Автодинный эффект в полупроводниковых лазерах в условиях токовой модуляции и при движущемся отражателе

Авдеев, Кирилл Сергеевич

Автодинный эффект в полупроводниковых лазерах в условиях токовой модуляции и при движущемся отражателе тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

Авдеев, Кирилл Сергеевич АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Саратов МЕСТО ЗАЩИТЫ

2008 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.05 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Автодинный эффект в полупроводниковых лазерах в условиях токовой модуляции и при движущемся отражателе»

Автореферат диссертации на тему "Автодинный эффект в полупроводниковых лазерах в условиях токовой модуляции и при движущемся отражателе"

На правах рукописи

АВДЕЕВ Кирилл Сергеевич

АВТОДИННЫЙ ЭФФЕКТ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ЛАЗЕРАХ В УСЛОВИЯХ ТОКОВОЙ МОДУЛЯЦИИ И ПРИ ДВИЖУЩЕМСЯ ОТРАЖАТЕЛЕ

01.04.05 - оптика

05.27.01 - твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника на квантовых эффектах

Автореферат на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

О034ээо■

Саратов - 2008

003455671

Работа выполнена на кафедре физики твердого тела Саратовского государственного университета им. Н. Г. Чернышевского

Научные руководители:

• Заслуженный деятель науки РФ,

доктор физ.-мат. наук, профессор У санов Д. А.;

• доктор физ.-мат. наук, профессор Скрипаль A.B.

Официальные оппоненты:

• доктор физ.-мат. наук, профессор Зимняков Д. А.;

• доктор техн. наук, профессор Волков Ю. П.

Институт проблем точной механики и управления РАН, г. Саратов

Защита состоится «24»декабря 2008 г. в 15 часов 30 минут в 34 ауд. III корпуса СГУ на заседании диссертационного совета Д 212.243.01 в Саратовском государственном университете (410012, г. Саратов, ул. Астраханская, 83).

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке СГУ Автореферат разослан «_» ноября 2008 г.

Ученый секретарь

Ведущая организация:

диссертационного Совета

Аникин В. М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследуемой проблемы. К перспективным научным направлениям современной твердотельной электроники, физики полупроводников, радиофизики и лазерной физики можно отнести исследование физических процессов в полупроводниковых элементах, используемых для генерации электромагнитных колебаний оптического диапазонов, таких как лазерные диоды на гетероструктурах и квантовых ямах [1,2].

Р. Лэнгом и К. Кобаяши [3] была предложена модель, в которой лазерный диод описывается системой дифференциальных уравнений для амплитуды и фазы электромагнитного поля и концентрации носителей заряда. В автодинной системе в режиме стационарной генерации, когда изменения в системе происходят за времена, значительно превышающие период колебаний электромагнитного излучения, мощность излучения полупроводникового лазера может быть определена в результате использования малосигнального анализа уравнений для комплексного электрического поля с запаздывающим аргументом и концентрации носителей заряда.

Значительный интерес к эффекту автодинного детектирования в полупроводниковых лазерах обусловлен возможностью создания на их основе простых измерительных датчиков с высокой чувствительностью к отраженному сигналу. Система, состоящая из полупроводникового лазера и внешнего отражателя, сочетает функции генератора и детектора фазы электромагнитной волны в одном устройстве. Возвращенная в диодный резонатор внешним отражателем волна приводит к изменению концентрации носителей заряда в активной среде, а также связанному с концентрацией показателю преломления активной области. Изменение показателя преломления, в свою очередь, вызывает изменение оптической частоты генерации. В силу вышесказанного форма автодинного сигнала начинает отличаться от формы интерференционного сигнала, формируемого таким же движением отражателя в интерференционной системе с развязкой от источника излучения. В связи с этим актуальным является исследование влияния уровня внешней оптической обратной связи на форму и спектр автодинного сигнала.

В настоящее время разработаны методы анализа автодинного сигнала полупроводникового лазера, позволяющие получить информацию о параметр?'* движенйя внешнего отражателя. Использование этих методов позволило пр

менить автодинные системы для контроля микро- и наноперемещений. В частности, продемонстрирована их высокая чувствительность к измерениям сверхмалых скоростей теплового расширения твердых тел в ограниченном временном интервале, проводимых на основе анализа низкочастотного спектра авто-динного сигнала.

Для анализа параметров движений внешнего отражателя нашли применение методы анализа спектра автодинного сигнала, включающие анализ отношения двух первых гармонических составляющих спектра автодинного сигнала

[4], четных и нечетных составляющих, по гармонике автодинного сигнала, имеющей максимальную амплитуду составляющей спектра автодинного сигнала по четырем спектральным составляющим автодинного сигнала [5].

Однако методы анализа автодинного сигнала не всегда предоставляют исчерпывающее описание исследуемого процесса, поскольку результаты измерений сильно зависят от параметров внешней оптической обратной связи, что может привести к неоднозначности в определении искомых параметров, и неадекватности выбранной модели.

Область применения автодинных измерителей могла бы быть существенно расширена, если было бы возможно проводить измерения с высокой степенью локальности. Это позволило бы, в частности, измерять параметры вибраций биологических объектов, непосредственное измерение параметров движений которых затруднено вследствие их труднодоступности.

Однако при увеличении локальности отражения от объекта исследований увеличивается уровень внешней оптической обратной связи, который существенное влияние на форму автодинного сигнала полупроводникового лазерного излучателя и, как результат, на точность определения параметров движения отражателя в автодинных системах. В связи с этим актуальным явилось исследование степени фокусировки излучения полупроводникового лазерного автодина на низкочастотный спектр автодинного сигнала полупроводникового лазера.

[5]. Однако на практике реализовать колебательное движение объекта, расстояние до которого необходимо определить, не всегда представляется удобным и возможным. Поэтому представляет интерес рассмотреть возможность замены необходимой для определения расстояния до объекта по набегу фазы вибрации отражателя с известными характеристиками периодической модуляцией длины волны излучения полупроводникового лазера, которая, в свою очередь, может быть достигнута, например, токовой модуляцией лазера. Однако влияние исследование влияния режима токовой модуляции на спектр автодинного сигнала полупроводникового лазера и возможность применения режима модуляции

частоты излучения полупроводникового лазерного автодина для определения расстояния до отражателя по соотношению гармоник спектра автодинного сигнала проведено не было.

К настоящему времени широкое применение автодинных систем для контроля нановибраций и перемещений биологических объектов не нашло из-за трудностей формирования и анализа автодинного сигнала с изменяющимся уровнем обратной связи и необходимостью наложения дополнительных вибраций на объект. Исключительным в этой области биообъектом является барабанная перепонка, применительно к которой реализация указанных методик не вызывает особых затруднений. Однако к настоящему времени методы диагностики патологических состояний колебаний барабанной перепонки не были разработаны на уровне, достаточном для широкого применения на практике.

В частности, не была определена амплитудно-частотная характеристика амплитуды колебания барабанной перепонки при различных уровнях звукового воздействия на нее, не установлены различия между амплитудно-частотными зависимостям барабанной перепонки в зависимости от уровня звукового давления при патологии и в норме.

Поэтому дальнейшие исследования эффекта автодинного детектирования в полупроводниковых автодинах представляется актуальным.

В связи с вышесказанным в качестве актуальных задач диссертационной работы можно сформулировать следующее:

1. Исследование влияния степени фокусировки излучения иа спектр автодинного сигнала полупроводникового лазера;

2. Исследование влияния режима токовой модуляции на спектр автодинного сигнала полупроводникового лазера;

3. Исследование возможности применения режима модуляции частоты излучения полупроводникового лазерного автодина для определения расстояния до отражателя по соотношению гармоник спектра автодинного сигнала;

Таким образом, цель диссертационной работы можно сформулировать следующим образом: выяснение влияния степени фокусировки излучения лазерного автодина, токовой модуляции частоты излучения полупроводникового лазера на спектр автодинного сигнала и исследование возможности применения резудьтатов анализа спектра автодинного сигнала для вибродиагностики механических систем на примере звукопроводящего аппарата человека.

Новизна исследований проведенных в ходе выполнения диссертационной работы, состоит в следующем:

1. Исследован режим модуляции частоты излучения лазера, производимой посредством его токовой модуляции, и определено влияние токовой модуляции на спектр автодинного сигнала;

2. Исследовано влияние уровня внешней оптической обратной связи и степени фокусировки излучения полупроводникового лазерного автодина на низкочастотный спектр автодинного сигнала полупроводникового лазера;

3. Исследовано влияние движений отражателя на спектр автодинного сигнала полупроводникового лазера на примере барабанной перепонки человека.

Достоверность полученных теоретических результатов обеспечивается строгостью используемых математических моделей, соответствием результатов численного и натурного экспериментов. Достоверность экспериментальных результатов обеспечивается применением стандартной измерительной аппаратуры, высокой степенью автоматизации процесса регистрации экспериментальных данных, а также соответствием результатов, полученных в ходе определения параметров движения отражателя с помощью автодинной интерференционной системы, результатам, полученным с помощью альтернативных способов измерения параметров вибраций объектов.

Практическая значимость полученных результатов заключается в следующем:

1. Показана возможность повышения точности определения наноамплитуд колебаний объекта при различных уровнях обратной связи при помощи поиска оптимального значения тока накачки полупроводникового лазера;

2. Разработан метод определения расстояния до объекта с использованием модуляции частоты излучения полупроводникового лазера, достигаемой модуляцией его тока питания.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Существует однозначная связь между глубиной частотной модуляции, отношением амплитуд четных спектральных составляющих автодинного сигнала полупроводникового лазера и расстоянием до его внешнего отражателя;

2. Обогащение спектра автодинного сигнала с увеличением степени фокусировки излучения полупроводникового лазера и, соответственно, ростом внешней оптической обратной связи происходит за счет увеличения спектральных составляющих, амплитуды которых значительно меньше амплитуды максимальной спектральной составляющей. В то же время в отличие от обогащения спектра автодинного сигнала с ростом амплитуды колебаний отражателя номер гармоники с максимальной амплитудой практически не изменяет своего значения.

