Физические основы построения сверхвысокочувствительных адаптивных измерительных систем на основе динамических голограмм тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

На правах рукописи

РОМАШКО Роман Владимирович

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ СВЕРХВЫСОКОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ АДАПТИВНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ДИНАМИЧЕСКИХ

ГОЛОГРАММ

01.04.21 - лазерная физика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

- 3 ИЮН 2010

Владивосток - 2010

004603184

Работа выполнена в Институте автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН

Научный консультант: член-корреспондент РАН, доктор физико-

математических наук, профессор Кульчин Юрий Николаевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор

Компанец Игорь Николаевич (Физический институт им.П.Н.Лебедева РАН)

доктор физико-математических наук Соколов Игорь Александрович (Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе РАН)

доктор физико-математических наук, профессор Букин Олег Алексеевич (Морской государственный университет им. Г.И.Невельского)

Ведущая организация: Международный учебно-научный лазерный центр

Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова

Защита диссертации состоится " 24 " мая 2010 г. в 14°° часов на заседании диссертационного совета Д 005.007.02 при Институте автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН по адресу: 690041, г. Владивосток, ул. Радио, д. 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН.

Автореферат разослан "21 " апреля 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 005.007.02, кандидат технических наук, доцент

Е. Л. Гамаюнов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ

Актуальность работы: Неразрушающее исследование и мониторинг материалов и компонентов устройств нано-, микро- и оптоэлектроники, а также структурных элементов технических и инженерных конструкций в процессе их изготовления и/или эксплуатации является чрезвычайно важной и актуальной задачей современной науки и техники. Лазерные измерительные технологии находят широкое применение в данных областях, в то время как методы оптической интерферометрии рассматриваются как одни из наиболее чувствительных для регистрации сверхмалых физических величин. Теоретический порог детектирования малых флуктуаций фазы в классическом интерферометре, ограниченный дробовым шумом фотоприёмника, составляет 1,5х10~9 рад(Вт/Гц)"2 [1], что в частности позволяет регистрировать механические вибрации с амплитудой менее 0,01 А в полосе частот 100 кГц при использовании излучения мощностью 1 мВт на длине волны 500 нм. Однако, для достижения столь высокой чувствительности на практике необходимо решить две основные проблемы. Во-первых, необходимо обеспечить полное сопряжение волновых фронтов интерферирующих волн в плоскости фотоприёмника и, во-вторых, реализовать и постоянно поддерживать квадратурные условия, при которых средняя разность фаз между волнами равна л/2. Комплексное решение обеих проблем достигается за счёт объединения интерферирующих световых пучков на динамической голограмме, формируемой ими же в фоторефрак-тивном кристалле (ФРК) [2, 3]. Благодаря конечности времени записи динамической голограммы интерферометрическая система, построенная на её основе, становится адаптивной, т.е. способной подстраиваться под неконтролируемые изменения внешних факторов, и сохранять работоспособность в реальных (внелабора-торных) условиях. При этом голографический принцип объединения пучков позволяет обеспечить полное сопряжение абсолютно разных волновых фронтов.

Адаптивные системы на основе динамических фоторефрактивных (ФР) голограмм разрабатываются уже на протяжении нескольких десятилетий со времени открытия в 1966 году ФР эффекта [4]. К настоящему времени создано и используется большое количество реализаций адаптивных интерферометров [5].

Вместе с тем целый ряд проблем остается нерешенным. Так, большинство адаптивных измерительных систем построено на основе дрейфовых динамических голограмм, формируемых в ФРК в присутствии сильного постоянного электрического поля. Это позволяет напрямую выполнить квадратурные условия, а также повысить чувствительность измерительной системы. Однако, использование внешнего электрического поля ведет к появлению целого ряда серьезных техниче-

ских проблем, к числу которых относятся, в частности, эффект экранирования внешнего поля и перегрев кристалла. Эффект экранирования приводит к сильному ослаблению взаимодействия световых пучков. Способы устранения эффекта экранирования, основанные на увеличении поперечных размеров световых пучков (до межэлектродного расстояния) или использовании фоновой засветки кристалла дополнительным излучением, приводят, соответственно, к неизбежному уменьшению интенсивности света внутри кристалла (и, как следствие, к снижению скорости записи голограммы), или к увеличению энергопотребления измерительной системы. Для предотвращения перегрева кристалла (чреватого его разрушением) электрическое поле прикладывают лишь в течение коротких интервалов времени (~ 1 мс), чередуя их периодами релаксации (~ 10 с) [6]. Как следствие, измерение осуществляется лишь в импульсном режиме, что оказывается неприемлемым в ряде практических приложений, а, кроме того, требует использования специальной синхронизирующей электроники, что также усложняет измерительную систему. Применение высоковольтных электрических полей также делает затруднительным использование измерительных систем в полевых условиях, сужая область их практического применения.

В этой связи целым рядом исследователей были предприняты попытки реализации адаптивных интерферометров на основе диффузионных динамических голограмм, формируемых в кристалле в отсутствии внешних электрических полей. Диффузионные голограммы не поддерживают напрямую линейного преобразования фазы в изменение интенсивности из-за нелокального ФР отклика, что обуславливает необходимость поиска дополнительных способов, позволяющих линеаризовать режим демодуляции фазы.

Известны решения, основанные на использовании внешней модуляции фазы одной из волн адаптивного интерферометра [7, 8]. Основным недостатком данного подхода является значительное снижение дифракционной эффективности голограммы вследствие ухудшения контраста интерференционной картины, вызванного ее движением. Кроме того, в таких системах требуется использование дополнительных электронных устройств как для внесения внешней фазовой модуляции, так и для обработки выходного сигнала, что усложняет измерительную систему и увеличивает её собственные шумы.

Известны схемы адаптивных интерферометров, в которых линейный режим фазовой демодуляции на диффузионной голограмме реализуется за счет установки перед фоторефрактивным кристаллом или после него волновых фазовых элементов с последующей поляризационной фильтрацией [9, 10]. Вместе с тем использование поляризационных фильтров, пропускание которых для циркулярно поляри-

зованных или деполяризованных световых пучков не превышает 50%, вносит значительные оптические потери и приводит к соответствующему снижению чувствительности интерферометра. Кроме того, использование поляризационных фильтров становится причиной появления дополнительного поляризационного шума, если состояние поляризации объектной волны нестабильно [11] или меняется под воздействием измеряемой величины [12].

Таким образом, для создания высокоэффективных адаптивных измерительных систем требуется разработка как новых поляризационно-независимых схем адаптивных интерферометров, способных работать с использованием излучения, имеющего произвольное (в т.ч. нестабильное) состояние поляризации, так и новых эффективных методов снижения поляризационного шума

Еще одна проблема, связанная с использованием диффузионных голограмм (помимо отсутствия прямого выполнения квадратурных условий), заключается в их типично невысокой дифракционной эффективности, что является следствием относительно слабого поля пространственного заряда, формируемого в отсутствие внешнего электрического поля. Вместе с тем известно, что знакопеременное электрическое поле, приложенное к фотопроводящему кристаллу, обладающему высокой подвижностью фотоиндуцированных носителей зарядов, позволяет значительно увеличить поле пространственного заряда [13]. При этом переменное электрическое поле, в отличие от постоянного, не вызывает эффекта экранирования, а голограмма имеет такой же фазовый сдвиг относительно интерференционной картины, как и в случае чисто диффузионной записи. Основной недостаток данного метода заключается в том, что прикладываемое к кристаллу напряжение должно иметь достаточно высокую частоту (~104 Гц). Учитывая, что при этом величина напряжения составляет несколько кВ, становится очевидным факт усложнения измерительной системы, который сохраняет актуальность поиска схем, не использующих никаких внешних электрических полей.

Другая не менее важная проблема заключается в обеспечении высокой скорости записи динамической голограммы, что необходимо для эффективной компенсации результатов воздействия на измерительную систему неконтролируемых внешних факторов. Известно, что время записи динамической голограммы в ФРК помимо его материальных параметров определяется интенсивностью светового излучения [14], повышая которую можно достичь нужную частоту отсечки. Повышение интенсивности излучения в кристалле может быть выполнено как за счёт уменьшения поперечных размеров взаимодействующих пучков, так и за счёт увеличения общей мощности излучения. Однако в первом случае это приводит к нежелательному сокращению длины взаимодействия пучков в кристалле и, как след-

ствие, к снижению чувствительности системы. Другой подход ведёт к непропорциональному росту как энергопотребления измерительной системы, так и её стоимости. Таким образом, несомненную актуальность представляет задача разработки оптимальной системы формирования световых пучков, которая бы позволила обеспечить их максимальную фокусировку в толще кристалла при сохранении полного взаимоперекрытия пучков, сделав возможной запись максимально эффективной динамической голограммы с минимальным временем отклика при использовании оптического излучения малой мощности.

Следующая проблема связана с созданием многомерных адаптивных измерительных систем, состоящих из большого числа сенсоров (измерительных каналов). Увеличение числа каналов в таких системах требует использования большого количества как фоторефрактивных кристаллов, так и опорных световых пучков, что влечёт собой нежелательное усложнение измерительной системы. Одно из возможных решений данной проблемы заключается в мультиплексировании набора соответствующих измерительным каналам динамических голограмм в одном фо-торефрактивном кристалле. Попытки реализации такого подхода были предприняты в работах [15, 16]. В первой из них разделение каналов в кристалле осуществлялось за счёт создания условий, при которых перекрёстные и основные голограммы имеют в кристалле различную пространственную ориентацию, а внешнее электрическое поле, приложенное определённым образом к кристаллу, обеспечивает селективное усиление только основных голограмм. Во второй работе предложен метод спектрального мультиплексирования дрейфовых динамических голограмм, в рамках которого голограммы формируются в кристалле световыми пучками с разными, но близкими длинами волн, а демультиплексирование сигналов в разных каналах осуществляется с помощью узкополосных спектральных фильтров. Недостатком обоих методов является необходимость приложения к кристаллу сильного внешнего электрического поля с вытекающими отсюда последствиями (эффект экранирования, перегрев кристалла и пр.). Кроме этого, в методе на основе спектрального мультиплексирования количество реализуемых каналов оказывается ограниченным спектральной чувствительностью кристалла и шириной спектра источника излучения. Указанные трудности делают чрезвычайно актуальной проблему разработки новых эффективных методов мультиплексирования диффузионных динамических голограмм в фоторефрактивных кристаллах без использования внешних электрических полей и спектральных элементов и построения на их основе многоканальных адаптивных измерительных систем.

