CC BY
8снизит потребления топлива в целом, но и увеличить эффективность охлаждения двигателя. Наиболее целесообразно и экономически выгодно заменить обычный радиатор системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания термоэлектрическим генератором с аналогичными габаритными характеристиками, что позволит сохранить архитектуру подкапотного пространства транспортного средства.
Работа проводится при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках договора № 14^56.15.3290-МК от "16" февраля 2015 года об условиях использования гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых с организациями -участниками конкурсов, имеющими трудовые отношения с молодыми учеными МК-3290.2015.8.
Рисунок 5. - Термоэлектрический радиатор, состоящий из ламелей двух типов, сформированных из двух разных термоэлектрических материалов
Литература
1. Структура парка транспортных средств по нормам токсичности http://www.autostat.ru/application/ includes/uploadIMG/11786.jpg.
2. Папкин Борис Аркадьевич, Разработка и исследование каталитических нейтрализаторов бензиновых двигателей для автомобилей массой до 3,5 т, обеспечивающих выполнение экологических требований: диссертация кандидата технических наук: 05.04.02: Москва, 2010.- 190 с. РГБ ОД, 61 105/1834.
3. Хрипач Николай Анатольевич, Совершенствование экологических и топливо экономических показателей работы двигателя с принудительным зажиганием применением предварительной термохимической конверсии метанола: диссертация кандидата технических наук: 05.04.02: Москва, 2004.- 199 c. РГБ ОД, 61:04-5/1411.
4. G. Bourhis, P. Leduc. Energy and Exergy Balances for Modern Diesel and Gasoline Engines. Oil & Gas Science and Technology - Rev. IFP, Vol. 65, No. 1, pp. 39-46, 2010.
5. N. Khripach, B. Papkin and V. Korotkov. Thermoelectric generators of motor vehicle powertrains, problems
and prospects. Life Science Journal, 11(12), pp.503507, 2014.
6. US patent 2013/0000285, 03.01.2013. Gregory P. Prior, GM global technology operations LLC. Internal combustion engine exhaust thermoelectric generator and methods of making and using the same.
7. US patent 7687704, 30.03.2010. K. Shimoji, K. Suzuki, Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha. Thermoelectric generator for internal combustion engine.
8. DE патент 102009033613, 20.01.2011, Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh, Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft. Thermoelekt-rische Vorrichtung mit Rohrbündeln.
9. N. Baatar, S. Kim. A thermoelectric generator replacing radiator for internal combustion engine vehicles. Telkomnika, Vol.9, No.3, pp. 523-530, 2011.
10. S. Kim, S. PARK, S. KIM and S.-H. RHI. A thermoelectric generator using engine coolant for light-duty internal combustion engine powered vehicles. Journal of electronic materials, Vol. 40, No. 5,pp. 812-816 2011.
11. US Патент 5837928, 17.11.1998, Robert D. Zinke. Thermoelectric radiator.
ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ СОСТОЯНИЙ УГЛОВОГО ОРБИТАЛЬНОГО МОМЕНТА ФОТОНОВ В ВОЛОКОННЫХ СВЕТОВОДАХ ОПТИЧЕСКИХ КОМБИНИРОВАННЫХ ЛИНИЙ СВЯЗИ
Кузяков Борис Алексеевич
кандидат физ. - матем. наук, доцент каф. Телекоммуникационных систем, Московский государственный университет информационных технологий, радиотехники и электроники (МИРЭА), г. Москва
PECULIARITIES OF PROPAGATION OF THE STATES OF ORBITAL ANGULAR MOMENTUM OF THE PHOTONS IN FIBERS COMBINED OPTICAL COMMUNICATION LINES
Kuzyakov Boris, Moskow State University of information technology, radioengineering and electronics (MIREA), Moscow
АННОТАЦИЯ
Работа посвящена особенностям распространения состояний орбитальных угловых моментов (ОАМ) фотонов в волоконных световодах оптических комбинированных линий связи. Рассматривается прохождение мод ОАМ в селективных световодах. В модуле передатчика формируется поток фотонов с определенной модой ОАМ, в приемном модуле выбираются фотоны с соответствующей модой ОАМ, что позволяет реализовать корректировку системы связи. Методика с использованием нелинейного кольцевого кварцевого волокна позволяет создавать и выделять несколько состояний ОАМ. Показан ряд применений волоконных световодов в оптических комбинированных линиях связи.