3. По изменению отношения амплитуд четных спектральных составляющих автодинного сигнала полупроводникового лазера можно определять на-нометровые продольные смещения отражателя и амплитуды его вибраций. При этом с увеличением степени фокусировки излучения полупроводникового лазера увеличивается разброс, определяемого по спектру ав-

тодинной системы, значения амплитуды вибраций внешнего отражателя

при практически неизменном ее среднем значении. Апробация работы. Работа выполнена на кафедре физики твердого тела Саратовского государственного университета в 2005-2008 годы. Основные положения и результаты, полученные в ходе выполнения диссертационной работы, докладывались и обсуждались на:

• Научно-технической конференции «Электроника и вакуумная техника: приборы и устройства. Технология. Материалы», (г. Саратов. 14-15 февраля 2007);

• XXI Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (г. Саратов 27-31 мая 2008г.)

• Международной научно-технической конференции « «Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине » - (г. Саратов 2007);

• III Троицкой конференции «Медицинская физика и инновации в медицине» (г. Москва 3-6 июня 2008г.)

• Международной научно-технической конференции «Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине » - (г. Саратов 2008г.);

• Саратовская Ярмарка медицинских технологий. (14-16 мая 2008г.)

Исследования выполнялись в рамках гранта РФФИ №05-08-17924 «Разработка математического аппарата и технологических решений, составляющих основу диагностических комплексов для анализа параметров движений объектов биологии и медицины».

Публикации. По теме диссертации опубликованы 5 работ, в том числе 2 статьи в реферируемых научных журналах, одна из которых опубликована в журнале, включенном в перечень периодических изданий ВАК РФ.

Личное участие автора в этих работах выразилось в анализе влияния внешней оптической обратной связи и степени фокусировки излучения на точность определения вибрационных характеристик отражателя по спектру авто-динного сигнала полупроводникового лазера, теоретической разработке и практической реализации метода измерения расстояний и профиля поверхности объекта путем модуляции его длины волны излучения, исследовании возможности применения разработанной методики определения амплитуды колебания объекта по спектру аводинного сигнала полупроводникового лазера для проведения дифференциальной диагностики слуховых патологий in vivo.

Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации составляет 133 страницы машинописного текста, включая 63 рисунка. Список литературы содержит 138 наименований и изложен на 13. страницах.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследований, сформулирована цель диссертационной работы, определена новизна исследований, обсуждена практическая значимость полученных результатов, приведены основные положения, выносимые на защиту, изложено краткое содержание диссертации.

В первом разделе приведен анализ современного состояния исследований эффекта автодинного детектирования в полупроводниковых лазерах. Проанализировано влияние уровня внешней оптической обратной связи на спектр излучения лазерного диода, и его стабильность. Приведены методики определения расстояния до отражателя, амплитуды его колебания и скорости перемещения по спектру автодинного сигнала полупроводникового лазера. Приведены примеры применения полупроводникового лазерного автодина для контроля движения биологических объектов.

Во втором разделе приведены результаты исследования режима токовой модуляции лазерного автодина, исследованы особенности спектра автодинного сигнала в этом режиме работы.

Мощность излучения полупроводникового лазера может быть определена в виде зависимости от тока накачки (амплитудная составляющая) и фазового набега (фазовая составляющая):

Р(ДО) = Р, 0(0) + РаО'(О) С08(ш0(0) т), (1)

где ют - фазовый набег в системе с внешним отражателем, г - время обхода лазерным излучением расстояния до внешнего отражателя, a>(j{t))~ частота излучения полупроводникового лазера, зависящая от тока накачки j и уровня обратной связи.

При использовании токовой модуляции частоты излучения полупроводникового лазера с частотой модуляции П тока питания лазерного диода частота излучения полупроводникового лазера в автодинном режиме определится соотношением:

ю(Д0) = соа+юА sin(ili + £), (2)

где <а0 - частота излучения полупроводникового уединенного лазерного диода; сол - амплитуда (глубина) модуляции частоты излучения полупроводникового лазерного диода; П - частота модуляции тока питания лазерного диода.

При использовании токовой модуляции частоты излучения полупроводникового лазера будут также изменяться амплитудные составляющие излучения полупроводникового лазера

Р, (ДО) = I, sin(ft/ + е), Рг (ДО) = h sm(n< + е). (3)

Обозначая величину а>()т как О, а величину шАх как ст, представляем выражение для P(t) в виде разложения в ряд по функциям Бесселя и используя разложение P(t) в ряд Фурье

P(t) = I / 2a0 + J (a 2ncos(2 n£lt) - b2nsin(2/?D/)> +

я=|

+ £(a2„.,cos((2n-l)Qí) "b2n,sin(2/7-1)00),

n=i

получаем следующие выражения для коэффициентов Фурье.

Вводя коэффициенты С|, Сг, С3, С4, равные по модулю четным и нечетным спектральным составляющим сигнала и определяемые как:

С2„ = +b2n2, С,„,, = -у/а,п,,2 +Ь2п,,2, можно получить их значения в виде:

С, = cos(0)/2 (У0 (ст) - Л (ст)) + /,, С, = sm(G)/2 (J, (а) -,/, (а)),

С3 = cos(9)/2 (Л (о) - Л (а)), С4 = sin(9)/, (J, (а) - J, (а)).

Численное моделирование с использованием предложенного метода применительно к час-тотномодулированному полупроводниковому лазерному автодину проводилось при условии = /2 = 1 и следующих параметрах: длина волны лазерного излучения X = 650-нм, глубина модуляции полупроводникового лазерного диода ш/1=4.5-109. На рис. 1 в качестве примера приведена зависимость мощности излучения частотномодулирован-ного лазерного диода от времени, а на рис. 2 соответствующий спектр. В спектре автодинного сигнала наблюдается четыре гармоники, амплитуды которых составляют С = 0.975, С2 - 0.320, С, ~ 0.212, С, = 0.063.

Для определения фазы автодинного сигнала 9 можно использовать выражение для отношения четных спектральных составляющих автодинного сигнала:

CJC4 =(J,(o)-J,(o))/(J,(o)-7s(o)). (4)

Из соотношения (4) находится величина а = ю.,т, откуда, при известном значении сод , вычисляется величина времени обхода лазерным излучением

р. ' 'И. в«.

п м 1\ /'. ¡'. í> !\ Ч I: > s f -i сг i / S <*k, f i г Н * s V

i! IÍ !

-1-й ¡

í ! ! i 1 !

! ; 1:

0025 0.06

0.075 I, с

Рис. 1. Зависимость мощности излучения лазерного диода от времени при моделировании

Амплшпубз, отн. еО.

I..... I

100 200 J00 400 .'. Гц

Рис. 2. Спектр автодинного сигнала, приведенного на рис. I

расстояния до внешнего отражателя. Зная время обхода и используя соотношение 0 = а>ог, находим фазу автодинного сигнала. Определение фазы автодинно-го сигнала, таким образом, сводится к определению времени обхода лазерным излучением расстояния до объекта.

В связи с этим сделана попытка разработки методики определения расстояния до объекта (I = 2с/х) с использованием полупроводникового лазерного диода, работающего в автодинном режиме, с дополнительной модуляцией частоты (длины волны) излучения.

На рисунке 3 приведена принципиальная схема экспериментальной установки. В состав установки входили час-тотномодулированный полупроводниковый лазерный автодин на лазерном диоде ШЛ)-650(5) на квантоворазмерных структурах с

-О

N 2 2 <— □80 О О 4

ля 7 я

Рис 3. Принципиальная схема экспериментальной установки

дифракционно-ограниченной одиночной пространственной модой с длиной волны 652 им - 1, излучение которого направлялось на матовую поверхность исследуемого ступенчатого объекта - 3, при этом диаметр пятна лазерного излучения на поверхности объекта составлял 1 мм. Модуляция длины волны излучения проводилась на частоте О. =400 Гц посредством модуляции тока питания лазера с помощью низкочастотного генератора сигналов - 4. Отраженное излучение направлялось в резонатор лазера, изменение мощности которого фиксировалось фотоприемником - 5, расположенным с обратной стороны резонатора. Продетектированный и усиленный сигнал с фотоприемника, поступал на вход аналого-цифрового преобразователя - 7 компьютера - 8.

В таблице 1 представлены результаты измерений расстояний до точек поверхности детали, используемой в качестве исследуемого объекта предложенным методом, и высота ступеней объекта. Значения высот ступеней объекта имеют точность 0,1 мм, определяемую паспортными значениями их изготовления на станке ИЖ - 250ИТ.

Таким образом, на основании проведенных исследований показана возможность применения лазерного автодина, работающего в режиме модуляции тока питания, в качестве измерителя расстояний при относительной погрешности определения 0.01%.

В третьем разделе проанализировано влияние уровня оптической обратной связи на низкочастотный спектр автодинного сигнала при гармонических колебаниях внешнего отражателя. На рис. 4 и 5 приведены виды автодинных сигналов для значений внешней оптической обратной связи, характеризуемых коэффициентами С = 1 и С «1, а также их спектры.

