WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

На Рис. 1 показаны рассчитанные и измеренные на длине волны света = 0,63 мкм зависимости брэгговского угла от акустической частоты B ( f ) в выбранных для изучения материалах: в кристалле фторида магния (a), дигидрофосфата калия (б) и парателлурита (в, г). Угол между волновым фронтом и осью Z кристалла MgF2 составлял = 8°, в то время как для кристалла KDP этот угол был равен = 9°. Исследованные акустооптические ячейки на кристалле парателлурита характеризовались углами среза = 10° и = опт = 18,9°, где опт – оптимальный угол среза, обеспечивающий наибольшую угловую апертуру брэгговского акустооптического взаимодействия в главной оптической плоскости данного кристалла. Широкоугольный характер дифракции подтверждается видом измеренных частотно-угловых характеристик.

Наличие точки с вертикальной касательной на характеристике соответствует тому, что условие фазового синхронизма в окрестности этой точки выполняется с большой точностью в широком диапазоне углов падения света, что обеспечивает брэгговское акустооптическое взаимодействие с широкой угловой апертурой. Теоретически и экспериментально показано, что оптимальная широкоапертурная геометрия в парателлурите наблюдается в том случае, когда волновой вектор ультразвука в кристалле парателлурита составляет угол опт = 18,9° с осью [110]. Соответствующая частотная зависимость угла Брэгга при этом имеет точку перегиба, в которой обращается в ноль вторая производная 2 d f / dB = 0 (Рис. 1, г).

Показано, что величина оптимального угла среза опт этого угла зависит от коэффициента относительного двулучепреломления материала, причем для известных акустооптических кристаллов значения угла опт заключены в интервале от опт = 16,4° (Hg2Br2) до опт = 20,6° (CaCO3). Наименьшие значения угла опт наблюдаются для положительных кристаллов с максимальными величинами коэффициента двулучепреломления 0,3, к которым относятся кристаллические соединения ртути Hg2Cl2 и Hg2Br2. Наибольшие величины угла опт > 20° соответствуют отрицательным одноосным кристаллам, характеризующимся большой абсолютной величиной коэффициента || 0,1.

Для материалов, обладающих малым двулучепреломлением, таких как кварц или фторид магния, величина оптимального угла оказывается приблизительно равной опт 19,5°.

B° f [МГц] Рис. 1. Измеренные зависимости брэгговского угла падения от акустической частоты для кристалла MgF2 с углом среза = 8° (а), KDP с углом = 9° (б) и TeO2 с углами среза = 10° (в) и = 18,9° (г) Во второй главе диссертации рассмотрено явление широкоапертурной акустооптической фильтрации света. Проанализирована анизотропная дифракция Брэгга при условии умеренного нарушения условий фазового синхронизма и исследован вопрос о спектральном разрешении широкоапертурного акустооптического фильтра. Найдено, что в случае широкоапертурного взаимодействия в среде с оптической и акустической анизотропией интервал длин волн брэгговской дифракции может быть вычислен по приближенной формуле:

0,8 2 1+ t gB t g ( ), (1) n l cosB sin2 B + ) ( где – центральная длина волны оптического излучения, B – угол Брэгга, – угол между векторами фазовой и групповой скорости акустической волны, n – величина двулучепреломления кристалла. При этом обнаружено, что наибольшая величина спектрального разрешения R = / достигается в материалах с большим двулучепреломлением при углах среза, соответствующих оптимальному углу = опт для данного кристалла.

Приведены результаты экспериментального исследования частотной полосы и угловой апертуры широкоугольной дифракции, полученные для кристаллов парателлурита, дигидрофосфата калия и фторида магния. Измерение частотной полосы дифракции f позволяет сделать вывод о величине спектральной полосы, так при f /f << 1 выполняется соотношение / f /f, где f – центральная частота дифракции, соответствующая фазовому синхронизму акустооптического взаимодействия. Выполненные измерения подтвердили правильность теоретического анализа.

Показано, что величина угла пространственного разделения пучков на выходе фильтра прямо пропорциональна коэффициенту относительного n / no ( no – показатель преломления обыкновенной волны в кристалле):

= (n / no ) sin (B + ) cot B. (2) Теоретически и экспериментально исследован режим двойной анизотропной дифракции в различных кристаллах и определена его угловая апертура. При двойной дифракции свет одновременно рассеивается из нулевого порядка дифракции в +1 и –1 максимумы. Пример зависимостей нормированной интенсивности света в дифракционных порядках от угла падения света на акустооптическую ячейку, наблюдавшихся при двойной анизотропной дифракции, приведен на Рис. 2. Данные графики построены по результатам измерений на длине волны света = 0,67 мкм в кристалле парателлурита с углом среза = 8,0. Частота ультразвука в ходе измерений была фиксированной, f = 85 МГц, и соответствовала геометрии двойной дифракции.

out Рис. 2. Перекрытие угловых зависимостей интенсивности дифракции для двух оптических мод (TeO2, = 8,0, = 0,67 мкм, f = 85 МГц).

