Физические и технологические основы разработки акустооптических приборов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

научно-технологический центр уникального приборостроения российской академии наук

1

На правах рукописи

Мазур Михаил Михайлович

Физические и технологические основы

разработки акустооптических приборов

01.04.01- приборы и методы экспериментальной физики Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 2007

003068501

Работа выполнена во ВНИИ физико-технических и радиотехнических измерений, (Менделеево, Московск. обл.)

Официальные оппоненты: д.ф.м.н., Ю.В. Писаревский,

д.ф.м.н., C.B. Боритко, д.ф.м.н., JI.A. Чернозатонский

Ведущая организация: ГТУ Московский институт стали и сплавов (МИСиС)

Защита диссертации состоится «16» мая 2007 г. в 14 час. 00 мин. на заседании Диссертационного Совета Д 002.135.01 НТЦ Уникального приборостроения РАН

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НТЦ Уникального приборостроения РАН.

Автореферат разослан «_» апреля 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 002.135.01,

Область исследований и постановка проблемы

Устройства, использующие дифракцию света на акустических волнах в кристаллах, нашли широкое применение в науке и технике [1л-6л]. Они используются для модуляции и отклонения световых пучков, для спектральной фильтрации оптического излучения, для спектрального анализа и для обработки радиосигналов.

Основным элементом всех этих устройств является акусто-оптическая ячейка (АОЯ), в которой происходит взаимодействие световых и акустических волн. Каждый функциональный акусто-оптический (АО) элемент имеет специфическое строение, соответствующее своему назначению. Например, АО фильтры с коллине-арной и неколлинеарной геометрией дифракции значительно различаются по своей конструкции.

Общие принципы работы акустооптических фильтров (АОФ) были выработаны в 60-70-х годах вместе с созданием первых таких фильтров, и к настоящему времени разработано множество модификаций АО фильтров для разнообразных применений.

Современный уровень техники требует, однако, создания АО фильтров с характеристиками, определяемыми в каждом случае задачей, которую предполагается решить с использованием этих устройств. И для нахождения и проектирования оптимального для конкретной проблемы АО фильтра недостаточно знать общие соотношения между физическими величинами (характеристиками волн и среды), следующими из теории АО дифракции. Эти теоретические формулы позволяют решать только прямую задачу: рассчитать характеристики АО фильтра любой заданной конфигурации. А создание АО фильтра, удовлетворяющего заданному набору требований (по эффективности, потребляемой мощности, стабильности, условиям и режимам работы и т.п.), является сложной технической задачей, причем заранее не всегда очевидно, что заданным требованиям можно удовлетворить. При разработке и создании АО фильтра необходимо учитывать множество факторов и ограничений, и этот процесс представляет собой задачу, в которой не существует однозначного алгоритма нахождения решения и которая часто требует оригинального (принципиально нового) решения.

Актуальность проблемы

Среди задач, с которыми приходится сталкиваться при разработке АО фильтров, можно выделить следующие: повышение их спектрального разрешения, подавление акустических резонансов в АО ячейке, эффективное возбуждение и поглощение акустических волн, устранение паразитных окон пропускания. Каждая из этих задач, является критической, т.е. без ее решения невозможно использовать АО фильтры в заданном приложении.

Например, в АО фильтрах, используемых в перестраиваемых лазерах, критическими являются величина пропускания, спектральное разрешение и отсутствие акустических резонансов в АОЯ.

При проектировании спектрометрических приборов и систем возникают дополнительные требования на габаритно-весовые параметры, энергопотребление, скорость и характер управления АО фильтром, устойчивость к внешним воздействиям. В частности, изменение температуры светозвукопровода, который содержит тепловыделяющие элементы (пьезопреобразователь и поглотитель ультразвука), может заметным образом влиять на показатели преломления кристалла, что приводит к смещению полосы пропускания АО фильтра. Таким образом, контроль температуры кристалла и адекватный учет ее влияния является важнейшей задачей при создании АО спектрометров. Вопросы метрологического обеспечения измерений еще более усложняются при разработке на основе АО спектрометров приборов для прикладных измерений. Например, для применения спектрально-оптических газоанализаторов на основе АОФ необходимо обеспечить их калибровку, сертификацию и поверку. При этом необходимо решить задачи передачи единицы измеряемой физической величины (концентрации веществ) от эталона к прибору.

Без решения всех этих проблем широкое применение АО фильтров не было бы возможно. Описанное множество проблем, с которыми пришлось столкнуться в ходе разработке АО фильтров и спектрометрических устройств, определило содержание и структуру диссертационной работы, приведенную ниже.

Методы и подходы

При решении задачи создания новых АО фильтров использовался следующий подход. Вначале исследовались особенности акусто-оптического взаимодействия в используемом кристаллическом материале: особенности распространения волн, их анизотропия, затухание, расходимость и отклонение групповой скорости от фазовой. Затем прорабатывались и рассчитывались различные способы совмещения оптических и акустических волн в кристалле, в том числе с преобразованием акустических мод, и на этой основе разрабатывалась конструкция АО ячейки (светозвукопровода и акустического излучателя). При этом также решались вопросы разведения волн после их взаимодействия и эффективного поглощения ультразвука. Важнейшим аспектом процесса является обеспечение технологичности изготовления АО фильтров, поскольку, например, требуемая точность изготовления АО ячеек превосходит существующие технологические возможности и только детальный теоретический расчет и проведенное экспериментальное исследование позволили предложить и внедрить оригинальные технологии изготовления АО ячеек, удовлетворяющие заданным требованиям. Таким образом, разработка и создание АО фильтров представляет собой многоступенчатую итерационную процедуру, включающую измерение констант веществ, расчеты задач дифракции на решетках и отражения волн, разработку технологии изготовления кристаллов и нанесения пьезопреобразователей и поглотителей и изучения характеристик изготовленных АО фильтров и оптимизации их. А вся разработка начинается с анализа решаемой прикладной (спектрометрической, физической или биохимической) задачи.

Научная новизна результатов

Проведенные исследования позволили получить следующие новые научные результаты.

1. Впервые разработана технология создания «идентичных» АО ячеек для двойных монохроматоров из кристаллов разной симметрии (ТеОг, СаМо04, 8Юг).

2. Впервые предложен и создан АО фильтр на кристалле СаМо04, не имеющий «паразитных» окон пропускания.

3. Впервые разработан и изготовлен коллинеарный АО фильтр на кристалле №В1(Мо04)2, обеспечивающий высокое спектральное разрешение в области ближнего и среднего ИК диапазона (1-4) мкм).

4. Впервые разработано семейство неколлинеарных АО фильтров на Те02 с использованием ультразвуковых излучателей продольных волн.

5. Впервые разработана упрощенная технология создания эффективных металлических поглотителей ультразвука на поверхности кристаллов Те02, СаМо04.

6. Впервые разработан лазер на красителях с внутрирезонаторным АО фильтром, генерирующий одновременно до четырех произвольных линий.

7. Впервые разработаны и изготовлены высококонтрастные АО спектрометры с двойными монохроматорами для ультрафиолетового, видимого и инфракрасного диапазонов.

8. Впервые разработан и изготовлен АО видеоспектрометр УФ диапазона.

9. Впервые разработан и изготовлен АО видеоспектрометр с двойным АО монохроматором на кристаллах Те02.

10. Впервые разработаны спектрально-оптические газоанализаторы на основе АО спектрометра.

11. Впервые разработана и изготовлена мобильная газоаналитическая лаборатория с газоанализатором на основе АО спектрометра.

Практическая значимость полученных результатов

1. Разработанная схема неколлинеарного акустооптическо-го фильтра на Те02 с ультразвуковым преобразователем продольных волн является основой для большинства спектрометров с АО ячейками на Те02, разрабатываемых и выпускаемых НТЦ УП РАН, ВНИИФТРИ, ЗАО «Сигма-Оптик», ООО «А-Оптик» и ЗАО Арзамасский приборостроительный завод.

2. Изготавливаемые НТЦ УП РАН и ООО «А-Оптик» акустооптические спектрометры для регистрации комбинационного рассеяния используют конструкцию АО ячейки из СаМо04 с подавлением «паразитного» окна пропускания, разработанную автором.

3. Подавляющее большинство изготавливаемых в России двойных монохроматоров и спектрометров используют технологию изготовления «идентичных» АО ячеек, разработанную автором.

4. Двойные АО видеоспектрометры и АО видеомонохрома-торы. изг отавливаемые НТЦ УП РАН и ООО «А-Оптик», используют «идентичные» АО ячейки из Те02 изготавливаемые по технологии автора.

5. В трассовых газоанализаторах, изготавливаемых в НТЦ УП РАН и ЗАО «Сигма-Оптик», используются двойные монохрома-торы на кристаллах 8102, разработанные автором.

6. Созданная локальная поверочная схема и рабочий эталон единицы массовой концентрации газовых примесей используются во ВНИИФТРИ для градуировки и поверки спектрально-оптических газоанализаторов.

7. Созданный во ВНИИФТРИ рабочий эталон «Гелиос» используется для градуировки и поверки спектрометров в единицах СПЭЯ.

Положения, выносимые на защиту

1. Экспериментальное доказательство равенства нулю константы акустооптического качества М2 в кристалле СаМо04 для дифракции света в плоскости Ъ, распространяющегося вдоль оси X (или У), на сдвиговой акустической волне, распространяющейся под углом 45° к оси X (или У). Это позволило создать коллинеарный АО фильтр на кристалле СаМо04 с высоким пропусканием без паразитного окна аппаратной функции.

2. Разработка высокоэффективного коллинеарного АО фильтра, работающего «на проход» на кристалле №В1(Мо04)2.

3. Разработка технологии изготовления идентичных АО ячеек из одной и из разных кристаллических заготовок наиболее широко используемых материалов (Те02, СаМо04, 8Ю2), обеспечива-

ющей создание на их основе двойных АО монохроматоров. управляемых общим генератором.

4. Доказательство возможности высокоэффективной дифракции оптического излучения в поглощающей среде на индуцированной звуком решетке поглощения.

5. Разработка и создание спектрально-оптических трассовых газоанализаторов на основе двойных АО монохроматоров на кристаллах кварца, обеспечивающих оперативное измерение концентрации газообразных веществ-загрязнителей на уровне, не превышающем ПДК жилой зоны.

6. Создание рабочего эталона и разработка локальной поверочной схемы и методики, позволяющих оперативно осуществлять передачу спектрально-оптическим газоанализаторам единицы массовой концентрации газовых примесей с погрешностью не более б %.

Личный вклад

Разработка конструкций АО фильтров на основе разных материалов, в том числе:

- «безрезонансного» коллинеарного АОФ на кварце;

- коллинеарного АОФ на СаМо04 без паразитного окна аппаратной функции;

- неколлинеарных АОФ на кристаллах тетрагональной симметрии с конверсией продольной акустической волны в сдвиговую в АО ячейке;

- серии квазиколлинеарных АОФ;

- коллинеарного АО фильтр на кристалле КаВ1(Мо04)2.

Исследование распространения ультразвуковых (УЗ) пучков в Х-срезе кварца; исследование различных вариантов коллинеарных АОФ из кварца и СаМо04 и неколлинеарных АОФ из Те02.

Способ реализации эффективной АО дифракции на решетках поглощения.

Разработка технологии создания АОЯ с одинаковыми перестроечными зависимостями для двойных монохроматоров из кварца, СаМо04, Те02 и упрощенной технологии создания эффективных металлических поглотителей ультразвука на кристаллах СаМо04 и ТеОг.

Исследование температурных зависимостей перестроечных характеристик АОФ из СаМо04 и кварца, и разработка способа их температурной коррекции.

Руководство работами по созданию семейства спектрометров и ЛО монохроматоров ультрафиолетового (УФ), видимого и инфракрасного (ИК) диапазонов. Разработка структуры этих приборов, их оптических схем и оптических элементов. Исследование их характеристик.

Руководство работами по созданию видеоспектромеров УФ и видимого диапазонов. Разработка двойных АО видеомонохроматоров и исследование их характеристик.

Руководство работами по созданию семейства АО газоанализаторов «САГА», в том числе: разработка их структуры, оптических схем и оптических элементов. Разработка методик их градуировки и поверки. Исследование их характеристик.

Разработка АОФ из кварца и СаМоОд, используемых для управления перестраиваемыми лазерами, способов управления этими фильтрами, оптических схем дисперсионных блоков перестраиваемых лазеров. Исследование характеристик перестраиваемых лазеров с АО управлением.

Анализ источников методических погрешностей передачи единицы СПЭЯ «классическим» способом, руководство работами по созданию рабочего эталона СПЭЯ - поверочного стенда «Гелиос».

Руководство работами по разработке и созданию рабочего эталона единицы массовой концентрации газовых компонент. Разработка локальной поверочной схемы градуировки АО газоанализаторов.

Объем и структура диссертации

Диссертация состоит из шести глав, включая введение, и заключения, содержит 210 страниц. Список литературы насчитывает 125 наименований.

Во введении (глава 1) описаны отличительные особенности АО фильтров и проблемы, возникающие при их разработке и при создании устройств и систем на их основе, обоснована структура работы, сформулированы основные полученные результаты.

В главе 2 приведены результаты исследования особенностей акустооптического взаимодействия в основных кристаллах, используемых при создании АО фильтров. Описаны новые АО фильтры, разработанные с использованием этих результатов, для решения определенных задач.—Определено влияние различных конструктивных и технологических факторов на их характеристики и аппаратные функции

В разделе 2.1 исследованы особенности коллинеарного взаимодействия в кристаллическом кварце.

Раздел 2.1.1 посвящен изучению распространения пучков продольных ультразвуковых волн в Х-срезе кварца [2], что необходимо для создания коллинеарных АОФ на кварце. Поскольку эти АО фильтры имеют высокое спектральное разрешение и требуют большой длины взаимодействия, то на процессы АО дифракции может существенно влиять расходимость ультразвукового пучка (УЗП).

Направление X в кристаллическом кварце является осью 2-го порядка и по отношению к скорости продольной ультразвуковой волны это направление является седловой точкой. Это приводит к тому, что дифракционная расходимость УЗП существенно зависит от направления. Расчет показал, что на удалении от' круглого ультразвукового излучателя сечение пучка становится эллиптическим (рис.1).

Эксперимент, выполненный на образце кварца (170x28x22 мм) при диаметре излучателя 5 мм, подтвердил, что по мере удаления от преобразователя пучок принимает эллиптическую форму (рис.2). Величина расходимости в различных плоскостях имеет отличия до 10 раз. Этот факт позволил разработать асимметричные конструкции излучателя для коллинеарных АО фильтров на кварце, которые, в отличие от используемых круглых пьезопреобразователей, позволяют достичь предельного для заданной длины кристалла спектрального разрешения фильтров.

