Fāzes atgūšanas algoritmu ieviešana iegultās sistēmās

Projektu veic Varis Karitāns, kas ir saņēmis Latvijas Universitātes (LU) fonda mecenāta "Mikrotīkls" finansiālo atbalstu, šo atbalstu administrē LU fonds. Projekts veltīts iteratīvu objekta fāzes atgūšanas algoritmu ieviešanai iegultās sistēmās. Skaitļošanas optikā iteratīva fāzes atgūšana no intensitātes mērījumiem kļūst arvien populārāka, jo šādi algoritmi ir viegli ieviešami optiskās sistēmās, tie ir efektīvi gadījumos, kad signāla/trokšņa attiecība ir zema, tie spēj atgūt fāzi no ļoti retinātiem datiem. Šo algoritmu trūkums ir to lēnā darbība, un šī trūkuma dēļ to izmantojamība praktiskās sistēmās objekta fāzes rekonstrukcijai reālā laikā ir ierobežota. Projekta mērķis ir iteratīvu fāzes algoritmu paātrināšana, tos ieviešot digitālos signāla procesoros. 

Liela daļa laika veltīta Gerhberga-Sakstona algoritma koda rakstīšanai programmatūras MPLAB IDE vidē, un šobrīd simulāciju veidā algoritma darbība ir sekmīgi pierādīta (1. attēls). Kreisajā pusē redzams oriģinālais objekts, savukārt, vidū un labajā pusē redzamas objekta rekonstrukcijas. Rekonstrukcijas parādītas dažāda iterāciju skaita gadījumā. Redzams, ka oriģinālā objekta un rekonstrukciju forma ir būtībā vienāda, bet atšķiras pīķu augstums un ieleju dziļums. Iemesls šīm atšķirībām var būt nepietiekams iterāciju skaits, kā arī var būt nepieciešama cita sākuma fāze. Simulāciju ilgums ir aptuveni 20 minūtes, tomēr jāņem vērā, ka praktiskās sistēmās patiesais izpildes laiks ir vairākas kārtas mazāks, līdz ar to sagaidāma ļoti ātra algoritma izpilde. 

1.att. 

Nākamajā posmā tiks veidota galīgā iegultā sistēma, kas tiks programmēta, izmantojot programmatoru MPLAB ICD 4. Datu apstrādi iegultajā sistēmā veiks firmas Microchip digitālo signālu procesors (DSP) dsPIC30F6014A. Programmators MPLAB ICD 4 redzams attēlā. Iegultajā sistēmā tiks iekļauts ar mikrokontrolieris PIC18F4550, kas tiks programmēts jau minētās programmatūras MPLAB IDE vidē. Šajā mikrokontrolierī iekļauts USB modulis, kas ļoti atvieglo saziņu ar datoru. Šī mikrokontroliera atmiņa arī tiks izmantota, lai glabātu kameras iegūtos intensitātes mērījumus. Šī sistēma rekonstruēs nevis simulētus, bet īstus objektus. 

2.att. 

Tālākajā posmā būs nepieciešama arī projekta pieteikumā minētā Zemax programmatūra, optika/optomehānika un ķimikālijas, lai izveidotu mikrolēcas pētāmā objekta difrakcijas ainu iegūšanai. Zemax programmatūra nepieciešama gaismas izplatīšanās modelēšanai, savukārt, ķimikālijas nepieciešamas silīcija vaferu apstrādei un plāno kārtiņu veidošanai LU Cietvielu fizikas institūta tīrtelpās. Nepieciešami arī elektronikas komponenti, lai pilnībā pabeigtu iegultās sistēmas montāžu un apvienotu to ar optisko sistēmu. 

3.att. 

3. attēlā redzamas mikrolēcas, ko plānots izstrādāt tālākā gaitā. Mikrolēcas tiks veidotas uz silīcija vafera pamatnes, savukārt, absorbējošo sienu veidošanai uz vafera tiks uzklātas metāliskas, plānas kārtiņas un serdes-čaulas nanodļiņas. Šo mikrolēcu darbība vispirms tiks simulēta programmā Zemax, bet pēc tam izvēlētās struktūras tiks izgatavotas LU Cietvielu fizikas institūta tīrtelpās.

Par LU fondu    

Jau kopš 2004. gada Latvijas Universitātes fonds nodrošina iespēju mecenātiem un sadarbības partneriem atbalstīt gan LU, gan citas vadošās Latvijas augstskolas, tā investējot Latvijas nākotnē. LU fonda prioritātes ir atbalstīt izcilākos studentus un pētniekus, veicināt modernas mācību vides izveidi, kā arī universitātes ēku būvi un rekonstrukciju.