Акустооптические методы регистрации амплитудной и фазовой структуры световых полей тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ.М.В.ЛОМОНОСОВА

Физический факультет

На правах рукописи

БАЛАКИН Леонид Витальевич

АКУСТООПТИЧЕКИЕ МЕТОДЫ РЕГИСТРАЦИИ АМПЛИТУДНОЙ И ФАЗОВОЙ СТРУКТУРЫ СВЕТОВЫХ ПОЛЕЙ

01.04.03 - радиофизика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва - 1992

Работа выложена на кафедре физики колебаний физического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова.

Научные руководители - доктор физико-математических наук,

профессор В.Н.Парыги

цат физико-математических наук, доцент В.И.Балакший.

Официальные оппоненты - доктор физико-математических наук

Л.К.Зарембо,

доктор физико-математических наук В.В.Проклов.

Ведущая организация - НИИ "Полюс" (г.Москва).

Ь УГ—

Защита состоится " у " ЩфНА-1992 г. в /^ на заседании Специализированного Совета Л 2 отделения радиофизики физического факультета Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова К-053.05.Э2. (Адрес: 119899, г.Москва, Ленинские горы, МГУ, физический факультет).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ.

Автореферат разослан МЖЯ 1992 г.

Ученый секретарь . Специализированного Совета Л 2

Отделения радиофизики физического

факультета МГУ И.В.ЛЕБВДЕВА

- 3 -

; ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

• 1 г-Акт^альность темы.

Развитие лазерной физики дало толчок к появлению систем записи, обработки, хранения и воспроизведения информации, оперирующих с высококогереятным оптическим излучением в широком диапазоне длин волн от ультрафиолетового до инфракрасного. В этих системах информация содержится как в амплитуде, так и в фазе световой волны. Поэтому особое значение имеют устройства, способные одновременно регистрировать как амплитудную, так и фазовую структуру когерентных монохроматических световых полей.

В то ке время имеет важное значение регистрация и некогерентных световых полей, особенно в невидимом инфракрасном (Ж) диапазоне длин волн. Знание поверхностного и объемного распределения температуры различных объектов позволяет получить информацию о строении этих объектов, о физических, биологических, химических и др.процессах, происходящих в них, что находит широкое практическое применение в различных областях науки и техники.

Существующие в нашей стране и за рубежом приборы для визуализации ИК изображений уступают существующим телевизионным системам видимого диапазона, как в быстродействии, так и в разрешении. Следовательно, разработка методов визуализации ИК изображений с телевизионным быстродействием и разрешением на новых физических принципах является актуальной.

Один из таких перспективных методов основан на дифракции света на акустическом импульсе (цуге), распространяющемся в оптически прозрачной среде. Быстродействие этого метода определяется скоростью ультразвуковой волны в акустооптической (АО) среде и может быть весьма высоким. Помимо быстродействия достоинством АО метода является простота технических средств его реализации, широкие функциональные возможности и др.

На основе этого метода предложен новый класс преобразователей свет-сигнал, так называемые Акустооптические развертывающие устройства (АРУС). Принципиальная схема АР/С показана_на-риег1т" Основу АРУС составляетячейш^Л-^-в-котброСх^зопреоСразоватвлем 2 ^азбуждаетШТЗегущая упругая волна в виде короткого цуга 3. Линза 4 формирует изображение 5 объекта 6 непосредственно в плоскости АО ячейки. Проходя через ячейку, свет дифрагирует на акустическом цуге, причем в каждый момент времени дифрагируют лучи лишь от того участка изображения, мимо которого пробегает цуг. Линза 7 фокусирует дифрагированные лучи 8 на поверхность фотоприемника 9. Непродифрагировавший свет 10 задерживается экраном II. Поглотитель 12 обеспечивает режим бегущих акустических волн. Таким образом, цуг играет роль подвижного "окна", через которое излучение последовательно от различных точек изображения поступает на фотоприемник. Снимаемое с приемника напряжение представляет собой видеосигнал развертки строки изображения. Развертка изображения в плоскости, перпендикулярной плоскости АО взаимодействия может осуществляться либо оптико - механическим, либо акустооптическим методами.