Рис.1. Диаграмма

нормированных проекций фазовых и групповых скоростей продольной волны для угла 0=1°: 1 - фазовые; 2 -групповые

Рис.2. Уровни одинаковой плотности мощности УЗП в сечениях перпендикулярных оси X:

1, 3 - на расстоянии 20 мм от зеркала; 2,4 - на расстоянии 170 мм от зеркала.

В разделе 2.1.2 исследована другая проблема, имеющая место в коллинеарных АО фильтрах, - возникновение акустических резонансов в светозвукопроводе, которые приводят к неравномерной по частоте мощности ультразвука и, соответственно, к резким перепадам коэффициента пропускания АО фильтра [12].

Рис.3. Схема «безрезонансного» АОФ из кристаллического кварца.

1 - светозвукопровод из кристаллического кварца;

2 - буферный элемент для совмещения светового и звукового

пучков;

3 - ультразвуковой преобразователь из Сс18;

4 - корректирующая призма, выполняющая роль поляризатора.

Проведенные исследования показали, что причиной резонансов является отражение акустических волн на грани двух кристаллических элементов: светозвукопровода и буфера из плавленого кварца, необходимого для введения звука в кристалл. Разработанная новая конструкция этих элементов (рис.3) позволила исключить появление резонансов и сделать функцию пропускания АО фильтра гладкой [22].

В разделе 2.1.3, посвященном одному из наиболее широко применяемых АО фильтров - квазиколлинеарному кварцевому АОФ [7л], исследована проблема определения спектральной перестроечной характеристики Я(/) и ее температурной зависимости. В связи с тем, что этот тип фильтров имеет высокое разрешение (ДХ=0,1 нм при ^=0,4 мкм), проблема привязки АОФ по длине имеет для них особо важное значение. Прямые методы расчета, основанные на известных формулах и справочных данных о спектральной зависимости коэффициентов преломления кварца, дают погрешность привязки порядка 5 нм, что существенно превышает полосу пропускания. Проведенные измерения набора стандартных источников света, включавших газоразрядные лампы и лазеры, позволили построить 12

эмпирическую перестроечную характеристику таких фильтров, описывающуюся формулой

[(107/?03(-7-4355)*10-9+ (107/^)2(2.2772)*10"4+ (107/Ч)(-7.1830)^102 +968.44]*42.9697,

которая позволяет для любой длины волны света X (в микронах) рассчитать управляющую частоту ультразвука / (в мегагерцах). Экспериментальная проверка, проведенная на линиях других источников света, показала, что погрешность расчета не превышает 0,2 нм в диапазоне (0,25-0,36) мкм.

Раздел 2.2 посвящен вопросам разработки АОФ из молибдата кальция, акустооптическое качество М2 которого выше, чем у кварца, примерно в 60 раз. Приведены данные исследований характеристик этих кристаллов, включающие измерение показателей преломления и их спектральных зависимостей, расчет коэффициентов конверсии как функции угла ориентации боковой грани кристалла а, экспериментальное определение спектральной перестроечной характеристики ?.(/) и ее температурной зависимости. Поскольку известные АО фильтры из молибдата кальция имели большие световые потери и большие паразитные окна функции пропускания [8л,9л], был проведен комплексный анализ проблемы построения АО фильтра, который позволил впервые создать конструкцию АО фильтра, в которой не возникает дополнительного (паразитного) окна [4] (рис.4). Это достигается тем, что отражение звукового пучка, достигающего конца светозвукопровода, осуществляется под углом 45° по отношению к направлению распространения волн в плоскости ХУ, что, как показали расчеты, обеспечивает обращение константы АО взаимодействия М2 в ноль.

В разделе 2.2.1 представлены результаты экспериментальных исследований различных методов управления формой функции пропускания АО фильтров, которые используют частотную скачкообразную манипуляцию, линейную частотную модуляцию, возбуждение двух акустических частот. Исследованы зависимости от мощности акустической волны коэффициента пропускания АОФ. Полученные результаты показали возможность контролируемого изменения в широких пределах формы функции пропускания разработанных АО фильтров из молибдата кальция.

Рис.4. Схема АО ячейки коллинеарного фильтра из СаМоОд: 1 -светозвукопровод, 2 - поглотитель ультразвуковой волны, 3 -пьезопреобразователь, 4 - направление распространения светового пучка; 5 - направление распространения звукового пучка.

В разделе 2.3 рассмотрены вопросы разработки АОФ из парателлурита. Проанализирована проблема присоединения излучателя (пьезопреобразователя) и поглотителя акустической волны. Описан новый метод возбуждения поперечной акустической волны, заключающийся в конверсии продольной акустической волны на грани кристалла, что позволяет использовать ультразвуковой преобразователь продольных волн.

Сдвиговые волны

волны

Рис.5. Конструкция АОФ из Те02 с преобразователем продольных

волн. УЗП - пьезопреобразователь, излучающий продольную волну, М - металлический поглотитель ультразвуковых волн, 0 и у - углы, определяющие направления волновых векторов света и звука.

Показано, что разработанная схема упрощает изготовление АО фильтра, поскольку не требует напыления согласующего слоя, не требует секционирования и позволяет использовать более толстые преобразователи. Более толстые преобразователи обладают меньшей емкостью, их электрическое согласование проще. И, кроме того, возможно использование коллективной обработки пьезопреобра-зователей, имеющих резонансные частоты до (200-250) МГц [24,29]. Описана также новая технология нанесения металлического поглотителя на АО ячейку из ТеОг, которая не требует продолжительного напыления индия и в сочетании с оригинальной формой АО ячейки обеспечивает подавление отраженной акустической волны на 20 дБ. Приведены результаты испытаний АОФ из Те02 различных конструкций, работающих в диапазоне от 0,42 до 4.4 мкм.

В разделе 2.4 рассмотрена проблема разработки АО фильтров на основе кристалла №В1(МоОд)2? обладающего рекордной разрешающей способностью. Приведены результаты исследования характеристик этих кристаллов, в том числе измерения показателей преломления и их спектральных зависимостей, расчета коэффициентов конверсии как функции угла ориентации боковой грани кристалла, экспериментально определена спектральная перестроечная характеристика Х(/). В АО фильтре, созданном на этом кристалле впервые [5], (рис.6) использовалась коллинеарная дифракция и конверсия мод.

? ? Л /

—Ш__

\

Рис.6,а. Схема коллинеарного АО фильтра из двойного молибдата натрия висмута:

1 - АО ячейка, 2 - слой клея (акустическая развязка), 3 -призма из исландского шпата,4 - пьезопреобразователь, 5 -поляризатор.

\

\

Д. tt*KM

Рис.6,б. Спектральная зависимость Дп(?„) (1) и расчетная перестроечная характеристика (2).

Он имеет оригинальную конструкцию, использующую поляризационную призму и «толстую» склейку, которая служит для совмещения акустической волны и световых пучков. Определена толщина склейки (порядка 0,1 мм), обеспечивающая эффективную развязку.

Созданный АО фильтр с длиной АОЯ 4,3 см имел следующие характеристики: ширина аппаратной функции составила 4,8 нм на длине волны 1,15 мкм, эффективность дифракции - 70 % при потребляемой электрической мощности 8 Вт и сечении ультразвукового пучка 4,5x3 мм2. Таким образом, спектральное разрешение на этой длине волны составило 7JAX-2340, что примерно в 2 раза превышает разрешение коллинеарного АОФ из кварца (АУАХ,~1300 при максимальной длине 180 мм), т.е. созданный фильтр имеет рекордное спектральное разрешение в области ближнего и среднего ИК диапазона.

В разделе 2.5 рассмотрена задача дифракции света на акустических волнах в пьезополупроводниках в условиях высокого поглощения световых волн свободными носителями. Эта задача важна с точки зрения исследования возможности создания АО устройств в длинноволновой области спектра, где дифракция на фазовых решетках, создаваемых путем модуляции действительной части диэлектрической проницаемости, малоэффективна. В этой области более эффективным может быть использование для АО фильтрации эффекта модуляции мнимой части диэлектрической проницаемости [1]. Модель такого взаимодействия имеет следующий вид (рис.7,а).

Рис.7. Схема дифракции (а) и распределение амплитуд (б) падающей (Е\) и отраженной (Ег) световых волн при дифракции на поглощающем слое с возбужденной в нем акустической волной (д).

Световая волна падает на плоскопараллельный слой вещества, в котором возбуждена акустическая волна, вызывающая модуляцию диэлектрической проницаемости среды через взаимодействие со свободными носителями заряда (электронами)

|Е|

а

б

п(г, О

где £0 = е'0 +1- £г0' - проницаемость решетки.

й)0 =^4ле2п0 /т* -£'0 - плазменная частота, п0 -средняя

концентрация носителей, т - эффективная масса, V - частота соударений, со - частота электромагнитной волны, п(г, г) -распределение электронов в присутствии звуковой волны. Электроны сосредотачиваются в слоях, толщина которых к определяется амплитудой звуковой волны и может быть сделана много меньше длины волны звука Л (рис.8).

я / -Г Л А

1 К Ьс\ д.

/ / / ✓ ч \ ч / 2 / ✓

Рис.8. Распределение деформации и свободных носителей в поле интенсивной звуковой волны в системе координат движущейся с волной (Б - деформация, п - плотность электронов). Сплошная линия - распределение свободных носителей, пунктирная - распределение деформации

При падении под углом Брегга электромагнитная волна отражается от системы периодических электронных слоев. Дифракция световых волн описывается парой связанных уравнений для медленно меняющихся амплитуд Е\ и Е2:

йЕ

Я, ■—1 + (у + а0)Е] +а,Е2 = 0, аг

йЕ

Я2-—г + (Г + а0)Е2+а,Е1=0, (3) аг

2 л г г

Юо ГТ 1£0

где а0 =--■у1£0 и у =----к - декременты затухания

V ■ С 2 £д

электромагнитной волны, обусловленные свободными носителями и

6У0 п, ¡—^

поглощением в среде; а, ------ коэффициент связи

ус п0

волн: с - скорость света. Решение уравнений (3) показывает, что амплитуды обеих волн убывают внутрь слоя и, если толщина слоя

меньше характерного размера d0 = (^2уа0 , это убывание носит

линейный характер:

1 + aQ-d/. 0

0 /sm^

^ , ч «п • {z ~ d) ■ sin 6,R

E2 (Z) = £00 • -j--^ ; (4)

0 / sin 9m

где £(Ю — амплитуда падающего света. При d > d0 оно переходит в экспоненциальное распределение:

Ех (г) = Е2 (z) = • exp^"^ (5)

Из анализа выражений (4) и (5) следует, что эффекты акустооптической дифракции оказываются существенными при ao-d>l. .В этом случае излучение проникает в слой на глубину z~

do ~ у I-. Эта величина значительно превосходит

глубину проникновения электромагнитного излучения в невозмущенную звуком среду z , определяемую электронным

/ ао

поглощением в ней. Тем не менее, поглощение в среде отсутствует, так как Ег(г = 0) = -ет, и падающее излучение практически полностью отражается от слоя. Падающая и дифрагированная волны, интерферируя, образуют квазистоячую воину

E{r, t) = 2-Ex (z) ■ sin(kxx - со ■ t) ■ sin qz. (6)

Узлы ее приходятся как раз на области электронных слоев, и поглощение электромагнитной энергии не происходит.

Рис.9. Схема дифракции (а) и распределение амплитуд (б)

проходящей (£■;) и дифрагированной (Е2) электромагнитных волн при дифракции на акустическом пучке бесконечной

апертуры (случай у > Мао).

Аналогичный эффект имеет место и при дифракции на проход (рис.9,а). В этом случае электромагнитное излучение проходит сквозь звуковой пучок конечной ширины й: 0 <х <й„ распространяющейся вдоль оси г (рис.9,а). В результате брегговской дифракции через плоскость х = й выходит две волны: падающая и дифрагированная. Распределения амплитуд этих волн имеют вид

f \ / -у-х

KcoseiBj

1 + ехр

-ух

V

х f

/ О -\Л

- 2а0 • х V cosdiB jj

(7)

^ COS в1Б J

1-ехр

— 2ап ■х

\

cose,

в J)

При х < (cos 91б )/а0 поглощение определяется

свободными электронами, а при х > (cos 6Ш )/а0 - не электронными

механизмами, так как в этой области падающая и дифрагированная волны, интерферируя, образуют квазистоячую волну (5). При {cos0lb )/а0 < d < (eos ) / / интенсивность излучения,

выходящего из звукового пучка, равна половине интенсивности падающего излучения /00 вне зависимости от толщины звукового пучка. Эта энергия поровну распределяется между прошедшей и

отклоненной волнами: 1Х = /2 = — • /00.

Оценки, проведенные для пьезополупроводника, дают следующие результаты. Для удержания электронов, захваченных электрическим полем звуковой волны, необходимо, чтобы глубина

потенциальной ямы еф = ^ е / , с ф - пьезомодуль, S -

/ s0 ¿

амплитуда деформации, Л - длина звуковой волны) была больше тепловой энергии кТ: > 1 • Кроме того, электрическое поле

2 жи„

эч cmam --Л, возникающее при образовании электронных

К

слоев за счет разделения зарядов, должно уравновешиваться

электрическим полем волны =--S. В теллуре (Р=3-105 ед.

е'о

CGSE, vs =-105 см/сек; п0 = 1014 см"3) для создания эффективной решетки поглощения с помощью поперечной акустической волны при частоте /= 17 МГц необходимы звуковые потоки Р ~ 40 Вт/см2. Для наблюдения описанных выше эффектов акустооптической дифракции ИК излучения с длиной волны 337 мкм необходима длина взаимодействия порядка нескольких сантиметров.

Таким образом, детальное рассмотрение задачи дифракции света на звуке с учетом сильного акустоэлектронного взаимодействия позволило впервые обнаружить нетривиальный эффект аномального просветления среды и предложить новый класс материалов для акустооптики. Этот эффект представляет основу для создания АО фильтров в длинноволновой части спектра, в частности в дальнем ИК диапазоне, где дифракция на фазовых акустических решетках, вызываемых упругооптическим эффектом, малоэффективна.

В разделе 2.6 рассмотрена проблема изготовления двойных АО монохроматоров [7]. Показано, что при обычной технологии изготовления ячеек АО фильтров (одинарных монохроматоров) возникает слишком большое различие их перестроечных характеристик (свыше ±1,15 МГц при полосе пропускания 0,34 МГц для неколлинеарных АОФ из Те02), и это не позволяет использовать такие ячейки для создания двойных монохроматоров, управляемых от одного генератора. Сформулированы требования к АО ячейкам для таких монохроматоров и проанализированы основные технологические трудности в их изготовлении. Описана разработанная технология изготовления светозвукопроводов на основе парателлурита из одной кристаллической заготовки, обеспечивающая идентичность перестроечной характеристики в пределах одной октавы (пары светозвукопроводов имеют разброс управляющей частоты не более 0,04 МГц) и позволяющая создавать двойные АО монохроматоры с управлением от единого генератора.

