Авторы могут скачать Образец титульной страницы

ОБРАЗЕЦ ТИТУЛЬНОЙ СТРАНИЦЫ

(для случая, когда авторов не более четырёх)

DOI: 10.17586/1023-5086-2024-91-ХХ-ХХ-ХХ

УДК 621.373:535

Полностью оптическое формирование свойств трехмерного солитона самоиндуцированной прозрачности в парах ⁸⁷Rb

Сергей Николаевич Багаев¹, Игорь Борисович Мехов², Игорь Анатольевич Чехонин^3*, Михаил Анатольевич Чехонин⁴

¹Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск, Россия

^{2, 3, 4}Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия

¹bagayev@laser.nsc.ru https://orcid.org/0000-0003-4470-2779

²mekhov@yahoo.com https://orcid.org/0000-0001-9699-8335

³chekhonin@mail.ru https://orcid.org/0000-0001-6862-6737

⁴chekhonin@bk.ru https://orcid.org/0000-0001-6862-9267

Корреспондирующий автор: Игорь Анатольевич Чехонин, chekhonin@mail.ru, +7(111) 111-11-11

Аннотация

Предмет исследования. Трехмерные солитоны теории самоиндуцированной прозрачности лазерных импульсов со сходящимся цилиндрическим волновым фронтом и различными поперечными пространственными профилями поля импульса в парáх ⁸⁷Rb. Цель работы. Экспериментальное исследование трехмерных солитонов самоиндуцированной прозрачности лазерных импульсов и разработка прототипов новых устройств резонансной радиофотоники с помощью лазерных методов обработки сигналов в сверхвысокочастотном диапазоне спектра. Метод. В каустике сфокусированного пучка лазерного импульса накачки с цилиндрическим волновым фронтом создается поперечный пространственный профиль напряженности электрического поля специальной формы. Для создания произвольного профиля могут быть применены разработанные нами компьютерные синтезированные голограммы. Основные результаты. Исследованы свойства трехмерного солитона самоиндуцированной прозрачности при различной частоте расстройки поля входного импульса по отношению к атомному резонансу. Максимальная мощность импульса лазера составила 8,5 мВт, длительность импульса ‒ 4–5 нс. Разрешение системы регистрации по времени – 27 пс. Показано, что полностью оптическое управление несущей частотой входного импульса определяет свойства выходного импульса – сжатие длительности импульса (генерация строб-импульса), задержку солитона по времени, смещение во времени несущей частоты солитона. Практическая значимость. Полученные в работе результаты исследования свойств трехмерных солитонов самоиндуцированной прозрачности послужат основой для разработки прототипов устройств для обработки оптических сигналов с использованием лазерных диодов малой мощности.

Ключевые слова: самоиндуцированная прозрачность, солитон, резонансная среда, компьютерная синтезированная голограмма

Благодарность: работа поддержана Российским научным фондом, проект № 17–19–01097.

Ссылка для цитирования: Багаев С.Н., Мехов И.Б., Чехонин И.А., Чехонин М.А. Полностью оптическое формирование свойств трехмерного солитона самоиндуцированной прозрачности в парах ⁸⁷Rb // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № ХХ. С. ХХ‒ХХ. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-ХХ-ХХ-ХХ

Коды OCIS: 060.5530, 050.1590, 060.5625

All-optical shaping of a 3D self-induced transparency soliton in ⁸⁷Rb vapours

Sergey N. Bagaev¹, Igor B. Mekhov², Igor A. Chekhonin^3*, Mikhail A. Chekhonin⁴

¹Institute of Laser Physics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Novosibirsk, Russia