Один из графиков на Рис. 2 соответствует дифракции необыкновенно поляризованного пучка. Этот процесс дифракции обозначен на рисунке «eo».

Второй график соответствует дифракции оптического пучка с ортогональной поляризацией («oe»-дифракция). При этом дифрагированные пучки отклоняются в различные дифракционные порядки, в плюс первый и в минус первый.

Эффективность дифракции обеих поляризационных компонент света составляла около 80 % при весьма небольшой мощности ультразвука, P = 0,5 Вт.

Одновременное отклонение различных поляризационных компонент оптического излучения позволяет обрабатывать неполяризованное или произвольно поляризованное излучение. Таким образом, на основе двойного режима брэгговской дифракции могут быть созданы эффективные акустооптические устройства, нечувствительные к поляризации падающего света. С другой стороны, режим двойной дифракции позволяет разделять падающее излучение по ортогональным поляризационным компонентам.

Поэтому данный эффект может лежать в основе работы систем поляризационного анализа света. Графики, приведенные на Рис. 2, показывают, что режим двойной дифракции, исследованный в эксперименте, характеризуется также большой угловой апертурой, около 16. Однако, угол отклонения дифрагированного пучка при этом оказывается меньше, = 9. Именно эта величина и определяет угловую апертуру фильтра. Вместе с тем, она является достаточной для обработки оптических изображений.

В третьей главе обсуждается экспериментальная реализация акустооптического метода спектрального и поляризационного анализа оптических изображений, который основывается на физических явлениях, рассмотренных в первой и второй главах диссертации. Приводятся результаты спектрального и поляризационного анализа различных природных и искусственных объектов, полученные с помощью акустооптических фильтров на кристаллах парателлурита. Описан эксперимент, при котором с помощью одной акустооптической ячейки, работающей в режиме двойной анизотропной дифракции, осуществлен одновременно спектральный и поляризационный анализ изображений тестовых объектов. Тестовый спектральнополяризационный анализ изображений был выполнен с помощью АО фильтра на кристалле TeO2, характеризующимся оптимальным углом среза, = 18,9.

Изображения, полученные в результате эксперимента, приведены на Рис. 3.

Тестовый объект на Рис. 3 представляет собой диапозитив, часть которого закрыта двумя различно ориентированными пластинами поляризаторов (фотография на Рис. 3, б). Отфильтрованные на длине волны = 0,63 мкм изображения, полученные в +1 и –1 порядках дифракции, были зарегистрированы. На рисунке 3 (а) показана картина в +1 порядке дифракции, а изображение для –1 порядка приведено на Рис. 3 (в).

Рис. 3. Изображения тестового объекта на длине волны = 0,63 мкм, выделенные по поляризации с помощью фильтра с углом среза = 18,9;

а) необыкновенно поляризованная компонента изображения в минус первом порядке дифракции; б) исходное изображение объекта; в) изображение в обыкновенно поляризованном свете в плюс первом порядке дифракции В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы:

1. Выявлены факторы, ограничивающие угловую апертуру широкоугольных акустооптических фильтров. Показано, что основным ограничивающим фактором является угол пространственного разделения пучков, который в случае широкоапертурной геометрии дифракции оказывается меньше угловой апертуры брэгговского взаимодействия. Найдено, что максимальный угол пространственного разделения пучков d определяется величиной относительного двулучепреломления кристалла. В случае широкоапертурной дифракции в кристалле парателлурита максимальный угол пространственного разделения пучков в воздухе составляет 9о.

2. Определена ширина спектральной полосы фильтрации и спектральное разрешение широкоапертурного акустооптического фильтра.

Доказано, что наибольшая величина разрешения достигается в материалах с наибольшим двулучепреломлением. Для кристалла парателлурита на длине волны = 0,63 мкм величина спектральной полосы дифракции составила = 7,8 при расчетном значении = 7,3, когда длина пъезопреобразователя была равна l = 1,25 см и волновой вектор ультразвука направлен под углом = 18,9° к оси [110]. Достигнута наибольшая угловая апертура в кристалле парателлурита, а также близкий к максимальному угол пространственного разделения пучков d = 9о.