Таблица 1. Результаты измерений расстояния до исследуемых точек объекта при перемещении лазера в горизонтальной плоскости

Высота ступеней объекта, мм Усредненное значение измеренного расстояния, м

0.5 0.100435

1.0 0.10097

1.5 0.10148

2.0 0.10203

Г, Olli СЛ. ~ //4/V i1 ! V M \/ Д t c1 \f'-> / í \ í \ 1 < i \ 1 v \ и

Ji к tí Ы 1 \ ïdl j! \

1) 0 005 0 0 ] 0 015 0 02 0 025 Л с

Рис. 4. Вид автодинных сигналов для значений внешней оптической обратной связи С = 1 и С « 1

Как видно из приведенных на рисунке 4 автодинных сигналов, с увеличением уровня внешней оптической обратной связи переменная составляющая авто-дшшого сигнала все больше отличается от формы авто-дшшого сигнала при С«1. Из анализа спектров, приведенных на рисунках 5, соответствующих автодинных сигналов, следует, что с увеличением уровня обратной связи происходит обогащение спектра и изменение величин всех гармоник по сравнению с гармониками спектра автодинного сигнала для С «1.

Однако визуально изменение автодинного сигнала и обогащение его спектра возможно трактовать, как увеличение амплитуды колебаний внешнего отражателя, за исключением случая наличия у внешнего отражателя гармонической вибрации с амплитудой, близкой к длине волны, когда увеличение уровня обратной связи выражается в специфическом уширении спектра автодинного сигнала. В связи с этим должны возникать трудности в определении амплитуды колебаний внешнего отражателя по отношению гармоник, из-за возможности совпадения этого отношения для определенных значений изменения амплитуды колебаний объектаЛЕ, и изменения уровня обратной связи ДС. В качестве примера на рис.6 приведено изменение отношения 1-й и 3-й спектральных составляющих при различных уровнях обратной связи (амплитуда колебаний отражателя 300 нм) и изменение отношения 1-й и 3-й спектральных составляющих при различных амплитудах колебания объекта (уровень обратной связи равен С = 0).

Зависимость построена по десяти точкам для значений С в диапазоне 0-0,9 и для значений \ в диапазоне 292-301 нм. Очевидно, что значения отношения спектральных составляющих для некоторых комбинаций значений £ и С могут совпадать. В частности, из проведенного моделирования следует, что равенство отношений 1-й и 3-й спектральных составляющих (и соответствующее

s ('«> я Ol

200 400 600 ROO НИК) 1200 1400 1600 IKOO 2000 2200 V, Г»

Рис. 5. Спектры автодинных сигналов, приведенных на рис. 3.6, для значений внешней оптической обратной связи С = 1 и С «1

равенство амнЛИ1уд колебаний объект) вьшолняеюя при амплитуде колебаний

300 нм (С = 0,2) и амплитуде колебаний 298 нм (С = 0).

294 296 298 ?,нм

Амгши15иа, отн ед

'О 02 04 Об С

*** отношение 1-йиЗ-йгармонизслрираышчгшхзначетго:С +++ отношение 1-й и 3-й гармоник при различных значениях *

Рис. 6. Отношения 1-й и 3-й спектральных составляющих при различных уровнях обратной связи (амплитуда колебаний отражателя 300 нм) и изменение отношения 1-й и 3-й спектральных составляющих при различных амплитудах колебания объекта

Для объяснения обнаруженных закономерностей исследовалось изменение спектра интерференционного сигнала с ростом амплитуды колебаний и изменение спектра авто-динного сигнала с ростом уровня обратной связи.

Отличительной особенностью спектра авто-динного сигнала при С = 0 является увеличение номера спектральной составляющей с максимальной амплитудой с ростом амплитуды колебания объекта с,, при этом наблюдается небольшое уменьшение амплитуды спектральных составляющих младших порядков (рис.7).

Принципиально иной характер изменения спектра наблюдается с ростом уровня обратной связи. Обогащение спектра идет за счет увеличения спектральных составляющих, амплитуды которых значительно меньше амплитуды максимальной спектральной составляющей. При этом номер гармоники с максимальной амплитудой практически не изменяет своего значения.

Форма автодинного сигнала с ростом уровня обратной связи изменяется таким образом, что спектр автодинного сигнала приобретает характер, соответствующий случаю, когда сигнал имеет форму, подобную прямоугольному импульсу, при этом обогащение спектра автодинного сигнала происходит за счет гармоник высших порядков (см. рис.8).Таким образом, изменение спектра автодинного сигнала с ростом амплитуды колебаний и с ростом внешней оптической обратной связи имеют различный характер, обусловленный различием наблюдаемых физических эффектов.

Для анализа спектра автодинного сигнала при слабом уровне обратной связи (0.1<С<1) использовался метод „./,..../„основанный на определении амплитуды колебаний внешнего отражателя по четырем соседним гармоникам спектра автодинного сигнала, при использовании соотношения, выведенного в предположении незначительности уровня обратной связи (С «1).

Для нахождения амплитуды колебаний объекта £ использовался также метод „У,и", основанный на прямо пропорциональной зависимости спектральных составляющих сигнала на основной и утроенной часто-• ме-

Амлпшуда, отн ед

: 1

Л- -4— -и .... ш I т а

200

ашлщтуда- 300 км аыптпуда-ЮОнм

амптлуда. 600 ны

1600 ют ш

Частота, Гц

Рис. 7. Спектры сигналов полученных при различных амплитудах колебаний объектов (^=300 нм., = 400нм., Е, - 600 нм)

Амплитуда, ОТН 'Д

200 И! С-0Л

М Г ^ Т ^ 1 8 Т Я ? Я '.

1600 >800 2000 Частота. Гц

Рис. 8. Виды спектров автодинных сигналов, при различных уровнях обратной связи и амплитуде колебания отражателя § = 300 нм

тах. В „./, иг тоде не требуется знание стационарного набега фазы.

В работе определено влияние изменения уровня обратной связи на погрешность определения амплитуды вибраций. Из таблицы 2 видно, что в Jl/J, - методе с ростом уровня

внешней оптической обратной связи погрешность определения амплитуды вибрации растет.

В первой главе были приведены результаты исследования возможности применения полупроводникового лазерного автодина для измерения параметров вибраций объектов, выполняющих роль отражателя.

Область применения таких измерителей могла бы быть существенно расширена, если было бы возможно проводить измерения с повышенной степенью локальности. Наиболее простым путем повышения локальности измерений представляется использование сфокусированного излучения. Для определения величины погрешности измерений амплитуды колебаний объекта, вызванной изменением степени фокусировки и связанным с этим изменением уровня внешней оптической обратной связи было проведено численное моделирование. По спектрам смоделированных сигналов рассчитывались амплитуды колебаний отражателя и определялась погрешность.Были проведены исследования влияния степени фокусировки излучения лазерного автодина на результаты измерений параметров нановибраций при различных значениях тока питания полупроводникового лазера.

Таблица 2. Результаты определения амплитуд колебаний внешнего отражателя по спектру ав-тодинного сигнала

На рисунке 9 приведена принципиальная схема экспериментальной установки. Излучение полупроводникового лазера 1, за-питываемого от источника тока 2, направлялось на исследуемый образец 3. Колебания отражателя возбуждались генератором сигналов низкочастотным ГЗ-117 - 4. Часть излучения, отраженного от объекта, возвращалась в резонатор полупроводникового лазера, изменение выходной мощности которого регистрировалось фотодетектором - 5. Сигнал с фото детектора поступал через фильтр переменного сигнала - 6, на вход аналого-цифрового преобразователя - 7 компьютера - 8.

На рис. 10 и 11 приведены результаты измерений амплитуды колебаний внешнего отражателя по спектру автодинного сигнала полупроводникового лазера при различных расстояниях до внешнего отражателя и одной и той же амплитуде колебаний. При этом для одного и того же расстояния измерения проводились многократно.

Показано, что при увеличении степени фокусировки увеличивается разброс определяемого значения амплитуды вибраций внешнего отражателя при проведении многократных повторных измерений.

При изменении режима работы полупроводникового лазерного автодина, в частности, при приближении тока к пороговому значению несколько уменьшается разброс результатов измерений амплитуды вибраций, а среднее значение амплитуды вибраций практически не зависит от степени фокусировки лазерного луча.

Задаваемое значение нм Уровень обратной связи Значение ¿1, найденное по У,/У3- методу, нм Погреш ность найденного значения £ по У,/У, - методу, %

С«1 300 0,1

300 С = 0.2 298 0,8

С = 0.6 293 2,5

С = 1 288 3,9

С«1 600 0,1

600 С = 0.2 598 0,3

С = 0.6 595 0,8

С = 1 586 2,3

У-

№

о 8

N ли

Рис. 9. Блок-схема экспериментальной установки

Таким образом, показано, что при снижении тока накачки полупроводникового лазера к пороговому значению появляется возможность измерения амплитуды колебаний объектов при высокой степени фокусировки луча лазерного полупроводникового автодина. Данный факт делает возможным применять сфокусированное излучение лазерного автодина для определения динамических параметров биологических микро- и на-нообъектов.

Рис. 10. Результаты расчета амплитуды колебаний внешнего отражателя по спектрам автодин-ных сигналов полупроводникового лазера с мощностью излучения 1,97 мВт при различных расстояниях до внешнего отражателя, значком «I» обозначен разброс значений амплитуд, полученных с использованием результатов многократных измерений

Ь.ш

Рис. 11. Результаты расчета амплитуды колебаний внешнего отражателя по спектрам автодин-ных сигналов полупроводникового лазера с мощностью излучения 0.81 мВт при различных расстояниях до внешнего отражателя

В четвертом разделе Описана методика определения амплитуды колебания и смещения барабанной перепонки по спектру автодинного сигнала. Приведены результаты исследований in vivo возможности диагностики патологий слухового аппарата. Измерено продольное смещение барабанной перепонки, с ростом уровня звукового давления, в сторону, противоположную направлению распространения звуковой волны in vivo и in vitro.