Отличительной особенностью АРУС помимо регистрации вмплитудной структуры светового поля является возможность регистрации и фазовой структуры. В этом методе визуализация происходит в два зтала: сначала получается видеосигнал развертки изображения фазового объекта, а затем при помощи телевизионных устройств формируется видимое изображение объекта. Это открывает новые возможности для обработки оптической информации телевизионными методами и для построения систем адаптивной оптики.

Основная задача данной работы состояла в том, чтобы показать, что АО метода обладают большими возможностями как при регистрации амплитудной и фазовой структуры когерентного светового поля, так и

при регистрации пространственного распределения интенсивности некогерентного излучения в Ж диапазоне длин волн.

Цель работы.

1. Исследование работы АРУС в качестве строчного развертывающего устройства при считывании изображения, формируемого пространственно некогерентным немонохроматичным излучением (каким является ИК излучение с большинства наблюдаемых тепловых объектов), а также изучение возможности их применения для построения тепловизионных устройств, обладающих телевизионным быстродействием и пространственным разрешением, высокой чувствительностью и широкими функциональными возможностями.

2. Исследование функциональных и информационных возможностей регистрации и трехмерной визуализации фазовой структуры светового поля с использованием двух АО методов, один из которых основан на измерении смещения дифрагированного пучка узкоапертурным фотоприемником, расположенным в фокальной плоскости выходной линзы, а второй - на селективных свойствах АО взаимодействия.

3. Разработка новых высокоточных АО методов, позволяющих измерять фазовую структуру светового поля в присутствии амплитудной модуляции светового пучка.

Научная новизна.

1. Получена формула для оптической передаточной функции (ОПФ) АО ячейки. Показано, что ОПФ определяется диаграммой направленности ультразвука и не зависит от угла Брэгга.

2. Исследована дифракция некогерентного немонохроматического светового шля на акустическом цуге. Показано, что интегральная эффективность дифракции пропорциональна мощности акустического цуга (для случая малой эффективности дифракции) и отношению ширины

передаточной функции АО ячейки к углу схождения света на ячейку £ плоскости АО взаимодействия, а также зависит от положения цуга I ячейке. Установлено, что интегральная эффективность имееч одинаковое значение как для аотзотрошого^_дт_к--}1зотрош1ого_тта^ дафракдаи^^---

3. Проведен расчет температурной чувствительности АС тепловизора. Показано, что эквивалентная шуму разность температур обратно пропорциональна площади акустического цуга и интегральной эффективности ^фракции.

4. Проведена оценка чувствительности АО методов визуализации фазовой структуры светового поля с использованием узкоапертурногс К широкоапертурного фотоприемников. Показано, что диапазон регистрации углов падения светового поля для метода с узкоагортурным приемником обратно пропорционален длине акустического цуга, а для метода с широкоапертурным приемником -обратно пропорционален длине области АО взаимодействия.

Б. Установлена связь между пространственным разрешением и числом измеряемых значений направлений волновой нормали для фазового АРУО. Показано, что это число обратно пропорционально скорости съема информации (отношению числа разрешимых элементов к времени анализа одной строки) в степени-3/2.

6. Проведены расчеты оптимальных параметров фазового АРУС для фотоприемников, шумы которых обусловлены как сигнальным, так и фоновым световым потоком. Установлено, что в первом случае максимальное число регистрируемых углов падения света слабо зависит от угловой агортуры приемника, а во втором случае - плавно увеличивается при ее уменьшении.

7. Показано что использование широкоапертурного приемника в многочастотном фазовом АРУС в случае изотропной дифракции позволяет увеличить диапазон и число регистрируемых углов падения

света в несколько раз, а в случае анизотропной дифракции - на порядок, по сравнению с узкоапертурннм. Установлено, что максимальное число регистрируемых углов падения света обратно пропорционально числу разрешимых элементов в строке для узкоапертурного и квадрату числа разрешимых элементов для широкоапертурного приемника.

Практическая ценность.