Для квазиколлинеарных АО фильтров проведен теоретический анализ влияния разброса различных угловых характеристик АО ячеек на перестроечную характеристику. Результаты этого исследования позволили разработать упрощенную технологию изготовления кварцевых АО ячеек из разных кристаллических заготовок с последующей их совместной обработкой. Продемонстрировано, что эта технология существенно снижает требования к точности ориентировки (примерно в 10 раз) и при этом обеспечивает идентичность перестроечной характеристики в пределах одной октавы (разброс управляющей частот пары светозвукопроводов не превышает 0,01 МГц при полосе пропускания 0,035 МГц) и тем самым позволяет создавать двойные АО монохроматоры с управлением от единого генератора.

Глава 3 посвящена разработке АО спектрометров разного типа на основе разработанных АО фильтров. Рассмотрены различные задачи, решаемые спектроскопическими методами, и проанализированы особенности построения спектрометров для этих задач.

В разделе 3.1 приведены сводные данные по АО монохро-маторам и АО спектрометрам, разработанным автором, (табл.1) и дан сравнительный анализ их с приборами и устройствами, известными из литературы. Этот анализ показывает преимущества приборов с

двойной монохроматизацией излучения. Описаны АО спектрометры с двойной монохроматизацией для УФ, видимого и ИК диапазонов ¡29].

Таблица 1

№ Название серии приборов Кол-во типо в Тип АО ячеек Тип монохроматора Спектр, диапазон, нм Назначение

1 Спектрометры РАОС 3 СаМо04, коллинеарные. БЮг, квазиколлинеарн. Двойной Одинарный 532-850 Регистрация спектров комбинационного рассеяния

2 ИК спектрометры 6 ТеОг, неколлинеарные Двойные бесполяризац. 1100-4400 Регистрация спектров излучения и пропускания вИК диапазоне

3 Спектрометры АОС 3 Неколлинеарные ТеОг. Двойные, несимметрич., поляризац. 420-800 Регистрация спектров излучения в большом динамическом диапазоне

4 Спектрофотометры САГА 4 5Ю2, квазиколлинеарн. Одинарный или двойной 240-500 Измерение концентрации газов-загрязнителей в выбросах и атмосфере

5 Спектрометр «Океан» 1 Неколлинеарные ТеОг.. Двухканальн. двойной, несимметрич. 440-780 Исследование спектров водных поверхностей

6 Видеоспектрометры 3 ТеОг, неколлинеарные. ЭЮг, квазиколлинеарн. Двойные симметрич. Одинарный 300-1000 (1200) Регистрация спектральных изображений микрообъектов

В разделе 3.2 приведено описание акустооптических спектрометров для регистрации комбинационного (рамановского) рассеяния на основе двойного монохроматора из СаМо04 [21] (разд.2.2) серии РАОС. Его оптическая схема приведена на рис.10.

На рис. 11 приведена аппаратная функция этого спектрометра в сравнении с аппаратной функцией одинарного АО монохроматора.

Рис.10. Оптическая схема АО спектрометра РАОС-3:

П1, П2, ПЗ - поляризаторы; Ст - стекло ОС-12 (либо режекционный фильтр); Л1 - линза; АОЯ1, АОЯ2 -акустооптические ячейки из СаМоО.*; К1, К2 -корректирующие призмы; Д - выходная диафрагма.

1.0Е+00

длина волны, нм

Рис. 11. Аппаратная функция акустооптического спектрометра РАОС-3, измеренная с помощью Нс-Ыс лазера. Пунктиром построена аппаратная функция одинарного АО фильтра.

В разделе 3.2.2.2 приведены описание конструкции и основных характеристик фотоприемного блока спектрометра. Показано, что в режиме счета фотонов достигнута возможность регистрации световых потоков со скоростью счета 12х106 имп./с.

В разделе 3.2.3 исследован вопрос учета температурной зависимости перестроечной кривой и ее особенности для спектрометров с двойной монохроматизацией. На основании результатов, полученных в разделе 2.2, выведена эмпирическая формула для температурных поправок к управляющей частоте, определяющей длину волны настройки АОФ: ДГ = (к/А,)ДТ. Поправки, вычисленные по этой формуле, дают отклонение не более 5 % от полуширины аппаратной функции при изменении температуры ±10°С во всем спектральном диапазоне спектрометра. Описан интерфейс программного обеспечения спектрометра. Приведены спектрограммы тестовых объектов, как в режиме регистрации спектрометра, так и в режиме регистрации комбинационного рассеяния.

В разделе 3.3 описан лазерный АО спектрофлюориметр «Флюол». Основой этого прибора является АО спектрометр с двойным монохроматором на АО ячейках из Те02 (разд.2.3).

Выбранная оптическая схема монохроматора (рис.12) обеспечивает максимальный контраст [29]. Приведены аппаратные функции спектрометра. Описана процедура калибровки чувствительности спектрометра в единицах СПЭЯ, обеспечивающая абсолютную градуировку прибора для очень низких уровней входного сигнала - на два порядка ниже, чем при градуировке стандартным способом (глава 6). Описан интерфейс программного обеспечения спектрофлюориметра и приведены результаты измерений спектров флуоресценции на пробных объектах.

Отдельной важной задачей является создание спектральных систем для регистрации изображений.

Раздел 3.4 посвящен разработке АО видеоспектрометров, предназначенных для решения этой задачи.

В разделе 3.4.1 дан обзор приборов и методов спектральной фильтрации изображений и описаны задачи, для решения которых должна осуществляться перестройка полосы фильтрации по спектральному диапазону. Выявлены преимущества, обеспечиваемые АО монохроматорами перед другими способами спектральной фильтрации изображений.

п

\

Рис.12. Оптическая схема двухкристального монохроматора спектрометра «АОС-МП» в двух проекциях. УЗП - ультразвуковой преобразователь продольных волн; П - поглотитель ультразвуковой волны; 1,2,3 - поляризаторы Глан-Томпсона; "Г и О - направление поляризации света.

В разделе 3.4.2 описана конструкция двойного АО видеомонохроматора на основе ячеек из Те02 и блок-схема видеоспектрометра. АО видеомонохроматор предназначен для установки на микроскоп, в частности он может устанавливаться на место бинокулярной насадки микроскопа.

Рис.13. Оптическая схема двухкристального видеомонохроматора видимого диапазона.

1- поляризаторы Глан-Томпсона с воздушным зазором; 2 -АОЯ из Те02;

Т и © - направление поляризации света.

Применение двойного АО монохроматора позволяет решить ряд проблем: повысить контраст спектральных изображений и радикально снизить хроматические искажения [26]. Снижение хроматических искажений обеспечивается применением симметричной оптической схемы АОМ (рис 13).

В разделе 3.4.3 описан видеомонохроматор ультрафиолетового диапазона на квазиколли неарной ячейке из кварца. Из-за невысокого и неоднородного по полю контраста монохроматора в нем была применена специально разработанная процедура регистрации сигнала - усреднение серии последовательно получаемых снимков с последующим вычитанием засветки. Исследование созданного УФ фильтра изображений показало, что применение квазиколли неарной ячейки из кварца требует дополнительной компенсации астигматизма оптической системы.

В разделе 3.4.4 приведены результаты исследований видеомонохроматра видимого диапазона, оптическая схема которого приведена на рис.13. Измерены полоса пропускания, коэффициент пропускания и угловая апертура монохроматора. Выполнены исследования качества передаваемых и регистрируемых изображений. В качестве стандартных тестовых объектов использовались МИРы №1, 2, 3. По ним оценивались хроматические искажения и количество передаваемых линий. Пример полученного изображения представлен нарис.14.

СМ

ю

Сч/

Ш Л^к

Рис.14. Негатив изображения миры, полученного с помощью микровидеоспектрометра и матричного черно-белого фотоприемника.

Глава 4 посвящена разработке на основе акустооптических спектрометров специатизированных систем - газоанализаторов, использующих метод спектроскопии селективного поглощения оптического излучения на пути зондирующего оптического луча [27,28].

В разделе 4.1 рассмотрены проблемы мониторинга состава воздуха и измерения производственных выбросов в атмосферу. Показано, что газоанализаторы (ГА) на основе АО фильтров, работающие на указанном принципе, позволяют бесконтактно измерять интегральное содержание поглощающих веществ на трассе и имеют высокое быстродействие, большую светосилу и программную управляемость режимом работы.

В разделе 4.2 на основе проведенного анализа определены требования к АО спектрометру для задач газоанализа. Основными требованиями являются: охват спектральной области, содержащей характеристические линии поглощения основных загрязнителей, достаточно высокий спектральный контраст АО монохроматора, температурная стабильность перестроечной характеристики.

В разделе 4.3 кратко описан разработанный алгоритм измерения, обоснован его выбор и оптимальность с точки зрения измерительной процедуры и описана его реализация в виде программного обеспечения АО газоанализатора.

В разделе 4.4 описан специализированный ГА для измерения контроля выбросов и предназначенный для стационарной установки на газоходы промышленных предприятий. Эти газоанализаторы в совокупности с измерителем скорости потока газа позволяют измерять общее количество выбросов в отходящих газах теплоэлектростанций двух веществ: N02 и 802.

В разделе 4.4.2 описана мобильная конструкция акустооптического газоанализатора «САГА-КТ». Как и ГА устанавливаемый на газоходы, конструктивно этот ГА состоит из двух частей: приемно-излучательного блока и ретрорефлектора, определяющих границы измеряемой воздушной массы. Газоанализатор «САГА-КТ» предназначен для установки в подвижной лаборатории на базе микроавтобуса. Измерения концентрации газовых примесей можно выполнять как при их заборе измеряемой пробы в измерительную кювету (кюветная конфигурация), так и на открытой трассе длиной (7-30) метров в атмосфере (трассовая конфигурация). Изменение конфигурации ГА происходит без изменения настроек и юстировок прибора - простой

сменой объектива. Диапазон измеряемых концентраций в обоих вариантах работы газоанализатора указаны в таблице 2.

В разделе 4.5 описана трассовая конструкция (модификация) газоанализаторов [29], предназначенная для измерения концентрации газов-загрязнителей в атмосфере на уровне предельно допустимой концентрации (ПДК) жилой зоны. Такая чувствительность достигается при расстоянии между приемо-излучательным блоком и отражателем в диапазоне от 70 до 100 метров.

В разделе 4.5.1 описано устройство оптического блока ГА «САГА-ММС». Одна из основных проблем при разработке оптического блока трассового ГА связана с необходимостью регистрировать оптические сигналы с большим перепадом яркости (>102). Она была решена путем использования специализированного объектива, обеспечившего коррекцию спектрального отклика прибора. Определены оптимальные параметры оптических элементов ГА (размеры объектива, фокусные расстояния зеркала излучателя и др.). Устройство и работа монохроматора «САГА-ММС», в котором используется одинарный акустооптический фильтр, описаны в разделе 4.5.2.

В разделе 4.5.3 описана конструкция оптического блока ГА с двойным акустооптическим монохроматором. Для этого варианта оптического блока ГА был разработан объектив-формирователь светового пучка с минимальным угловым хроматизмом. Создание такого монохроматора стало возможным благодаря разработке АО фильтров с идентичными перестроечными характеристиками, описанными в разделе 2.5. Созданный двойной монохроматор обладает большим контрастом аппаратной функции- (>105), что позволило повысить достоверность измерений.

В трассовой конфигурации АО спектрометр-газоанализатор «САГА-КТ» позволяет измерять концентрации газов-Загрязнителей на уровне ПДК промышленной зоны, а «САГА-Т» - на уровне ПДК жилой зоны (табл.2).

Таблица 2

№ Вещество Формула Диапазон измерения концентрации, мг/м3

«САГА-КТ», в кювете «САГА-КТ», на трассе «САГА-Т», на трассе

Порог Максимум Порог Максимум Порог Максимум

1 Диоксид азота N02 10 4000 0,3 400 0,04 2

2 Диоксид серы S02 3 7000 0,1 700 0,02 3

3 Формальдегид Н2СО 8 45000 0,5 4500 0,25 7

4 Бензол С6Н6 6 2000 0,16 200 0,1 10

5 Толуол С6Н5СНЗ 6 3500 0,16 360 0,1 12

6 Фенол С6Н50Н 0,3 150 0,01 15 0,005 1

7 Нафталин С10Н8 0,4 90 0,02 9 0,005 2

8 Пара-ксилол С6Н4(СНЗ)2 3 900 0,07 90 0,05 10

9 Мета-ксилол С6Н4(СНЗ)2 6 2400 0,25 250 0,08 10

10 Орто-ксилол С6Н4(СНЗ)2 10 3200 0,7 320 0,2 15

В разделе 4.6 описаны программные средства, используемые прибором для измерений, как в режиме спектрометра (раздел 4.6.2), так и в режиме газоанализатора (раздел 4.6.3). На рис. 15 представлен интерфейс пользовательской программы, используемой в режиме измерения газовых примесей.

-Карточка-Организация

р)1ШФ1ГИ М естололожение

НИО-9

Исполнитель

||1|орин В Н.

гГазьг

Дата

Время

103.11 2001 ¡17:08:37 Направл. ветра

Температура Ед. измерения Длина трассы

18.5

ррт

98 О

Н4 -4 М

Знак Название

Концентрация

СКО

Дрейф

0

0 ©

т 11

Двуокись серы

Бензол

Толуол

Фенол

Нафталин

0.00000 0.04817 0.06288 0.00327 0.00000

; 0.00007

| 0.00044

! 0.00058

; 0.00001

' 0.00002

•0.0000( 0.00141 ■0.00041 •0.0001 С

0.00001 ►

Пред.печать

Печать

Выход

Рис.15. Окно программы «САГА», отображающее результаты -измерений.

В разделе 4.7 приведены результаты испытаний АО газоанализаторов в различных условиях: испытание ГА в полевых условиях, испытание в случае контролируемых загрязнений и использование газоанализатора «САГА-ММС» для контроля динамических устройств очистки воздуха. На рис. 16 представлены результаты одновременного измерения концентрации трех газовых компонент при контролируемом загрязнении воздуха с последовательным добавлением двуокиси азота и толуола, демонстрирующие возможность регистрации временных зависимостей нескольких газовых загрязнителей.

Рис.16. Временной ход содержания трех веществ-загрязнителей в воздухе.

