ФЕДЕРАЛЬНОЕ  ГОСУДАРСТВЕННОЕ  УНИТАРНОЕ  ПРЕДПРИЯТИЕ
НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ  КОРПОРАЦИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ОПТИЧЕСКИЙ  ИНСТИТУТ
им. С.И. Вавилова


Главная
Государственному оптическому институту - 90 лет
Институт лазерной физики НПК "ГОИ им. С.И. Вавилова"
Космический пунктир
Приборостроение в ГОИ им. С.И. Вавилова
Вычислительная оптика в ГОИ
Опытное производство ГОИ
Из ГОИ родом: НИИКИ вчера и сегодня
Из ГОИ родом: От ЛенЗОСа до НИТИОМа
61-е Чтения имени академика Д. С. Рождественского
Из книги М. М. Мирошникова
Памятные даты 2008 года
Новые книги

Карта сайта

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ОПТИКА в ГОИ


Вычислительная оптика – научное направление, включающее разработку теоретических основ анализа и синтеза оптических систем, разработку методов автоматизированного проектирования, исследования  и моделирования различных классов оптических систем и элементов, является одним из важнейших направлений работы Государственного Оптического Института с момента его основания в 1918 г.

Следует отметить, что современный отдел Вычислительной оптики ФГУП «НПК «ГОИ им. С.И. Вавилова» берет свое начало от «Вычислительного бюро», которое было основано чл.-корр. АН А.И. Тудоровским в 1916 г. по инициативе академика Д.С. Рождественского и вошло в состав ГОИ при его основании в 1918 г.

Немногим более пятнадцати лет назад нами был дан анализ состояния работ по автоматизации проектирования оптических систем и  сделан прогноз развития этого направления [1] на основе работ, выполняемых в ГОИ им. С.И.Вавилова.

Значительные изменения, которые произошли в мире и оптической науке за эти годы, позволяют сделать анализ и проследить современное состояние работ по вычислительной оптике.

В настоящее время автоматизированное проектирование оптических систем рассматривается как один из этапов технологии информационной поддержки полного жизненного цикла оптических изделий (ИПИ технологии) [2]. Эти технологии, которые в зарубежных источниках называют CALS – технологии, продемонстрировали  за последние десятилетия высокую эффективность при выполнении большого числа коммерческих  и государственных проектов и различных странах, таких как США, Англия, Германия, Япония и др.

С этой точки зрения эффективность программных средств автоматизированного проектирования оптических систем определяется как функциональными возможностями программы, так и  возможностями, которые она дает по автоматизированному формированию обменных файлов для передачи и приема информации из других систем, (например, теплового, механического анализа и проектирования), возможностями включения в автоматизированные системы управления проектами,  производством и предприятием в целом, которые основаны на реализации электронного документооборота и современных технологий управления.

Такой подход является естественным развитием направления по созданию интегрированных программных систем для автоматизированного проектирования, который наметился в 90-е годы  прошлого века [1].

Современные технические средства проектирования оптических систем на базе высокопроизводительных персональных компьютеров и рабочих станций в настоящее время обеспечивают скорость трассировки лучей несколько миллионов поверхностей в секунду. Например, ПЭВМ на базе процессора IntelPentium 4 c частотой  3.6 GHz обеспечивает производительность при выполнении оптических расчетов по нашим данным 2,2 млн. лучей в сек./пов., такая производительность в начале 90 –х годов была доступна только для больших супер ЭВМ. Высокая производительность, в сочетании с необходимыми ресурсами по оперативной памяти и др., обеспечивает выполнение в режиме диалога решение практически всех задач по анализу и синтезу оптических систем, которые перечислены в  работе [1].

Мощным стимулом развития вычислительной оптики за последние годы явилась необходимость разработки оптических систем для микро- и наноразмерной фотолитографии [3], пример объектива для DUV фотолитографии показан на Рис. 1.

Рис.1. Объектив для 
                наноразмерной DUV фотолитографии.
 Рис.1. Объектив для наноразмерной DUV фотолитографии.

 

Значительные исследования были проведены в области разработки зеркальных проекционных оптических систем для фотолитографии в EUV области спектра. Пример такой системы показан на рис.2.[3].

Рис.2.
Зеркальный проекционный объектив для EUV
фотолитографии
Рис.2. Зеркальный проекционный объектив для EUV фотолитографии

 

Весьма актуальной стала задача моделирования микро и нано изображений с учетом остаточных аберраций проекционной оптической системы, частичной когерентности и способа освещения, а также объемной модели фоторезиста и процессов его обработки. В ГОИ для решения этих задач разработана программа LITHOGRA [4] см. Рис. 3.

Рис. 3.
Фрагмент работы программы Lithogra для
моделирования фотолитографических процессов
Рис. 3. Фрагмент работы программы Lithogra для моделирования фотолитографических процессов

 

Разработка этой программы и создание оптических систем для формирования изображений с критическим элементом менее 100 нм относятся к новому научному направлению, которое можно назвать НАНОИКОНИКА, и которое является развитием традиционного для ГОИ направления работ по ИКОНИКЕ, основанного чл-корр. РАН М.М. Миршниковым.

Еще одной, весьма важной задачей, которая была решена за последние годы, является разработка  нецентрированных систем для высоко компактных широкоугольных дисплеев для вертолетов, самолетов и автомобильной промышленности, что дало пример нового класса оптических систем, которые основаны на применении  голограммных оптических элементов.