I. Создан и апробирован макет АО тепловизора в спектральном диапазоне 3^5 мкм, позволяющий достичь следующих преимуществ по сравнению с существующими:

- увеличить пространственное разрешение тепловизора, доведя его до значений, превышающих телевизионный стандарт;

- оперативно менять длину акустического дуга и тем самым устанавливать оптимальное соотношение «¡езду температурным и пространственным разрешением для различных тепловых объектов при неизменном поле зрения;

- ввиду высокого значения скорости пробега акустического цуга вдоль АО ячейки существенно увеличить скорость обработки информации о распределении температуры н;. поверхности объекта, что дает возможность регистрировать быстрые тепловые процессы, связанные как с изменением температуры объекта, так и с его движением в поле зрения;

- повысить надежность работы тепловизора значительном упрощением оптико-механического сканирования, или полным исключением механического сканера при применении акустооптического варианта кадровой развертки;

используя дисперсионные и селективные свойства АО взаимодействия, расширить функциональные возможности работы тепловизионных устройств;

2. Разработан и апробирован экспериментальный макет по измерению фазовой структуры световых полей и визуализации их волнового фронта в трехмерном виде на экраневидашраемотрового устройства. Макет__позвешьи—регистрировать световые поля в тдашазонеуглов падения порядка 10 мрд за время 50 мс с числом

с

разрешимых элементов 10' .

3. Разработан и экспериментально исследован метод, позволяющий измерять фазовую структуру светового поля с точностью 2% путем перестройки АО ячейки при произвольном распределении амплитуды как исследуемого светового, так и ультразвукового пучков.

4. Предложен и экспериментально опробован многочастотный АО метод, позволяющий регистрировать фазовую структуру светового поля при наличии амплитудной модуляции световой волны и при неоднородном ультразвуковом пучке в АО ячейке. Показано, что этот метод позволяет устранить механическое перемещение ячейки при анализе фазовой структуры, имеет широкий диапазон регистрируемых углов падения световой волны, удобен для обработки информации в цифровой форме.

5. Разработан и апробирован экспериментальный макет многочастотного фазового АРУС, позволявший измерять 5 направлений волнового вектора светового поля за время 0,5 мс.

Основные защищаемые положения.

Т.На основе АО методов возможно построение тепловизоров, способных визуализирован Ж изображение в широком спектральном диапазоне длин волн, обладающих телевизионным разрешением и быстродействием, и в которых можно менять электронным способом соотношение между чувствительностью и пространственным разрешением при неизменном поле зрения. С помощью АО тепловизоров можно

проводить измерения спектрального состава и угловой диаграммы направленности излучения исследуемых объектов.

2.На основе АО методов возможно построение устройств, способных визуализировать как градиент, так и непосредственно двумерную фазовую структуру когерентных световых полей с числом

с

элементов разложения 10 за время несколько десятков миллисекунд.

3.Использование АО методов позволяет измерять фазовую структуру когерентного светового шля с точностью до единиц процентов независимо от распределения интенсивности по фронту исследуемой световой волны при неоднородном звуковом пучке, а также обрабатывать полученную информацию на ЭВМ.

4.Применение анизотропной дифракции позволяет увеличить диапазон и число углов падения света, регистрируемых фазовыми АРУС, по сравнению со случаем изотропной дифракции.

Апробация работы.

Результаты диссертации докладывались на семинарах' кафедры физики колебаний физического факультета МГУ в 1986-1988 г., на Всесоюзных конференциях в г.Хабаровске, г.Ленинграде, г.Москве, Международной конференции в Бельгии, конференции МГУ "Ломоносовские чтения".

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 10 работ и получено авторское свидетельство на изобретение. Список работ приведен в конце реферата.

Объем и структура раббты.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общий объем 112 страниц и 42 рисунка. Список

литературы с-держит Р0 наименований.

_______дедежниОйссЕРГАцда

Во Введении обоснована актуальность темы, сформулированы задача и цели работы, основные защищаемые положения, кратко изложено содержание по главам.

В главе I исследована дифракция света на акустическом цуге в режимах считывания когерентного и некогерентного световых полей.

В первом параграфе рассматрено АО взаимодействие когерентных волн сложного спектрального состава в раман-натовском и брэгговском режимах дифракции. Приведено выражение для спектра дифрагированного поля в центральной плоскости АО ячейки в случае малой эффективности дифракции.

Во втором параграфе рассмотрены передаточная функция и функция отклика АО ячейки. Показано, что ОПФ АО ячейки для однородного акустического пучка шириной I определяется диаграммой направленности звука:

ге,

тп{6гф) = ¡;1пс (I)

где 0£,ф - углы падения света на ячейку в плоскости АО взаимодействия и в перпендикулярной ей плоскости соответственно, Л0 - длина звуковой волны.