ABSTRACT
The work is devoted to the peculiarities of the distribution of states of orbital angular momentum (OAM) of photons in fibers combined optical communication lines. Discusses the passage of the mod in the selective optical fibers. In transmitter module is formed by a flux of photons with a certain mode of OAM, a receiving module, photons are selected with the appropriate fashion OAM, which allows adjustment of the communication system. A procedure based on nonlinear ring quartz fiber allows you to create and select multiple OAM states. Shows the number of applications of optical fibers combined in an optical communication lines.
Ключевые слова: фотон, волоконные световоды, орбитальный угловой момент, оптическая линия связи
Keywords: photon, fibers, orbital angular momentum, optical communication line
В наше время для реализации телекоммуникационной связи [6, 7] между разнообразными объектами, в ряде случаев, необходимы комбинированные оптические системы (КОТС). Они могут содержать несколько сегментов волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) и атмосферных открытых линий связи (АОЛС). В-последних, передача информации осуществляется в открытом пространстве лазерным лучом в условиях прямой видимости.
Общая схема АОЛС включает: источник лазерного излучения с модулятором, на который поступает информационный сигнал; модуль передающей антенны; атмосферный канал выбранной дальности; модуль приёмной антенны; модуль фотоприёмного устройства на основе быстродействующего PIN фотодиода или APD с предуси-лителем и системой обработки сигнала. Доступность АОЛС непосредственно связана с величиной поступающей лазерной мощности на приёмник Pr и отношением сигнал/шум SNp.
При значительной протяженности всей линии связи применяются волоконно-оптические усилители (ВОУ). В настоящее время ВОУ интенсивно совершенствуются, наряду с волоконными лазерами, имеющими очень широкий спектр применений, включая системы телекоммуникаций. Необходимая мощность выходного излучения
ВОУ достигается путем соответствующего выбора материала активного световода и параметров источника накачки.
Относительную устойчивость оптического телекоммуникационного канала, можно повысить на основе метода коррекции фазы (МКФ), при использовании орбитальных угловых моментов фотонов (ОАМ) [7, 1]. Еще совсем недавно возможность применения состояний ОАМ в системах оптических телекоммуникаций было не очевидным. Однако, изучение ранних фундаментальных отечественных работ и недавние работы [5], позволяют корректно рассчитывать плотности углового момента. В МКФ с ОАМ используется поток фотонов с определенной модой углового орбитального момента, в приемном модуле выбираются фотоны с соответствующей модой ОАМ, что позволяет реализовать корректировку системы телекоммуникации.
Для реализации методики с использованием мод ОАМ могут применяться несколько вариантов схем. Например, в работе [1] в схеме формирования лазерного пучка (рис. 1) используются отражательные голограммы или дифракционные решетки на входе и выходе оптической системы.
а) б)
Рисунок 1. Примеры распределения потоков фотонов с модами ОАМ
На рис. 1 (черный цвет - экспериментальные данные, белый - расчетные) наглядно представлены варианты зависимостей интенсивности пучка от распределения мод ОАМ (параметр I). Например, видно, что на рис. 1
(а), при 0 = 0,4 (0 - нормированный угловой сектор полной расходимости лазерного пучка) контраст между первыми ближайшими модами ОАМ превышает 0,9, при 0 = 0,8 (рис. 1, б), этот контраст оказывается порядка 0,3. При еще
больших значениях 0 = 1,0, значимый контраст реализуется для отдельных мод: -1, - 0 и 2, - 3.
Моды ОАМ могут передаваться как в сегментах АОЛС, так и в сегментах ВОЛС [1, 3, 4]. В нескольких работах показано, что при определенной конструкции световода он позволяет пропускать выбранные моды ОАМ с высокой эффективностью. В [10] предлагается использовать волокно с инверсным параболическим градиентным распределением показателя преломления п(г) по радиусу цилиндрического волокна г:
п(г)=п1У[1^Д(г2/а2)], если га (1)
п(г)=п2, если г>а.
Для анализа такого волокна удобно использовать несколько параметров: относительный контраст показателя преломления Д = (п12 - п22) / 2п12, параметр кривизны N = (п1 - na) / (п1 - п2), где п1 - показатель преломления сердцевины волокна (г = 0 - a), п2 - показатель преломления оболочки (г > а), na - показатель преломления точно на границе сердцевины с оболочкой (г = а).
