). – P. 1029–1038.

6. Gerchberg, R.W. A practical algorithm for the determination of phase from image and diffraction plane pictures / R.W. Gerchberg, W.O. Saxton // Optik. – 1972. – Vol. 35(2). – P. 237–246.

7. Shapiro, D.A. Sixth moment optimization of multi-channel Bragg filters / D.A. Shapiro, A.I. Latkin // Opt. Commun. – 2011. – Vol. 284(6). – P. 1565–1568. 

Предлагается метод, который помогает снизить нелинейные искажения сигналов для амплитудно-фазовой модуляции, используя формат 8-QAM в качестве примера. Нецентральное чирпирование также дает возможность управлять частотными областями и разбивать каналы на несколько частей.

Ключевые слова: волоконно-оптические линии связи, математическое моделирование, нелинейное уравнение Шредингера, фазовая модуляция, нецентральное чирпирование, ортогональные поляризации.

Шапиро Е.Г.
Старший научный сотрудник, кандидат физико-математических наук, Институт автоматики и электрометрии СО РАН, Новосибирск, e-mail: elena.shap@gmail.com.

Шапиро Д.А.
Заведующий лабораторией фотоники, доктор физико-математических наук, профессор, Институт автоматики и электрометрии СО РАН, Новосибирск, e-mail: shapiro@iae.nsk.su.

1. Тенденции и перспективы развития волоконно-оптических систем передачи информации / В.А. Конышев [и др.] // Квантовая электроника. – 2022. – Т. 52, № 12. – С. 1102–1113.

2. Capacity limits of optical fiber networks / R.J. Essiambre [et al.] // Journal of Lightwave technology. – 2010. – Т. 28, no. 4. – P. 662–701.

3. Kikuchi, K. Phase-diversity homodyne detection of multilevel optical modulation with digital carrier phase estimation / K. Kikuchi // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. – 2006. – Vol. 12, no. 4. – P. 563–570.

4. Choyon, A.K.M.S.J. Nonlinearity compensation and link margin analysis of 112-Gbps circular-polarization division multiplexed fiber optic communication system using a digital coherent receiver over 800-km SSMF link / A.K.M.S.J. Choyon, R. Chowdhury // Journal of Optics. – 2021. – Vol. 50, no. 3. – P. 512–521.

5. Шапиро, Е.Г. Управление спектром высокоскоростного канала с помощью нецентрального чирпирования сигнала / Е.Г. Шапиро, Д.А. Шапиро // Квантовая электроника. – 2024. – Т. 54, № 3. – С. 156–161.

6. Шапиро, Е.Г. Фазово-модулированный формат передачи данных с нецентральным чирпированием по высокоскоростной оптической линии связи без компенсации дисперсии / Е.Г. Шапиро, Д.А. Шапиро // Квантовая электроника. – 2023. – Т. 53, № 6. – С. 510–514.