Время выпуска в воздух газов-загрязнителей: N02 ~ 1300 с, толуол-3100 с.

Глава 5 посвящена разработке АОФ для внутрирезонаторного управления излучением перестраиваемых лазеров на красителях.

В разделе 5.1 кратко обосновано применение АО фильтров в качестве дисперсионных элементов перестраиваемых лазеров для быстрого электронного управления лазерным излучением.

В разделе 5.2 исследованы характеристики перестраиваемого лазера с коллинеарным кварцевым АО фильтром «Фотон» [Юл]. Диапазон перестройки лазера с ламповой накачкой на растворе Родамина 6в составил 30 нм, а ширина линии излучения - 0,025 нм. Недостатком системы оказалось существенное изменение выходной мощности при перестройке длинны волны излучения лазера, что является следствием акустических резонансов, имеющих место в этом АО фильтре (рис.17) [12]. Кроме того, металлическое зеркало, используемое в этой конструкции, вносит существенные оптические потери, что приводит к снижению КПД лазера и сужению диапазона перестройки.

Рис. 17. Зависимость энергии излучения лазера от длины волны

(управляющей частоты) при разной мощности, подаваемой на пьезопреобразователь: 1 - 30 Вт; 2 - на 2 дБ меньше.

Для уменьшения оптических потерь была создана лазерная система с коллинеарным АО фильтром «Пентапризма», в котором металлическое зеркало заменено акустической склейкой (раздел 5.3), что позволило расширить диапазон перестройки до 40 нм и разработать на базе этого АО фильтра приставку к промышленному лазеру ЛЖИ-402. Проблема «изрезанности» спектральной зависимости выходной мощности перестраиваемого лазера была полностью решена путем использования специально разработанного «безрезонансного» АО фильтра «Пентапризма-М», описанного в разделе 2.1.2. Полученный диапазон перестройки этого лазера на растворе кумарина 504 составил в сине-зеленой области спектра более 30 нм, а ширина линии излучения - 0,015 нм. На этой же системе с ламповой накачкой была впервые получена двухчастотная генерация перестраиваемого лазера (с АО фильтра), причем 2 частоты подавались одновременно на пьезопреобразователь АО фильтра [13]. Исследование условия генерации двух лазерных линий

показало, что оно критично к мощности возбуждаемых звуковых волн: при изменении мощности более чем на 10 % от оптимальном происходит переход в одночастотный режим. Другое важное условие генерации - разность длин волн генерируемых линий не может быть меньше, чем полуширина окна пропускания АО фильтра, иначе генерация не возникает ни на одной из линий (рис.18, б).

Рис.18. Режим двухчастотной генерации.

а - зависимость управляющей мощности от длины волны одной из линий (Х2) при фиксированной мощности (Р]) и длины волны другой линии генерации: 1 - Л-1 = 600 нм, Р2 = 32 Вт; 2 - ?ч = 592 нм, Р2 = 32 Вт. б - расположение контуров двух окон пропускания при предельном сближении линий генерации лазера.

В разделе 5.4 исследовалась генерация перестраиваемого лазера с комбинированным дисперсионным элементом, состоящим из АО фильтра и интерферометра Фабри-Перо (ИФП) [11]. Получена генерация лазера с шириной линии излучения 0,02 нм. При введении в АО ячейку двух ультразвуковых волн, соответствующих настройке АОФ на два соседних максимума пропускания ИФП, лазер генерировал две линии с интервалом ОД 8 нм. }

Раздел 5.5 посвящен разработке и исследованию характеристик импульсного перестраиваемого лазера с АОФ из СаМо04 [10,17] при лазерном возбуждении. Т.к. константа М2 коллинеарного взаимодействия СаМо04 существенно больше, чем у кварца, то АОФ из СаМо04 позволяет существенно расширить возможности управления спектром излучения перестраиваемого 34

лазера. Была разработана конструкция АОФ из СаМоОд для установки в резонатор перестраиваемого лазера. Оптическая схема

Рис.19. Оптическая схема перестраиваемого лазера с АОФ из СаМо04.

Резонатор образован зеркалами 1, Г с расстоянием между ними -25 см. активная среда - раствор красителя, прокачиваемый через кювету 2. В качестве дисперсионного элемента используется АОФ 3, содержащий ячейку из СаМо04 (4) и поляризаторы из СаС03 (5,7). Накачка осуществляется второй гармоникой импульсного лазера на И А Г: Ш3+ через линзу 8.

Исследовались спектральная зависимость мощности излучения лазера при различной мощности управления АОФ и спектральная зависимость мощности излучения лазера при последовательной подаче в АОФ ВЧ импульсов разной частоты. Разработанная конструкция АОФ позволяла «накапливать» в светозвукопроводе АОФ ультразвуковые импульсы разной частоты. Разработанное управление позволило реализовать генерацию до четырех независимых линий излучения перестраиваемого лазера [9]. Кроме того, исследовались спектральная зависимость формы линии генерации лазера от мощности управляющего высокочастотного (ВЧ) сигнапа, подаваемого на АОФ, и спектр линии излучения при линейной частотной модуляции ультразвука в АО фильтре.

ii -

в >v _ ^ , •

в щ т

га *, * •

Рис.20. Спектрограммы излучения лазера при четырех- (1), двух- (2) и трехчастотном (3) режимах генерации; 4 — четырехчастотная генерация при сближении линий генерации.

В разделе 5.6. сформулированы основные результаты, полученные в главе 5.

Показано важное значение отсутствия акустических резонансов в АО фильтрах, предназначенных для управления излучением перестраиваемых лазеров. Созданы конструкции АОФ из кварца и СаМоО,*, не имеющие акустических резонансов. Получена рекордно малая ширина линии излучения импульсного лазера с АОФ (0,02 нм). Создан перестраиваемый лазер с комбинированным дисперсионным элементом, состоящим из АО фильтра и интерферометра Фабри-Перо (ИФП), обеспечивший генерацию линии излучения шириной 0,002 нм. Исследованы различные режимы управления полосой генерации. Разработан АОФ из CaMoOí и система управления им, позволяющая генерировать до четырех произвольных линий. Подробно исследованы особенности работы лазера в двухчастотном режиме. Продемонстрирована возможность управления длиной волны перестраиваемых лазеров при помощи АОФ в диапазоне от 490 нм до 1180 нм.

Глава 6 посвящена разработке и созданию метрологического обеспечения разрабатываемой акустооптической аппаратуры. Основной величиной, измеряемой спектрометрами, является спектральная плотность энергетической яркости (СПЭЯ).

В разделе 6.1 проведен анализ проблемы и рассмотрены известные методы передачи единицы СПЭЯ от эталонных источников излучения к рабочим источникам. В качестве рабочих источников для калибровки АО спектрометров необходимо использовать широкоапертурные излучатели. Проведенный анализ методов и средств градуировки спектрометров, существовавших на момент выполнения этих работ, показал, что они допускали существенную методическую погрешность [6], связанную с тем, что компарируются световые потоки, имеющие разную поляризацию. С целью исключения этой погрешности и упрощения процедуры передачи единицы СПЭЯ была осуществлена разработка спектрометра-компаратора, регистрирующего определенную линейную поляризацию источника. Разработанный спектрометр на основе коллинеарного кварцевого АО фильтра со специализированным управлением и регистрацией сигнала позволил существенно расширить динамический диапазон регистрируемых сигналов, однако его аппаратная функция, имевшая широкие крылья и паразитные окна, являлась препятствием для достижения требуемой точности измерений. Поэтому был разработан и создан спектрометр с двойным монохроматором на СаМо04, аппаратная функция которого не имела указанных недостатков [18,20]. Исследование метрологических характеристик созданного спектрометра-компаратора показало, что в интервале длин волн (540-760) нм и в диапазоне СПЭЯ от 5х10б до 1,5x10й Вт/(срхм3) погрешность компарирования ленточных ламп и широкоапертурных диффузных источников излучения находится в пределах (2-6) %.

Кроме того, для градуировки спектральной аппаратуры были созданы рабочие эталоны СПЭЯ с широкоапертурными источниками излучения, работающие в диапазоне длин волн (0,22-2,0) мкм. Для проверки линейности аппаратуры, эталон снабжен источником белого света (ИБС), яркость которого может меняться до 100 раз без изменения формы спектральной характеристики. Созданные рабочие эталоны аттестованы и много лет (с 80-х годов) используются во ВНИИФТРИ. Спектральная зависимость СПЭЯ источников этих рабочих эталонов приведена на рис.21.

320

1820

Рис.21. Форма спектральной зависимости СПЭЯ источников

рабочих эталонов «Гелиос» (видимый и ИК диапазон) и диффузного УФ излучателя.

Для градуировки специализированных спектральных систем на основе АО фильтров необходима разработка специализированных методов и средств.

Раздел 6.2 посвящен разработке методов и аппаратуры градуировки оптических спектральных газоанализаторов, работающих в режиме дифференциальной спектроскопии. Для этого были сформулированы требования к метрологическому обеспечению разрабатываемой аппаратуры и требования к приборному обеспечению процедур. Схема реализации разработанного подхода [35] изображена на рис.22.

Результатом разработок стал «Рабочий эталон единицы массовой концентрации газовых примесей» [32]. Он состоит из следующих составных частей:

• Набор герметичных метрологически аттестованных газонаполненных кювет;

в Набор спектральных образов абсорбции газонаполненных кювет в виде числовых массивов (копия на бумажном носителе);

• Спектрофотометр HITACHI UV-3400.

Этот эталон аттестован по 10-ти газам и содержит примерно 90 газонаполненных кювет. Разработанное методическое обеспечение позволяет дополнять рабочий эталон новыми веществами и кюветами. Этот эталон и разработанные методики градуировки позволяют осуществлять калибровку и поверку всех типов разработанных АО газоанализаторов, в том числе осуществлять оперативную поверку характеристик этих газоанализаторов в любой момент и в любом месте, используя входящие в их состав газовые кюветы.

Рис.22. Локальная схема поверки и градуировки АО газоанализаторов.

Метрологические характеристики всех газонаполненных кювет, входящих в рабочий эталон и используемых при градуировке

газоанализаторов, в том числе данные их аттестации во ВНИИМ им. Менделеева, приведены в разделе 6.2.3. Информация для каждой, входящей в состав эталона кюветы, оформлена в виде, приведенном на рис.23, и содержит спектры абсорбции эталонных кювет, содержание вещества в кюветах, характеристические длины волн линий поглощения и величину дифференциального поглощения на этих линиях.

Рис.23. Спектр абсорбции толуола при ширине аппаратной функции спектрофотометра 0,5 нм. Кювета Т 91: интегральная концентрация - 968 рршхт, относительная (дифференциальная) высота спектрального пика оптической плотности - 0,6664, определяемая по значениям абсорбции на длинах волн 266,0 нм, 266,9 нм, 270,2 нм. По оси абсцисс отложена длина волны в нм, по оси ординат - оптическая плотность.

В Заключении перечислены основные результаты, достигнутые в диссертационной работе.

1. Выполнены исследования, позволившие создать новые конструкции АО фильтров из различных материалов. Эти фильтры имеют важное практическое значение и существенные преимущества перед известными разработками.

Исследование коллинеарных АОФ из кварца показало, что одним из источников ограничений разрешающей способности и эффективности АОФ является анизотропная расходимость ультразвукового пучка вдоль кристаллографического направления X кварца. Создан «безрезонансный» коллинеарный АОФ из кварца. Исследованы температурные зависимости перестроечных характеристик квазиколлинеарных АОФ.

Создан коллинеарный АОФ из СаМо04, не имеющий «паразитного» окна пропускания аппаратной функции. Исследованы температурные зависимости перестроечных характеристик этих фильтров и выведена аналитическая формула температурной коррекции перестроечной характеристики АО фильтра;

Разработано семейство АО фильтров из Те02, в которых применяется ультразвуковой преобразователь продольных волн с последующим преобразованием в АОЯ продольной волны в сдвиговую. Такие фильтры имеет ряд технологических преимуществ перед классическими конструкциями АОФ. Разработана простая технология нанесения эффективных металлических поглотителей ультразвука на кристаллы СаМо04 и Те02.

Разработан коллинеарный АОФ из №В1(Мо04)2, имеющий рекордное спектральное разрешение в ближнем ИК диапазоне.

Предложен способ эффективной АО дифракции на индуцированных решетках поглощения, что позволяет реализовать АО устройства в дальнем ИК диапазоне в пьезополупроводниковом кристалле.

Разработана технология изготовления «идентичных» АОЯ из Те02, СаМо04 и кварца для двойных АО монохроматоров.

2. Разработаны и выпускаются АО спектрометры и специализированные АО измерительные системы различного назначения, работающие в УФ, видимом и ИК диапазонах. В том числе созданы: 0 Спектрометры комбинационного рассеяния с двойным АО

монохроматором из СаМо04; в Спектрофлюориметры с большим динамическим диапазоном

на основе двойных АО монохроматоров из Те02; ■ Видеоспектрометр видимого и ближнего ИК диапазонов на

двойном АО монохроматоре из Те02; в Спектрометры ИК диапазона, работающие в диапазоне (1,14,4) мкм;

и Семейство газоанализаторов «САГА», в том числе: стационарный трубный и мобильный газоанализатор «САГА-

К» для контроля выбросов; трассовые газоанализаторы

«САГА-ММС» и «САГА-Т100» для контроля газовых

примесей в воздухе на уровне ПДК жилой зоны.

3. Разработаны АОФ и дисперсионные блоки для управления перестраиваемыми лазерами. Исследованы различные режимы управления излучением перестраиваемых лазеров: управление шириной полосы генерируемого излучения и одновременная генерация нескольких длин волн. Получены рекордные для перестраиваемых лазеров с АОФ в резонаторе значения ширины линии излучения. Впервые получена одновременная генерация нескольких (до четырех) независимых длин волн.

4.Созданы рабочие эталоны СПЭЯ для градуировки АО аппаратуры. Выявлены методические погрешности передачи единицы СПЭЯ и предложен способ устранения этой погрешности. Создан рабочий эталон единицы массовой концентрации газовых примесей. Разработана локальная поверочная схема градуировки и поверки спектрально-оптических газоанализаторов.

Апробация работы

1. XII Всес. конф. по акустоэлектронике и квантовой акустике,

(Саратов, 1983).

2. XIII Всес. конф. по акустоэлектронике и квантовой акустике, ' (Черновцы, 8-10 октября 1986).

3. Всес. конф. «Физика и применение твердотельных лазеров»

(Москва, 16-18 апреля 1990).

4. XV Всес. конф. «Акустоэлектроника и физическая акустика

твердого тела» (Ленинград, 1991).