^{2, 3, 4}St. Petersburg State University, St. Petersburg, Russia

¹bagayev@laser.nsc.ru https://orcid.org/0000-0003-4470-2779

²mekhov@yahoo.com https://orcid.org/0000-0001-9699-8335

³chekhonin@mail.ru https://orcid.org/0000-0001-6862-6737

⁴chekhonin@bk.ru https://orcid.org/0000-0001-6862-9267

Abstract

Subject of study. Three-dimensional solitons of the theory of self-induced transparency of laser pulses with a converging cylindrical wave front and different transverse spatial profiles of the pulse field in ⁸⁷Rb vapor. Aim of study. Experimental study of three-dimensional solitons of the theory of self-induced transparency of laser pulses and development of prototypes of new devices for resonant quantum microwave photonics using laser signal processing methods in the microwave region of the spectrum. Method. In the caustic of a focused beam of a laser pump pulse with a cylindrical wave front, a transverse spatial profile of the electric field strength of a special shape is created. The computer generated holograms developed by us can be used to create an arbitrary profile. Main results. The properties of a three-dimensional self-induced transparency soliton are studied for various detuning frequencies of the input pulse field with respect to atomic resonance. The maximum laser pulse power was 8.5 mW; the pulse duration was 4–5 ns. The time resolution of the recording system is 27 ps. It is shown that the all-optical control of the carrier frequency of the input pulse determines the properties of the output pulse – compression of the pulse duration (generation of a strobe pulse), the value of the soliton delay in time, the time shift of the carrier frequency of the soliton. Practical significance. The results obtained in the study of the properties of three-dimensional self-induced transparency solitons will serve as the basis for the development of prototypes of signal processing devices using low-power laser diodes.

Keywords: self-induced transparency, soliton, resonant medium, computer generated hologram

Acknowledgment: this work was supported by the Russian Science Foundation, project № 17–19–01097.

For citation: Bagaev S.N., Mekhov I.B., Chekhonin I.A., Chekhonin M.A. All-optical shaping of a 3D self-induced transparency soliton in ⁸⁷Rb vapours [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2024. V. 91. № ХХ. P. ХХ–ХХ.  http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-ХХ-ХХ-ХХ

OCIS codes: 060.5530, 050.1590, 060.5625

ОБРАЗЕЦ ТИТУЛЬНОЙ СТРАНИЦЫ

(для случая, когда авторов более четырёх)

DOI: 10.17586/1023-5086-2024-91-ХХ-ХХ-ХХ

УДК 004.93

Категоризация объектов и сцен нейронной сетью, входы которой предварительно обучены декодированию пространственных неоднородностей текстуры

Д. В. Явна^*, В. В. Бабенко, О. А. Горбенкова, И. В. Плавельский, В. Д. Вороная, А. С. Столетний

Южный федеральный университет, Ростов-на-Дону, Россия

Корреспондирующий автор: Денис Викторович Явна, yavna@fortran.su, +7(111) 111-11-11

Аннотация

Предмет исследования. Исследование возможности использования нейросетевых моделей зрительных механизмов второго порядка в качестве входов нейросетей­классификаторов. Зрительные механизмы второго порядка отвечают за обнаружение пространственных неоднородностей контраста, ориентации и пространственной частоты в изображении. Эти механизмы традиционно рассматриваются исследователями зрительной системы как одно из звеньев начальной зрительной обработки; хорошо изучена их роль в восприятии текстур. Цель работы — проверить, будет ли предварительное обучение входных модулей классификатора демодуляции пространственных модуляций градиентов яркости способствовать категоризации объектов и сцен. Метод. В качестве основного метода применялось нейросетевое моделирование. На первом этапе исследования была сгенерирована выборка текстурных изображений, используемая для обучения нейросетевых моделей зрительных механизмов второго порядка, и проведено обучение этих моделей. На втором этапе были подготовлены выборки объектов и сцен, на которых было проведено обучение сетей­классификаторов. На входе этих сетей располагались ранее обученные модели зрительных механизмов второго порядка с замороженными весами. Основные результаты. Информации второго порядка, представленной в виде карты мгновенных значений функции модуляции контраста, ориентации и пространственной частоты в изображении, может быть достаточно для идентификации только некоторых классов сцен. В целом, в рамках предложенных нейросетевых архитектур использование значений функции модуляции градиентов яркости для решения задачи классификации объектов оказалось малоэффективным. Таким образом, не подтвердилась гипотеза о том, что зрительные фильтры второго порядка кодируют признаки, позволяющие идентифицировать объект. Этот результат делает необходимым проверку альтернативной гипотезы, согласно которой роль фильтров второго порядка ограничивается задачей построения карт салиентности, а сами фильтры являются окнами, через которые поступает информация с выходов фильтров первого порядка. Практическая значимость. Проведена оценка возможностей использования моделей зрительных механизмов второго порядка в системах компьютерного зрения.