В третьем параграфе описана дифракция когерентного света на акустическом цуге. Приведена зависимость эффективности дифракции от угла Брэгга.

В четвертом параграфе исследована дифракция некогерентного немонохроматического света на акустическом цуге. Выведено соотношение для интегральной эффективности дифракции.

В пятом параграфе приведен расчет интегральной эффективности

дифракции для изотропного и анизотропного типа АО взаимодействия. Показано, что в случае, если выходной зрачок оптической системы, формирующей изображение в центре АО ячейки, имеет прямоугольную форму, то интегральная эффективность дифракции имеет вид

9 - ев(Х ) т

где q - параметр, пропорциональный корню квадратному из произведения плотности звуковой мощности на коэффициент АО качества среды, 2вт - угол схождения света на акустический цуг, имеющий мгновенную угловую координату вц относительно оси оптической системы, вд - угол Брэгга на средней длине волны света

V

В главе 2 теоретически и экспериментально исследован АО метод визуализации ИК изображений.

В первом параграфе описан принцип действия АРУС. Во втором параграфе рассмотрена работа АРУС в режиме считывания когерентного светового поля. Найдена связь числа разрешимых элементов в строке с полосой частот видеосигнала на выходе фотоприемника.

В третьем параграфе проведен расчет температурной чувствительности АО тепловизора. Показано, что зависимость эквивалентной шуму разности температур от параметров тепловизора и исследуемого объекта имеет вид:

ДТ __-__(3)

а1пор « 0

5Ц В (Яо)Жа0)|3|АЧТ|^0П^

где Т0,е -средняя температура и излучательная способность исследуемого объекта, Ед^ - спектральная поверхностная плотность излучения абсолютно черного тела, Б* - обнаружительная способность фотоприемника, эе - коэффициент пропускания оптической системы,

- площадь акустического дуга. 5П - площадь чувствительного элемента фотоприемника, Дг< - полоса видеочастот на выход приемника, ДА. - спектральный диапазон—дашн—волн света, п

показатель_11рвлюмяоттймат9риала АО ячейки, -6 - выходная угловая апертура оптики формирования изображения объекта. т0 - заданное отношение сигнал/шум.

В параграфах 4 и 5 исследованы схемы АО тепловизоров с оптико-механическим и акустооптическим вариантами кадровой развертки на основе брэгговского типа дифракции при различной геометрии АО воздействия. Выведены условия разделения первого и нулевого порядков дифракции света для различных оптических схем формирования изображения. Определены размеры поля зрения тепловизора, оптимальные параметры оптики переноса дифрагированного излучения, оптимальные размеры ИК приемника.

В шестом параграфе приведена оценка ДТПОр в диапазоне длин волн 3+5 мкм для АО ячеек, изготовленных из теллура Те, германия йе и пврателлурита Те02. Эквивалентная шуму разность температур ДТШр резко уменьшается при увеличении температуры Т0 исследуемого объекта (в силу резкого возрастания (¡ЗЕд^/ат) при Т0 =» га). Зависимость АТШр от числа разрешимых элементов в строке N для АО ячейки из парателлурита (имеющей время строчной развертки, равное телевизионному стандарту - 50 мкс) для двух температур исследуемого объекта Т0 (300К и 1000К) приведена на рис.2. Как видно, наиболее эффективно АО тепловизор может использоваться при визуализации температурных неоднородностэй сильно нагретых тел, например, в металлургии для обнаружения дефектов раскаленных слябов.

В седьмом параграфе описана работа макета АО тепловизора в спектральном диапазоне 3+5 мкм. Проведены две серии экспериментов по визуализации Ж изображений тепловых объектов. В первой серии в

качестве излучающего теплового объекта 6 (рис.1) использовалась стальная пластина, нагреваемая электрическим током, температура которой измерялась датчиком (терморезистором). Перед пластиной помещался набор экранов с периодически вырезанными прямоугольными отверстиями. Изображение тепловой миры на экране телевизора при различном отношении сигнал/шум приведено на рис.За,б. Искажение изображения миры объясняется аберрациями оптики формирования изображения. Во второй серии экспериментов АО тепловизор использовался для визуализации Ш изображений, отфильтрованных перестраиваемым широкоапертурным АО фильтром. Число разрешимых элементов в кадре отфильтрованного изображения достигало величины Ю5 + 10®, т.е. не уступало телевизионному стандарту. На рис.4 представлены осциллограммы видеосигнала АРУС, когда в качестве анализируемого объекта использовалась одномерная решетка, изготовленная из металлической проволоки диаметром 0,5 мм. Рисунки а, б и б иллюстрируют случаи, когда по сечению светового пучка ИК излучения укладывалось, соответственно, один, два и три элемента решетки.