5. 2nd International symposium "Chromatography and Spectroscopy in

Environment analysis and toxicology" (ISCSE'96) (St.Petersburg,

1996, June 18-21).

6. Advanced Research Workshop «Conversion and Ecology».

(Dnepropetrovsk 1997, April 24-27).

7. 1st Int. conf. "International and national aspects of ecological

monitoring" (St.Petersburg, 1997, May 25-28,).

8. Моск. конф. "Наука и техника - городу", (Москва, 1998).

9. I Евразийский конгресс по медицинской физике (Москва, 2001).

10. Научно-техн. конф. «Проблемы метрологии гидрофизических измерений», (Менделеево, 2001).

11. Int. conf. "Spectroscopy in special applications " (Kyiv, June 18 -21,2003).

12. Конференция «Акустооптические измерительные приборы» (Москва, ВВЦ, 20 октября 2004 г.).

13. International Congress on Optics and Optoelectronics (Warsaw, Poland, 28 August-2 September 2005).

Оригинальность разработок подтверждается полученными патентами:

1. Т.Г.Вискун, М.М.Мазур, В.И.Пустовойт и др. Авт. свид. 1406554 от 27.12.1986. Коллинеарный акустооптический фильтр.

2. М.М.Мазур, Т.Г.Вискун. Авт. свид. 1584601, 1988. Неколлинеарный акустооптический фильтр.

3. В.М.Дякин, М.М.Мазур Авт.свид. 1524761 ,1989. Акустооптический фильтр для перестраиваемого лазера.

4. И.С.Балаховский, В.Я.Заславский, М.М.Мазур. Патент РФ 2054178 от 05.07.1993. Устройство для определения содержания холестерина в крови.

5. М.М.Мазур, В.Н.Шорин, В.Э.Пожар, З.А.Магомедов, В.Н.Жогун, Х.В.Газаров, ФЛ.Визен, С.А. Леонов. Свид. РФ на полезную модель 4,380, 1996. Установка контроля газовых " примесей.

6. М.М.Мазур, В.Э.Пожар, В.Н.Шорин, З.А.Магомедов. Патент РФ 2095788, 1996. Газоанализатор.

7. М.М.Мазур, Г.Л.Чугаев, В.Н.Шорин, В.Э.Пожар, З.А.Магомедов, В.А.Сазонов, В.А.Попов, Г.И.Донцов, С.А. Леонов. Патент на промышленный образец 44,427 (1996). Лаборатория передвижная для контроля газовых примесей в воздухе рабочей зоны и газового состава в газоходах (два варианта).

8. Алексадров М.Т., Бажанов H.H., Воробьев A.A., Магомедов З.А., Пашков Е.П., Хоменко В.А., Мищенко И.М., Лабазанов A.A., Баграмова Г.Э., Мазур М.М., Жогун В.Н., Шорин В.Н. Патент на полезную модель № 35440 от 05.09.2003. Оптико-электронный диагностический комплекс.

9. В.Э.Пожар, В.И.Пустовойт, М.М.Мазур, В.Н.Шорин. Патент РФ 2242779 от 20.12.2004. Двойной акустооптический монохроматор.

10. В.Э.Пожар, В.И.Пустовойт, М.М.Мазур, В.Н.Шорин, В.Н.Жогун. Патент РФ 2258206 от 16.01.2004. Акустооптический видеомонохроматор для фильтрации оптических изображений.

11. Абрамов А.Ю., Мазур М.М., Палавандишвили Л.С. Авт. свид. 1290459 (СССР). Перестраиваемый лазер.

Основные публикации по теме диссертации

1. В.М.Левин, М.М.Мазур, В.И.Пустовойт. Акустооптический аналог эффекта Бормана в полупроводниках. Письма ЖЭТФ, т.32, в.5, с. 348-352, 1980.

2. М.М.Мазур, В.Н.Шорин. Распространение УЗ пучка в Х-срезе кварца. Точные измерения в акустооптике и оптоэлектронике. Сб. научных трудов ВНИИФТРИ, М., 1985, с.35

3. М.М.Мазур, В.Н.Шорин. Измерения параметров акустооптических фильтров. Методы и средства прецизионной спектрометрии. Сб. научных трудов ВНИИФТРИ, М., 1987, с.66

4. А.А.Блистанов, Т.Г.Вискун, М.М.Мазур и др. Особенности коллинеарного взаимодействия в молибдате кальция. ЖТФ, т.58, в.1, с.189-192, 1988.

5. М.М.Мазур, Х.М.Махмудов, С.Е.Хмылева, Л.И.Мазур. Коллинеарный акустооптический фильтр на кристалле ^В1(Мо04)2. ЖТФ, т.60, в.9, с.148-150, 1990.

6. М.М.Мазур, В.Н.Шорин. О методических погрешностях градуировки оптических приборов дистанционного зондирования. Измерительная техника, № 11, с.48-49, 1990.

7. М.М.Мазур. Критерий идентичности акустооптических ячеек для двойных АО монохроматоров. В кн.: «Акустооптические, акустические и рентгеноспектральные методы и средства измерений в науке и технике». Труды ВНИИФТРИ, 2005, в.48 (140), с.48-52.

8. Т.Г.Вискун, М.М.Мазур, Л.Л.Пальцев, В.И.Пустовойт, С.И.Чижиков, В.Н.Шорин. Тезисы доклада XIII Всесоюзной конференции по акустооэлектронике и квантовой акустике. Ч. 1, Киев, 1986, с.232.

9. А.Ю.Абрамов, М.М.Мазур, Х.М.Махмудов, В.И.Пустовойт, С.И.Чижиков. Функциональное акустооптическое управление спектром излучения лазером на красителях. Журнал прикладной спектроскопии, т.52,К5, с.842-845, 1990.

10. М.М.Мазур, Х.М. Махмудов, В.И.Пустовойт. Перестраиваемый лазер на красителе с акустооптическим фильтром из СаМоС>4. Квантовая электроника, т.15, N4, с.711-713, 1988.

11. А.Ю.Абрамов, М.М.Мазур, В.И.Пустовойт. Узкополосный лазер на красителе с комбинированным дисперсионным резонатором на основе акустооптического фильтра. ЖТФ, т.57, в.12, с.2420-2422, 1987.

12. А.Ю.Абрамов, М.М.Мазур, В.И.Пустовойт. Письма ЖТФ, т.9, N5, с.264-267, 1983.

13. А.Ю.Абрамов, М.М.Мазур, В.И.Пустовойт. Исследование двухчастотной генерации лазера на красителе с акустооптической перестройкой. Методы точных измерений лазерного излучения: сб. научных трудов ВНИИФТРИ, М., 1985, с.70.

14. А.Ю.Абрамов, М.М.Мазур, В.И.Пустовойт. Сб. материалов XII Всесоюзной конференции по акустоэлектронике и квантовой акустике, Саратов, 1983, ч.1, с.355.

15. Т.Г.Вискун, М.М.Мазур, Л.Л.Пальцев, В.И.Пустовойт, С.И.Чижиков, В.Н.Шорин. Тезисы докладов XIII Всесоюзной конференции по акустооэлектронике и квантовой акустике. 4.1, Киев, 1986, с.232.

16. А.Ю.Абрамов, М.Х.Ашуров, Т.Басиев, М.М.Мазур, Х.М.Махмудов, В.В.Федоров. Перестраиваемый лазер на центрах окраски с акустооптическим дисперсионным элементом. Сб. материалов Всесоюзной конференции «Физика и применение твердотельных лазеров» М., 16-18 апреля 1990, с.36.

17. М.Х.Ашуров, Т.Т.Басиев, Л.И.Мазур, М.М.Мазур, Х.М.Махмудов, С.Б.Миров, В.Г.Пак, В.В.Федоров. Лазер на кристалле ЫР с Б "-центрами окраски, перестраиваемый коллинеарным акустооптическим фильтром. Журнал прикладной спектроскопии, т.55, № 3, С.501-502, 1991.

18. М.М.Мазур, В.Н.Шорин, С.И.Чижиков, СЛ.Леонов. Двойной акустооптический монохроматор на СаМоС>4. Опт. и спектр., т.67, в.З, с.736-737, 1989.

19. М.М.Мазур, В.Н.Шорин, А.Ю.Абрамов, З.А.Магомедов, С.Е.Хмылева. Спектрометр с двойным акустооптическим монохроматором. Тезисы докладов XV Всесоюзной конференции «Акустоэлектроника и физическая акустика твердого тела», часть IV, с. 84-85, Ленинград, 1991.

20. М.М.Мазур, В.Н.Шорин, А.Ю.Абрамов, З.А.Магомедов, Л.И.Мазур. Спектрометр с двойным акустооптическим монохроматором. Опт. и спектр., т.81, в.З, с.521-523, 1996.

21. М.М.Мазур, В.Н.Шорин, В.Н Жогун и др. Акустооптический рамановский спектрометр. В кн.: «Акустооптические, акустические и рентгеноспектральные методы и средства измерений в науке и технике». Труды ВНИИФТРИ, 2005, в.48 (140), с. 16-26.

22. В.Н.Шорин, М.М.Мазур, А.П.Беговатов, С.В.Белоусов. Исследование акустооптического компаратора СПЭЯ. Сб. научных тр. «Измерение параметров преобразователей и материалов для акустооптической и оптоэлектронной аппаратуры», ВНИИФТРИ, М.,1988, с.63-68.

23. В.Н.Жогун, М.М.Мазур, В.И. Пустовойт, В.Н.Шорин. Микровидеоспектрометры на основе акустооптических фильтров. В кн.: «Акустооптические, акустические и рентгеноспектральные методы и средства измерений в науке и технике» Труды ВНИИФТРИ, 2005, в.48 (140), с. 27-34.

24. Абрамов А.Ю., Епихин В.М., Мазур М.М., Мазур Л.И., Шорин В.Н. Акустооптический спектрометр видимого диапазона на кристалле Te02. XV Всес. конф. «Акустоэлектроника и физическая акустика твердого тела», Тез. докл., ч.ГУ, с.84-85. Ленинград, ЛИАП, 1991.

25. M.M.Mazur, V.N.Shorin, S.A.Leonov. A pass acoustooptic spectrophotometer for gas analysis (TAOS). 1st Int. conf. "International and national aspects of ecological monitoring" (1997, May 25-28, St.-Petersburg) Proc., p. 134.

26. V.I.Pustovoit, V.E.Pozar, M.M.Mazur, V.N.Shorin, I.B.Kutuza, A.V.Percik. Double-AOTF spectral imaging system. In "Acousto-optics and Photoacoustics", A.Slivinski, R.Reibold, V.B.Voloshinov, Eds. Proc. SPIE, v.5953, p.200-203, 2005.

27. M.M.Mapyp, В.Э.Пожар, В.Н.Шорин. Спектрально-оптические газоанализаторы на основе акустооптических фильтров

для контроля содержания примесей в воздухе. Журнал аналитической химии, 1998, т.53,N9, с.996-998.

28. М.М.Мазур, В.Э.Пожар, В.Н.Шорин. Оптические газоанализаторы на основе акустооптических фильтров. Законодательная и прикладная метрология. 1995, N3, с.34-37.

29. М.М. Мазур, В.Э. Пожар, В.И.Пустовойт, В.Н.Шорин. Двойные акустооптические монохроматоры. Успехи современной радиоэлектроники, №10, с.19-30, 2006.

30. M.M.Mazur, V.E.Pozhar, V.N.Shorin, Ch.V.Gazarov, V.N.Zhogun, Z.A.Magomedov. Mobile laboratory for emission and air impurities monitoring based on spectral acousto-optical gas analyser "SAGA". 1 st Int. conf. "International and national aspects of ecological monitoring" (1997, May 25-28, St.-Petersburg). Proc., p. 89.

31. З.А.Магомедов, М.М.Мазур, В.Э.Пожар В.Н.Шорин. Передвижная лаборатория экологического мониторинга «САГА». В кн. «Наука и техника городу», ред. Ю.М.Прохороцкий. М., 1998., с.102-105.

32. Реестр ВНИИФТРИ. Рабочий эталон единицы массовой концентрации газов. Свидетельство №001-11-08/1/.

33. Реестр ВНИИФТРИ. Рабочий эталон - поверочный стенд «Гелиос». №610-11-02.

34. Н.А.Аскеров, М.М.Мазур Разработка устройств калибровки оптических спектрометров. Сб. научных трудов ВНИИФТРИ, М., 1987, с.56.

35. M.M.Mazur, V.E.Pozar. Installation for gas-filled test-tubes verification. 1 st Int. conf. "International and national aspects of ecological monitoring" (1997, May 25-28, St.-Petersburg). Proc., p.133.

36. Н.А.Аскеров, М.М.Мазур. Широкоапертурные рабочие эталоны СПЭЯ в диапазоне длин волн 0,22-2,00 мкм. В кн.: «Акустооптические, акустические и рентгеноспектральные методы и средства измерений в науке и технике». Труды ВНИИФТРИ, 2005, в.48 (140), с.192-195.

Литература

1л. I.C.Chang. Opt. engineering, 1977, v. 16, No.5, p.455-460. TAOF: an overview.

2л. В.И.Балакший, В.Н.Парыгин, Л.Е.Чирков. Физические основы акустооптики. М.: Радио и связь, 1985, 280 с.

Зл. В.Э.Пожар, В.И.Пустовойт. Коллинеарная дифракция: возможности и перспективы. В кн. «Акустооптические и акустоэлектронные устройства радиоэлектронных систем», Л.: Наука, 1985; с.36-47.

4л. А.Ярив, П.Юх. Оптические волны в кристаллах. М.: Мир, 1987. Гл. 9. Акустооптика.

5л. Копылов С.М., Лысой Б.Г., Михайлов Л.К., Серегин С.Л., Соловьев А.А., Спицын Е.М., Чередниченко О.Б. Скоростные акустооптические спектрометры и их применение. Электронная промышленность, 1987, N5, с.52.

6л. L.Magdich, V.Molchanov. Acousto-optic Devices and Their Applications, Gordon & Breach Science Publ., New York, 1989.

7л. J.F.Kasters, D.A.Wilson, and D.L.Hammond. Jorn. Opt. Soc. Amer. V.64. N4, p.434-440, 1974.

8л. Harris S.E., Nich S.T.K., Fiegelson R.S. Appl. Phys. Lett, v. 17, N5, p.223-225, 1970.

9л. Taylor D., Harris S.E., Nich S.T.K., Hansch T.W. Appl. Phys. Lett., v,19,N8,p.269-271, 1971.

Юл. Ф.Л.Визен, В.М.Захаров, Ю.К.Калинников и др. Акустооптический фильтр "Фотон". Приборы и техника эксперимента, 1979, N6, с.170.