Примеры разработанных в ГОИ оптических систем широкоугольных авиационных дисплеев с голограммными элементами  показаны на Рис. 4.

 
Рис. 4. Оптические системы: (а) кабинного (б) нашлемного голограммных широкоугольных дисплеев.

В ГОИ разработан и широко используется комплекс программ  WinDEMOS (Design, Evaluation and Modeling of Optical Systems), который ориентирован на комплексную поддержку работы оптика-разработчика, начиная с этапа синтеза исходной оптической схемы или поиска аналога, включая автоматизированную оптимизацию и анализ полученных решений и дальнейшее сопровождение в процессе изготовления и испытаний, создаваемой оптической системы.

Рис.5. Комплекс программ WinDEMOS
Рис.5. Комплекс программ WinDEMOS

Комплекс программного обеспечения WinDEMOS предназначен для проектирования, анализа и моделирования оптических систем с произвольно расположенными в пространстве элементами. Программа позволяет проектировать децентрированные системы с обычными, голографическими и другими оптическими элементами. См. Рис. 5 .

Основные возможности WinDEMOS:

  • дружественный пользовательский интерфейс;
  • удобный язык для текстового описания оптических систем;
  • база данных оптических систем (около 3000 патентов);
  • анализ и оптимизация многоконфигурационных систем;
  • анализ и оптимизация систем с произвольным расположением элементов;
  • расчет ФРТ, КЭ и ОПФ;
  • 8 каталогов оптических материалов, а также каталог специальных материалов для инфракрасной и ультрафиолетовой оптики;
  • анализ габаритов пучков;
  • расчет растровых и др. нестандартных оптических элементов;
  • разнообразные типы и виды асферических поверхностей, включая произвольно деформированные поверхности;
  • расчет многослойных покрытий и поляризационные расчеты;
  • синтез, анализ и оптимизация голографических оптических элементов, включая киноформные оптические элементы;
  • моделирование голографической коррекции аберраций;
  • моделирование адаптивных оптических систем;
  • термобарический анализ оптических систем;
  • расчет оптических систем с градиентными и геодезическими элементами;
  • расчет систем с учетом дифракционного распространения излучения;
  • моделирование протяженных изображений с учетом цвета или в условных цветах;
  • 2D и 3D графика;
  • интерфейс с программами обработки интерферограмм и CAD-системами, генерация обменного файла с данными по оптической системе в формате STEP-NODIF

За последние годы в практику оптического проектирования вошли программные продукты для проектирования и анализа оптических систем, в которых используется недетерминированная трассировка лучей. Как правило, эти программы ориентированы на расчет осветительных систем, не формирующих изображение, а также анализ оптических систем формирующих изображение с точки зрения расчета бликов, анализа светозащиты, прогнозирования рассеянного света с учетом элементов механической конструкции и т.п.

Для этих расчетов нами разработан отдельный режим RTnD, который в дальнейшем предполагается интегрировать в программный комплекс WinDEMOS.

Опыт теоретического анализа и синтеза оптических систем (метод PWC, основы которого были разработаны проф. Г.Г. Слюсаревым) обобщен в оригинальной программе синтеза оптических систем (OSS) см. Рис. 6. В программе OSS метод  PWC обобщен на системы с киноформными оптическими элементами и применены нелокальные методы оптимизации.

Рис.6.  Программа для синтеза оптических систем OSS
Рис.6.  Программа для синтеза оптических систем OSS

Выводы

В результате работ выполненных в ГОИ за прошедшие пятнадцать лет из восьми сделанных нами в [1] прогнозов относительно развития вычислительной оптики подтвердились шесть прогнозов, и работы в этих направлениях продолжают развиваться в мире.

 Относительно двух не выполненных прогнозов следует отметить, что за прошедшее время значительно упростился диалог Человек-ЭВМ с применением дисплеев, клавиатур и манипуляторов, что снизило интерес к организации диалога на естественном языке.

Применение параллельных вычислительных структур и создание на их основе нового класса оптических алгоритмов не потеряло актуальности и, по-видимому, будет реализовано.

Литература

1.             Ган М.А. , Автоматизация проектирования оптических систем, Оптический Журнал, 1994, №8, стр. 4-12

2.             Сайт Научно-исследовательского центра CALS-технологий "Прикладная логистика" (НИЦ CALS-технологий) (http://www.cals.ru)

3.             Ган М.А. и др., Оптические системы для формирования наноизображений для DUV и  EUV областей спектра, Сборник тезисов докладов, Международный форум по нанотехнологиям, М.,2008, с.46

4.             Ган М.А., Устинов С.И., Компьютерное моделирование формирования наноизображений, Сборник тезисов докладов, Международный форум по нанотехнологиям, М.,2008, с.47


Ган М.А., доктор техн.наук

 


Биржевая линия, 12, Санкт-Петербург, Россия, 199034
вебмастер: история, факты
Уход за ногтями: дизайн ногтей . Наращивание ногтей.;Выбираете заборы, ограждения: забор из профнастила . Стальная компания.;Наращивание Ногтей EzFlow - наращивание ногтей .;Поставки спецодежда обувь швейные изделия ткани. Тканm для спецодежды сатин, кант, бязь хлопок .