Глава 3 посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию АО визуализации фазовой структуры когерентных световых полей.

В первом параграфе описан принцип действия фазовых АРУС, использующих узкоапертурный и широкоапертурный фотоприемники.

Во втором параграфе выведены соотношения для коэффициентов преобразования фазового градиента в выходной сигнал фотоприемника указанных АРУС. Показано, что для АРУС с узкоапертурным приемником диапазон измеряемых направлений волновой нормали световой волны обратно пропорционален длине акустического цуга К

де<1)=0,61 КЛиг, (4)

а для АРУС с ншрокоагортурным приемником - длине области АО взаимодействия

= 0,61/ /I. ____

В трвтьем_параграфе—яриведёны пространственно-частотные характеристики фазового АРУС. Определена зависимость числа разрешимых направлений волнового вектора светового поля Яд от числа разрешимых элементов в строке развертки У, времени строки т, чувствительности приемника излучения К, интенсивности светового шля Е0, скорости звука и. Для АРУС с узкоапертурным фотоприемником типа ФЭУ указанная зависимость имеет вид

1 и>ят3/с / — '

У /кЕо(д1/2)2ж/е (6)

где Я - приведенная полоса пространственных частот (Л < I), а = АВдЛ^ (Д0П - угловая апертура фотоприемника, е^-Х/Ьп), е -заряд электрона.

Для АРУС с широкоапертурным фотоприемником того же типа эта зависимость имеет вид

В четвертом параграфе проведены расчеты оптимальных параметров фазового АРУС на ЭВМ при произвольном соотношении угловой апертуры фотоприемника и угловой расходимости дифрагированного излучения для фотоприемников, шумы которых обусловлены как сигнальным, гак и фоновым световым потоком. Установлено, что в первом случае максимальное число регистрируемых углов падения света слабо зависит от угловой апертуры приемника, а во втором случае - гглэвно увеличивается при ее уменьшении.

В пятом параграфе описана работа макета по измерению фазового распределения световых полей на длине волны света 0,6 мкм. На рис.5,6 представлены осциллограммы визуализированных двумерных

фазовых структур светового поля различных объектов: рис.Е -сферическая линза с фокусным расстоянием 1,5 м; рис.6 - стеклянная пластинка с произвольно меняющейся толщиной. Диапазон регистрируемых углов падения света на АО ячейку составил около 1С мрад.

В шестом параграфе исследован метод, позволяющий измерять фазовую структуру светового поля с точностью 2% путем перестройки АО ячейки при произвольном распределении амплитуды как исследуемого светового, так и ультразвукового пучков. Приведены экспериментальные результаты по измерению этим методом волнового фронта световой волны, отраженной сферическим зеркалом с синусоидальным рельефом.

В главе 4 проведен теоретический и экспериментальный анализ многочастотного АО метода регистрации фазовой структуры светового поля.

В первом параграфе описан принцип действия многочастотного датчика волнового фронта. Показано, что можно регистрировать фазовую структуру светового поля без механической перестройки АО ячейки, исключив влияние амплитудной пространственной модуляции светового пучка и неравномерности ультразвуковой мощности в акустическом цуге, путем изменения несущих частот сигнала, подаваемого нэ пьезопреобразователь ячейки.

Во втором и третьем параграфах исследована регистрация фазовой структуры когерентного света с использованием узкоапертурного и широкоадартурного фотоприемников для изотропной и анизотропной типов дифракции. Выведены формулы для максимальных значений регистрируемых диапазона и числа углов падения света на № ячейку. Показано что использование широкоапертурного приемника а многочастотном фазовом АРУС в случае изотропной дифракции тозволяет увеличить диапазон и число регистрируемых углов падения

света в несколько раз, а в случае анизотропной дифракции - на]

порядок, по сравнению о узкоапертурным, Установлено, что

максимальное число регистрируешх^гдов—падения света обратно

пропсвджщшшге—числу разрешимых элементов в строке для

узкоапертурного и квадрату числа разрешимых элементов для

широкоапертурного приемника.