Целью диссертационной работы является исследование процессов векторного взаимодействия двух и более когерентных световых волн в фоторефрактив-

ных кристаллах кубической симметрии, поиск принципиально новых схем построения адаптивных интерферометров на основе диффузионных динамических голограмм, разработка и изучение физических принципов организации сверхвысокочувствительных помехоустойчивых многоканальных измерительных систем на их основе.

В работе были поставлены и решены следующие задачи:

1. Исследование процессов векторного взаимодействия когерентных световых волн с разным типом поляризации на динамических диффузионных голограммах, формируемых в фоторефрактивных кристаллах кубической симметрии (групп 23 и 43тп ) в условиях изотропной и анизотропной дифракции.

2. Разработка принципов построения адаптивных корреляционных и интер-ферометрических измерительных систем на основе динамических голограмм, формируемых в фоторефрактивных кристаллах без приложения внешних электрических полей.

3. Поиск оптимальных значений параметров кристалла (ориентация, концентрация ФР центров, коэффициент поглощения, размеры) и взаимодействующих волн (соотношение интенсивностей, состояние поляризации), позволяющих обеспечить наибольшую чувствительность адаптивного интерферометра на основе отражательной динамической диффузионной голограммы.

4. Исследование процессов распространения в ФРК сильно сфокусированных световых пучков для оптимизации формирования в кристалле максимально эффективной динамической голограммы с минимальным временем записи при использовании оптического излучения малой мощности.

5. Разработка методов снижения поляризационных шумов в адаптивном волоконно-оптическом интерферометре.

6. Разработка принципов организации поляризационно-независимых схем адаптивных интерферометров, способных работать с использованием (в качестве объектной волны) излучения с произвольным, в т.ч. нестабильным состоянием поляризации, а также деполяризованного излучения.

7. Исследование процессов многоволнового взаимодействия в фоторефрак-тивном кристалле кубической симметрии, сопровождающих мультиплексную запись диффузионных динамических голограмм, с целью определения схем взаимодействия, которые исключают появление перекрестных помех при считывании мультиплексируемых голограмм.

8. Разработка принципов организации многоканальных сверхчувствительных адаптивных измерительных систем, свободных от перекрестных шумов, на

основе мультиплексирования в фоторефрактивном кристалле самосогласованных, отражательных и ортогональных голограмм.

Основные положения, выдвигаемые на защиту:

1. Результаты исследования процессов векторного взаимодействия когерентных световых волн с разным типом поляризации на отражательных, в том числе самосогласованных, диффузионных динамических голограммах, формируемых в фоторефрактивных кристаллах кубической симметрии и разработанные на их основе новые принципы организации адаптивных сверхчувствительных интерферометров и адаптивной корреляционной фильтрации для обработки интерференционных сигналов, реализуемые без приложения внешнего электрического поля к кристаллам.

2. Физико-математическая модель схемы оптимальной фокусировки когерентных световых волн, формирующих в фоторефрактивном кристалле отражательную динамическую голограмму, позволяющая для конкретного кристалла, рабочей длины волны и доступной мощности лазерного излучения, а также заданного предела допустимого расхождения световых пучков в кристалле обеспечить максимальную плотность мощности интерферирующих световых пучков и полное их перекрытие на всей длине кристалла, создав тем самым необходимые условия для записи динамической голограммы с максимальной дифракционной эффективностью и минимальным временным откликом.

3. Новый принцип организации адаптивных интерферометров, основанный на ортогональном взаимодействии когерентных световых волн в фоторефрактивном кристалле, открывающий возможность использования в измерительном плече полностью деполяризованных объектных волн, в том числе прошедших через мно-гомодовые волоконные световоды. Впервые предложена и обоснована асимметричная схема ортогонального взаимодействия световых волн в фоторефрактивном кристалле интерферометра, в которой опорная волна претерпевает чисто анизотропную дифракцию на динамической голограмме, тогда как объектная волна не испытывает дифракции, что позволяет существенно повысить чувствительность и уменьшить поляризационный шум адаптивного интерферометра.

4. Принцип создания поляризационно-независимого адаптивного интерферометра на основе впервые предложенного трёхволнового ортогонального 30-взаимодействия когерентных световых волн в фоторефрактивном кристалле, позволяющий использовать в плече объектной (сигнальной) волны излучение с произвольным типом поляризации и нестабильными поляризационными параметрами.

5. Схемы записи использующих общую опорную волну мультиплексированных отражательных и ортогональных диффузионных динамических голограмм

в кубическом фоторефрактивном кристалле среза (100), исключающие возникновение перекрестного шума в измерительных каналах, вследствие создания условия запрета взаимодействия объектных волн между собой.

6. Принципы организации защищенных от воздействия перекрестных шумов сверхчувствительных многоканальных адаптивных волоконно-оптических интер-ферометрических измерительных систем, основанных на мультиплексировании самосогласованных, отражательных и ортогональных голограмм, записываемых в фоторефрактивном кристалле.

Научная новизна.

1. Проведено детальное теоретическое и экспериментальное исследование векторного взаимодействия волн с разным типом поляризации в кристаллах кубической симметрии.

2. Впервые предложена и реализована схема адаптивного интерферометра на основе векторного взаимодействия волн с разным типом поляризации на отражательной динамической голограмме, формируемой в фоторефрактивном кристалле без использования внешних электрических полей. Экспериментальное значение относительного порога детектирования в адаптивном интерферометре на основе кристалла Сс1Те составило 5п1 = 5,7 (потенциально возможное значение 5п1 = 1,5), что является наилучшим показателем для адаптивных интерферометров на основе диффузионных голограмм.

3. Впервые выполнено детальное теоретическое и экспериментальное исследование распространения предельно сфокусированных световых пучков с гауссовым распределением интенсивности, формирующих динамическую голограмму в фоторефрактивном кристалле.

4. Впервые предложена, исследована и реализована схема адаптивного интерферометра на основе ортогонального взаимодействия волн в ФРК, позволяющая использовать в качестве объектной волны деполяризованное излучение без применения дополнительных методов поляризационной фильтрации.

5. Впервые предложена и теоретически и экспериментально обоснована схема поляризационно-независимого адаптивного интерферометра на основе трёхволнового ортогонального ЗО-взаимодействия световых пучков в ФРК.

6. Впервые определена геометрия мультиплексирования отражательных и ортогональных диффузионных динамических голограмм, исключающая появление перекрестных помех, без использования внешних электрических полей или спектральных методов.

Научная и практическая значимость диссертации заключается в том, что представленные в работе исследования закладывают фундамент для создания

сверхвысокочувствительных адаптивных измерительных систем, предназначенных для детектирования сверхмалых физических величин (вибраций, колебаний, деформаций, перемещений нано- и субнанометрового диапазона, динамических напряжений, параметров сверхслабых динамических силовых полей и так далее) в условиях неконтролируемого влияния факторов окружающей среды (дрейф температуры, технические вибрации, нестабильность объекта исследования и пр.)

Решения, найденные в диссертации, позволяют:

- предельно упростить схему адаптивного измерительного интерферометра за счёт устранения необходимости приложения к фоторефрактивному кристаллу внешнего электрического поля;

- повысить чувствительность адаптивного измерительного интерферометра за счёт записи динамических голограмм на высоких пространственных частотах, реализуемых в отражательной геометрии;

- снизить поляризационные шумы за счёт использования ортогональной геометрии двухволнового взаимодействия, которая позволяет устранить из схемы адаптивного интерферометра поляризационные фильтры;

- обеспечить полную поляризационную независимость адаптивного интерферометра, что открывает перспективы использования в качестве объектного светового пучка излучения с произвольным типом поляризации;

- многократно снизить требуемую мощность источника излучения в адаптивном интерферометре (понизив тем самым уровень энергопотребления и повысив автономность) без потери чувствительности и быстродействия за счет оптимальной фокусировки световых пучков в ФРК;

- обеспечить эффективное использование методов адаптивной интерферометрии при создании многомерных/многоканальных оптических и волоконно-оптических измерительных систем, расширив область их практического применения и снизив стоимость оборудования.

Созданы макеты адаптивных, в том числе многоканальных (на 2 и 6 каналов), волоконно-оптических интерферометрических сенсорных систем на основе динамических голограмм, формируемых в кристаллах Bi]2Ti02o и CdTe:V, способных обеспечить широкополосное детектирование (в полосе 100 кГц) малых динамических воздействий, эквивалентных акустическим колебаниям диффузно-рассеивающих объектов с амплитудой ~ 0,1 А при мощности сигнального пучка в 10 мВт.