Экспериментальное определение амплитуд колебаний барабанной перепонки и ее смещение проводилось с использованием автодинной измерительной системы, схема которой приведена на рис. 12. На барабанную перепонку 1 направляли когерентное излучение от лазерного диода 2, запитываемого от источника тока 3. Для обеспечения прямой видимости барабанной перепонки используют расширительную воронку. Отраженное от барабанной перепонки лазерное излучение регистрировалось с помощью фотоприемника 4. Сигнал с фотоприемника поступал через широкополосный усилитель, содержащий фильтр переменного сигнала 5, на вход аналого-цифрового преобразователя 6 компьютера 7. Для возбуждения колебаний барабанной перепонки и постепенного повышения уровня звукового давления использовался излучатель звуковых волн 9, работающий от генератора звуковых колебаний 8. На рис. 13 показана

зависимость нарастания амплитуды смещения колебаний барабанной перепонки при адгезивных процессах на частоте 1000 Гц в сравнении со средним результатом контрольной группы.

Видно, что нарастание амплитуды при адгезивных процессах происходит более медленными темпами. При исследовании амплитудно-частотной характеристики наблюдается значительное уменьшение амплитуды колебаний барабанной перепонки относительно здоровых лиц, более выраженное в зоне средних и высоких частот (рис. 14).

По результатам проведенных исследований можно сделать вывод о применимости автодинных измерителей для определения параметров движения биологического объекта - барабанной перепонки in vivo.

Таким образом, установлены различия между амплитудно-частотными зависимостям барабанной перепонки и графиками нарастания амплитуды колебаний барабанной перепонки в зависимости от уровня звукового давления при адгезивных процессах и в норме. Данный факт позволяет использовать авто-динный измеритель для дифференциальной диагностики этих процессов без хирургического вмешательства.

контро/ъная группа [—адгезге№Й отит «

Рис. 12. Блок-схема экспериментальной установки

Рис. 13. Зависимость амплитуды смещения колебаний барабанной перепонки при адгезивных процессах на частоте 1000 Гц в сравнении со средним результатом контрольной группы

Рис. 14. Амплитудно-частотная вибрационная характеристика барабанной перепонки при адгезивном отите, измеренная при уровнях громкости в 85 дБ в сравнении с средним результатом контрольной группы

Выяснено, что при проведении экспериментов in vitro не наблюдается смещения барабанной перепонки с ростом уровня звукового давления, таким образом можно высказать предположение о том, что смещение барабанной перепонки связано с защитной реакцией организма на увеличение уровня звукового давления, внешне выражающейся в смещении барабанной перепонки.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Проведен теоретический анализ автодинного режима работы полупроводникового лазера при модуляции его тока питания. Установлены закономерности поведения спектра автодинного сигнала в этом режиме.

2. В ходе проведенных исследований режима работы теоретически обоснована методика измерения расстояния до покоящегося объекта, сводящаяся лишь к определению отношения 2-й и 4-й гармоник спектра автодинного сигнала полупроводникового лазера при модуляции его тока питания. На основе этой методики продемонстрирована возможность измерения профиля поверхности с повышенной точностью.

3. Обогащение спектра автодинного сигнала с увеличением степени фокусировки излучения полупроводникового лазера и соответственно ростом внешней оптической обратной связи происходит за счет увеличения спектральных составляющих, амплитуды которых значительно меньше амплитуды максимальной спектральной составляющей, при этом в отличие от обогащения спектра автодинного сигнала с ростом амплитуды колебаний отражателя номер гармоники с максимальной амплитудой не изменяет своего значения.

4. Показано, что при увеличении степени фокусировки увеличивается разброс определяемого значения амплитуды вибраций внешнего отражателя при проведении многократных повторных измерений. При изменении режима работы полупроводникового лазерного автодина, в частности, при приближении тока к пороговому значению несколько уменьшается разброс результатов измерений амплитуды вибраций, а среднее значение амплитуды вибраций практически не зависит от степени фокусировки лазерного луча.

5. Экспериментально определена амплитудно-частотная характеристика амплитуды колебания барабанной перепонки при различных уровнях звукового воздействия на нее. Установлены различия между амплитудно-частотными зависимостям барабанной перепонки и графиками нарастания амплитуды колебаний барабанной перепонки в зависимости от уровня звукового давления при адгезивных процессах, при сенсоневрапьной тугоухости и в норме. По результатам проведенных исследований сделан вывод о применимости автодинных измерителей для определения параметров движения биологического объекта - барабанной перепонки in vivo.

6. Показано, что с увеличением интенсивности звукового воздействия, наряду с колебательным движением, происходит продольное смещение барабанной перепонки в сторону, противоположную направлению распространения звуковой волны. Так как при проведении экспериментов in vitro продольного смещения барабанной перепонки с ростом уровня звукового давления не наблюдалось, можно высказать предположение о том, что смещение барабанной перепонки связано с защитной реакцией организма на увеличение уровня звукового давления, внешне выражающейся в смещении барабанной перепонки.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ ИЗЛОЖЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ:

1.Усанов Д.А, Скрипаль A.B., Авдеев К.С. Определение расстояния до объекта с помощью частотномодулированного полупроводникового лазерного автодина // Письма в ЖТФ. 2007. Т.ЗЗ, вып.21. С. 72-76.

2. Усанов Д.А., Скрипаль A.B., Авдеев К.С. Лазерный автодинный измеритель расстояний до объекта // Матер, науч.-техн. конф. «Электроника и вакуумная техника: приборы и устройства. Технология. Материалы». - Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2007 вып.2. С. 115—117.

3. Скрипаль A.B., Усанов Д.А., Авдеев К.С., Мареев О. В., Мареев Г. О. Определение подвижности барабанной перепонки по спектру автодинного сигнала полупроводникового лазера // Альманах клинической медицины. 2008. Т. XVII, ч. 2. С.358-362.

4.Усанов Д.А., Скрипаль A.B., Авдеев К.С., Камышанский A.C. Регистрация продольного смещения барабанной перепонки по спектру автодинного сигнала полупроводникового лазера // Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине - 2007. - Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2007. С. 113-116.

5. Усанов Д.А., Скрипаль A.B., Авдеев К.С. Математическое обоснование метода измерения смещения барабанной перепонки // Сборник трудов XXI Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях - 2008». - Саратов: Изд-во Сарат. гос. техн. ун-та, 2008. Т. 9. С.69-72.

ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Алферов Ж. И. История и будущее полупроводниковых гетероструктур // Физика и техника полупроводников. 1998. Т. 32, №1. С.3-18.

2. Физика полупроводниковых лазеров / Под ред. X. Такумы. М.: Мир, 1989. 310 с.

3. Lang R., Kobayashi К. External optical feedback effects on semiconductor injection laser properties // IEEE J. Quantum Electron. 1980. Vol. QE-16. P. 347-355.

4. Усанов Д.А., Скрипаль A.B., Камышанский A.C. Нахождение амплитуды нановибра-ций по двум спектральным составляющим полупроводникового лазерного автодина // Письма в ЖТФ. 2006. Том 32, вып. 17. С. 42^9.

5. Усанов Д.А., Скрипаль Ал.В., Скрипаль Ан.В. Физика полупроводниковых радиочастотных и оптических автодинов. — Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2003. 312 с.

6. Усанов Д. А., Скрипаль А. В., Калинкин М. Ю. Восстановление формы сложного движения объекта по сигналу автодинного детектирования полупроводникового лазера // ЖТФ. 2000. Т.70, вып. 2. С.125-129.

Подписано в печать 17.11.2008 Формат 60x48 1/16. Бумага офсетная. Гарнитура Times. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,25. Тираж 100 экз. Заказ № 236-Т

Типография Саратовского государственного университета имени Н.Г. Чернышевского 410012 г. Саратов, ул. Большая Казачья, д.. 112 а Тел.: (8452) 27-33-85

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Авдеев, Кирилл Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ЭФФЕКТА АВТОДИННОГО ДЕТЕКТИРОВАНИЯ СИГНАЛА В ПОЛУПРОВОДНИКОВОМ ЛАЗЕРЕ

1.1 Автодинное детектирование в полупроводниковых лазерах

1.1.1. Полупроводниковые авто дины на квантоворазмерных структурах

1.1.2. Принцип действия автодинной системы

1.2 Влияние движения внешнего отражателя на форму и спектр автодинного сигнала

1.2.1 Влияние внешней оптической обратной связи полупроводникового лазера на спектр интерференционного сигнала

1.2.2 Малосигнальный анализ характера искажений в спектре автодинного сигнала при гармонических вибрациях внешнего отражателя

1.3 Методы анализа сигнала полупроводникового лазера по его низкочастотному спектру

1.3.1 Определение амплитуды колебаний внешнего отражателя по номеру гармоники с максимальной амплитудой.

1.3.2 Определение амплитуды колебаний внешнего отражателя по четырем соседним гармоникам спектра автодинного сигнала.

1.3.3 Метод определения амплитуды колебаний объекта по двум первым гармоникам спектра автодинного сигнала.

1.3.4 Методы измерения сложных перемещений и скорости движения объекта по спектру сигнала полупроводникового лазера.

