Винаходи та інновації. Винахідники України
	Відділ комп’ютерних технологій Міжнародного центру «Інститут прикладної оптики» НАН України
	Оптико-цифрова система з динамічним транспарантом типу SLM LC-R2500 для синтезу цифрових голограм, кіноформів та просторових фільтрів     Кузьменко Олександр Васильович — старший науковий співробітник, доктор фізико-математичних наук, завідувач відділу.    З 1987 р. займається теорією та практикою вирішення фазової проблеми, яка виникає при роботі в широкому діапазоні електромагнітних хвиль — від радіо- до рентгенівських. Метою досліджень очолюваної ним групи наукових співробітників є розробка нових математичних методів та алгоритмів вирішення фазової проблеми як в одномодульному (рентгеноструктурний аналіз, зоряна інтерферометрія), так і двомодульному (цифрова голографія, електронна мікроскопія) її варіантах. Розроблені О. В. Кузьменком ефективні методи реконструкції фази електромагнітного поля на базі модифікованого ітеративного Фур’є-перетворення здобули визнання не лише в Україні, а й за її межами. Олександр Кузьменко — автор понад 60 наукових праць та 11 патентів на винаходи. Нагороджений знаком «Винахідник СРСР».
	Одним з основних напрямів наукової діяльності Інституту прикладної оптики є когерентно-оптичні та оптоелектронні методи запису, обробки та відображення інформації. Цикл досліджень по фазовій проблемі в оптиці, виконаних в інституті під керівництвом О. В. Кузьменка, дав змогу отримати важливі як принципові, так і практичні результати з її вирішення.    Суть фазової проблеми, або так званої оберненої задачі дифракції, полягає у знаходженні просторового (або часового) розподілу фази ЕМ поля, дифрагуючого на об’єкті, за експериментальними чи апріорними даними для інтенсивності цього поля у площині, розташованій на заданій відстані від об’єкта. Фізична причина існування цієї проблеми в тому, що наявні вимірювальні прилади здатні реєструвати лише інтенсивність ЕМ поля, натомість значення фази поля при цьому втрачаються.    Фрагмент кіноформу (збільшено в 30 разів) та відтвореного з нього бінарного зображення Класичні математичні методи вирішення фазової проблеми (різні методи регуляризації рішень операторних рівнянь, пошук та побудова рішень за нулями в комплексній площині тощо) — доволі складні і в багатьох випадках малоефективні. Тому, незважаючи на багатолітню історію проблеми, пошук простіших та ефективніших методів її вирішення триває досі. На сьогодні велику увагу як фізиків, так і математиків привертають ітераційні методи, що базуються на дискретному, зокрема дискретному дробовому, перетворенні Фур’є (група так званих ІФП-методів). Відкритий у своєму найпростішому варіанті ще в 1972 р. фізиками Герчбергом і Сакстоном, ІФП-метод довгий час не привертав належної уваги. Лише після того, як у 1980– 1983 рр. Фінап розвинув його для задач зоряної інтерферометрії, методом серйозно зацікавилися спеціалісти, переважно оптики, а також математики. Розвитку ІФП-методів сприяв також бурхливий розвиток комп’ютерної техніки та поява комп’ютерно керованих просторових модуляторів світла на рідких кристалах.    В Інституті прикладної оптики розроблено низку нових методів ІФП-типу для вирішення фазових задач. Один із них вирішує проблему реконструкції фаз у площинах об’єкт — спектр за експериментальними даними, отриманими для інтенсивності поля у цих площинах. Ноу-хау спосіб визначення стартового розподілу фаз на об’єкті в цьому методі дає змогу на кілька порядків зменшити похибку реконструкції фаз порівняно з методом Герчберга-Сакстона. Наразі метод перебуває на стадії апробації та узагальнення його на випадок дробового перетворення Фур’є. Інший, так званий ваговий, ІФП-метод слугує для розрахунку оптичних фазових структур типу «кіноформ» за заданою функцією об’єкта. Ідея використання динамічного (вагового) амплітудного фільтра у площині об’єкта в процесі розрахунку кіноформа виявилася надзвичайно ефективною. За допомогою цього методу можна синтезувати, тобто розраховувати та виготовляти, високоякісні кіноформи для різних цілей — генерації зображень, розщеплення лазерного променя на систему променів заданої конфігурації, формування оптичних пасток для утримання та керування рухом мікро- та наночастинок у твізерах тощо. Особливо ефективним ваговий метод виявився при синтезі кіноформів для бінарних об’єктів. Після опублікування метод зацікавив наших зарубіжних колег і був упроваджений (за участю авторів) в одній із науково-дослідних лабораторій Чосунського університету в м. Кванджу (Південна Корея). Як відомо, висока дифракційна ефективність кіноформу, що може досягати 90 % і більше, забезпечує йому дедалі ширше використання в практичних розробках. Також було розроблено теорію, методи розрахунку та експериментально досліджено двофазовий тип цифрових голограм. Показано, що голограми цього типу можуть відтворювати амплітудно-фазовий розподіл оптичного поля в наперед заданий порядок дифракції, причому не лише в цілий (+–1), а й у дробовий (+–1/2). Останнє забезпечується у випадку наявності в структурі голограми допоміжної, так званої даманівської, решітки з періодом вдвічі більшим за період основної, сигнальної решітки. Відтворення заданого хвильового фронту в дробовий порядок дає можливість суттєво зменшити в ньому оптичні шуми порівняно з відтворенням у цілий порядок дифракції. Це, у свою чергу, розширює можливості використання цього типу голограм, наприклад, для формування тестових хвильових фронтів при виготовленні та тестуванні оптичних елементів різного типу. Роботу по двофазних голограмах, після її публікації було відзначено як досягнення у прикладній оптиці в новинах Vertical News (США) у 2008 р.    Сьогодні Олександр Кузьменко зі своїми співробітниками наполегливо працює над подальшим розвитком новітніх методів вирішення фазової проблеми в оптиці та впровадженням цих методів у практику у вигляді алгоритмів та пакетів комп’ютерних програм для гібридних оптико-цифрових систем різного призначення.
	Вул. Кудрявська, 10-г, м. Київ, 04053. Тел.: 0 (97) 052-69-11, 272-24-35. Е-mail: avk@iao.kiev.ua
	Назад   ]   Зміст   [   Вперед