Результаты, полученные в диссертации, могут найти применение: - в системах контроля микро- и нано-электромеханических систем (MEMS / NEMS), а также элементов макросистем с субнанометровым разрешением;

- в системах иеразрушающего исследования и тестирования элементов конструкций и материалов, в т.ч. в системах диагностики на основе лазерного ультразвука (обнаружение дефектов, измерение толщин, и пр.);

- в ждущих детекторах сверхслабых динамических физических величин, характеризующихся кратким проявлением на длительных временных интервалах;

- в детекторах сверхслабых полей, в том числе акустических, гидроакустических, электрических, магнитных, гравитационных, а также в сейсморазведке;

- в биологических и биомедицинских исследованиях (детектирование вирусов, бактерий, молекул ДНК, других сверхмалых частиц с массой до нескольких аттограмм);

- при исследовании квантово-механических флуктуаций вакуума, светового давления и других слабых эффектов.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на IV Всероссийском семинаре «Люминесценция и сопутствующие явления» (Иркутск, 1998 г.), XXXXII Всероссийской научно-технической конференции «Фундаментальные и прикладные вопросы физики и математики» (Владивосток, 1999 г.), Байкальской научной молодежной школе по фундаментальной физике БШФФ-99 (Иркутск, 1999 г.), 3-м Международном студенческом конгрессе стран Азиатско-Тихоокеанского региона (Владивосток, 1999 г.), Международной конференции по фотонике "Photonics ODS'2000" (Украина, Винница, 2000 г.), Азиатско-тихоокеанских конференциях по фундаментальным проблемам опто- и микроэлектроники АРСОМ (Владивосток, 2000, 2002, 2003,2005, 2007,2009 г.г.; Хабаровск, 2004 г.; Япония, Токио, 2008 г.), 13-ой Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях ММТТ-2000» (Санкт-Петербург, 2000 г.), Международной конференции по оптическим методам в сенсорике и нанотехнологии ICOSN'2001 (Япония, Иокогама, 2001 г.), Региональных научных конференциях по физике полупроводниковых, диэлектрических и магнитных материалов ППДМ-2000 и ППДМ-01 (Владивосток, 2000, 2001 г.г.), Международном семинаре по опто- и микроэлектронике и преобразованию световых пучков IWBT (Владивосток, 2001 г.), VII Международной конференции Optics Within Life Sciences OWLS'02, (Швейцария, Люцерн, 2002 г.), Международных научно-практических конференциях "Электронные средства и системы управления" (Томск, 2003, 2004 г.г.), IV Школе-семинаре «Современные проблемы физики, технологии и инноваций СФТИ-2003» (Томск, 2003 г.), Международной конференции «Фундаментальные проблемы оптики - 04» (Санкт-Петербург, 2004 г.), Международных конференциях по разработке систем оптики и фотоники ODF'04, ODF'06, ODFO8 (Япония, Токио, 2004 г., Япония, Нара, 2006 г.; Тайвань, Тайпэй,

2008 г.), XII и XIII Научных школах "Нелинейные волны" (Нижний Новгород, 2004, 2006 г.г.), Международных конференциях по фоторефрактивным эффектам, материалам и устройствам PR-05, PR-09 (Китай, Санья, 2005 г.; Германия, Бад Хоннеф, 2009 г.), Европейских конгрессах по лазерам, электрооптике и квантовой электронике "CLEO/Europe-EQEC" (Германия, Мюнхен, 2005, 2007, 2009 г.г.), Международных симпозиумах по фотонике и лазерам PALS'05, PALS'09 (Финляндия, Кайани, 2005 г.; Финляндия, Тампере, 2009 г.), 4-ой Международной конференции молодых ученых и специалистов «0птика-2005» (Санкт-Петербург, 2005 г.), Международном конгрессе по оптике ICO-20 (Китай, Чанчунь, 2005 г.), 8-ом Международном симпозиуме по современным технологиям фотоники СРТ-2005 (Япония, Токио, 2005 г.), 7-ой Международной конференции по лазерным методам измерения вибраций (Италия, Анкона, 2006 г.), Международной конференции по мощным лазерным пучкам (Нижний Новгород, 2006 г.), Научных сессиях МИФИ (Москва, 2006, 2007, 2008, 2010 г.г.), Международной конференции "Northern Optics 2006" (Норвегия, Берген, 2006 г.), 8-й Международной конференции по микро и нанофотонике ROMOPTO-2006 (Румыния, Сибиу, 2006 г.), 5-ой Тематической конференции по оптоэлектронным системам измерения расстояний и перемещений ODIMAP V (Испания, Мадрид, 2006 г.), Международных конференциях по волоконно-оптическим датчикам OFS-I8, OFS-19 (Мексика, Канкун, 2006 г.; Австралия, Перт, 2008 г.), Всероссийском семинаре «Нанофотоника» (Черноголовка, 2007 г.), 3-й Международной конференции по оптической и лазерной диагностике ICOLAD-2007 (Великобритания, Лондон, 2007 г.), Всероссийском семинаре «Юрий Николаевич Денисюк - основоположник отечественной голографии» (Санкт-Петербург, 2007 г.), Международных симпозиумах по измерительным технологиям и интеллектуальным приборам ISMTII'2007, ISMTII'2009 (Япония, Сен-дай, 2007 г.; Санкт-Петербург, 2009 г.), Международных конференциях "Optics Days" (Финляндия, Лаппеенранта, 2007 г.; Финляндия, Куопио, 2008 г.), 16-ом Международном симпозиуме "Наноструктуры: Физика и технология" (Владивосток, 2008 г.), 15-ой Международной конференции по оптоэлектронике и оптической связи (Южная Корея, Пусан, 2008 г.), 2-ой Тематической конференции по оптической сенсорике и системам технического зрения OSAV08 (Санкт-Петербург, 2008 г.), а также на научных семинарах в ИАПУ ДВО РАН, Тихоокеанском океанологическом институте ДВО РАН (Владивосток), Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники (Томск), Университете г. Куопио (Финляндия, Куопио), Корейском институте электронных технологий (KETI, Южная Корея, Сёнгнам), Электромеханическом институте Самсунг (SEM, Южная Корея, Суон).

Работа проводилась при поддержке ряда Российских и международных фондов и организаций: РФФИ, Министерства образования и науки РФ, ДВО РАН, ОФН РАН, Совета при Президенте РФ по поддержке молодых ученых, INTAS, Академии Финляндии, Федерации научных обществ Южной Кореи.

Результаты исследований, представленные в диссертационной работе были отмечены: Премией имени профессора В.П.Вологдина за разработку адаптивных распределенных оптоэлектронных измерительных систем (Владивосток, ДВГТУ, 1999 г.), Дипломом за лучший доклад на IV Международной конференции молодых ученых и специалистов «0птика-2005» (Санкт-Петербург, 2005 г.), Дипломом за лучший доклад на Международном симпозиуме по измерительным технологиям и интеллектуальным приборам ISMTII'2007 (Япония, Сендай, 2007 г.), Первой премией в номинации «Нанотехнологии» за проект «Сверхчувствительный адаптивный интерферометр для нано-метрологии», представленный на 1-ой Приморской Венчурной Ярмарке (Владивосток, 2009 г.)

Внедрение результатов. Результаты работы используются в КБ ОАО «Дальприбор» (г.Владивосток) при проектировании и создании адаптивных волоконно-оптических гидроакустических приёмников.

Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс подготовки специалистов в области лазерной физики квантовой и оптической электроники в Дальневосточном государственном техническом университете (г.Владивосток), Морском государственном университете им.Г.И.Невельского (г.Владивосток) и Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 100 печатных работ, в том числе 39 статей в отечественных и зарубежных изданиях (15 из которых входят в Перечень ВАК РФ), 1 монография, получено 3 патента РФ.

Личный вклад автора. Содержание диссертации отражает персональный вклад автора в опубликованные работы. На начальном этапе диссертационной работы постановка задачи осуществлялась совместно с доктором физико-математических наук, членом-корреспондентом РАН, профессором Ю.Н.Кульчиным. Ряд работ выполнен в соавторстве с сотрудниками Томского университета систем управления и радиоэлектроники (группа д.ф.-м.н., профессора С.М.Шандарова) и Института автоматики и процессов управления ДВО РАН, а также в творческом сотрудничестве с коллективами ряда зарубежных организаций: Университета г.Куопио (Финляндия; группа професоора А.А.Камшилина) и Института химии твердого тела при Французском национальном центре научных исследований CNRS (Франция, г. Бордо; группа Dr. J.-C.Launay, предоставившая образцы кристаллов). В ходе работы над диссертацией автором выполнены все

теоретические расчеты; все экспериментальные исследования проведены им лично или под его руководством. В коллективной монографии [40] лично автором написаны главы 5,6 и 8.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы из 283 наименований, включая работы автора. Работа содержит 102 рисунка, 11 таблиц; полный объём работы, включая приложения, 309 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассматриваются современные тенденции развитии адаптивных лазерных измерительных систем, определяются нерешённые в этой области проблемы, ставится задача исследований, определяется цель работы, формулируются выдвигаемые на защиту положения.

В первой главе излагаются современные представления о природе фотореф-рактивного эффекта, а также основные положения скалярной и векторной моделей взаимодействия волн в фоторефрактивном кристалле в той мере, которая необходима для обеспечения теоретической основы построения новых адаптивных измерительных систем, принципы которых разработаны в настоящей диссертации.

В §1.1 анализируются особенности реализации квадратурных условий в адаптивном интерферометре на основе двухволнового взаимодействия в ФРК. На основе скалярной модели показано, что характер изменения интенсивности фазомо-дулированной объектной волны, взаимодействующей в кристалле с опорной, зависит от режима записи голограммы, определяющего величину фазового сдвига го-лографической решётки относительно формирующей её интерференционной картины. Отмечается, что в условиях скалярного взаимодействия линейный режим фазовой демодуляции возможен только в случае дрейфовой записи голограммы, при приложении к кристаллу постоянного электрического поля. При этом оптимальное значение напряженности внешнего поля ЕЦР' = (квТМл/££0)"2определяется концентрацией фоторефрактивных центров Ил, а типичная величина составляет несколько десятков кВ/см.