1.4 Применение полупроводникового лазерного авто дина для контроля движений биологических объектов

2. АВТОДИННОЕ ДЕТЕКТИРОВАНИЕ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ДЛИНЫ ВОЛНЫ ИЗЛУЧЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ЛАЗЕРА

2.1 Спектр автодинной лазерной системы при токовой модуляции

2.2 Применение полупроводникового лазерного автодина с модуляцией длины волны излучения для определения профиля поверхности объекта

3. ВЛИЯНИЕ ВНЕШНЕЙ ОПТИЧЕСКОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ И СТЕПЕНИ ФОКУСИРОВКИ ИЗЛУЧЕНИЯ НА СПЕКТР АВТОДИННОГО СИГНАЛА ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ЛАЗЕРА

3.1 Зависимость формы автодинного сигнала от уровня обратной связи.

3.2 Влияние уровня обратной связи на результаты решения обратной задачи определения амплитуды колебаний внешнего отражателя по спектру автодинного сигнала.

3.3 Измерение параметров нановибраций лазерным полупроводниковым автодином при различной степени фокусировки излучения.

4. ПРИМЕНЕНИЕ АВТОДИННОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ СЛОЖНЫХ ДВИЖЕНИЙ БИЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

4.1 Особенности строения слухового аппарата.

4.2 Метод определения динамических параметров барабанной перепонки

4.2.1 Экспериментальное определение амплитуд колебаний барабанной перепонки.

4.2.2 Измерение с помощью лазерного автодина смещения барабанной перепонки при изменении уровня звукового давления

Введение диссертация по физике, на тему "Автодинный эффект в полупроводниковых лазерах в условиях токовой модуляции и при движущемся отражателе"

К актуальным научным направлениям современной твердотельной электроники, физики полупроводников, радиофизики и оптики можно отнести исследование физических процессов в полупроводниковых элементах, используемых для генерации электромагнитных колебаний оптического диапазонов, таких как лазерные диоды на гетероструктурах и квантовых ямах [1-24].

Отличительными особенностями полупроводниковых источников электромагнитного излучения являются малые габариты, вес, потребляемая мощность от источника питания, возможность использования одного устройства для обеспечения различных радиотехнических функций. К числу физических явлений, использование которых позволяет создать устройства, допускающие совмещение различных радиотехнических функций, относится эффект автодинного детектирования в полупроводниковых лазерных диодах. Полупроводниковые лазерные диоды, работающие в режиме автодинного детектирования, могут быть использованы для контроля параметров технологических процессов [25-28], для измерения перемещений, скоростей, направления движения движущихся объектов, скорости течения жидкости, потока крови и движения глаз [29-31]. Для математического описания происходящих одновременно процессов детектирования и генерации приходится решать сложную систему нелинейных дифференциальных уравнений.

Р. Лэнгом и К. Кобаяши [32] была предложена модель, в которой лазерный диод описывается системой дифференциальных уравнений для амплитуды и фазы электромагнитного поля и концентрации носителей заряда. При этом в уравнение для амплитуды поля включено слагаемое, учитывающее внешнюю оптическую обратную связь.

Записанная система дифференциальных уравнений была использована в дальнейшем для оценки спектра мощности шума одномодового лазера [33], определения условий, при которых возможно уменьшение ширины линии излучения полупроводникового лазера за счет внешней оптической обратной связи [34]. Экспериментальные результаты, подтверждающие возможность уменьшения ширины линии излучения, приведены в [35]. Авторами работ [33, 34] было установлено, что при низких уровнях обратной связи достигается значительное уменьшение ширины линии излучения и наблюдается частотная устойчивость. При повышении уровня обратной связи сначала наблюдается насыщение уменьшения ширины линии излучения, а затем - резкий переход в состояние, характеризуемое значительной шириной линией генерации. При этом было показано, что в зависимости от уровня обратной связи может возбудиться одна или несколько мод внешнего резонатора.

Значительный интерес к эффекту автодинного детектирования в полупроводниковых лазерах обусловлен возможностью создания на их основе простых измерительных датчиков с высокой чувствительностью к отраженному сигналу [36-41]. Система, состоящая из полупроводникового лазера и внешнего отражателя, сочетает функции генератора и детектора фазы электромагнитной волны в одном устройстве. Возвращенная в диодный резонатор внешним отражателем волна приводит к изменению концентрации носителей заряда в активной среде, а также связанному с концентрацией показателя преломления активной области. Изменение показателя преломления, в свою очередь, вызывает изменение оптической частоты генерации. В силу вышесказанного форма автодинного сигнала начинает отличаться от формы интерференционного сигнала, формируемого таким же движением отражателя в интерференционной системе с развязкой от источника излучения [42, 43].

Открытие автодинного эффекта в газоразрядных лазерах, наличие в них режима работы, когда автодинный сигнал аналогичен интерференционному (гомодинный интерферометр), и дальнейшее применение выявленных закономерностей для полупроводниковых лазерных излучателей, позволило создать измерительные системы, аналогичные интерференционным системам с развязкой от источника излучения, но обладающие по сравнению с ними рядом преимуществ. Автодинные системы вообще и, в частности, автодины на полупроводниковых лазерах, отличаются компактностью, в них отсутствует разделение светового луча на опорный и измерительный и не требуется юстировка опорного и измерительного плечей, вследствие их совмещенности.

Автодинные системы нашли применение для контроля перемещений. В частности, продемонстрирована их высокая чувствительность к микро- и нановибрациям и смещениям, кроме того, в ряде работ описаны способы измерений сверхмалых скоростей теплового расширения твердых тел в ограниченном временном интервале, проводимых на основе анализа низкочастотного спектра автодинного сигнала.

Однако при увеличении локальности отражения от объекта исследований увеличивается уровень внешней оптической обратной связи, что оказывает существенное влияние на форму автодинного сигнала полупроводникового лазерного излучателя и, как результат, на точность определения параметров движения отражателя в автодинных системах. В связи с этим актуальным явилось исследование степени фокусировки излучения полупроводникового лазерного автодина на низкочастотный спектр автодинного сигнала полупроводникового лазера.

Одним из преимуществ автодинной системы на полупроводниковом лазере является возможность создания систем измерения вибраций и перемещений методом, в котором измерительный сигнал сравнивается с известной эталонной величиной, и которой в данном случае является длина волны излучения полупроводникового лазера. В частности, таким образом измеряется величина смещения или расстояние до отражателя. Если же величина смещения оказывается существенно меньше длины волны лазерного излучения, то применяют метод возбуждения в объекте дополнительных колебаний с известными характеристиками [5]. Однако на практике реализовать колебательное движение объекта, расстояние до которого необходимо определить, не всегда представляется удобным и возможным. Поэтому представляет интерес рассмотреть возможность замены необходимой для определения расстояния до объекта по набегу фазы вибрации отражателя с известными характеристиками периодической модуляцией длины волны излучения полупроводникового лазера, которая, в свою очередь, может быть достигнута, например, токовой модуляцией лазера. Однако исследование влияния токовой модуляции на спектр автодинного сигнала полупроводникового лазера и возможность применения режима модуляции частоты излучения полупроводникового лазерного автодина для определения расстояния до отражателя по соотношению гармоник спектра автодинного сигнала ранее проведено не было.

К настоящему времени не нашли широкого применения автодинные системы для контроля нановибраций и перемещений биологических объектов из-за трудностей анализа автодинного сигнала с изменяющимся уровнем обратной связи и необходимостью наложения дополнительных вибраций на объект. Исключительным в этой области биообъектом является барабанная перепонка, в которой реализация указанных методик не вызывает особых затруднений. Однако к настоящему времени методы диагностики патологических состояний колебаний барабанной перепонки не были разработаны на уровне, достаточном для широкого применения на практике.

В связи с вышесказанным в качестве актуальных задач диссертационной работы можно сформулировать следующее:

1. Исследование влияния степени фокусировки излучения на спектр автодинного сигнала полупроводникового лазера;

2. Исследование влияния режима токовой модуляции на спектр автодинного сигнала полупроводникового лазера;

4. Исследование возможности применения полупроводникового лазерного автодина для регистрации движений биомеханических систем in vivo для определения амплитудно-частотной характеристики амплитуды колебания барабанной перепонки при различных уровнях звукового воздействия на нее и для установления различия между амплитудно-частотными зависимостям барабанной перепонки в зависимости от уровня звукового давления при патологии и в норме. Таким образом, цель диссертационной работы можно сформулировать следующим образом: выяснение влияния степени фокусировки излучения лазерного автодина, токовой модуляции частоты излучения полупроводникового лазера на спектр автодинного сигнала и исследование возможности применения результатов анализа спектра автодинного сигнала для вибродиагностики механических систем на примере звукопроводящего аппарата человека.

Новизна исследований проведенных в ходе выполнения диссертационной работы, состоит в следующем:

2. Исследовано влияние уровня внешней оптической обратной связи и степени фокусировки излучения полупроводникового лазерного автодина на низкочастотный спектр атодинного сигнала полупроводникового лазера;

Практическая значимость полученных результатов заключается в следующем:

1. Разработан метод определения расстояния до объекта с использованием модуляции частоты излучения полупроводникового лазера, достигаемой модуляцией его тока питания.

2. Экспериментально показана возможность разработанных методов определения нановибраций для дифференциальной диагностики in vivo патологий органов слуха человека.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Существует однозначная связь между глубиной частотной модуляции, отношением амплитуд четных спектральных составляющих автодинного сигнала полупроводникового лазера на квантоворазмерных структурах и расстоянием до его внешнего отражателя;

3. По изменению отношения амплитуд четных спектральных составляющих автодинного сигнала полупроводникового лазера можно определять нанометровые продольные смещения отражателя и амплитуды его вибраций. При этом с увеличением степени фокусировки излучения полупроводникового лазера увеличивается разброс, определяемого по спектру автодинной системы, значения амплитуды вибраций внешнего отражателя при практически неизменном ее среднем значении.