Реализация контраста показателя преломления Д в волокне позволяет проводить селекцию мод ОАМ с высо-
п" •00001
кой эффективностью. В работе [10] приводятся разнообразные графические зависимости, включая зависимость минимального эффективного показателя сепарации п* от радиуса сердцевины г для группы ОАМ мод LP11, при a = 3 мкм, Л = 1550 нм, п2 = 1,4440. На рис. 2 приведена зависимость разности п** от радиуса сердцевины волокна г: п** = п* (дптах =0,07) - п* (Дптах =0,05).
Зависимость п** имеет ярко выраженный экстремум в диапазоне а = 1,8 -2,2 мкм. Эти величины а могут быть использованы при оптимизации сегмента ВОЛС. Анализ работ по селективным световодам для ОАМ мод, включая работы [10], показывает, что они перспективны для использования в высокоскоростных КОТС. При этом следует отметить, что их применение наиболее эффективно при относительно небольших длинах (50 - 300 м) сегментов ВОЛС. При значительных длинах сегментов ВОЛС (до нескольких км) селективное волокно це-
лесообразно использовать в качестве дополнительного фильтра ОАМ мод в КОТС. В любом из рассматриваемых вариантов, применение волокна ^^ расширяет возможности выбора и построения новейших КОТС с параметрами близкими к оптимальным.
г з i Рисунок 2. Зависимость разности n**
& в a uiv
от радиуса сердцевины волокна
В наше время, ряд АОЛС, входящих в КОТС, в диапазоне Л = 1,55 мкм, (полный дуплекс) со скоростями 1 Гбит/с, с интерфейсом Gigabit Ethernet выпускаются малыми сериями. При этом, максимальная дальность связи, зависящая от дальности видимости М, при выбранном коэффициенте доступности (иногда превышающем уровень 99,9), для большинства моделей - не превышает 1,5 км. Однако, есть модели на дальность 3 - 4 км.
Волоконные световоды в КОТС могут быть использованы для разнообразных задач, например для генерации состояний ОАМ. В одном из методов генерации выбранных состояний ОАМ, используют нелинейное кольцевое кварцевое волокно и параметрическую конверсию «вниз». При создании термической нелинейности в кольцевом волокне с длиной ~ 1 м, реализована высокая квантовая эффективность процесса.
В работе [10] приведены результаты многомодо-вой интерференции между Гауссовым пучком и пучком с модами ОАМ различного порядка в диэлектрическом квадратном волноводе. При многомодовой интерференции в волноводе реализуется эффект самоизображения выбранных мод. В некотором входном сечении волновода поле моды можно представить в виде: ГО у) = fs М fA (у) - симметричная вдоль горизонтальной оси и антисимметрична по вертикальной оси; а для поля четной моды: fе (х, у) = fs (у) fA (х) эти направления симметрии изменяются. После прохождения вдоль (по горизонтальной оси) волновода расстояния L = 3Lc /2 от входного сечения волновода, при условии многомодовой интерференции, распределения полей мод изменяются и принимают следующий вид:
fA1/3(x, 3Lc/2)=(1/C)[fA1/3(x)exp(jл/2)+fA1/3(W-x)], (2)
fs1/3(x, 3Lc/2)=(1/C)[fs1/3(x)exp(jл/2)+fs1/3(W-x)exp(jл)] (3)
Анализ выражений (2) и (3) показывает, что фазы Во всех рассмотренных схемах, для борьбы с пере-
сигналов сильно отличаются. Т.е. на расстоянии L = 3Lc /2 крестными модовыми помехами, можно использовать от входного сечения волновода установились выбранные моды ОАМ.
новые селективные направленные ответвители [8] и методы обработки сигналов на выходе нетрадиционных волоконных световодов [9].
Таким образом, специализированные волоконные световоды позволяют транспортировать и создавать различные состояния ОАМ, используемые в сегментах ВОЛС и АОЛС для многообразных оптических комбинированных линий телекоммуникаций. Современные КОТС интенсивно совершенствуются, что подтверждается так же недавними экспериментами работы [2].
Список литературы
1. Gibson G., Courtial J., Padgett M. et al. Free-space information transfer using light beams carring orbital angular momentum // Optics Express. - 2004. - v. 12. -Is. 22. - p. 5448 - 5456.