На основе векторной модели обосновываются условия реализации линейного режима фазовой демодуляции за счёт взаимодействия волн с разным типом поляризации на диффузионной динамической голограмме, формируемой в ФРК кубической симметрии в отсутствии внешнего электрического поля. Показано, что если опорная волна поляризована эллиптически, а дифракция на диффузионной голограмме носит анизотропный характер, при котором происходит взаимодействие между ортогональными поляризационными компонентами волн, интенсивность

объектной волны будет изменяться прямо пропорционально величине фазовой модуляции <р:

Ы^<р)*-2каи-01[ь,Ьр(а?-а1) + 8та-а,ар(Ь]-Ь2р)\ х<р. (1)

где кв- константа связи волн; Ь- толщина кристалла; 70- суммарная интенсивность излучения в кристалле; а, , Ьшр- ортогональные поляризационные компоненты объектной и опорной волн, соответственно; а - разность фаз между ортогональными поляризационными компонентами объектной волны.

В §1.2 даются теоретические основы расчёта относительного порога детектирования (ОПД) в адаптивном интерферометре, как критерия его чувствительности. Показано, что ОПД, определяемый как отношение абсолютного порога детектирования фазы в адаптивном интерферометре к аналогичной величине классического гомодинного интерферометра, свободного от оптических потерь, может быть найден (в т.ч. экспериментально) через коэффициент пропускания 3, учитывающий оптические потери объектной волны в кристалле и других элементах, коэффициент усиления в объектной волны за счет её взаимодействия с опорной на динамической голограмме, среднее значение мощности объектной волны Рт) и величину ее изменения ДР0, зарегистрированные фотоприёмником:

¡г _ Ч>Т _ <Р Роо (о)

Систематизируются основные параметры адаптивных интерферометров -чувствительность, частота отсечки и общая оптическая мощность, - на основании значений которых проводится сравнительный анализ существующих и разработанных в диссертации схем адаптивных интерферометров. Показано, что между значениями чувствительности и частотой отсечки существует компромисс: образцы одного и того же кристалла, проявляющие в одинаковых условиях более высокую частоту отсечки, обладают пониженной чувствительностью, и наоборот. Более того, увеличение чувствительности в одном и том же образце кристалла (например, за счёт внешнего переменного поля), сопровождается снижением частоты отсечки. Отмечается, что предложенный и исследованный в настоящей диссертационной работе адаптивный интерферометр на основе кристалле Сс1Те:У, обладает наилучшей чувствительностью (¿„,=5,7) среди известных интерферометров, работающий в полностью оптическом режиме (без внешнего электрического поля).

Вторая глава посвящена разработке принципов построения адаптивных измерительных систем (коррелятора и интерферометра) на основе отражательных диффузионных динамических голограмм, формируемых в фоторефрактивных кристаллах кубической симметрии.

Рис.1. Геометрия формирования самосогласованной отражательной динамической голограммы

Рис.2. Поляризационные зависимости коэффициента двухволнового усиления и поворота плоскости поляризации: маркеры - эксперимент; линии - расчёт

В $2.1 проводится исследование особенностей формирования отражательных самосогласованных голограмм, формируемых в кристаллах Bi^TiCbo (класс симметрии 23) и CdTe (класс симметрии 43т) при частичном отражении входного гауссова пучка от выходной грани кристалла (рис.1). Рассматриваются кристаллы срезов (100), (110), (111) и (1 12) . Показано, что наиболее эффективное взаимодействие световых волн достигается тогда, когда вектор голографической решетки К параллелен оси кристалла [100] для обоих рассмотренных кристаллов. Получено аналитическое решение для векторных амплитуд волн, взаимодействующих в кристалле класса симметрии 43т среза (100).

Показано, что во всех случаях, где дифракция носит анизотропный характер (¿11 [001] и КII [ 1 12]), экстремумы поляризационных зависимостей коэффициента усиления при двухволновом взаимодействии г(/?) и наведенного поворота плоскости поляризации Д/?(/У) смещены относительно друг друга. В частности, для случая К II [001] максимальное усиление/ослабление сигнального пучка происходит без дополнительного поворота его плоскости поляризации, Д/7 = 0 (рис.2). И наоборот, максимальной наведенный поворот плоскости поляризации сигнального пучка сопровождается нулевым усилением. Это обстоятельство позволяет использовать раздельно как механизм модуляции мощности сигнального нестационарного светового пучка на отражательной динамической голограмме (самодифракцию), так и модуляцию его поляризационного состояния (поляризационную самомодуляцию) при построении системы демодуляции фазы световой волны.

В $2.2 исследуются процессы формирования динамической самосогласованной отражательной голограммы (СОГ) в фоторефрактивном кристалле волной со спекловым распределением интенсивности, полученной на выходе многомодового волоконного световода. Показано, что спекловая волна формирует голограмму, сопоставимую по эффективности с голограммой, записанной гауссовым пучком.

Разработаны принципы построения адаптивного корреляционного фильтра на основе СОГ. Показано, что мощность дифрагировавшего на самосогласованной голограмме излучения пропорциональна функции корреляции между исходным и текущим распределениями интенсивности спекловой волны (под исходным понимается распределение, соответствующее моменту времени г-г-д). Пространственные изменения распределения интенсивности спекловой волны, вызванные модуляцией ее фазы, приводят к изменению мощности отраженного на динамической голограмме излучения на величину:

100 150 200 250 СБК

Рис.З. Динамика изменения амплитуды модуляции интенсивности на частоте первой (1) и второй (2, 3) гармоник в режимах самодифракции (2) и поляризационной самомодуляции (3), реализованных в кристалле В^ТЮго

Гвш([АФ...(<)-АФ,.,«-г)]/2У

= —[ ""^"""ТГ ехр|-— Ыг.

' 2 Т{\ 1ДФ0„«)-ДФв„(*-г)]/2 [ Ч тс

(3)

где Ры - мощность отражённого излучения в стационарном режиме; гЕ - время стирания динамической голограммы; ДФтах(/) - амплитуда модуляции разности фаз между модами спекловой волны.

При этом сигнал демодуляции, наблюдаемый на удвоенной частоте, может быть получен как за счет эффекта самодифракции, так и за счет поляризационной самомодуляции (рис.3), что определяется состоянием поляризации исходной волны (рис.2). Показано, что чувствительность адаптивного коррелятора к удлинению мношмодового волоконного световода (№4=0,21; диаметр сердцевины 200 мкм), на выходе которого получена спекловая волна, составляет 1,4 дБ/мкм.

В §2.3 разрабатываются принципы построения адаптивного интерферометра на основе векторного взаимодействия волн на диффузионной отражательной голограмме, формируемой в ФРК кубической симметрии, и исследуются особенности его функционирования. Квадратурные условия реализуются за счёт векторного взаимодействия волн с разным типом поляризации (линейной и эллиптической) в условиях анизотропной дифракции. Высокая эффективность взаимодействия и, соответственно, высокая чувствительность достигаются за счёт высокой пространственной частоты голографической решетки, формируемой в отражательной геометрии. Экспериментально показано для кристалла С(1Те:У, что переход от пропускающей к отражательной геометрии позволяет при достаточной концентрации фоторефрактивных центров добиться 4,5-кратного увеличения чувствительности интерферометра (рис.4).

СО

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Д, МКМ

Рис.4. Экспериментальная зависимость ОПД от периода топографической решётки в двух образцах кристалла С(1Те: ПГ, ОГ - пропускающая и отражательная геометрии записи

2 4 в 8 10 12 14 16 18 |_ мм

Рис.5. Зависимости ОПД от толщины кристалла С(1Те (1,2,3) и В^гТЮэд (4,5,6), полученные при разных значениях коэффициента поглощения

Исследована амплитудно-частотная характеристика адаптивного интерферометра, на основе диффузионной отражательной голограммы, записанной в разных образцах кристалла Сс1Те:У. Установлено, что образец, проявивший наибольшую чувствительность в отражательной геометрии {Зге1 = 5,7), оказался более медленным (частота отсечки /ст = 175 Гц при интенсивности 38 Вт/см2); и наоборот -наиболее быстрый образец (/сМ = 750 Гц) проявил наименьшую чувствительность (5^ =10), что находится в соответствии с рассмотренным в Главе 1 компромиссом «чувствительность/адаптивность». Повышение интенсивности излучения до 270 Вт/см2 за счет более плотной фокусировки пучков позволило увеличить частоту отсечки в указанных образцах до 500 и 1800 Гц, соответственно. Такая частота отсечки оказывается достаточной для компенсации большинства промышленных шумов, характерные частоты которых лежат в области до нескольких сотен Гц.

Выполнен теоретический анализ, позволивший определить оптимальные значения поляризационных и энергетических параметров волн (углов, задающих ориентации плоскости поляризации линейно поляризованной волны и главной оси эллипса эллиптически поляризованной волны, степени её эллиптичности, отношения интенсивностей волн), а также материальных параметров кристаллов В^ТЮго и Сс1Те (толщины кристалла и коэффициента поглощения), при которых достигается наибольшая чувствительность интерферометра на основе отражательной динамической голограммы, формируемой в ФРК кубической симметрии. Показано, что при обеспечении оптимальных значений всех выше указанных параметров относительный порог детектирования в адаптивном интерферометре может быть снижен до 6Ы =1,5 (при использовании кристалла Сс1Те) и = 3,6 (для В112ТЮ2о) (рис.5).