Апробация работы. Работа выполнена на кафедре физики твердого тела Саратовского государственного университета в 2005-2008 годы.

Основные положения и результаты, полученные в ходе выполнения диссертационной работы, докладывались и обсуждались на

• Международной научно-технической конференции « «Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине »— (г. Саратов 2007);

• III Троицкой конференции «Медицинская физика и инновации в медицине» (г. Москва. 3-6 июня 2008г.)

• Международной научно-технической конференции « «Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине »— (г. Саратов 2008);

Исследования выполнялись в рамках гранта РФФИ №05-0817924 «Разработка математического аппарата и технологических решений, составляющих основу диагностических комплексов для анализа параметров движений объектов биологии и медицины».

Личное участие автора в этих работах выразилось в анализе влияния внешней оптической обратной связи и степени фокусировки излучения на точность определения вибрационных характеристик отражателя по спектру автодинного сигнала полупроводникового лазера, теоретической разработке и практической реализации метода измерения расстояний и профиля поверхности объекта путем модуляции его длины волны излучения, исследовании возможности применения разработанной методики определения амплитуды колебания объекта по спектру автодинного сигнала полупроводникового лазера для проведения дифференциальной диагностики слуховых патологий in vivo.

Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации составляет 133 страницы машинописно'го текста, включая 63 рисунка. Список литературы содержит 138 наименований и изложен на J3 страницах.

Заключение диссертации по теме "Оптика"

Основные результаты диссертационной работы могут быть сформулированы следующим образом:

1. Проведен теоретический анализ автодинного режима работы полупроводникового лазера при модуляции его тока питания. Выведены закономерности поведения спектра автодинного сигнала в этом режиме.

2. В ходе проведенных исследований режима работы полупроводникового лазера при модуляции его тока питания описана и теоретически обоснована методика измерения расстояния до покоящегося объекта, сводящаяся лишь к определению отношения 2-й и 4-й гармоник спектра автодинного сигнала. На основе этой методики продемонстрирована возможность измерения профиля поверхности с повышенной точностью. Полученные результаты показывают возможность применения лазерного автодина, работающего в режиме модуляции тока питания, в качестве измерителя профиля поверхности.

4. При увеличении степени фокусировки увеличивается разброс определяемого значения амплитуды вибраций внешнего отражателя при проведении многократных повторных измерений. При изменении режима работы полупроводникового лазерного автодина, в частности, при приближении тока к пороговому значению несколько уменьшается разброс результатов измерений амплитуды вибраций, а среднее значение амплитуды вибраций практически не зависит от степени фокусировки лазерного луча.

5. В результате проведенных исследований экспериментально определена амплитудно-частотная характеристика амплитуды колебания барабанной перепонки при различных уровнях звукового воздействия на нее. Установлены различия между амплитудно-частотными зависимостям барабанной перепонки и графиками нарастания амплитуды колебаний барабанной перепонки в зависимости от уровня звукового давления при адгезивных процессах, при сенсоневральной тугоухости и в норме. По результатам проведенных исследований сделан вывод о применимости автодинных измерителей для определения параметров движения биологического объекта -барабанной перепонки in vivo.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Авдеев, Кирилл Сергеевич, Саратов

1. Алферов Ж. И. История и будущее полупроводниковых гетероструктур// Физика и техника полупроводников, 1998. Т. 32, №1. С.3-18.

2. Физика полупроводниковых лазеров/Под ред. X. Такумы. М: Мир, 1989. 310 с.

3. Тагер А. С., Вальд-Перлов В. М. Лавинно-пролетные диоды и их применение в технике СВЧ. М.: Сов.радио, 1968. 480 с.

4. Левинштейн М. Б., Пожела Ю. К., Шур М. С. Эффект Ганна/Под ред. С. М. Рывкина. М.: Сов.радио, 1975. 288с.

5. Полупроводниковые приборы в схемах СВЧ/Под ред. М. Хауэса, Д. Моргана; Пер. с англ. под ред. В. С. Эткина. М.: Мир, 1979. 444с.

6. Кэролл Дж. СВЧ-генераторы на горячих электронах/Пер. с англ. под ред. Б. Л. Гельмонта. М.: Мир, 1972. 384с.

7. Царапкин Д. П. Генераторы СВЧ на диодах Ганна. М.: Радио и связь, 1981. 112с.

8. СВЧ-полупроводниковые приборы и их применение/Под ред. Г. Уоткин-са; Пер. с англ. под ред. В. С. Эткина. М.: Мир, 1972. 662с.

9. Пожела Ю. Физика быстродействующих транзисторов. Вильнюс: Мокслас, 1989. 264 с.

10. Ю.Шур М. Современные приборы на основе арсенида галлия/Пер. с англ. М.: Мир, 1991. 632 с.

11. Тагер А. С. Размерные квантовые эффекты в субмикронных полупроводниковых структурах и перспектива их применения в электронике СВЧ. Ч. 1. Физические основы// Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. 1987. Вып. 9(403). С. 21-34.

12. Physics of quantum electron devices/Ed. by F. Capasso. Berlin: Springer, 1990. 320 p.

13. Микроэлектронные устройства СВЧ/Г. И Веселов,Е.Н Егоров, Ю.Н. Алехин и др. М.: Высш. шк, 1988. 280 с.

14. Н.Усанов Д. А., Скрипаль А. В. Физика полупроводников (явления переноса в структурах с туннельно-тонкими полупроводниковыми слоями). Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1996. 236 с.

15. Усанов Д. А., Скрипаль А. В. Физика работы полупроводниковых приборов в схемах СВЧ. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1999. 376 с.

16. Херман М. Полупроводниковые сверхрешетки/Пер. с англ. М.: Мир, 1989. 240 с.

17. Давыдова Е. И., Дракин А. Е., Елисеев П. Г. и др. Излучательные характеристики и диаграмма направленности квантово-размерного инжекционного лазера в спектральной области 780 нм// Квантовая электроника. 1992. Т. 19, №10. С. 1024-1031.

18. Tunneling through X-valley-related impurity states in GaAs/AIAs resonant-tunneling diodes/S. A. Vitusevich, A. Förster, К. M. Indlekofer, and H. Liith A. E. Belyaev, B. A. Glavin, R. V. Konakova// Phys. Rev. B. 2000.Vol. 61, № 16. P. 10898-10904.

19. Yamomoto Y., Slusher R. E. Optical processes in microcavities// Physics Today. 1993. №6. P. 66-73.

20. Kressel H., Butler J. K. Semiconductor lasers and heterojunction LED's. New York: Academic Press, 1977.

21. Chow W. W., Koch S. W., Sargent I. M. Semiconductor lasers. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 1994. 497 p.

22. Coherence, amplification, and quantum effects in semiconductor lasers/Ed. by Y.Yamamoto. New York: Chichester, Brisbane, Toronto, Signapore: A Wiley — Interscience Publication J. Wiley & Sons. 1994. 646 p.

23. Елисеев П. Г. Введение в физику инжекционных лазеров. М: Наука, 1983. 294 с.о

24. Полупроводниковые инфекционные лазеры: динамика, модуляция, спектры/Под ред. У. М. Тсанг: Радио и связь, 1990. С. 213-305.

25. Викторов В. А., Лункин Б. В., Совлуков A.C. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. М: Энергоатомиздат, 1989. 208 с.

26. Коган И. М., Тамарчак Д. Я., Хотунцев Ю. Л. Автодины// Итоги науки и техники. Сер. Радиотехника. М: ВИНИТИ, 1984. Т. 33. С. 3-175.

27. Хотунцев Ю. JI., Тамарчак Д. Я. Синхронизированные генераторы и автодины на полупроводниковых приборах. М.: Радио и связь, 1982. 240 с.

28. Носков В. Я. Анализ проблем использования автодинов в радиоволновых датчиках контроля технологических процессов// Радиотехнические системы миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов волн. Харьков: Ин-т радиофизики и электрон., 1991. С. 48-56.

29. Браун У. Лазерный интерферометр для измерения движения хрусталика глаза крысы in vitro под действием микроволнового излучения// Приборы для науч. исслед. 1983. № 1. С. 91-95.

30. Усанов Д. А., Скрипаль Ал. В., Вагарин А. Ю., Скрипаль Ан. В., Потапов

31. B. В., Шмакова Т. Т., Мосияш С.С. Лазерная автодинная интерферометрия динамических параметров биообъектов// Письма в ЖТФ. 1998. Т.24, вып.5.1. C. 39-^3.

32. Усанов Д. А., Скрипаль А. В., Калинкин М. Ю. Восстановление формы сложного движения объекта по сигналу автодинного детектирования полупроводникового лазера// ЖТФ. 2000. Т.70, вып. 2. С.125-129.

33. Lang R., Kobayashi К. External optical feedback effects on semiconductor injection laser properties// IEEE J. Quantum Electron. 1980. Vol. QE-16. P. 347-355.

34. Goldberg L., Taylor H. F., Dandridge A., Weller J. F., and Miles R. O.

35. Tromborg В., Osmundsen J. H., Olesen H. Stability analysis for a semiconductor laser in an external cavity// IEEE J. Quantum Electron. 1984. Vol.QE-20. P. 1023-1032.

36. Jentik H.W. Laser Doppler velocimetry using diode lasers// Ph. D. Thesis, Twenty University of Technology, Enschede. 1989. P. 143.