Ключевые слова: механизмы зрительной обработки, текстура, сверточная нейронная сеть, нейросеть­классификатор, машинное зрение

Благодарность: исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ, проект № 18­29­22001 МК «Исследование нейрокогнитивных технологий управления вниманием и формирования ментальных репрезентаций визуального интернет­контента».

Ссылка для цитирования: Явна Д.В., Бабенко В.В., Горбенкова О.А., Плавельский И.В., Вороная В.Д., Столетний А.С. Категоризация объектов и сцен нейронной сетью, входы которой предварительно обучены декодированию пространственных неоднородностей текстуры // Оптический журнал. 2024. Т. 90. № 1. С. 37–48. http://doi.org/10.17586/1023­-5086­-2024-91-ХХ-ХХ-ХХ

Коды OCIS: 100.4996, 330.5370

Categorization of objects and scenes by a neural network whose input modules are pre-trained to decode spatial texture inhomogeneities

D. V. Yavna^*, V. V. Babenko, O. A. Gorbenkova, I. V. Plavelsky, V. D. Voronaya, A. S. Stoletniy

Southern Federal University, Rostov-on-Don, Russia

Abstract

Scope of research. Investigation of the possibility of using neural network models of second­order visual mechanisms as input data for neural network classifiers. Second­order visual mechanisms make it possible to detect spatial inhomogeneities in contrast, orientation, and spatial frequency in an image. These mechanisms are traditionally considered by visual researchers as one of the stages of early visual processing; their role in the perception of textures has been well studied. The purpose of the work is to study whether the use of classifier input modules previously trained to demodulate spatial modulations of brightness gradients will contribute to the categorization of objects and scenes. Method. Neural network modeling was used as the main method. At the first stage of the study, a set of texture images was generated, which is used to train neural network models of second­order visual mechanisms, and these models were trained. At the second stage, samples of objects and scenes were prepared, on which classifier networks were trained. Previously trained models of second­order visual mechanisms with frozen weights were placed at the input of these networks. Main results. The second order information, presented as a map of instantaneous values of the modulation function of contrast, orientation and spatial frequency in the image, may be sufficient to identify only some classes of scenes. In general, within the framework of the proposed neural network architectures, the use of modulation function values for solving the problem of object classification turned out to be ineffective. Thus, the hypothesis that second­order visual filters encode features that allow identifying an object was not confirmed. This result makes it necessary to test an alternative hypothesis that the role of second­order filters is limited to participation in the construction of saliency maps, and the filters themselves are windows through which information comes from the outputs of first­order filters. Practical significance. The possibility of using second­order models of visual mechanisms in computer vision systems was assessed.

Keywords: visual processing mechanisms, texture, convolutional neural network, classifier neural network, machine vision

Acknowledgment: the study was financially supported by the Russian Foundation for Basic Research, project № 18­29­22001 MK "An investigation of neurocognitive technologies of attentional control and formation of mental representations of visual web content".

For citation: Yavna D.V., Babenko V.V., Gorbenkova O.A., Plavelsky I.V., Voronaya V.D., Stoletniy A.S. Categorization of objects and scenes by a neural network whose input modules are pre­trained to decode spatial texture inhomogeneities [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2024. V. 91. № ХХ. P. ХХ–ХХ. http://doi.org/10.17586/1023-­5086­-2024­-91-­ХХ-­ХХ-­ХХ

OCIS сodes: 100.4996, 330.5370