Подписано к печати 29 03.07 г. Уч. изд. л. 2,9. Тираж 110 экз. Полиграфучасток ФГУП "ВНИИФТРИ" Зак. № 90.

Глава 1. Введение.

Глава 2. Исследование особенностей акустооптического взаимодействия в

2.1. Исследование особенностей коллинеарного взаимодействия в 8102.

Разработка АОФ из кристаллического кварца.

2.1.1. Исследование распространения ультразвуковых пучков в кварце Х-среза.

2.1.2. Разработка коллинеарных АОФ из БЮг. Исследование их характеристик.

2.1.3. Разработка квазиколлинеарных АОФ из БЮг. Исследование их характеристик.

2.2. Исследование особенностей коллинеарного взаимодействия в СаМоОф Разработка АОФ из молибдата кальция.

2.2.1. Исследование возможностей управления аппаратной функцией АОФ из молибдата кальция.

2.3. Разработка неколлинеарных АОФ из парателлурита. Исследование их характеристик.

2.4. Разработка коллинеарных АОФ на кристалле ШВ^МоО^. Исследование их характеристик.

2.5. Изучение возможности создания АОЯ на решетках поглощения.

2.6. Технологические проблемы изготовления АО ячеек для двойных АО монохроматоров.

Глава 3. Разработка АО спектрометров. Исследование их характеристик.

3.1. Акустооптические спектрометры.

3.1.1. Проблемы создания акустооптических спектрометров.

3.1.2. Двойные монохроматоры для акустооптических спектрометров.

3.1.3. Разработанные акустооптические спектрометры и УФ, видимого и ИК кристаллах. Разработка АО фильтров. диапазонов.

3.2. Акустооптический рамановский спектрометр. 3.2.1. Описание спектрометра.

3.2.1.1. Монохроматор.

3.2.1.2. Фотоприемный блок.

3.2.2. Перестроечная характеристика спектрометра.

3.2.3. Программное обеспечение спектрометра.

3.3. Лазерный акустооптический спектрофлюориметр «ФЛЮОЛ».

3.3.1. Описание спектрометра «АОС-МП».

3.3.2. Градуировка спектрометра «АОС-МП».

3.3.3. Испытания спектрофлюориметра.

3.4. Видеоспектрометры на основе акустооптических фильтров.

3.4.1. Видеоспектрометр видимого диапазона основе двойного

АО монохроматора.

3.4.2. Видеоспектрометр ультрафиолетового диапазона на основе

АО монохроматора.

3.4.3. Результаты испытаний и исследований видеоспектрометра видимого диапазона.

3.4.3.1. Исследование акустооптических ячеек и монохроматора.

3.4.3.2. Исследование передачи спектральных изображений.

3.4.4. Технические характеристики.

3.4.5. Основные результаты разработки АО видеоспектрометров.

3.5. Выводы.

Глава 4. Разработка газоанализаторов на основе АО спектрометров. ^ ^ ^

4.1. Постановка проблемы.

4.2. Требования к спектрометру для задач газоанализа.

4.3. Алгоритм измерения газовых примесей акустооптическим газоанализатором.

4.4. Газоанализатор для контроля выбросов из газоходов.

4.4.1. Газоанализатор для непрерывного контроля выбросов.

4.4.2. Кюветный вариант газоанализатора.

4.5. Трассовые газоанализаторы.

4.5.1. Устройство и работа оптического блока газоанализатора «САГА-ММС».

4.5.2. Устройство и работа АО монохроматора газоанализатора «САГА-ММС».

4.5.3. Устройство и работа фотоприемного блока газоанализатора 130 «САГА-ТЮО».

4.6. Устройство и работа спектрометра АО газоанализатора.

4.6.1. Реализуемые функции.

4.6.2. Программный интерфейс газоанализатора.

4.7. Испытания АО газоанализаторов.

4.8. Выводы.

Глава 5. Разработка АО фильтров для внутрирезонаторного управления излучением перестраиваемых лазеров.

5.1. Введение.

5.2. Исследование характеристик лазера на красителях с АОФ «Фотон» в резонаторе.

5.3. Исследование характеристик лазера на красителях с АОФ «Пентапризма» в резонаторе.

5.3.1. Оптическая схема излучателя.

5.3.2. Устройство и работа дисперсионного блока.

5.3.3. Устройство и работа блока управления.

5.3.4. Исследование режимов работы перестраиваемого лазера.

5.3.4.1. Исследование энергетических и спектральных характеристик лазера при работе на растворе родамин 6в.

5.3.4.2. Исследование лазера при работе в сине-зеленой области спектра.

5.3.4.3. Исследование двухчастотной генерации лазера с АОФ.

5.4. Исследование работы лазера с комбинированным дисперсионным блоком, содержащим АОФ и интерферометр Фабри-Перо.

5.5. Исследование характеристик лазера с АОФ из СаМо04 в резонаторе. 162 5.5.1. Функциональное управление спектром излучения лазера с АОФ из

СаМо04 в резонаторе.

5.6 Выводы.

Глава 6. Метрологическое обеспечение АО спектрометров и приборов на их основе.

6.1. Разработка аппаратуры для градуировки АО спектрометров в единицах спектральной плотности энергетической яркости.

6.1.1. Сравнительный анализ классических средств градуировки спектрометров.

6.1.2. Передача единицы спектральной плотности энергетической яркости при помощи АО спектрометра-компаратора.

6.1.3. Спектрометр-компаратор на основе двойного АО монохроматора из СаМо04.

6.1.3.1. Устройство и работа блока обработки АО спектрометра-компаратора.

6.1.3.2. Исследование параметров АО спектрометра-компаратора.

6.1.3.3. Результаты метрологической аттестации АО спектрометра-компаратора.

6.1.4. Широкоапертурные рабочие эталоны СПЭЯ. 189 6.2. Разработка методов и аппаратуры для градуировки АО газоанализаторов.

6.2.1. Проблема градуировки АО газоанализаторов.

6.2.2. Устройство и работа рабочего эталона для градуировки

АО газоанализаторов.

6.2.3. Эталонные оптические газовые кюветы. 198 6.3 Выводы.

Устройства, использующие дифракцию света на акустических волнах в кристаллах, нашли широкое применение в науке и технике [1-10]. Они используются для модуляции [11,12] и отклонения световых пучков [13,14], для спектральпой фильтрации оптического излучения [15,16], для спектрального анализа [17,18] и для обработки радиосигналов [19,20]. Все эти устройства используют эффект селективного рассеяния (дифракции) световых волн на периодических неодпородностях показателя преломления кристалла, создаваемых акустической волной вследствие упругооптического эффекта [21]. Основным элементом всех этих устройств является акустооптическая ячейка (АОЯ), представляющая собой кристалл, к которому прикреплен акустический излучатель и в котором происходит взаимодействие световых и акустических волн. Каждый функциональный акустооптический (АО) элемент имеет специфическое строение, соответствующее модуляторы, своему назначению. имеют Например, вход акустооптические и выход и фильтры, дефлекторы оптический управляющий высокочастотный (ВЧ) вход, тогда как в устройствах обработки радиосигналов именно на ВЧ вход (входы) подается сигнал, а оптическое излучение используется для его обработки. Соответственно, во всех этих устройствах различна конструкция АОЯ (кристаллическая симметрия среды, углы распространения волн относительно кристаллических осей, способы введения волн в кристалл и в область взаимодействия). И даже для однотипных устройств конструкция АО ячеек может принципиально различаться. Например, акустооптические фильтры (АОФ) для фильтрации естественного (расходящегося) и коллимированного излучения принципиально отличаются по требованиям к их параметрам, и в последнем случае выбор геометрии взаимодействия (углов распространения волн) существенно шире. Также значительно различаются по своим характеристикам и конструкции АО фильтры с коллинеарной [15] и неколлинеарной [22] геометрией дифракции. В основе работы АО устройств лежит эффект дифракции света на акустических волнах в кристаллах, который был открыт Бриллюэном в 1921 году и в дальнейшем подробно исследован Дебаем, Сирсом, Мандельштамом, Раманом. Суть эффекта заключается в том, что распространяюшаяся в кристалле акустическая волна создает упругие напряжения среды и, тем самым, вызывает изменения ее тензора диэлектрической проницаемости. Для световых волн такая структура с периодически меняющимся показателем преломления играет роль объемной фазовой дифракционной решетки, так что конфигурации. Таким образом, создание АО фильтра с заданным перечнем характеристик, удовлетворяющего набору требований (например, по эффективности, потребляемой мощности, стабильности, условиям и режимам работы и т.п.) является отдельпой сложной задачей. При этом даже заранее не всегда очевидно, что заданным требованиям можно удовлетворить. Например, заданный спектральный диапазон иногда сильно ограничивает выбор используемого кристаллического материала, а это, в свою очередь, ограничивает типы возможных геометрий дифракции. Этот и другие примеры демонстрируют тот факт, что для каждой конкретной физической или технической задачи при разработке подходящего АО фильтра необходимо учитывать множество факторов и ограничений, и поэтому такая разработка представляет собой творческую задачу, в которой не существует однозначного алгоритма нахождения решения и которая часто требует оригинального (принципиально нового) решения. Такие однажды найденные технические решения могут быть использованы в дальнейшем при проектировании других АО фильтров, а потому так важен обобщенный анализ каждого оригинального технического решения. Особенно эффективен этот подход, основанный на использовании уже известных решений, при создании фильтров с характеристиками, незначительно отличающимися от существующего прототипа. В этом случае задача сводится к оптимизации параметров этого уже известного типа фильтра для достижения заданных характеристик. Ниже приведены примеры проблем, которые требовали более эффективного решения, чем могли обеспечить существовавшее к тому времени АО фильтры. Например, для задач, требующих высокого спектрального разрешения используются коллинеарные АО фильтры на кристаллах кварца [30] с разрешением до 0,1 нм в синей области спектра. Повышение их разрешения достигается увеличением длины L взаимодействия: AX\/L. Однако этот ресурс оказывается исчерпанным при достижении длины взаимодействия порядка 20 см [31], что связано с эффектом расходимости звука в кварце (нодробнее, см. п.2.1.1). Поэтому для создания более высокоразрешающих АО фильтров пришлось искать новый (для АО применений) кристалл (подходящим оказался NaBi(MoO4)2) и решать сопутствующие проблемы расчета оптимальных направлений взаимодействия, срезов граней и др. Другая проблема, касающаяся вышеупомянутого фильтра на кварце [30], состоит в присутствии в АО ячейке акустических резонансов. Эти резонансы не позволяли эффективно иснользовать этот фильтр для селекции излучения в перестраиваемых лазерах на красителях. Только разработка специальной «безрезонансной» схемы построения этого АО фильтра (гл.5) позволила осуществить стабильную внутрирезонаторную селекцию излучения и построить быстроперестраиваемые лазеры на красителях, в том числе с возможностью многочастотной генерации. Важной задачей, решаемой при создании любого АО фильтра, является эффективное возбуждение и поглощение акустических волн. Одной из основных трудностей является согласование пьезопреобразователя со светозвукопроводом. Для решения этой задачи разработаны разнообразные технологии, включающие в том числе секционирование преобразователей. Наибольшие трудности в парателлурите вызывает согласование сдвиговых волн, т.к. в этом случае акустический импеданс АО ячейки очень сильно (примерно в 6 раз) отличается от импедапса пьезопреобразователя из LiNbO3 и приходится напылять дополнительный согласующий слой, что является сложной технологической задачей, особенно для низких частот (менее 30 МГц). Именно поэтому разработанный автором метод генерации сдвиговых волн (п.2.3), основанный на возбуждения возбуждении продольной волны и последующей эффективной конверсией ее в сдвиговую волну, имеет важное практическое значение. Этот альтернативный метод генерации волн значительно облегчает согласование за счет использования более толстых и более узких преобразователей. Серьезную проблему для использования АО фильтров представляет наличие паразитных окон и заметная величина излучения вне полосы пропускания (боковые максимумы), обусловленная формой аппаратной функции (sinx х). Одним из способов подавления боковых максимумов является использование двойных монохроматоров. При этом, однако, возникают проблема управления двумя АО фильтрами. Если АО фильтры имеют естественные технологические различия, то при подаче на них сигнала одной и той же частоты положение линий пропускания фильтров будет различаться, так что пара таких фильтров будет обладать низким пропусканием. Использование разных генераторов не решает проблемы, а только усложняет ситуацию, поскольку необходим специальная перестроечная характеристика для каждого генератора, причем нестабильность или долговременный уход характеристик каждого из них приведет к резкому и неоднородному изменению коэффициента передачи системы. Именно поэтому для задач рутинного применения высококонтрастных АО спектрометров пришлось разрабатывать специальную технологию создания идентичных АО ячеек или ячеек с идентичной перестроечной характеристикой (п.2.6).в ходе решения этих задач синтеза АО фильтров с заданными свойствами необходимо было найти ответы на ряд частных вопросов. Например: За счет чего можно достигать высокого разрешения? За счет каких приемов можно обеспечить высокое подавление излучения вне полосы пропускания? Как при этом сохранить (обеспечить) технологичность изготовления АО фильтров? Особый класс задач связан с использованием АО дифракции в таких условиях, в которых АО взаимодействие ранее не рассматривалась. Например, в вышеупомянутой задаче использования АО фильтра в резонаторе лазера спектр излучения изменяется за счет неоднородного но спектру усиления и многократной фильтрации. Детали поведения этой сложной системы удается выяснить только экспериментально. Выявленные закономерности эволюции спектра излучения позволили детализировать требования к спектральной характеристике АО фильтра. Другой пример, связан с возможностью использования для АО фильтрации сильно поглощающих веществ, например, пьезополупроводников. Детальное рассмотрение задачи дифракции света на звуке с учетом сильного акустоэлектронного взаимодействия позволило обнаружить нетривиальный эффект аномального просветления среды и предложить новый класс материалов для акустооптики. Этот эффект предоставляет основу для создания АО фильтров в длинноволновой части спектра, где дифракция на фазовых акустических решетках, вызываемых упругооптическим эффектом, неэффективна, в частности в дальнем ИК диапазоне. При проектировании снектрометрических приборов и систем возникают дополнительные требования на габаритно-весовые параметры, энергопотребление, скорость и характер управления АО фильтром, устойчивость к внешним воздействиям. В частности, изменение температуры светозвукопровода, который содержит тепловыделяющие элементы (пьезопреобразователь и поглотитель ультразвука), может заметным образом влиять на ноказатели преломления кристалла, что нриводит к смещению полосы пропускания АО фильтра. Таким образом, контроль температуры кристалла и адекватный учет ее влияния является важнейшей задачей при создании АО спектрометров (гл.З). Вопросы метрологического обеспечепия измерений еще более усложняются при разработке на основе АО спектрометров приборов для прикладных измерений. Например, для применения спектральпо-оптические газоанализаторы на основе АОФ необходимо обеспечить их калибровку и сертификацию (гл.4). При этом необходимо решить задачи передачи единицы измеряемой физической величины (концентрации веществ) от эталона к прибору (гл.6). Без решения всех этих проблем широкое применение АО фильтров вряд ли было бы возможно. Описанное множество проблем, с которыми пришлось столкнуться в ходе разработке АО фильтров и спектрометрических устройств, определило содержание и структуру диссертационной работу, приведенную ниже. В главе 2 рассмотрены вопросы исследования особенностей акустооптического взаимодействия в кристаллах и разработки АО фильтров. В частности, исследованы особенности АО взаимодействия в основных кристаллах, применяемых в акустооптике: SiO2, СаМоО4, ТеОг, исследованы их характеристики и на этой основе предложены оригинальные конструкции АО фильтров для различных практических применений. При разработке и конструировании фильтров из кварца принимался во внимание детально исследованный эффект неоднородной расходимости ультразвуковых пучков в кристаллах X среза. Это позволило разработать асимметричные конструкции излучателя для коллинеарных АО фильтров на кварце и тем самым обеспечило возможность достичь спектрального разрешения АО фильтра определяемого длинной светозвукопровода. Другая проблема, исследованная в

Заключение

В результате выполнения диссертационной работы проведены научные исследования и разработки приборов, позволившие создать принципиально новые АО ячейки и усовершенствовать ранее предложенные конструкции. Разработаны технологи создания АО ячеек. Созданы различные АО спектрометры и измерительные комплексы на их основе, а также разработано метрологическое обеспечение, необходимое для работы с приборами.