Выполнено экспериментальное исследование шумов адаптивного интерферометра, построенного с использованием в качестве чувствительного элемента многомодового световода. Установлено, что источником наибольшего шума в

адаптивном интерферометре является поляризационный шум, вызванный флук-туациями в распределении состояния поляризации спекловой волны, преобразуемыми за счёт используемого поляризатора в флуктуации интенсивности. Наличие поляризационного шума приводит к повышению абсолютного порога детектирования, который при использовании стандартного многомодового световода с диаметром сердцевины 50 мкм составил 1,6 х 10"7рад7Вт/Гц, что в 19 раз выше теоретического порога, полученного в предположении наличия только дробового шума фотодетектора (8,5 х 1(Гэрад7Вт/Гц). Предложен и исследован подход, позволяющий существенно снизить уровень поляризационного шума, суть которого заключается в увеличении числа мод, распространяющихся по волоконному световоду, за счёт увеличения диаметра сердцевины последнего, что позволяет добиться лучшего усреднения вкладов в поляризационный шум отдельных мод и свести тем самым его к минимуму. Экспериментально показано, что увеличение на два порядка числа каналируемых мод за счёт использования световода с диаметром сердцевины 550 мкм позволяет повысить отношение сигнал/шум в адаптивном интерферометре в среднем на 25 дБ. Абсолютный порог детектирования при этом снижается до 3,0 х Ю 8рад 7Вт/Гц, что всего в 3,6 раза превышает теоретический предел. Таким образом, практически достигнутая чувствительность адаптивного волоконно-оптического интерферометра при обеспечении в сигнальном пучке световой мощности в 1 мВт позволяет в реальных (нелабораторных) условиях устойчиво детектировать в широкой полосе частот (до 10 МГц) изменения длины волоконного световода (вызванные, например, вибрацией) с амплитудой в диапазоне от 0,2 до ПОнм.

На основе полученных результатов разработан макет адаптивного волоконно-оптического микрофона. Микрофон обладает рекордными по сравнению с известными интерферометрическими неадаптивными аналогами [17] значениями чувствительности к звуковому давлению (4,3 рад/Па на частоте 1 кГц) и порога детектирования звукового давления (0,79 мПа), а также сопоставимым значением динамического диапазона (55 дБ). Высокая чувствительность микрофона открывает перспективы по его использованию для детектирования сверхслабых акустических сигналов. При этом благодаря свойствам адаптивности микрофон может успешно работать в реальных условиях, характеризующихся нестабильностью параметров окружающей среды.

В третьей главе приводятся результаты исследования распространения сильно сфокусированных гауссовых световых пучков в фоторефрактивном кристалле с целью построения оптимальной фокусирующей системы, позволяющей обеспе-

чить запись максимально эффективной динамической голограммы с минимальным временем отклика при использовании оптического излучения малой мощности.

В §3.1 определяется наиболее простая оптическая схема фокусирующей системы на основе двух линз, размещаемых в оптические тракты объектного и опорного световых пучков, взаимодействующих в ФРК в отражательной геометрии (рис.6).

ВП ФП, _ ФП2 <->;< ^ >„< " ><--->

ТЗо

ф

та

и

ФРК

'Л

Рис.6. Геометрия фокусировки световых пучков

Задаются следующие условия оптимизации:

1) световые пучки должны иметь минимальный поперечный размер в центре кристалла;

2) световые пучки должны иметь минимальное расширение при распространении от центра кристалла к его грани;

3) световые пучки должны полностью перекрываться в толще кристалла.

Определяются исходные параметры задачи оптимизации: 1) толщина Ь и показатель преломления п ФР кристалла; 2) допустимая степень расширения гауссова пучка от центра кристалла к его периферии <УД = Дет(£/2)/ст(0); 3) рабочая длина волны Л; 4) размер перетяжки гауссова пучка на входе в оптическую систему ггг0 (рис.6). Получены соотношения, определяющие значения параметров фокусирующей системы, обеспечивающей выполнение условий оптимизации:

1) для фокусного расстояния линз: /■

(4)

2) для расстояния от входной оптической плоскости системы до первой фокальной плоскости линзы: хор, =т$я1Л; (5)

3) для расстояния от второй фокальной плоскости линзы до кристалла:

Уор1

2 п

-1

№ J

4) для максимального угла между осями световых пучков:

1/2/ 2

(6)

Показано, что результирующий размер гауссова пучка в кристалле ат[п, полученный с помощью оптимальной фокусирующей системы, не зависит от исходного размера пучка та, а определяется только параметрами кристалла и степенью

допустимого расширения пучка: шт

—Т'Т—

2т) I

. Таким образом, примене-

ние фокусирующей системы позволяет не только выполнить условия оптимизации взаимодействия, но и полностью согласовать в кристалле световые пучки с произвольными исходными размерами.

В $3.2 приводятся результаты практической реализации оптимальной фокусирующей системы, рассчитанной на основе выражений (3)-(6) для кристалла В^ТЮго (£ = 8,0 мм; п = 2,58; Л = 632,8 нм). В работе использовался Не-Мс лазер ЛГН-223-1 с выходной мощностью 11 мВт, излучение которого изначально делилось на два одинаковых по мощности пучка. Сигнальный пучок ослаблялся при помощи нейтрального светофильтра в 100 раз. Экспериментальное значение радиуса гауссова пучка, полученное за счет оптимальной фокусировки в месте расположения кристалла, составило ж 163 мкм (расчётное ет^п = 159 мкм). При мощности опорного пучка в 5,5 мВт такая фокусировка позволила достичь внутри кристалла уровня интенсивности в 6,93 Вт/см2, а время записи голограммы составило 5 сек. Для сравнения, время записи голограммы в этом же кристалле без использования оптимальной фокусирующей системы составляло 120 сек при интенсивности опорного пучка 0,35 Вт/см2 (мощность опорного пучка 27 мВт, общая мощность лазера 55 мВт). При этом, благодаря использованию оптимальной фокусирующей системы, опорный и сигнальный пучки по всей толщине кристалла практически не меняют своего размера с заданной точностью в ¿>д = 3 х Ю-4 и полностью перекрываются друг с другом, что обеспечивает максимальную эффективность их взаимодействия (коэффициент усиления при двух волновом взаимодействии сохранился на прежнем уровне).

Четвертая глава посвящена исследованию ортогональной геометрии взаимодействия волн в фоторефрактивном кристалле и разработке на ее основе принципов построения поляризационно-независимых схем адаптивных интерферометров.

В $4.1 приводится теоретический анализ векторного ортогонального взаимодействия эллиптически поляризованных волн в ФРК кубической симметрии (рис.7). Показано, что ди- взаимодействия в ФРК

намическая голограмма, сформированная в ортогональной геометрии, обладает поляризационной селективностью, что позволяет убрать из схемы адаптивного интерферометра, построенного в коллинеарной (пропускающей или отражательной) геометрии, поляризационный фильтр, используемый для задания необходимой поляризации. Показано, что линейная компонента модуляции интенсивности фазо-модулированной объектной волны, взаимодействующей с эллиптически поляризованной волной в ортогональной геометрии, будет определяться выражением:

Ч (<р) = -2kdLJ11 [h,pa]b,bp - hpía,apb] sin a + hppa,apb,bp cos a] xp. (8)

где h¡j - элементы матрицы связи волн (i,j = s,p).

Если объектная волна полностью деполяризована (например, получена на выходе многомодового световода или в результате диффузного рассеяния когерентного излучения), её поляризационные параметры принимают все возможные значения - asp е [-a,а] и а е [-л,л]. Усреднение по всем реализациям поляризационных состояний приводит к исчезновению второго и третьего слагаемого в выражении (8); первый же член остаётся отличным от нуля, при условии неравенства нулю элемента матрицы связи hsp, отвечающего за анизотропный характер дифракции. Таким образом, теоретически показано, что в ортогональной геометрии в условиях анизотропной дифракции становится возможной реализация линейного режима фазовой демодуляции без использования поляризационной фильтрации, в т.ч. для случая полностью деполяризованной волны.

В §4.2 анализируются различные ориентационные конфигурации, определяемые относительно кристаллографических осей тройкой векторов (^, , Я^), а также ортогональным базисом (s, р), задающим плоскости колебаний векторов напряженности электрических полей волн (рис.7). Определяются наиболее оптимальные конфигурации, при которых взаимодействия волн в кристалле происходит максимально эффективно (недиагональные элементы матрицы связи максимальны п.„ = А„ = 1/^2), а их дифракция носит анизотропный характер (диагональные элементы матрицы связи h„, hpp равны нулю) (Таблица 1).

Найдена асимметричная конфигурация ортогонального взаимодействия (Таблица 1), в которой матрица связи для одной из волн обращается в нулевую, что означает отсутствие дифракции этой волны, в то время как для второй волны матрица связи - единичная (hsp =hp,= 1; h„ = hp, = 0). Асимметричная конфигурация позволяют реализовать наиболее эффективный адаптивный интерферометр: в нём

реализуется максимальная связь опорной волны с объектной, в то время как объектная волна, не испытывая дифракции, не несёт связанных с этим потерь.

Таблица - 1 Оптимальные конфигурации ортогонального двухволнового взаимодействия в кубическом фоторефрактивном кристалле и соответствующие им матрицы связи

Волна Äj Волна Aj

к А s Н, k2 л S н2

Симметричные/антисимметричные конфигурации

П 0 oj 1 А 0 '0 1 0 / 0 oj 'о4 0 я С*)

1 V2 ' 1' -1 '0' 1 А '0' 0 Л 1 Я Г 1 о, 1 4г ' 1 -1 '0' 0 А f° U °J

Асимметричные конфигурации

( 0,92 -0,38 1 о (0,38 0,92 1 о 0 сз / \ 0,3 8S 0,92 о J ( 0,92 ' -0,38 0 J 0 А

В §4.3 приводятся результаты экспериментального исследования процессов фазовой демодуляции в адаптивном интерферометре на основе ортогонального двухволнового взаимодействия в кристалле CdTe. Экспериментально показано, что в отличие от коллинеарных геометрий взаимодействия - пропускающей и отражательной (рис.8,а,б), где линейный режим фазовой демодуляции оказывается возможным только в случае линейно поляризованной объектной волны (рис.9,а,б), ортогональная геометрия (рис.8,в) обеспечивает эффективную демодуляцию фазы как линейно поляризованного, так и полностью деполяризованного излучения (рис.9,в), что находится в полном соответствии с выражением (8).

