Физики предложили продвинуть оптику с помощью игровых видеокарт

Новая методика рассчитывает важные для многих отраслей неровные оптические элементы так, как будто они являются ровными, при этом в итоге точность расчётов даже возрастает.

Учёные из МФТИ и Университета Жана Монне (Франция) разработали метод моделирования, позволяющий проектировать сложные оптические приборы на геймерских видеокартах. Соответствующая статья опубликована в Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer.

Исследователи предложили новый подход к расчёту оптических параметров сложных дифракционных решёток и дифракционных элементов. Дифракционная решётка — это совокупность большого числа регулярно расположенных штрихов, щелей или выступов, нанесённых на какую-то поверхность. Они чрезвычайно широко распространены вокруг нас — даже нарезанные на DVD-диске полоски являются такой решёткой. Чтобы добиться максимальной отдачи от решётки, надо заранее точно рассчитать её параметры.

Фото: © МФТИ

Суть предложенного нового метода расчета решёток заключается в том, что неровная поверхность дифракционной решётки заменяется при её расчёте на плоскую. Для неё очень просто посчитать отражение и преломление волн. Конечно, чтобы учесть физические эффекты, связанные с тем, что на самом деле поверхность решётки неровная, в ходе расчётов соответствующим образом меняются характеристики среды перед поверхностью. Получается, что вместо отражения от неровной поверхности, решётки волны как будто бы подходят к ней через неоднородное, местами замедляющее их распространение, пространство. Этот приём значительно повышает качество расчётов, и вместе с тем резко упрощает их. В итоге за то же вычислительное время становится возможным получить гораздо более точный результат.

В работе также продемонстрирована возможность эффективного распараллеливания метода для вычислений на видеокартах. Это даёт возможность использовать серийно производимые для геймеров видеокарты для быстрых расчётов дифракционных решёток. Вычислительная мощность графических процессоров уже превосходит мощность обычных центральных процессоров, поэтому видеокарты нашли себе место во многих лабораториях по всему миру. В новом исследовании сопоставление моделирования на видеокартах и обычных процессорах показало, что чип видеокарты справляется с задачей в десятки раз быстрее.

Способность дифракционной решётки разлагать свет в спектр используется в спектрометрах: приборах, которые по спектру излучения позволяют определять состав различных веществ: от раствора в пробирке (или следов взрывчатки и наркотиков в воздухе) до рассеянных в космическом пространстве газов. Учёт дифракции необходим для изготовления литографических масок, применяемых при производстве микросхем, а также при создании перспективных фотоэлементов. Это означает, что новая перспективная техника расчёта таких дифракционных элементов может ускорить развитие технологий во всех вышеуказанных областях. Кроме того, такие структуры могут и усложнить подделку документов и денег: рисунок из тонких металлизированных полос на бумаге, особым образом отражающих свет,

Нравится1
Комментарии (3)
B
i
u
Спойлер