Об этом сообщила пресс-служба Пермского Политеха со ссылкой на публикацию в международном научном журнале «Optics».
Любое нарушение целостности - трещина, загрязнение или некачественное соединение - ведет к искажению сигнала и сбоям в работе ответственной аппаратуры. Для выявления таких дефектов применяется метод оптической рефлектометрии в частотной области, при котором в волокно направляется лазерный луч с плавно меняющейся частотой.
Отраженный от неоднородностей свет позволяет определить местоположение повреждения с точностью до микрометров. Однако полезный сигнал оказывается чрезвычайно слабым и сопоставимым по уровню с внутренними помехами самого измерительного прибора.
Существующие способы подавления шума действуют грубо: они сглаживают сигнал, но одновременно искажают отклики от реальных дефектов. По данным исследователей, ошибка может составлять от 14% до 53% - серьезное повреждение способно выглядеть в два раза менее опасным. Кроме того, традиционные методы смещают базовый уровень сигнала, в ряде случаев отклонение достигает 67%.
Новый алгоритм, предложенный коллективом ученых, решает эту проблему. Вместо усреднения по всему массиву данных он использует геометрический критерий, позволяющий отличить хаотичный шум от изолированного всплеска, вызванного дефектом. Если вокруг анализируемой точки много «соседей» со случайными колебаниями, участок сглаживается, но общий уровень сигнала не меняется. Редкий резкий скачок, напротив, сохраняется в неизменном виде.
Как пояснил кандидат технических наук, младший научный сотрудник Института механики сплошных сред УрО РАН и сотрудник кафедры общей физики Пермского Политеха А. Кривошеев, традиционные методы всегда подразумевают компромисс между подавлением шума и сохранением данных. Предложенный простой геометрический подход позволяет избежать искажений полезных событий, что ранее было недостижимо.
Тестирование нового метода на реальном оборудовании подтвердило его эффективность. Если традиционные алгоритмы изменяли высоту пика от повреждения на 14-53% и смещали уровень сигнала до 67%, то новый способ продемонстрировал нулевое искажение и нулевое смещение. Это дает возможность не только точно локализовать дефект, но и паспортизовать исследуемый объект - подтвердить его соответствие заданным характеристикам.
Младший научный сотрудник Института механики сплошных сред УрО РАН и ассистент кафедры общей физики Пермского Политеха А. Туров отметил, что при сборке фотонных интегральных схем критически важна точная оценка интенсивности обратных отражений. Если обработка занижает пик на 1/4, специалист может принять ошибочное решение о качестве соединения, что приведет к неправильной работе готового устройства.
Разработка была опробована на оптическом рефлектометре частотной области, созданном ранее совместными усилиями ИМСС УрО РАН и малым инновационным предприятием ОРМС Лаб при Пермском федеральном исследовательском центре УрО РАН. Ученые уже собрали экспериментальную установку «ARFA» - прототип прибора для диагностики оптических чипов, себестоимость которого на треть ниже зарубежных аналогов. Установка официально зарегистрирована предприятием ОРМС Лаб.
Новый алгоритм может быть внедрен в программное обеспечение уже существующих коммерческих рефлектометров без необходимости замены оборудования. Это делает разработку доступным инструментом для российских предприятий, работающих в сфере оптоэлектроники, фотоники и волоконной оптики.
Исследование выполнено при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках государственного задания №124020600009-2, а также при финансировании Российского научного фонда (грант №23-79-10059).
В перспективе авторы намерены повысить точность метода, адаптировать его для различных типов измерительной техники и снизить вычислительную нагрузку на оборудование.
Фотонные интегральные схемы, о которых идет речь в исследовании, представляют собой чипы, где обработка сигналов осуществляется с помощью света, а не электронов. Такие устройства обладают более высокой скоростью передачи данных и меньшим энергопотреблением по сравнению с электронными аналогами. Их применение охватывает не только связь, но и оптические вычисления, квантовые технологии и сенсорику нового поколения. Качественная диагностика соединений и внутренней структуры таких компонентов - одно из ключевых условий развития отечественной фотоники в рамках программ импортозамещения.
Автор: А. Шевченко
































