Спектральний аналіз та параметричний синтез багатошарових оптичних структур з адаптивною організацією обчислювальних процесів

Анотація

Досліджено особливості засобів організації обчислювальних процесів у задачах спектрального аналізу та параметричного синтезу багатошарових тонких плівок. Застосовано методи математичного моделювання, методи хвильової оптики, зокрема – метод матриць передачі та його узагальнення, чисельні методи розв'язання обернених задач спектроскопії, а також ітераційні алгоритми оптимізації параметрів багатошарових структур з елементами адаптивного керування обчислювальними процесами. Встановлено, що використання ізольованих чисельних методів у задачах спектрального аналізу та параметричного синтезу багатошарових тонких плівок обмежується високою обчислювальною складністю та чутливістю до варіацій вхідних даних. Виявлено доцільність інтеграції фізичних, чисельних і нейромережевих моделей у межах єдиного обчислювального середовища для підвищення точності та ефективності ідентифікації параметрів багатошарових структур. Запропоновано засоби організації обчислювальних процесів, що забезпечують адаптивний вибір чисельних моделей спектрального аналізу, алгоритмів оптимізації та параметрів обчислення, залежно від характеристик задачі аналізу та синтезу. Охарактеризовано структуру інформаційної технології спектрального аналізу та параметричного синтезу у вигляді впорядкованої системи з узгодженими множинами даних, моделей хвильового та спектрального аналізу, алгоритмів оптимізації параметрів, обчислювального середовища та засобів адаптивного керування обчислювальними процесами. З'ясовано, що використання засобів адаптивного вибору інформативної спектральної області та динамічного уточнення параметрів обчислення дає змогу зменшити розмірність задачі аналізу спектральних характеристик за рахунок виділення інформативної спектральної області та підвищити стійкість розв'язання обернених задач ідентифікації параметрів. Проведено різні спостереження обчислювального експерименту (понад 120 сценаріїв), внаслідок яких встановлено зниження середньої похибки ідентифікації параметрів багатошарових тонких плівок до 2,3 % порівняно з 3,9-5,8 % для альтернативних способів. Оцінено вплив засобів адаптивного керування обчислювальними процесами на ефективність обчислень, що проявляється у скороченні тривалості виконання до 35 % та зменшенні кількості ітерацій до 12-15. Виявлено підвищення швидкості збіжності ітераційних алгоритмів параметричного синтезу багатошарових тонких плівок та зниження чутливості результатів до варіацій вхідних даних. З'ясовано, що інтеграція нейромережевих компонентів забезпечує пришвидшення обчислювальних процедур і покращення узагальнювальної здатності моделей спектрального аналізу та параметричного синтезу. Отримані результати підтверджують ефективність розроблених засобів організації обчислювальних процесів та доцільність їх застосування для розв'язання складних обернених задач спектроскопії. Подальші дослідження доцільно спрямувати на розширення застосування розробленої інформаційної технології та засобів організації обчислювальних процесів для нелінійних і неоднорідних структур та поглиблення інтеграції з нейромережевими архітектурами.