Выполнено экспериментальное исследование зависимости относительного порога детектирования от соотношения интенсивностей волн, взаимодействующих в ортогональной геометрии. Минимальное значение ОГТД составило 8ге1 = 16,2 , что соответствует абсолютному порогу детектирования

гДхЮ^радд/Вт/Гц. Установлено, что устранение из схемы адаптивного интерферометра поляризационного фильтра позволяет снизить уровень поляризационного шума в 8 раз (при использовании волоконного световода с диаметром сердцевины 550 мкм).

[100]

к, к, (а)

1/ К1

Т\

[010] (б)

[001]

•[ПО]

(в)

Рис.8. Пропускающая (а), отражательная (б) и ортогональная (в) геометрии двухволнового взаимодействия, поддерживающие анизотропную дифракцию

шмш

шштш

шт mm

Ж Ж1

штт

шшшш

(а) (б) (В)

Рис.9. Осциллограммы сигналов модуляции (М) и демодуляции (О) фазы, полученные в трёх геометриях векторного взаимодействия волн: пропускающей (а), отражательной (б) и ортогональной (в). Верхний ряд: объектная волна поляризована линейно; нижний ряд: объектная

волна деполяризована

В §4.4 проводится теоретический анализ зависимости эффективности фазовой демодуляции деполяризованной объектной волны, взаимодействующей в ортогональной геометрии с эллиптически поляризованной опорной, от значений поляризационных параметров опорной волны (степени эллиптичности 9 и ориентации главной оси эллипса у/), а также от материальных параметров фоторефрактивного кристалла (толщины L\, коэффициента поглощения а и концентрации фотореф-рактивных центров NA). Показано, что для кристалла CdTe близкими к оптимальным (при которых ОПД не превышает 10) могут рассматриваться следующие значения указанных параметров: 5<тах) = 0,05 ; у/(та1<> = 150° (относительно р-поляризации); L, «(б-*- 11) мм! а <1,5 см"1! N А »(0,8 + 3,0) х1016 см"1. При этом значение относительного порога детектирования может составить менее 5.

В §4.5 выполняются приоритетные исследования предложенной в диссертации схемы ортогонального трёхволнового ЗО-взаимодействия в фоторефрактив-

ном кристалле кубической симметрии (рис. 10) с целью построения полностью по-ляризационно-независимого адаптивного интерферометра.

Рис.10. Ортогональная геометрия трёхвол-нового ЗО-взаимодействия в фоторефрак-тивиом кристалле

со

2 ео

I—Г 40Н

/(3>

"Я * Ч 1

я * X Р

9 *

V о/ ^ V

V

. V / х о ° л-

30

180

60 90 120 150

С,, угл. град.

Рис.11. Поляризационная зависимость амплитуды сигнала демодуляции при двухвол-новом (1 и 2) и трёхволновом (3) ортогональных взаимодействиях в кристалле Сс!Те. точки - эксперимент; линии - расчёт

Как было показано в §§ 4.1 и 4.3, геометрия ортогонального взаимодействия двух волн позволяет обеспечить линейный режим фазовой демодуляции полностью деполяризованной сигнальной волны, что в свою очередь снимает необходимость использования в схеме адаптивного интерферометра поляризационных фильтров для выделения необходимого состояния поляризации. Вместе с тем, динамическая голограмма, сформированная в ортогональной геометрии, остается поляризационно-селективным элементом. Так, в соответствие с выражением (8) линейный сигнал демодуляции исчезает, если объектная волна поляризована линейно вдоль направления р (т.е. когда а5 = 0). Поэтому, несмотря на то, что в ортогональной геометрии уровень поляризационного шума снижается за счёт стабилизации постоянной составляющей интенсивности объектной волны, её переменная составляющая остается поляризационно-зависимой. Как следствие, если объектная волна поляризована частично или, более того, линейно или эллиптически, а состояние поляризации при этом нестабильно и/или подвержено влиянию измеряемой величины, сигнал демодуляции в адаптивном интерферометре на основе двухволнового взаимодействия может стахостически флуктуировать.

Показано, что в схеме трёхволнового взаимодействия объектного пучка с двумя опорными, распространяющимися во взаимно ортогональных направлениях в ФРК кубической симметрии вдоль его основных кристаллографических осей [100], [010] и [001], в последнем формируется три динамических голограммы, дифракция волн на которых в соответствие с Таблицей 1 носит анизотропный харак-

тер. При этом сигнал демодуляции фазы объектной волны Д/,(р) формируется в результате некогерентного сложения двух составляющих А1п(<р) и Д113(<р), полученных при попарном взаимодействии объектной волны с каждой из опорных. Показано, что если опорные волны имеют эллиптическую поляризацию с одинаковым направлением вращения, а значения поляризационных компонент их амплитуд удовлетворяют условию: = |с,/с,|«1, то сигнал демодуляции оказывается независящим от состояния поляризации объектной волны и определяется только её интенсивностью:

М^) = ^2квг У хр. (9)

11 + 1г +13

где ег2 = ЬуЬг - схсг.

На рис. 11 представлены результаты экспериментального исследования зависимости амплитуды сигнала демодуляции линейно поляризованной объектной волны от ориентации плоскости её поляризации, выполненного для случаев двух-волнового (кривые 1 и 2) и трёхволнового (кривая 3) ортогональных взаимодействий: кривая 1 - объектная волна взаимодействует с опорной Л2, опорная волна А3 «выключена»; кривая 2 - объектная волна взаимодействует с опорной А,, опорная волна А2 «выключена»; кривая 3 - обе опорные волны «включены». Как видно, в последнем случае величина сигнала демодуляции остаётся постоянной при любом значении угла С,, что находится в полном соответствии с выражениями (9) и служит экспериментальным подтверждением достижения поляризационной независимости адаптивного интерферометра за счёт трёхволнового ортогонального ЗБ-взаимодействия в фоторефрактивном кристалле кубической симметрии.

Пятая глава посвящена разработке физических принципов построения многоканальных адаптивных измерительных систем на основе динамических диффузионных голограмм, мультиплексируемых в фоторефрактивном кристалле.

В §5.1 предлагается и исследуется геометрия мультиплексирования отражательных голограмм, в которой исключена или сведена к минимуму возможность появления перекрестных помех между каналами. Объектные линейно поляризованные световые пучки направляются в ФРК кубической симметрии под небольшими углами к его оси [001]; навстречу им вдоль этой же оси направляется общий эллиптически поляризованный опорный пучок (рис.12). Теоретически показано, что в такой геометрии в случае симметричного распространения объектных световых пучков в ФРК относительно главной кристаллографической оси [001], между ними исключено формирование перекрестных голограмм, а уровень перекрестного шума стремится к нулю (-оо дБ). Это обусловлено тем, что в такой геометрии

волновой вектор перекрестной голографической решётки К12 перпендикулярен направлению распространения волн и, соответственно, оси [001]; при этом матрица связи волн обращается в нулевую. Нарушение симметрии приводит к появлению перекрестного шума. Вместе с тем, показано (рис.13), что его уровень остается ниже уровня собственных шумов канала (-30 дБ) в пределах широкого диапазона углов распространения объектных световых волн в кристалле (± 20,5° для кристалла СёТе). Следует отметить, что даже этот низкий уровень шума становится существенным лишь в предельном случае, когда угол падения объектных волн на поверхность кристалла составляет 90°, что на практике не реализуется.

Исгоза, дБ

[010]

[001]

Рис.12. Геометрия мультиплексирования отражательных голограмм

■30 -20 -10 0 Ю 20 30

01, град.

Рис.13. Зависимость уровня перекрестного шума от направлений распространения объектных волн в кристалле СсГГе

Выполнено комплексное экспериментальное исследование других возможных механизмов появления перекрестного влияния между каналами, а именно: локальные нарушениям симметрии кристалла вследствие наличия дефектов и внутренних механических напряжений; рассеяние световых волн по направлению фотоприёмников соседних каналов; модуляция интенсивности опорного пучка. Показано, что внутренние напряжения в кристалле могут снимать «запрет» на взаимодействие между объектными световыми пучкам на голографической решетке Кп в пропускающей геометрии. Это приводит к появлению перекрестных помех между объектными пучками даже в случае их симметричного распространения относительно оси кристалла [001], однако уровень перекрестного шума между каналами остается низким и не превышает уровня собственных шумов канала.

Приводятся результаты экспериментального исследования влияния количества мультиплексируемых каналов М на чувствительность адаптивного интерферометра в отдельно взятом канале. Показано, что с ростом М уровень сигнала демодуляции в канале снижается вследствие уменьшения контраста интерференцион-

ной картины. Однако в силу низкой интенсивности объектных пучков по сравнению с интенсивностью опорного пучка снижение чувствительности в канале оказывается незначительным. Определен предел мультиплексирования отражательных голограмм. Показано, что в одном кристалле СёТе может быть сформировано свыше 340 голограмм (и реализовано тем самым эквивалентное число адаптивных каналов), при этом относительный порог детектирования в каждом канале снизится не более чем на один порядок.

В $5.2 разрабатываются принципы организации многоканальной адаптивной измерительной системы на основе мультиплексирования ортогональных динамических голограмм в ФРК кубической симметрии. Показано, что ортогональная геометрия формирования динамических голограмм способна обеспечить дополнительное снижение уровня перекрестных шумов, а также повышение предела мультиплексирования каналов без потери чувствительности. Кроме того, упрощается практическая реализация многоканальной системы в силу отсутствия необходимости использования в ортогональной геометрии в тракте объектных пучков поляризационных элементов, а также возможности разнесения пучков в пространстве.