В четвертом параграфе описан макет по измерению градиентов

фазовой структуры светового поля многочастотным методом с

использованием узкоапертурного приемника. Число регистрируемых

углов падения света на ячейку с целью упрощения эксперимента

устанавливалось небольшим: 1\Гд=5. Остальные параметры были

следующими: длина волны света Л. =0,6 мкм, диапазон перестройки

несущих частот цуга 38 мгц « / < 70 мГц, число разрешимых

о

элементов в строке N = 47, угловая апертура приемника Д6 =0,3 ,

о

диапазон регистрации углов падения света Дв£ = 1,9 . На рис.7 приведена осциллограмма регистрации градиента фазовой структуры поля сферической линзы с фокусным расстоянием 1,5 м.

Основные результаты диссертации состоят в следующем:

1) Рассмотрена дифракция некогерентного немонохроматическогс светового шля на акустическом цуге. Показано, что интегральна! эффективность дифракции пропорциональна мощности акустическогс цуга (для случая малой эффективности дифракции) и отношению ширинь передаточной функции АО ячейки к углу схождения света на ячейку I плоскости АО взаимодействия, а также зависит от положения цуга I ячейке. Установлено, что интегральная эффективность имее1 одинаковое значение как для анизотропного, так и изотропного тип? дифракции.

2) Предложен АО метод визуализации ПК изображений, основании! на дифракции света на акустическом цуге. Метод позволяет измерят]

перепада температур на поверхности сильнонагретых тел величиной в доли градуса с телевизионным пространственным разрешением и быстродействием. Дополнительно с помощью этого метода возможно определить спектральный состав и диаграмму направленности излучения исследуемых тел. Показано, что эквивалентная шуму разность температур, измеряемая АО тепловизором, прямо пропорциональна корню квадратному из произведения полосы зидеочастот на площадь чувствительного элемента фотоприемника, эбратно пропорциональна площади акустического цуга, интегральной эффективности дифракции, обнарукительной способности Еютоприэмника, коэффициенту пропускания оптической системы и зильно уменьшается с увеличением температуры исследуемого объекта.

3) Проведено экспериментальное исследование АО метода зизуализацш ИК изображений. Создан и апробирован макет АО тепловизора в спектральном диапазона 3+5 мкм, обладающий телевизионным быстродействием, с числом элементов разложения вдоль зтроки превосходящим 200. Получены изображения тепловых мир в этом зпектральном диапазоне. Проведена визуализация ИК изображений, )тфильтрованных перестраиваемым широкоапертурным АО фильтром в даапазоне длин волн 2,4+4,7 мкм со спектральным разрешением Я/АЛ. = :оо.

4) Исследованы акустооптические методы регистрации фазовой ¡труктуры монохроматических когерентных световых полей с гспользованием узкоапертурного и широкоатартурного фотоприемников. Гоказано, что диапазон регистрации углов падения светового поля ;ля метода с узкоапертурным приемником обратно пропорционален узине акустического цуга, а для метода с широкоапертурным [риемником - обратно пропорционален длине области АО 13аимодействия. Установлена связь между пространственным газрешением и числом измеряемых значений направлений волновой

нормали для фазового АРУС. Показано, что это число обратно пропорционально скорости съема информации (отношешю__зислэ разрешимых элементов квремани—шаяиза~одаойстрски) в степени -З/Зт Проведенырасчеты оптимальных параметров фазового АРУС для фотоприемников, шумы которых обусловлены как сигнальным, так и фоновым световым потоком- Установлено, что в первом случае максимальное число регистрируемых углов падения света слабо зависит от угловой апертуры приемника, а во втором случае - плавно увеличивается при ее уменьшении.

Б) Разработан и апробирован экспериментальный макет по измерению фазового распределения световых полей и визуализации их волнового фронта в трехмерном виде на экране видеопросмотрового устройства. Макет позволял регистрировать световые поля с вариациями направлений волновой нормали в угловом диапазоне порядка 10 мрд за время 50 мс с числом разрешимых элементов Ю5. Получены изображения двумерных фазовых структур светового поля различных фазовых объектов.