Выполнены следующие исследования, позволившие создать новые конструкции АО фильтров из различных материалов, имеющие важное практическое значение и существенные преимущества по сравнению с раннее разработанными.

1. Исследование коллинеарных АОФ из кварца позволило выявить, что одним из ограничений разрешающей способности и эффективности АОФ является анизотропная расходимость УЗП вдоль кристаллографического направления X среза кварца. Создан «безрезонансный» коллинеарный АОФ из кварца. Исследованы температурные зависимости перестроечных характеристик квазиколлинеарных АОФ.

2. Создан коллинеарный АОФ из СаМо04, не имеющий «паразитного» окна пропускания аппаратной функции. Исследованы температурные зависимости перестроечных характеристик этих фильтров и выведена аналитическая формула температурной коррекции перестроечной характеристики. Впервые разработаны и практически реализованы АО фильтры из Те02, в которых применяется ультразвуковой преобразователь продольных волн с последующим преобразованием в АОЯ продольной волны в сдвиговую. Такие ячейки имеют ряд технологических преимуществ перед традиционной конструкцией. Разработана простая технология нанесения эффективных металлических поглотителей ультразвука на кристаллы СаМо04 и Те02.

3. Впервые разработан коллинеарный АОФ из №В1(Мо04)2, имеющий рекордное спектральное разрешение в ближнем ИК диапазоне.

4. Впервые предложен способ эффективной АО дифракции в дальнем ИК диапазоне на решетках поглощения в полупроводниковом кристалле.

5. Впервые разработана технология изготовления «идентичных» АОЯ из ТеО?, СаМо04 и кварца для двойных АО монохроматоров.

Разработаны и выпускаются АО спектрометры различного назначения, работающие в УФ, видимом и ИК диапазонах. В том числе следующие.

1. Спектрометры комбинационного рассеяния с двойным АО монохроматором из СаМо04.

2. Сиектрофлюориметры с двойным АО монохроматором из ТеОг.

3. Видеоспектрометр УФ диапазона на квазиколлинеарной АО ячейке из кварца.

4. Видеоспектрометр видимого и ближнего ИК диапазонов на двойном АО монохроматоре из Те02 ячеек.

5. Семейство газоанализаторов «САГА» в том числе: трубный газоанализатор для контроля выбросов; мобильный газоанализатор «САГА-К» для контроля выбросов; трассовые газоанализаторы «САГА-ММС» и «САГА-ТЮО» для контроля газовых примесей на уровне ПДК жилой зоны.

Разработаны АО фильтры и дисперсионные блоки для управления перестраиваемыми лазерами. Исследованы различные режимы управления излучением перестраиваемых лазеров: управление шириной полосы генерируемого излучения и одновременная генерация нескольких длин волн. Получены рекордные ширины излучения перестраиваемых лазеров с АОФ в резонаторе. Впервые получена генерация до четырех независимых длин волн.

Созданы рабочие эталоны СПЭЯ для градуировки АО аппаратуры. Выявлены методические погрешности передачи единицы СПЭЯ и предложен способ устранения этой погрешности. Создан рабочий эталон массовой концентрации газовых компонент. Разработана локальная поверочная схема для градуировки и поверки спектрально-оптических газоанализаторов.

1. 1.C.Chang. Opt. engineering, 1977, v. 16, No.5, p.455-460. TAOF: an overview.

2. В.И.Балакший, В.Н.Парыгин, Л.Е.Чирков. Физические основы акустооптики. М.: Радио и связь, 1985.280 с/

3. В.Э.Пожар, В.И.Пустовойт. Коллинеарная дифракция: возможности и перспективы. В кн. «Акустооптические и акустоэлектронные устройства радиоэлектронных систем», Л.: Наука, 1985; с.36-47.

4. А.Ярив, П.Юх. Оптические волны в кристаллах. М.: Мир, 1987. Г л. 9. Акустооптика.

5. Копылов С.М., Лысой Б.Г., Михайлов Л.К., Серегин С.Л., Соловьев А.А., Спицын Е.М., Чередниченко О.Б. Скоростные акустооптические спектрометры и их применение. Электронная промышленность, 1987,5,52.

6. L.Magdich, V.Molchanov. Acousto-optic Devices and Their Applications, Gordon & Breach Science Publ., New York, 1989.

7. C.D.Tran. Anal. Chem., 1992, v.64, No.20, p.971A-881 A. AO devices. Optical elements for spectroscopy.

8. I.C.Chang. Handbook of optics, ed. M.Bass. McGrow-Hill, 1995. Chap. 12. AO devices and applications.

9. M.S.Gottlieb. Design and fabrication of acousto-optic devices, eds. A.P.Goutzoulis, D.R.Pape, Marcel Dekker, N.Y. 1995. Chap.4, p. 197-283. Acousto-optic tunable filters.

10. В.Н.Жогун, В.Э.Пожар. Акустооптическая спектрометрия во ВНИИФТРИ. В кн.: «Акустооптические, акустические и рентгеноспектральные методы и средства измерений в науке и технике», ВНИИФТРИ, 2005, с.5-15.

11. Sh.Yin, O.Leonov, F.T.S.Yu, V.V.Molotok, V.V.Kludzin. Design and fabrication of a 24-channel acousto-optic spatial light modulator. // Applied Optics, 1998, vol. 37, No. 32, p.7482-7489

12. S.V.Kulakov, V.V.Kludzin, V.V.Molotok. Spatial and angular multiplexing by an acousto-optic deflector device for a holographic memory system. // Proc. SPIE, 1998, v.3470, pp.193-198.

13. S.E.Harris, R.W.Wallace. J. Opt. Soc. Amer., 1969, v.59, p.744-47. Acousto-optic tunable filter.

14. Design and Fabrication of Acousto-Optic Devices // Edited by Akis P.Goutzoulis, Dennis R.Pape and Sergei V.Kularkov. Marcel Dekker, Inc., 1994,497 p. New York, Basel, HongKong.

15. I.C.Chang. Appl. Phys. Letts., 1974, v.25, p.370-372. Noncollinear acousto-optic tunable filters with large angular aperture.

16. M.G.Cohen, E.I.Gordon. The Bell System Teen. Journ, 1965, v.44, No.4, p.693-721. Acoustic beam probing using optical techniques.

17. J.Kusters, D.A.Wilson, D.L.Hammond. J. Opt. Soc. Amer., 1974, v.64, No.4, p.434-440. Optimum crystal orientation for acoustically tuned optical filter.

18. R.B.Wattson, S.A.Rappaport, E.E.Frederick. Icarus, 1976, v.27, p.417-423. Imaging spectrometer study of Jupiter and Saturn.

19. I.C.Chang. Proc. SPIE, 1976, v.90, p. 12-22. TAOF: an overview.

20. Shipp W.S., Biggins I., Wade C.W. // Rev. Sci. Instruments/ 1976, v.47, N5, p.565.

21. Ф.Л.Визен, Ю.К.Калинников, Р.С.Микаэлян. Тез. коорд. совещ. по акустооптике. М., ВНИИФТРИ: 1975. АО перестраиваемый фильтр на кристалле кварца.

22. Ф.Л.Визен, В.М.Захаров, Ю.К.Калинников и др. Приборы и техника эксперимента, 1979, N6, с. 170. Акустооптический фильтр "Фотон".1. Литература к главе 2

23. J.F.Kasters, D.A.Wilson, and D.L;Hammond // J. of the Optic Society of Amerika.-V.64.- N4-pp.434-440,1974

24. I.C.Chang. Tunable acousto-optic filter utilizing acoustic beam walkoff in crystal quartz. Appl. Phys. Lett. V.25, N6, pp 323-324,1974

25. Визен Ф.Л., Захаров B.H., Калинников Ю.К. и др. Коллинеарный акустооптический фильтр. Труды ВНИИФТРИ, в.38, с. 31-34,1978

26. Акустические кристаллы. Справочник, под ред. М.П. Шасткольской. М., Наука. 1982

27. М.М. Мазур, В.Н.Шорин Сб. научных трудов ВНИИФТРИ-М.,1985, с.35

28. А.Ю.Абрамов, М.М.Мазур, В.И.Пустовойт Письма ЖТФ, т.9, N5, с.264-267, 1983г.

29. М.М.Мазур, В.Н.Шорин. Измерения параметров акустооптических фильтров. Методы и средства прецизионной спектрометрии. Сб. научных трудов ВНИИФТРИ М., 1987. с.66

30. Магомедов З.А., Воробьев., Пальцев Л.Л., Мазур Л.И., Широкополосные акустооптические фильтры. Сб. научных трудов ВНИИФТРИ М, 2005, с138-139

31. Harris S. Е„ Nich S. Т. К., Fiegelson R. S. Appl. Phys. Lett., 1970, v. 17, N 5, p.223-225.

32. А.А.Блистанов, Т.Г.Вискун, М.М.Мазур и др. Особенности коллинеарного взаимодействия в молибдате кальция ЖТФ, 1988, т.58, в.1, с.189-192

33. Taylor D. /., Harris S. Е., Nich S. Т. К., Hansch Т. W. Appl. Phys. Lett., 1971, v. 19, N8, p. 269—271.

34. Авакянц Л. П., Антипов В. В., Киселев Д. Ф. и др. ФТП, 1982, т. 24, № 10, с.3171.

35. Bod W. L. J. Appl. Phys., 1965, v. 36, N 5, p. 1674-1677.

36. Пальцев Л.Л., Магомедов 3.A., Чечуй С.А., Визен Ф.Л., Пустовойт В.И., Мазур Л.И., Ивлиев Н.Н. А.С. №1719335 «Способ соединения элементов акустооптических фильтров»

37. Отчет ВНИИФТРИ по НИР 07.03.15.09. Разработка быстроперестраиваемого лазера с акустооптическим фильтром. № гос. per. 01.84.0013628, Москва -1986 г.

38. Л.Н.Магдич. Оптика и спектроскопия, т.49, вып.2, с.387,1980.

39. I.C.Chang. Appl. Phys. Lett., 25,370,(1974)

40. В.М.Епихин, Ф.Л.Визен, Н.В.Никитин, Ю.К.Калинников Неколлинеарный акустооптический фильтр с оптимальными угловыми характеристиками. ЖТФ, т.52, в. 12, с.2405-2410,1982

41. В.М.Епихин, ФЛ.Визен, В.В.Галь, Ю.К.Калинников Угловая апертура акустооптического фильтра ЖТФ, т.54, в.12, 1982

42. В.М.Епихин, Ю.К.Калинников Компенсация спектрального дрейфа угла дифракции в неколлинеарном акустооптическом фильтре ЖТФ, т.59, в.2, 1989

43. Sitting Е.К., Warner A.W., Cook H.D. Ultrasonics, 1969, v.7, p.108.

44. АС N1584601 Неколлинеарный акустооптический фильтр М.М.Мазур, Т.Г.Вискун, Заявка N4374858. Приоритет от 8 февраля 1988 г.

45. Э.Дьелисан, Д.Руайе. Упругие волны в твердых телах, Москва, Наука, 1982г.

46. Авокянц Л. П., Антипов В. В., Киселев Д. Ф, и др. // ФТТ. 1986. Т. 28. Вып. 2. С.170.

47. Оптические материалы для инфракрасной техники. М.: Наука, 1965.

48. М.М.Мазур, Х.М.Махмудов, С.Е.Хмылева, Л.И.Мазур. Коллинеарный акустооптический фильтр на кристалле NaBi(Mo04)2. ЖТФ, т.60, в.9, с.148-150,1990.

49. П. Эвальд. УФН, 80,287,1966.

50. A.Vinogradov, B.Y.Zeldovich. Appl. Optics, 16,90,1977.

51. G. Borman. Phys. Zeit, 42,157,194L; 127,297,1950.

52. B.N. Butcher, N.R.Ogg. Brit. J. Appl. Phys. (J. Phys. D), 2,2,333,1969.

53. B.M. Левин, В.И. Пустовойт. Труды IX Всесоюзной акустической конференции. М.,1977.

54. В.М.Левин, М.М.Мазур, В.И.Пустовойт. Акустооптический аналог эффекта Бормана в полупроводниках. Письма ЖЭТФ, т.32, в.5, с.348-352,1980.

55. М.М. Мазур Критерий одинаковости АО ячеек для двойных монохроматоров. Сб. научных трудов ВНИИФТРИ М, 2005, с.48-52

56. М.М. Мазур, В.Э. Пожар, В.И.Пустовойт, В.Н.Шорин. Двойные акустооптические монохроматоры. Успехи современной радиоэлектроники. №10, с 19-30, 2006.

57. М.М.Мазур, В.Н.Шорин, В.Н.Жогун и др. Акустооптический Рамановский спектрометр.// Труды ВНИИФТРИ Акустооптические, акустические и рентгено-спектральиые методы и средства измерений в науке и технике В.-48(140).-2005.-С. 16-26

58. Мазур М.М., Шорин В.Н., Чижиков С.И., Леонов С.Н. // Оптика и спектроскопия.- Т. 67.- В.7.- С. 736.