Выполнена практическая реализация 6-ти канального адаптивного волоконно-оптического интерферометра, в котором в качестве сенсоров используются стандартные многомодовые волоконные световоды (Л64 = 0,22; диаметр сердцевины 62,5 мкм), а динамические голограммы формируются в кристалле Сс1Те в ортогональной геометрии и в диффузионном режиме (рис.14).

Рис.14. Схема 6-ти канального адаптивного волоконно-оптического интерферометра

На этапе исследования работы системы шесть модуляционных сигналов разной частоты (2; 5,5; 9; 12; 16 и 20,5 кГц) подавались при помощи шести пьезоэлектрических модуляторов на волоконные световоды. Полученные осциллограммы сигналов демодуляции в каждом из 6-ти каналов вместе с их Фурье-спектрами представлены на рис.15. Как видно, в спектре каждого канала содержится только одна компонента на соответствующей частоте модуляции. Компоненты частот других каналов не превышают уровня -30 дБ, либо не детектируется, что служит экспериментальным подтверждением независимости работы каналов.

Рис.15. Осциллограммы сигналов демодуляции (а) и их Фурье-спектры (б) в 6-тиканальном

адаптивном интерферометре

Двухканальный вариант адаптивного интерферометра был апробирован в задаче детектирования ультразвуковых волн, распространяющихся по образцу, выполненному из полимера.

В §5.3 разрабатываются физические принципы построения многоканального адаптивного коррелятора на основе пространственного мультиплексирования самосогласованных динамических голограмм в ФРК кубической симметрии. В основу работы отдельного коррелятора положено явление самодифракции, проявляющее себя в пропускающей геометрии как эффект фаннинга - самоиндуцированное усиление рассеянных волн. Независимость работы каналов обеспечивается взаимной некогерентностью формирующих их световых пучков.

Выполнено экспериментальное исследование работы двухканальной адаптивной корреляционной измерительной системы, построенной с использованием

кристалла В112ТЮ2о- Показано, что при полном перекрытии световых полей в кристалле уровень сигнала демодуляции в отдельном канале уменьшается на 5 дБ. При этом перекрестные помехи не детектируются, оставаясь ниже уровня собственных шумов в канале (-22 дБ). Выполнена оценка предела мультиплексирования самосогласованных голограмм в одном кристалле. Показано, что в одном кристалле с размерами передней грани 1,5 х 5 мм2 может быт сформировано до 30 адаптивных каналов демодуляции.

Работа двухканальной адаптивной волоконно-оптической измерительной системы, построенной с использованием голографических корреляторов, мультиплексированных в ФРК, была апробирована в задаче мониторинга процесса трещино-образования в деформируемом твердом теле (рис.16). Два волоконно-оптических сенсора, помещались в исследуемый объект на стадии его изготовления. Механическая деформация объекта, вызванная оказываемым на него постоянно растущим давлением, приводила к появлению трещин, которые в свою очередь инициировали распространение по объекту звуковых импульсов. Достигнув волоконных световодов и воздействуя на них, акустические импульсы вызывали модуляцию фазы излучения, каналируемого по световодам, что детектировалось при помощи двух-канального адаптивного голографического коррелятора.

Нагрузка

а б

Рис.16. Двухканальная адаптивная волоконно-оптическая измерительная система (а) и положение волоконных световодов внутри тестируемого объекта - вид сверху (б)

Канал 2

CÜ

N1

S X 0,6

2

X

О, с 0,4

н

U, 2

ГО

U

О 0

Канал 1

250 300 350 400 I, с

Рис.17. Осциллограммы сигналов в двух каналах адаптивной волоконно-оптической измерительной системы, осуществляющей мониторинг образования трещин в твердом теле

Как видно из полученных осциллограмм (рис.17), оба канала работают независимо, а перекрестные сигналы отсутствуют. При этом адаптивные свойства го-лографического коррелятора, сформированного в ФРК, позволяют не только исключить воздействие на измерительную систему низкочастотных внешних факторов (как например, дрейф температуры), но и сделать её нечувствительной к медленным деформациям объекта, находящегося под действием постоянно растущей нагрузки, обеспечив тем самым детектирование только моментов появления трещин.

В заключении сформулированы основные результаты и выводы диссертации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Выполнено исследование процессов векторного взаимодействия когерентных световых пучков с разным типом поляризации на динамических диффузионных голограммах, формируемых в фоторефрактивных кристаллах кубической симметрии (групп 23 и 43т). Впервые показано, что в коллинеарной геометрии попутного или встречного взаимодействия волн в случае чисто диффузионной записи динамической голограммы линейный режим фазовой демодуляции может быть реализован за счёт использования эллиптически поляризованной и линейно поляризованной волн в условиях анизотропной дифракции.

2. Определены основные параметры адаптивных интерферометров. Даны теоретические основы определения относительного порога детектирования фазы в адаптивном интерферометре, как критерия его чувствительности.

3. Впервые разработаны и экспериментально и теоретически обоснованы принципы построения адаптивных корреляционных и интерферометрических измерительных систем на основе динамических отражательных голограмм, формируемых в фоторефрактивных кристаллах без приложения внешних электрических полей. Показано, что самосогласованная голограмма, формируемая в ФРК в результате интерференции исходного пучка с пучком, частично отраженным от выходной грани кристалла, обеспечивает адаптивную корреляционную фильтрацию пространственных изменений распределения интенсивности спекловой волны. Установлено, что адаптивный коррелятор, используемый в задаче обработки перестроения спеклового поля многомодового волоконного световода (с числовой апертурой .№4=0,21), вызванного его удлинением, обеспечивает чувствительность не хуже 1,4 дБ/мкм с динамическим диапазоном до 22 дБ.

4. Впервые показано, что использование отражательной геометрии формирования голограммы совместно с обеспечением линейного режима фазовой демо-

дуляции за счёт векторного взаимодействия волн на диффузионной голограмме позволяет реализовать адаптивный интерферометр, чувствительность которого приближается к максимально возможной чувствительности, достижимой лишь теоретически в классическом гомодинном неадаптивном интерферометре, свободном от оптических потерь. Экспериментальное значение относительного порога детектирования для кристалла CdTe составило 5,7, что соответствует абсолютному порогу детектирования 8,5*1(Г9 рад(Вт/Гц)1/2.

5. Впервые исследован процесс распространения в ФРК сильно сфокусированных световых пучков с гауссовым распределением интенсивности, формирующих динамическую голограмму. Получены аналитические выражения, позволяющие для выбранного кристалла, рабочей длины волны излучения и заданного параметра допустимого расширения пучков в кристалле, рассчитать фокусные расстояния линз, их расположение относительно кристалла, а также угол между световыми пучками, при которых световые пучки максимально сфокусированы в кристалле и при этом полностью перекрываются друг с другом по всей его длине, обеспечивая формирование в ФРК максимально эффективной динамической голограммы с минимальным временем записи при использовании оптического излучения малой мощности. Применение экспериментально реализованной оптимальной фокусирующей системы для кристалла В^ТЮго позволило без потери эффективности взаимодействия волн в 24 раза сократить время записи голограммы за счет 20-ти кратного увеличения плотности оптической мощности, при этом общая мощность, потребовавшаяся для записи голограммы, сократилась в 5 раз.

6. Впервые предложен и обоснован метод снижения поляризационного шума в адаптивном волоконно-оптическом интерферометре, который заключается в использовании в качестве чувствительных элементов многомодовых волоконных световодов с большим диаметром сердцевины. Показано, что увеличение на два порядка числа каналируемых по волоконному световоду мод за счет увеличения диаметра его сердцевины с 50 до 550 мкм позволяет повысить отношение сигнал/шум в адаптивном интерферометре в среднем на 25 дБ. Экспериментально достигнутый абсолютный практический порог детектирования составил 3,0 х 10~8рад^Вт/Гц, что позволяет в реальных (внелабораторных) условиях устойчиво детектировать в широкой полосе частот (до 10 МГц) изменения длины волоконного световода (вызванные, например, механической вибрацией) с амплитудой в диапазоне от 0,2 до 110 нм. На базе адаптивного волоконно-оптического интерферометра (№4=0,22) экспериментально реализована схема адаптивного микрофона с чувствительностью 4,3 рад/Па (на частоте 1 кГц), порогом детектирования звукового давления 0,79 мПа (32 дБ) и динамическим диапазоном не менее 55 дБ.

7. Разработаны физические принципы организации новых поляризационно-независимых схем адаптивных интерферометров. Впервые показано, что ортогональная геометрия двухволнового взаимодействия способна обеспечить линейную демодуляцию фазы деполяризованной волны, что позволяет устранить из схемы интерферометра поляризационные фильтры, значительно снизив тем самым оптические потери (до 3 дБ) и устранив наиболее сильный источник появления поляризационного шума. Найдена ассиметричная конфигурация ортогонального двухволнового взаимодействия в ФРК кубической симметрии, в которой только одна из взаимодействующих волн (опорная) испытывает дифракцию, в то время как другая (объектная) не дифрагирует, что позволяет дополнительно снизить потери и повысить чувствительность адаптивного интерферометра на основе ортогональной геометрии взаимодействия.

8. Впервые предложена и экспериментально и теоретически обоснована схема трёхволнового ортогонального ЗО-взаимодействия в ФРК кубической симметрии. Показано, что на базе трёхволнового взаимодействия может быть реализован полностью поляризационно-независимый адаптивный интерферометр, в котором объектная волна может иметь произвольное состояние поляризации, что позволяет свести к предельному минимуму поляризационные шумы в адаптивном интерферометре, понизить порог детектирования, увеличить динамический диапазон измерения, а также расширить область практического применения адаптивных интерферометров.