6) Разработан и экспериментально исследован метод, позволяющий измерять фазовую структуру светового поля путем перестройки АО ячейки при наличии амплитудной модуляции световой волны и при неоднородном ультразвуковом пучке в ячейке. Проведены измерения с точностью 2% характеристик светового поля, создаваемого сферическим зеркалом, на поверхности "которого был дополнительно сформирован синусоидальный рельеф. Найдена амплитудЕ изменений фазы светового шля и определен радиус кривизнь сферического волнового фронта.

7) Предложен и экспериментально опробован многочастотный АС метод, позволяющий регистрировать фазовую структуру светового пол? при наличии амплитудной модуляции световой волны и •щ» неоднородном ультразвуковом пучке в АО ячейке. Показано, что это:

етод позволяет устранить механическое перемещение ячейки при нализе фазовой структуры, имеет широкий диапазон регистрируемых глов падения световой волны, удобен для обработки информации в ифровой форме.

8) Показано, что можно увеличить диапазон и число егистрируемых углов падения световой волны в многочастотном АО етоде более чем на порядок, если использовать анизотропную Ифракцюо света и широкоапертурный приемник.

сновные результаты диссертации опубликованы в следукдщх работах: . Балакин Л.В..Балакший В.П., Гайдучик В.О., Змитрук В.Ф. кустооптический метод контроля состояния поверхности излучающих ел. Тезисы докладов всесоюзной конференции "Использование овременннх физических методов в неразрушающих исследованиях и :онтроле". Хабаровск. 1987, с.192-193.

:. Балакин JI.B., Балакший В.И. ¿кустооптический датчик волнового ¡ронта светового шля. Тезисы докладов VI Всесоюзной конференции Оптика лазеров". Л, 1990, с.336-337.

t. Балакин Л.В., Балакший В.И., Румянцев A.A., Федоровский С.Л. [атчик волнового фронта с акустооптической разверткой светового юля. Оптика и спектроскопия. 1991, т..71, вып.1, с.197-201. t. Балакин Л.В., Балакший В.И. Визуализация фазовой структуры :ветового поля акустооптическим методом.Электронная техника. Серия тзерная техника и оптоэлектроника. 1990, вып.2(54), с.80-84. ). Балакин I.B., Балакший В.И. Использование акустооптического ¡заимодействия для исследования фазовой структуры светового поля, йвтометрия. 1991, Щ, с.3-8.

Балакин Л.В., Балакший B.W., Цукурман Е.В. Акустооптический могочастотный датчик волнового фронта световой волны. Письма в ГГФ. 1990, т.16, вып.8, с.9-12.

7. Балакин Л.В., Зборовский A.A., Иванов Б.В., Цукерман Е.В. Акустооптический топографический оперативный коррелятор. Письма в ГГФ. 1Э91, т.17, вып.6, с.39-42.----------

8.^BalaKsby—ЧтТ7~, Balakln L.V. Acoustooptic Interaction application to optical wavefront analysis. В кн."Physical acoustics. Fundamentals and applications". Edited by O.leroy and M.A.Breazeale. Plenum Press. New York. 3991, p.231-235.

9. Балакин Л.В., Балакший В.И., Румянцев A.A., Федоровский С.Л. Применение АРУС для исследования амплитудной и фазовой структуры световых шлей. Тезисы докладов VIII Всесоюзной конференции "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение". П.: 1990, с.257.

10.Балакин Л.В., Балакший В.И., Волошинов В.Б., Миронов О.В. Спектральная обработка изображений с помощью акустооптического видеофмльтра и акустооптического развертывающего устройства. ЖГФ. 1991, т.61, «10, с.100-104.

11.Балакший В.И., Виноградов A.B., Балакин Л.В., Зусман М.И. Способ регистрации волнового фронта светового пучка. Авторское свидетельство 542284 от 8 октября 1989г.

Подписано к печати 22.04.92

Ш)

Рис.1

*>%ср , К 120' 90 60 30

0,5 о

% = ъооК

_|_1_

ЦО 80 120 460 i00

%-ЮооК

H

о

Ри С, г

с tm = i8

с¡w =¿f8

Ю

Рис.Ъ

«) Ю

O

PucA

Рис.5

Рис.6

Рис.7