37. Mocker H.W., Bjork P.E. High accuracy laser Doppler velocimeter using stable long wavelength semiconductor lasers// Appl. Opt. 1989. Vol.28. P. 4914^919.

38. Shinohara S., Mochizuki A., Yoshida H., Sumi M. Laser Doppler velocimeter using the self-mixing effect of a semiconductor laser diode// Appl.Opt. 1986. Vol.25. P. 1417-1419.

39. Shimizu E. T. Directional discrimination in the self-mixing type laser Doppler velocimeter// Appl.Opt. 1987. Vol.26. P. 4541-4544.

40. Jentik H. W., de Mul F. F., Suichies H. E., Aarnoudse J. G., Greve J. Small laser Doppler velocimeter based on the self- mixing effect in a diode laser// Appl. Opt. 1988. Vol.27. P. 379-385.

41. Маргин А. В. Доплеровский измеритель скорости на основе инжекционного лазера// ЖТФ. 1994. Т.64, вып.1. С. 184-189.

42. Усанов Д. А., Скрипаль А. В., Калинкин М. Ю. Формирование автодинного сигнала в полупроводниковом лазере при движении внешнего отражателя// Изв. вузов. Прикладная нелинейная динамика. 1998. Т.6, №1. С.3-9.

43. Скрипаль А. В., Усанов Д. А., Вагарин В. А., Калинкин М. Ю. Автодин-ное детектирование в полупроводниковом лазере при движении внешнего отражателя// ЖТФ. 1999. Т.69, вып.1. С. 72-75.

44. Ashby D. Е., Jephcott D. F. Measurement of plasma density using a gas laser in infrared interferometer// Appl.Phys. 1963. Vol.3, №7. P. 13-15.

45. Белоусова И. M., Данилов О. Б., Запрягаев А. Ф. Исследование спектра излучения He-Ne ОКГ при амплитудной модуляции обратным сигналом с доплеровским сдвигом частоты// ЖТФ. 1971. Т.41, №5. С. 1028-1033.

46. Rudd М. J. A laser Doppler velocimeter employing the laser as a mixer-oscillator// J.Phys.E 1. 1968. P. 723-726.

47. Берштейн И. JI. Воздействие отраженного сигнала на работу лазера// Изв. вузов. Радиофизика. 1973. Т. 16, №4. С. 526-530.

48. Берштейн И.Л., Степанов Д.П. Обнаружение и измерение малых обратных отражений лазерного излучения// Радиофизика. 1973. Т.16, №4. С. 532—535.

49. Туманов Б. Н., Левит Б. И., Бабич А. С. Автодинный эффект в газовых лазерах//Радиофизика. 1978. Т.21, №9. С. 1260-1267.

50. Захаров Б. В., Мейгас К. Б., Хинрикус X. В. Когерентное фотодетектирование газовым лазером// Квантовая электроника. 1990. Т.17, №2. С. 240-244.

51. Seko A., Mitsuhashi Y. Self-quenching in semiconductor lasers and its applications in optical memory readout// Appl. Phys. 1975. Vol.27, №3.1. P. 140-141. '

52. Morikawa Т., Mitsuhashi Y. Return-beam-induced oscillations in self-coupled semiconductor lasers// Electron. Lett. 1976. Vol.12, №17. P. 435-436.

53. Burke W. J., Ettenberg M., Kressel H. Optical feed-back effects in CW injection lasers//Appl.Opt. 1978. Vol.17, №14. P. 2233-2238.

54. Казаринов P. Ф., Сурис P. А. Гетеродинный прием света инжекционным лазером// ЖТФ. 1974. Т.66., вып. 3. С. 1067-1078.

55. Басов Н. Г., Морозов В. Н. Теория динамики инжекционных квантовых генераторов//ЖТФ. 1969. Т.57. С. 617-627.

56. Басов Н. Г., Морозов В. Н., Ораевский А. Н. К теории динамики одномодо-вого квантового генератора//Квант, эл-ка. 1974. Т.1. №10. С. 2264-2274.

57. Левит Б. И. Исследование автодинного эффекта в квантовых генераторах: Дис. канд. физ.-мат. наук. Н.Тагил: НГПИ, 1981. 193 с.

58. Salathe R., Voumard С., Weber Y. Rate equation approach for diode lasers// Opto-electron. 1974. №6. P. 451-456.

59. SaIathe R. Diode lasers coupled to external resonators// Appl. Phys. 1979. Vol.20, № 1. P. 1-18.

60. Елисеев П. Г. Введение в физику инжекционных лазеров. М: Наука, 1983. 294 с.

61. Ривлин Л. А. Динамика излучения полупроводниковых квантовых генераторов. М.: Сов.радио, 1976. 175 с.

62. Богданкевич О. В., Дарзнек С. А., Елисеев П. Г. Полупроводниковые лазеры. М.: Наука, 1976. 416 с.

63. Ривлин JL А., Семенов А. Т., Якубович С. Д. Динамика и спектры излучения полупроводниковых лазеров. М.: Радио и связь, 1983. 208 с.

64. Гершензон Е. М., Калыгина В. М., Левит Б. И., Туманов Б. Н. Резонанс релаксационных колебаний в автодинных генераторах// Изв. вузов. Радиофизика. 1981. Т.24, №8. С. 1028-1034.

65. Fleming М. W., Mooradian A. Spectral characteristics of external cavity controlled semiconductor lasers// IEEE J.Quantum Electron. 1981. Vol. QE-17. P. 44-59.

66. Shore K. A. Non-linear dynamics and chaos in semiconductor laser devices. // Solid state Electron. 1987. P. 59-68.

67. Mork J., Tromborg В., Christiansen P. L. Bistability and low-frequency fluctuations in semiconductor lasers with optical feedback: a theoretical analysis// IEEE J. Quantum Electron. 1988. Vol.24. P. 123-133.

68. Tromborg В., Mork J. Nonlinear Injection Locking Dynamics and the onset of coherence collapse in external cavity lasers// IEEE J. Quantum Electron. 1990. Vol.QE-26. P. 642-650.

69. Семенов А. Т. Инжекционный лазер в режиме автомодуляции// Квантовая эл-ка. 1971. №6. С. 107.

70. Быковский Ю. А., Дедушенко К. Б., Зверьков М. В., Мамаев А. Н. Инжекционный квантоворазмерный лазер с внешней оптической обратной связью// Квантовая электроника. 1992. Т.19, №7. С. 657-661.

71. Сурис Р. А., Тагер А. А. Когерентность и спектральные свойства излучения полупроводникового лазера с внешним отражателем// Квантовая электроника. 1984. T.l 1, №4. С. 35-43.

72. Деминтиенко В. В., Годик Э. Э., Гуляев Ю. В., Синие В. Н., Сурис Р. А. Когерентная регистрация излучения инжекционным лазером// Письма в ЖТФ. 1979. Т.5, вып.22. С. 1349-1357.

73. Дедушенко К. Б., Зверков М. В., Мамаев А. Н. Усиление внешнего излучения в полупроводниковом лазере в состоянии генерации// Квантовая электроника. 1992. №7. С. 661-667.

74. Ву Ван Лык, Елисеев П. Г., Манько М. А., Цоцория М. В. Оптический и электрический отклики в InGaAs/InP лазерах и усилителях на внешнюю обратную связь и их применение// Труды ФИАН. 1992. Т.216. С. 144-172.

75. Ван дер Зил Дж. Синхронизация мод полупроводниковых лазеров// Полупроводниковые инжекционные лазеры: динамика, модуляция, спектры. М.: Радио и связь, 1990. С. 15-72.

76. Тсанг У. Лазер с составным резонатором со связью через скол// Полупроводниковые инжекционные лазеры: динамика, модуляция, спектры. М.: Радио и связь, 1990. С. 213-305.

77. Shunc N., Petermann K. Numerical analysis of the feedback regimes for a singlemode semiconductor lasers with external feedback// IEEE J. Quantum Electron. 1988. Vol.24. P. 1242-1247.

78. Shunc N., Petermann K. Minimum bitrate of DPSK transmission for semiconductor lasers with a long external cavity and strong linewidth reduction// J. Lightwave Techn. 1987.Vol.5. P. 1309-1314.

79. Ning Y., Grattan К. Т. V., Meggit В. Т., Palmer A. W. Characteristics of laser diodes for interferometric use// Applied Optics. Vol.28, №17. P. 3657-3661.

80. Lenstra D., Verbeek В. H., den Boef A. J. Coherence collapse in single-mode semiconductor laser due to optical feedback// IEEE J. Quantum Electron. 1985. Vol.QE-21.P. 674-679.

81. Sigg J. Effects of optical feedback on the Light-Current characteristics of semiconductor lasers// IEEE J. Quantum Electron. 1993. Vol. QE-29. P. 12621270.

82. Etrich C., McCord A. W., Mandel P. Dynamically properties of a laser diode with optical feedback from an external high-finesse resonator// IEEE J. Quantum Electron. 1991. Vol. QE-27. P. 937-945.

83. Helms J., Petermann K. A simple analytic expression for the stable operation range of laser diodes with optical feedback// IEEE J. Quantum Electron. 1990. Vol. QE-26. P. 833-836.

84. Chinone N., Aiki K., Ito R. Stabilization of semiconductor laser output by a mirror close to a laser fast// Appl. Phys. Lett. 1994. Vol.33. P. 990-992.

85. Lau K. Y., Fgueroa L., Yariv A. Generation and quenching of intensity pulsations in semiconductor lasers coupled to external cavities// IEEE J. Quantum Electron. 1980. Vol. QE-16. P. 1329.