59. Мазур М.М., Шорин В.Н., Абрамов А.Ю., Магомедов З.А., Мазур Л.И. // Оптика и спектроскопия.- 1996.- Т. 81.- №3.- С. 521 523.

60. Медицинский комплекс экспресс диагностики микроорганизмов «Флюол» на базе специализированного спектрометра «АОС-МП». Руководство по эксплуатации СЕАН.201 159.003 РЭ, Технические условия ТУ 9443-001-35258752-2006.

61. Лазерный флюориметр LIMES фирмы LNB. (http://www.ltb-berlinde/limes.html)

62. Специализированный спектрометр LIBS2000+ (www.oceanoptics.com/Prodacts/LlB.asp)

63. Комплекс медицинской экспресс диагностики микроорганизмов «ФЛЮОЛ» на базе специализированного спектрометра «АОС-МП». Регистрационное удостоверение №ФС 02012006/5578-06 от 28.12.2006.

64. P.J.Treado, H.R.Moris. Infrared and Raman spectroscopic imaging.//Appl. Spectroscopy Reviews/-1994.-v.29.-No. 1.-P1-38

65. R.M.Levenson, C.C.Hoyt. Spectral imaging microscopy //American Laboratory.-2000,-Novem. P.26-33

66. Калинников Ю.К., Стаценко Л.Я. Использование акустооптических фильтров для фильтрации изображений // ЖТФ.-1989.-т.59.-№9.-С.153-156

67. R.Morris, C.C.Hoyt, P.J.Treado. Imaging spectrometers for fluorescence and Raman microscopy: acousto-optic liquid crystal tunable filters // Appl. Spectroscopy.-1994.-V.48.-N.7.-P.857-865

68. L.H.Taylor, D.R.Suhre, S.W.Wutzke et al. Infrared spectroradiometer design based on acousto-optic filter// Sensors.- April.-1995.-P.34-36.

69. V.E.Pozhar, V.I.Pustovoit. Main features of image transmission through acousto-optical filter // Photonics and optoelectronics.-1997.-V.4.-No.2.-P.67-77

70. Епихин И.М., Рокос И.А. Двойной акустооптический монохроматор для ультрафиолетовой области спектра на монокристалле дигидрофосфата калия с улучшенными оптическими характеристиками // Оптика и спектроскопия .- 2004.В.З.-С.515-519

71. R.B/Watson, S.A.Rappaport, E.E.Frederick // Imaging spectrometer study of Jupiter and Saturn.-Icarus.-1976.-V.27.-P.417-423

72. Gupta, R.Dahmani. // Multispectral and hyperspectral imaging with AOTF for object recognition. Proc. SPIE. V.3584.- P.128-135.

73. Edner Н., Ragnarson P., Spannare S., Svanberg S.// Appl. Optics. 1993, v.32, N3, p.327.

74. Haus R., Schaffer K., Bautzer W. et. al // Appl. Optics. 1994, v.33, N24, p.5682.

75. Епихин B.M., Каллиников Ю.К., Рокос И.А. Двойные акустооптические монохроматоры ультрафиолетового излучения на монокристаллах кварца и дигидрофосфата калия с улучшенными оптическими параметрами. Труды ВНИИФТРИ, в. 48 (140), с.127-137, Москва,2005.

76. Мазур М.М., Пожар В.Э., Шорин В.Н.// Законодательная и прикладная метрология. 1995, №3, с34.

77. Мазур М.М., Пожар В.Э., Шорин В.Н Спектрально оптические газоанализаторы на основе акустооптических фильтров. Журнал аналитической химии, 1998, т. 53, №9,с.996-998.

78. M.M.Mazur, V.N.Shorin, S.A.Leonov. A pass acoustoopic spectrophotometer for gas analysis (TAOS). 1st Int. conf. "International and national aspects of ecological monitoring" (1997, May 25-28, St.Peterburg) Proc., p. 134

79. З.А.Магомедов, М.М.Мазур, В.Э.Пожар В.Н.Шорин. Передвижная лаборатория экологического мониторинга «Сага». В кн. «Наука и техника городу», ред. Ю.М.Прохороцкий.М.,1998.,с. 102-105.

80. Патент № 2095788 на изобретение «Газоанализатор» Мазур М.М., Шорин В.Н., Пожар В.Э., Магомедов З.А. Приоритет от 9 января 1996 г.

81. Свидетельство № 4380 на полезную модель «Установка контроля газовых примесей». Мазур М.М., Шорин В.Н., Пожар В.Э., Магомедов З.А. ,Жогун В.Н., Газаров Х.В., Визен Ф.Л., и Леонов С.А. Приоритет полезной модели 17 июля 1996 г.

82. А.Ю.Абрамов, М.М.Мазур, В.И.Пустовойт. Сб. материалы XII Всесоюзной конференции по акустоэлектронике и квантовой акустике, Саратов, 1983, чЛ, с.355

83. Отчет ВНИИФТРИ по НИР 07.03.15.09. «Разработка быстроперестраиваемого лазера с акустооптическим фильтром» № Гос.рег.01.84. 0013628.

84. А.Ю.Абрамов, М.М.Мазур, В.И.Пустовойт. Исследование двухчастотной генерации лазера на красителе с акустооптической перестройкой. Методы точных измерений лазерного излучения: сб. научных трудов ВНИИФТРИ-М., 1985, с.70-73.

85. А.Ю.Абрамов, М.М.Мазур, В.И.Пустовойт. Узкополосный лазер на красителе с комбинированным дисперсионным резонатором на основе акустооптического фильтра. ЖТФ, т.57, в. 12,1987, с.2420-2422.

86. Лазерный контроль атмосферы/ Под ред. Хинкли Э. Д. М.: Мир, 1979.

87. М.Ф. Стельмах, В.Г. Дмитриев, Л.К. Михайлов, С.Л. Серегин, E.H. Синицин, О.Б. Чередниченко. ЖПС, 40,181, (1984)

88. Абрамов А. Ю., Мазур М. М., Палавандишвили Л. С. Авт. свид. 1290459 (СССР). Перестраиваемый лазер. — Опубл. в Б. И., 1987, № 6.

89. М.М.Мазур, Х.М. Махмудов, В.И.Пустовойт. Перестраиваемый лазер на красителе с акустооптическим фильтром из СаМо04 Квантовая электроника, т. 15, N4, с.711-713,1988г.

90. DJ. Taylor, S.E. Haris, S.T.K. Nieh, T.W. Hanch. Appl. Phys. Letts.19, 269, (1971)

91. Т.Г.Вискун, М.М.Мазур, Л.Л.Пальцев, В.И.Пустовойт, С.И.Чижиков, В.Н.Шорин Тезисы доклада XIII Всесоюзной конференции по акустоэлектронике и квантовой акустике. 4.1, Киев, 1986, с.232

92. М.Х.Ашуров, Т.Т.Басиев, Л.И.Мазур, М.М.Мазур, Х.М.Махмудов, С.Б.Миров, В.Г.Пак, В.В.Федоров Лазер на кристалле LiF с Р2 -центрами окраски, перестраиваемый коллинеарным акустооптическим фильтром. ЖПС, т.55, № 3, С.501-502, 1991,

93. А.Ю.Абрамов, М.М.Мазур, Х.М.Махмудов, В.И.Пустовойт, С.И.Чижиков Функциональное акустооптическое управление спектром излучения лазером на красителях. Журнал Прикладной спектроскопии, N5, т.52, с.842-845,1990г.

94. Магдич Л.Н. Оптика и спектроскопия. 1980. т.49, №2, с387-390.

95. Мазур М.М., Шорин В.Н. Измерение параметров акустооптических фильтров. Методы и средства прецизионной спектроскопии: Сборник науч. тр. «ВНИИФТРИ» -М.,1987.-с.66.

96. Мазур М.М., Махмудов Х.М., Ашуров М.Х. Исследование перестраиваемого лазера с АОФ из СаМо04.- Измерение параметров преобразователей и материалов акустооптической и оптоэлектронной аппаратуры: Сборник науч. тр. «ВНИИФТРИ» -М.,1988.-с.80

97. АС N1524761 Акустооптический фильтр для перестраиваемого лазера. В.М.Дякин, М.М.Мазур. Заявка N4216749. Приоритет 30 марта 1987 г.1. Литература к главе 6

98. Селиванов A.C., Тучин Ю.Н. Исследование Земли из космоса. 1981, N5 , с.28-39.

99. Аванесов Г.А., Глазков В.Д., Зиман Я.Л. и др. Исследование Земли из космоса. 1981, Д 5, с.45-55.

100. М.М.Мазур, В.Н.Шорин. О методических погрешностях градуировки оптических приборов дистанционного зондирования. Измерительная техника, № 11, с.48-49,1990 г.

101. Аванесов Г.А., Зиман Я.Л., Сычев А.Т., Тарнопольский. Исследование Земли из космоса. 1981, 5, с.65-77.

102. Богданов A.A. и др. Труды ГосНИЦИПР, 1988г., 32, с.141-150.

103. Анохов С.П., Марусий Т.Я., Соскин М.С. Перестраиваемые лазеры,- М.: Радио и связь, 1982.

104. Яворский Б.М., Детлаф A.A. Справочник по физике. М.Наука, 1977г.

105. Шорин В.Н., Мазур М.М., Беговатов А.П., Белоусов C.B. Измерение параметров преобразователей и материалов для акустооптической и оптоэлектронной аппаратуры. Сборник науч. тр. ВНИИФТРИ-М., 1988г., с.63 .

106. Отчет по НИР «Разработка и создание макета акустооптического спектрометра-компаратора для передачи единицы спектральной плотности энергетической яркости» 07.03.15.31 ВНИИФТРИ, 1990 г.

107. Реестр ВНИИФТРИ. Рабочий эталон поверочный стенд «Гелиос». №610-11-02.

108. Н.А.Аскеров, М.М.Мазур Разработка устройств калибровки оптических спектрометров. Методы и средства прецизионной спектроскопии. Сборник научных трудов ВНИИФТРИ М., 1987, с.56.

109. МИ 2001-89. Государственная поверочная схема для средств измерения содержания компонентов в газовых средах.

110. M.M.Mazur, V.E.Pozar. Installation for gas-filled test-tubes verification. 1st Int. conf. "International and national aspects of ecological monitoring" (1997, May 25-28, St.Peterburg) Proc., p. 133.

111. Реестр ВНИИФТРИ. Рабочий эталон единицы массовой концентрации газов. Свидетельство №001-11-08/1.

112. ЗАО фирма «СИГМА-ОПТИК ЛТД»

113. ИНН 7735004572, КПП 773501001, ОКПО 35258752, т . ,Q95. д1 71

114. Р/с 40702810038150100832 в ОСБ № 7954/01454 Зеленоградское г. Москва Sigma-Optic(g)vniiftri.ru

115. Сбербанк России г. Москва БИК 044525225 к/с 301018104000000002251. СПРАВКА

116. Дана Мазуру М.М. для представления в диссертационный совет по месту защиты диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук.

117. ЗАО фирма «Сигма-Оптик ЛТД» в течение 2000-2006 г.г. поставила ОАО «Арзамасский приборостроительный завод» более 700 АО монохроматоров с данными АО ячейками.

118. Генеральный директор , З.А.Магомедов-Uta-r

119. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ И МЕТРОЛОГИИ (ГОССТАНДАРТ РОССИИ)1. CITоб утверждений типа средств измерений

120. PATTERN APPROVAL CERTIFICATE OF MEASURING INSTRUMENTS1. RU.C.31.027.A №.H?53

121. Действителен до „ 01 „ января 2008

122. Описание типа средства измерений приведено в приложении к настоящему сертификату.1. В.Н.Крутиков

123. Заместитель Председателя Госстандарта России

124. Заместитель Председателя Госстандарта Россиик/, ■/ /А, f / //J уi!L". 200 2U-.1. Продлен до '.". 200 г.200 г.130753

125. ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИоб утверждении типа средств измерений

126. PATTERN APPROVAL CERTIFICATE OF MEASURING INSTRUMENTS1. RU.C.31.002.A 24430/3 №1. Действителен до01 „ июля 2011 .г.

127. Настоящий сертификат удостоверяет, что на основании положительныхспектрометров специализированных "АОС-МГГрезультатов испытании утвержден тип .наименование средства измерений '

128. ФГУП "ВНИИФТРИ", п. Менделееве, Московская обл.наименование предприятия-изготовителякоторый зарегистрирован в Государственном реестре средств измерений под32098-06 и допущен к применению в Российской Федерации.

129. Описание типа средства измерений приведено в приложении к настоящему сертификату.1. Заместитель /X^V4

130. Руководителя ^ ■ t В.Н.Крутиков1. Що ^ * ^11 ^ ^ .^.т^г 2оо1. П ^ * ^ J <« < fh О- -S /1. W V / ^ О Г/, ^ . Продлен догэ "." . Г.1. Заместитель1. Руководителяи в1. Швашр IШщШ1. ЩЩшшш1. Л Ж,

131. ФГЛКРЛЛЬМАЯ СЛУ/№ЛП0 11\Д30РУ В С Ф ЕР Ё ЗДРАВ () о X ра 11 Р. и и я \ :■ / и (.()Пил,'1Ы)()го илпштя

132. РЕГИСТРАЦИОННОЕ. УД ОСТОВЕРЕНМЕль- <1>с 02012006/5578-06от 28, дйсабр» 2006 годя

133. Дейсиппедьно до 28 декабря 2011 года

134. ЙЗДЕЛЛЕ МЕДИЦИНСКОЙ ГТ.ХМИКИ1. К"о.( ОКП 94 4320

135. Комплекс м^ициис-кнй экеррес^^^микроорган-измов ".ФЛК'ЮЛ" на базе е пей чал из ирован ного с п е кт р о м е тр а ." А О С МП".нормативный документ1. ТУ 9443-001-35258752-2006114 ДШ'ИЯТЩ ПРОИТВ(>ДИТЕль

136. ЗАО фирма ''Сигма-Оптик ЛТД."', л.МендедееЙо, Московская область, 0^10 35258752 ./' ; т

137. ЗАРЕГИСТРИРОВАНО ВТОССЙИСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

138. ВНЕСЕНО В ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РЕКСТР ИЗ ДЕЛИ Й м ЕДИТ 1.-йПС КОГ О НА 3 Н АЧ.ЕН И Я И МЕДИ П.И! С КО Й ТЕХНИК И

139. Госуларс :угнпая рсг^сл надзор ?ли ■ не тях'^¿с(йч#1«;бсз(ИгаЙ|Ьсги» кач'сет!п, асфс^^сСи';. ■ "\'->/;."\ зарсгистр;ир01ти«ых изделий медицинского назначения \\1 ' У : .' Шу, .