3. Осуществлен тестовый спектральный анализ в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне объектов природного и искусственного происхождения с помощью акустооптических фильтров на кристаллах парателлурита с углами среза = 8 и = 18,9. Проведенные эксперименты показали перспективность использования акустооптического метода в различных областях науки и производства.. Для демонстрации возможностей акустооптического метода были проведены всесторонние спектральные исследования плодов кофе и банана, находящихся на различных стадиях созревания. Спектральное исследование повреждений кожи человека показало потенциальную возможность применения акустооптических систем анализа изображений в медицине.

4. Реализован режим одновременной дифракции, позволившей осуществить поляризационный анализ изображений тестовых объектов с помощью акустооптических фильтров на кристалле парателлурита с углами среза = 18,и = 8. Теоретически и экспериментально исследован режим двойной анизотропной дифракции, при котором рассеяние Брэгга одновременно осуществляется в +1 и –1 порядки дифракции. Доказано, что с помощью акустооптической системы, содержащей единственную акустооптическую ячейку, можно проводить одновременно как спектральный, так и поляризационный анализ изображений. Исследование поляризационных и спектральных характеристик объектов живой и неживой природы показали эффективность данной методики спектрально-поляризационного анализа.

Список публикаций по теме диссертации 1. Mosquera Julio Csar, Seplveda G. Alberto e Isaza B. Csar, “Procesamiento de imgenes pticas de frutos de caf en cereza por medio de filtros acustopticos”, – Ingeniera y Desarrollo, No. 21, 2008, (в печати).

2. Волошинов В.Б., Москера Х.С., “Широкоапертурное акустооптическое взаимодействие в двулучепреломляющих кристаллах”, – Опт. и спектр., 2006, т. 101, No 4, стр. 677 – 684.

3. Voloshinov Vitaly B. and Mosquera Julio C., “Influence of birefringence on parameters of imaging acousto-optic filters”, – Abstracts 35th Winter School on Wave and Quantum Acoustics., – Ustron, Poland, 2006, p. 65.

4. Voloshinov Vitaly B. and Mosquera Julio C., “Influence of birefringence on parameters of imaging acousto-optic filters”, – Archives of Acoustics, 2006, vol.

31, No.1, p.132.

5. Mosquera Julio Csar, Seplveda G. Alberto e Isaza B. Csar, “Procesamiento de imgenes pticas de frutos de caf en cereza por medio de filtros acustopticos”, – XII Simposio de tratamiento de seales, imgenes y visin artificial, “STSIVA 2007”, Barranquilla, Colombia 2007.

6. Ariza C. Hernando, Mosquera Julio Cesar y Voloshinov Vitaly B., “Anlisis de imgenes por mtodos acusto-pticos en el espectro visible y cercano IR”, – XI Simposio de tratamiento de seales, imagines y visin artificial, “STSIVA 2006”, p. 77 – 80. Bogot, Colombia 2006.

7. Mosquera M. Julio C. y Vitaly B. Voloshinov, “Anlisis de la birrefringencia en algunos cristales y la ley de reflexin”, – IX Encuentro Nacional de ptica, Medelln, Colombia 2005.

8. Mosquera M. Julio C. y Vitaly B. Voloshinov, “Anlisis espectral y polarizacional de imgenes con mtodos acusto-pticos”, – Resumen XX Congreso Nacional de Fsica, Armenia, Colombia 2003, p. 232.

9. Voloshinov V.B., Molchanov V. Ya. and Mosquera J. C., “Spectral and polarization analysis of optical images by means of acousto-optics”, – Optics & Laser Technology, vol. 28, No. 2, pp. 119 – 127, 1996.

10. V. B. Voloshinov and J. C. Mosquera, “Filtration of optical images using acoustic waves in paratellurite crystal”, – Program and

Abstract

book of Int.

Conf. “Ultrasonics International 91”, Le Touquet, France, p. 78, 1991.

11. В.Б. Волошинов, Д. Д. Мишин, Х.С.Москера, «Акустооптическая спектрально-поляризационная фильтрация оптических изображений», – Вторая всесоюзная конференция «Оптическое изображение и регистрирующие среды», Ленинград 1990, том 2, с. 218-219.

12. В.Б. Волошинов, Д. Д. Мишин, Х.С. Москера, «Спектральная фильтрация электромагнитного излучения в диапазоне длин волн 0,9–1,3 мкм», – Восьмая всесоюзная научно–техническая конференция «Фотометрия и ее метрологическое обеспечение», Москва 1990, С. 29.

13. Х.С. Москера, «Акустооптическая спектрально-поляризационная фильтрация оптических изображений», дипломная работа, физический факультет МГУ, 1991.

Pages:     | 1 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»