86. Fujiwara M., Kubota K., Lang R. Low frequency intensity fluctuations in laser diodes with external optical feedback// Appl. Opt. Lett. 1992. Vol.38. P. 217-220.

87. Дербов В. JI., Кон М. А., Рабинович Э. М. Явления переключения и низкочастотный шум в волноводных инжекционных лазерах с оптической обратной связью //ЖТФ. 1992. Т.62, вып.9. С. 172-175.

88. Gots S. S., Gallyamov R. R., Bakhtizin R. Z. Investigation of the nature of low frequency fluctuations of the field-emission current using a two-dimensional distribution function// Tech. Phys. Lett. 1998. Vol. 24, №11. P. 866-868.

89. Agrawal G. P., Olsson N. A., Dutta N. K. Effect of fiber-far end reflections on intensity and phase noise in InGaAsP semiconductor lasers// Appl. Phys. Lett. 1984. Vol.45. P. 957-959.

90. Cohen J. S., Wittgrefe F., Hoogerland M. D., Woerdman J. P. Optical spectra of a semiconductor laser with incoherent optical feedback// IEEE J.Quantum Electron. 1990. Vol. QE-26. P. 982-990.

91. Cohen J. S., Drenten R. R., Verbeek В. H. The effect of optical feedback on the relaxation oscillation in semiconductor lasers// IEEE J. Quantum Electron. 1988. Vol. QE-24. P. 1989-1995.

92. Schuster S., Wicht Т., Haug H. Theory of dynamical oscillations and frequency locking in a synchronously- pumped laser diode// IEEE J. Quantum Electronics. 1991. Vol. QE-27, №2. P. 205-211.

93. Masoller C., Abraham N. B. Low-frequency fluctuations in vertical-cavity surface-emitting semiconductor laser with optical feedback// Phys. Rev. 1999. Vol. A59, №4. P. 3021-3031.

94. Masoller C., Figliola A., Giudici M. et al. Wavelet analysis of low-frequency fluctuations of a semiconductor laser// Opt. Commun. 1998. Vol.157, №1-6. P. 115-120.

95. Heil Т., Fischer I., Elsasser W. Coexistence of low frequency fluctuations and stable emission on a single light-gain mode in semiconductor laser with external optical feedback// Phys. Rev. 1998. Vol. A58, №4. P. R2672-R2675.

96. Mindlin G.B., Duarte A.A., Giudici M. et al. Dynamical model to describe low frequency fluctuations in semiconductor laser with optical feedback// Physica A. 1998. Vol. 257, №1. P.547-556.

97. Eguia M.C., Mindin G.B., Giudici M. Low frequency fluctuations in semiconductor laser with optical feedback are induced with noise// Phys. Rev. B. 1998. Vol. E58, №2. P. 2636-2639.

98. Huyet G., Balle S. Giudici M. et al. Low frequency fluctuations and multimode operation of a semiconductor laser with optical feedback are induced with noise// Opt. Commun. 1998. Vol.149, №4. P. 341-347.

99. Мильвидский M. Г., Чалдышев В. В. Наноразмерные атомные кластеры в полупроводниках новый подход к формированию свойствматериалов// Физика и техника полупроводников. 1998. Т. 32, № 5. С. 513— 522.

100. Соколова 3. Н., Винокуров Д. А., Тарасов И. С., Гунько Н. А., Зегря

101. Г.Г. Гетероструктуры в системе InGaAs/InP с напряженными квантовыми ямами и квантовыми точками// Физика и техника полупроводников. 1999. Т. 33, №9. С. 1105-1107.

102. Окамото X. Оптические свойства сверхрешеток и лазеры с квантоворазмерными слоями// Физика полупроводниковых лазеров./Под ред. X. Такумы М.:Мир, 1989. С. 189-214.

103. Яманиси М. Теоретические основы работы лазеров с квантоворазмерными слоями// В кн.: Физика полупроводниковых лазеров./Под ред. X. Такумы М.:Мир, 1989. С. 159-188.

104. Михрин С. С., Жуков А. Е., Ковш А. Р. и др. Пространственно одно-модовый лазер диапазона 1.25-1.28 мкм с квантовыми точками InAs на подложке GaAs// Физика и техника полупроводников. 1999. Т. 33, вып. 9. С. 1111-1114.

105. Жуков А. Е., Ковш А. Р., Устинов В. М. и др. Характеристики усиления инжекционных лазеров на квантовых точках// Физика и техника полупроводников. 2000. Т. 34, вып. 1. С. 117—120.

106. Donati S., Giuliani G., Merlo S. Laser diode feedback interferometer for measurements of displacements without ambiguity// IEEE J. Quantum Electron. 1995. Vol. 31, №1. P. 113-119.

107. Merlo S., Donati S. Reconstruction of displacement waveforms with a single cannel laser diode feedback interferometer// IEEE J. Quantum Electron. 1995. Vol. 33, №4. P. 527-531.

108. Усанов Д.А., Скрипаль A.B., Вагарин B.A. Определение амплитуды колебаний оптическим гомодинным методом по высшим гармоникам. // ПТЭ. 1994. - №6. - С.612-615.

109. Wei Jin, Zhang L.M., Uttamchandani D., Culshaw B. Modified J^.J^ method for linear readout of dynamic phase changes in a fiber-optic homodyne interferometer. //Appl.Opt. 1991. - V.30. P.4496-4499.

110. Giuliani G., Norgia M., Donati S. and Bosch T. Laser diode self-mixing technique for sensing application // J. Opt. A: Pure Appl. Opt., 2002. Vol. 4. S283-S294.

111. Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Камышанский А.С. Измерение скорости нанометровых перемещений по спектру автодинного сигнала лазера на квантоворазмерных структурах // Письма в ЖТФ. 2004. №7. С.77-82.

112. Патент на изобретение РФ №2247395. Способ измерения скорости движения объекта / Усанов Д.А., Скрипаль А.В, Камышанский А.С. Опубл. 27.02.2005. Бюл. №6 (Пол. решение по заявке №2003125238 от 14.08.2003 г.)

113. Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Камышанский А.С. Измерение скорости движения объекта по спектру автодинного сигнала полупроводникового лазера на квантоворазмерных структурах // Микросистемная техника. 2004. №2. С. 19-23.

114. Дьяконов В.П. Вейвлеты. От теории к практике. — М.: Солон-Р, 2002. 448 с.

115. Gan R.Z. Mass loading on the ossicles and middle ear function / Dyer R.K., Wood M.W., Dormer K.J. // Ann. Otol. Rhinol. Laryngol. 2001. - Vol. 110. -pp. 478-85.

116. Yasaka H., Yoshikuni Y., Kawaguchi H. FM noise and spectral linewidth reduction by incoherent optical negative feedback// IEEE J. Quantum Electron. 1991. Vol. QE-27. P. 193-204.

117. Hale P. D., Kowalski F. V. Output characterization of a frequency shifted feedback laser: theory and experiment// IEEE J. Quantum Electron. 1990. Vol. QE-26. P. 1845-1851.

118. У санов Д. А., Скрипаль A.B., Авдеев К.С. Определение расстояния до объекта с помощью частотномодулированного полупроводникового лазерного автодина// Письма в ЖТФ. 2007. Том 33. Вып 21. С. 72-77.

119. Усанов Д.А., Скрипаль Ал.В., Скрипаль Ан.В. Физика полупроводниковых радиочастотных и оптических автодинов — Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2003. 312 с.

120. Giuliani G., Norgia М., Donati S. and Bosch Т. Laser diode self-mixing technique for sensing application // J. Opt. A: Pure Appl. Opt., 2002. Vol. 4. S283-S294.

121. Usanov D.A., Skripal A.V., Mashkov D.A., Kamyshanskyi A.S.

122. Mashkov D.A., Kamyshanskiy A.S., Skripal A.V., Usanov D.A.

123. Autodyne measurements of vibrations in focused beams // Proc. SPIE. 2004. Vol. 5475. P. 141- 148.( Saratov Fall Meeting 2003: Coherent Optics of Ordered and Random Media IV; Dmitry A. Zimnyakov; Ed.)

124. Нейман JI.B. Анатомия, физиология и патология органов слуха и речи. М.,1977. 320 с.

125. Ундриц В.Ф. Темкин Я. С. и Нейман JI. В. Болезни уха, горла и носа, -Л., 1960. 150 с.

126. Базаров В. Г., Лисовский В. А., Мороз Б. С., Токарев О. П. Основы аудиологии и слухопротезирования. — М.: Медицина, 1984. 252 с.

127. Кобрак Г. Среднее ухо. Москва, Медгиз. - 1963. - 455 с.

128. Tonndorf J., Khanna S.M. Submicroscopic displacement amplitudes of the tympanic membrane (cat) measured by a laser interferometer // J. Acoust. Soc. Am. 1968. - Vol.44. - pp.1546-1554.

129. Wada H. Dynamic frequency characteristics of the middle ear in guinea pig: The finite-element analysis / Koike Т., Kobayashi T. // Audiology Japan. — 2002. -Vol.45. №4. - pp. 289 - 297.

130. Rosowski J.J. Diagnostic Utility of Laser-Doppler Vibrometry in Conductive Hearing Loss with Normal Tympanic Membrane / Mehta R.P., Merchant S.N. // Otol Neurotol. 2004. - 25(3). - pp. 323-332.

131. Sosa M. Human ear tympanum oscillation recorded using a magnetoresistive sensor / Carneiro A.A.O., Baffa O., Colafemina J.F.// Rev. Sci. Instrum. 2002. - Vol.73. - p. 3695.

132. Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Авдеев К.С., Камышанский А.С.