2. Krenn M., Fickler R., Fink M., Handsteiner J., Malik M., Scheidl T., Ursin R. // A.Z., arXiv: 1402.2602; Ученые впервые осуществили передачу информации на большое расстояние при помощи «закрученного» света // Лазер-Информ. - 2014. - № 22 (541). - (ноябрь) - с. 12.
3. Кузяков Б.А., Мораренко В.В., Шмелев В.А. Современные методы реализации и селекции орбитальных угловых моментов фотонов в оптических комбинированных линиях связи // Труды IV-й Международной конференции по фотонике и информационной оптике. М.: НИЯУ МИФИ. - 2014. - с. 24 - 25.
4. Кузяков Б.А., Тихонов Р.В. К проблеме повышения доступности оптической телекоммуникационной
системы с атмосферными сегментами // Труды III-й Всероссийской конференции по фотонике и информационной оптике. М.: НИЯУ МИФИ. - 2014.- c. 23 -24.
5. Масалов А.В. Спиральные световые пучки и угловой момент излучения // Сборник статей конф. «12 Международные чтения по квантовой оптике (IWQO-2015)», г. Троицк, 11-16 Август 2015. - с. 33.
6. Павлов Н.М. Коэффициент готовности атмосферного канала АОЛП и методы его определения // Фотон-Экспресс. - 2006. - №6. - с. 78-90.
7. Sanchez D.J., Oesch D.W. Localization of angular momentum in optical waves propagating through turbulence // Optics Express. - 2011. - v. 19. - Is. 25.-p. 25388 - 25396.
8. Funes G., Vial M., Anguita J.A. Orbital-angular-momentum crosstalk and temporal fading in a terrestrial laser link using single-mode fiber coupling // Optics Express. - 2015. - Vol. 23. - Is. 18. - p. 23133 -23142.
9. Xu J., Chen Y. General coupled mode theory in non-Hermitian waveguides // Optics Express. - 2015. -Vol. 23. - Is. 17. - p. 22619 - 22627.
10. Ung B., Vaity P., Wang L., Messaddeg Y., Rusch L.A., LaRochelle S. Few-mode fiber with inverse-parabolic graded - index profile for transmission of OAM-carrying modes // Optics Express. - 2013. - v. 22.- No. 15.- p. 18044-18055.
ДЕТЕКТИРОВАНИЕ ДОРОЖНЫХ ЗНАКОВ НА ОСНОВЕ ТЕКСТУРНЫХ И ЦВЕТОВЫХ
ПРИЗНАКОВ С ПОМОЩЬЮ ОБУЧЕННОЙ НЕЙРОННОЙ СЕТИ
Максимовский Александр Сергеевич
аспирант 2 курса ЯрГУ им. П.Г. Демидова Палочкин Виталий Валерьевич
аспирант 2 курса ЯрГУ им. П.Г. Демидова
THE ROAD SIGNS DETECTION BASED ON THE TEXTURAL AND COLOUR SIGNS WITH NEURAL NETWORK TRAINING Maximovskiy Aleksander, second year postgraduate student of Yaroslavl Demidov State University Palochkin Vitaliy, second year postgraduate student of Yaroslavl Demidov State University
АННОТАЦИЯ
Задача распознавания объектов актуальна для решения задач обнаружения, дистанционного управления системами и цифровой обработки изображений. Целью данной работы является программная реализация алгоритма детектирования некоторых специально отобранных дорожных знаков по цветовым и текстурным признакам. В данной работе были программно реализованы алгоритм детектирования дорожных знаков по цветовым признакам с помощью алгоритма Лукаса-Канаде и алгоритм детектирования дорожных знаков по цветовым и текстурным признакам, проведено исследование зависимости вероятности правильного детектирования дорожных знаков от их формы.
ABSTRACT
The problem of objects recognition relevant to the challenge of detection, remote control systems and digital image processing. The goal of this work is software implementation of the road signs detection algorithm for color and texture features. The road signs detection algorithm on color attributes using the algorithm of Lucas-Canada and the road signs detection algorithm on color and texture features were implemented in this work. Depending on the probability of correct detection of the road signs on their forms was investigated.
Ключевые слова: цветовые признаки, текстурные признаки, алгоритм Лукаса-Канаде, нейронная сеть, диаграмма Вороного, триангуляция Делоне.
Keywords: color signs, texture signs, algorithm of Lucas-Canada, neural network, Voronoi diagram, Delaunay triangulation.