9. Впервые определены и теоретически и экспериментально обоснованы геометрии мультиплексирования отражательных и ортогональных динамических голограмм с использованием общего опорного пучка, в которых за счёт анизотропии векторного взаимодействия в кубическом ФРК исключено или сведено к минимуму формирование перекрестных голограмм и, как следствие, появление перекрестных помех. Показано, что для указанных типов голограмм наиболее оптимальной с точки зрения подавления перекрестного влияния является конфигурация, в которой объектные световые пучки направляются вдоль основной кристаллографической оси кристалла. Выработаны принципы мультиплексирования самосогласованных динамических голограмм за счёт взаимной некогерентности излучения. Оценка предела мультиплексирования, выполненная для каждого типа голограмм, свидетельствует о возможности формирования в одном кристалле свыше 300 отражательных и ортогональных и до 30 самосогласованных голограмм.

10. Впервые предложены и экспериментально исследованы схемы многоканальных сверхчувствительных адаптивных измерительных систем на основе мультиплексирования в ФРК самосогласованных, отражательных и ортогональных го-

лограмм. Созданы макеты двухканалыюго адаптивного коррелятора (динамический диапазон 22 дБ; перекрестные шумы не более -22 дБ) и шестиканального адаптивного измерительного интерферометра (чувствительность не хуже 9,0 х10~8радVВт/Гц на канал; динамический диапазон не менее 30 дБ; перекрестные шумы не более -30 дБ ), работа которых прошла экспериментальную апробацию в задачах мониторинга трещинообразования, а также распространения ультразвуковых волн в твёрдых телах.

ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

[1] Wagner J.W., Spicer J. Theoretical noise-limited sensitivity of classical interfer-ometry // J. Opt. Soc. Am. B. -1987. - Vol.4. -№.8.- P. 1316-1326.

[2] Петров М.П., Степанов С.И., Хоменко A.B. Фоторефрактивные кристаллы в когерентной оптике. - Санкт-Петербург: Наука, 1992. - 320 с.

[3] Solymar L., Webb D.J., Grunnet-Jepsen A. Physics and applications of photorefractive materials. - Oxford University Press, 1996. - 512 p.

[4] Ashkin A., Boyd G.D., Dziedzic J.M., Smith R.G., Ballman A.A., Levinstein J.J., Nassau K. Optically-induced refractive index inhomogeneities in LiNb03 and Li-Ta03 // Appl. Phys. Lett. -1966. -V.9. - №.1. - P.72-74.

[5] Stepanov S.I. Adaptive interferometry: a new area of applications of photorefractive crystals / International trends in optics, ed. J. W. Goodman. - New York, London: Academic Press, Inc, 1991. - Ch. 9.

[6] Delaye P., Blouin A., Drolet D., De Montmorillon L.-A., Roosen G., Monchalin J.-P. Detection of ultrasonic motion of a scattering surface using photorefractive InP:Fe under an applied dc field // J. Opt. Soc. Am. B. - 1997. - V.14. - №.7. -P. 1723-1734.

[7] Hall T.J., Fiddy M.A., Ner M.S. Detector for an optical-fiber acoustic sensor using dynamic holographic interferometry // Optics Letters. - 1980. - Vol.5. -№.ll.-P.485-487.

[8] Frejlich J., Kamshilin A.A., Kulikov V.V., Mokrushina E.V. Adaptive holographic interferometry using photorefractive crystals // Opt. Commun. - 1989. -V.70. - №.2. - P.82-86.

[9] Campagne В., Blouin A., Pujol L., Monchalin J.-P. Compact and fast response ultrasonic detection device based on two-wave mixing in a gallium arsenide photorefractive crystal // Rev. Sci. Instrum. - 2001. - V.72. - №.5. - P.2478-2482.

[10] Ing R.K., Monchalin J.-P. Broadband optical detection of ultrasound by two-wave mixing in a photorefractive crystal // Appl. Phys. Lett. - 1991. - V.59. - №.25. -P.3233-3235.

[11] Ferreira L. A., Santos J. L., Farahi F. Polarization-induced noise in a fiber-optic Michelson interferometer with Faraday rotator mirror elements // Appl. Opt. -1995. - Vol.34. - №.28. - P.6399-6402.

[12] Kersey A.D., Marrone M.J., Dandridge A. Observation of input-polarization-induced phase noise in interferometric fiber-optic sensors // Opt. Lett. - 1988. -Vol.13.-№.10.-P.847-849.

[13] Stepanov S.I., Petrov M.P. Efficient unstationary holographic recording in photorefractive crystals under an external alternating electric field // Opt. Commun. -1985. - V.53. -№.5. - P.292-295.

[14] Zhang Z., Ding Y., Eichler H.J., Fu P., Zhou G., Tang J., Shen D., Ma X., Chen J. Improvement of the two-beam coupling response time in photorefractive doubledoping KNb03 // Chin. Phys. Lett. - 1997. - Vol.14. -№.2. - P.103-105.

[15] Fomitchov P., Murray T.W., Krishnaswamy S. Intrisnic fiber-optic ultrasonic sensor array using multiplexed two-wave mixing interferometry // Appl. Opt. - 2002. - V.41. - №.7. - P. 1262-1266.

[16] Qiao Y., Zhou Y., Krishnaswamy S. Adaptive demodulation of dynamic signals from fiber Bragg gratings using two-wave mixing technology // Appl. Opt. -2006. - V.45. -№.21. - P.5132-5142.

[17] Bilaniuk N. Optical microphone transduction techniques // Applied Acoustics. -1997. - Vol.50. -№1. - P.35-63.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи в рецензируемых периодических изданиях1

[1] Romashko R.V., Di Girolamo S., Kulchin Y.N., Kamshilin A.A. Photorefractive vectorial wave mixing in different geometries // J. Opt. Soc. Am. B. - 2010. -V.27. - №.2. - P.311-317.

[2] Di Girolamo S., Romashko R.V., Kulchin Y.N., Kamshilin A.A. Orthogonal geometry of wave interaction in a photorefractive crystal for linear phase demodulation // Opt. Commun. - 2010. - V.283. - №. 1. - P. 128-131.

[3] Romashko R.V., Kulchin Y.N., Kamshilin A.A. Multi-channel adaptive interferometry system // J. Russ. Laser Research. - 2010. - V.31. - №. 1. - P.55-60.

1 Жирным шрифтом выделены издания, входящие в Перечень ВАК РФ

[4] Kamshilin A.A., Romashko R.V., Kulchin Y.N. Adaptive interferometry with photorefractive crystals // J. Appl. Phys.- 2009. - V.105. -№.3. -P.031101, 111.

[5] Di Girolamo S., Romashko R.V., Kulchin Y.N., Launay J.-C., Kamshilin A.A. Fiber sensors multiplexing using vectorial wave mixing in a photorefractive crystal // Opt. Express. - 2008. - V. 16. - №.22. - P. 18040-18049.

[6] Шандаров C.M., Буримов Н.И., Кульчин Ю.Н., Ромашко Р.В., Толстик А.Л., Шепелевич В.В. Динамические голограммы Денисюка в кубических фото-рефрактивных кристаллах // Квантовая электроника. - 2008. - Т.38. - №11. -С. 1059-1069.

[7] Di Girolamo S., Kamshilin A.A., Romashko R.V., Kulchin Y.N., Launay J.-C. Sensing of multimode-fiber strain by a dynamic photorefractive hologram // Opt. Lett. - 2007. - V.32. -№.13. - P.1821-1823.

[8] Romashko R.V., Kulchin Y.N., Kamshilin A.A. Optimal geometry for fast and efficient hologram recording in photorefractive crystal // Opt. Review. - 2007. -V. 14. - №.4. - P. 176-179.

[9] Di Girolamo S., Kamshilin A.A., Romashko R.V., Kulchin Y.N., Launay J.-C. Fast adaptive interferometer on dynamic reflection hologram in CdTe:V // Opt. Express. - 2007. - V.15. -№.2. - P.545-555.

[10] Shandarov S.M., Burimov N.I., Dubtsov M.A., Sibagatulina V.G., Baklanov D.S., Kulchin Y.N., Romashko R.V., Kargin Y.F., Egorysheva A.V., Volkov V.V. Polarization effects at two-beam interaction on reflection holographic gratings in sil-lenite crystals // Laser Physics. - 2007. - V.17. - №.4. - P.482-490.

[11] Ромашко P.B., Кульчин Ю.Н., Камшилин A.A. Адаптивный интерферометр на основе анизотропной дифракции на фоторефрактивной отражательной голограмме//Известия РАН: Сер. физ. - 2006. - Т.70. -№9.- С.1296-1300.

[12] Гусельникова A.B., Шандаров С.М., Плесовских A.M., Ромашко Р.В., Кульчин Ю.Н. Векторное четырехволновое взаимодействие света на отражательных решетках в кристаллах титаната висмута // Оптический журнал. -2006. - V.73. - №.11,- С.22-27.

[13] Ромашко Р.В., Шандаров С.М., Кульчин Ю.Н., Буримов Н.И., Лимарев Д.А., Каргин Ю.Ф., Волков В.В. Адаптивный спекл-интерферометр на основе фоторефрактивной отражательной голограммы // Известия РАН: Сер. физ. -2005. - Т.69. - №.8. - С. 1143-1145.

[14] Romashko R.V., Kulchin Y.N., Shandarov S.M., Kargin Y.F., Volkov V.V. Adaptive correlation filter based on dynamic reflection hologram formed in photorefractive Bii2TiO20 crystal // Opt. Review. - 2005. - V.12. - №.1. - P.58-60.

[15] Кульчин Ю.Н., Ромашко Р.В., Пискунов E.H., Камшилин A.A. Многоканальный корреляционный фильтр на основе фоторефрактивного кристалла для обработки изменяющихся спекловых полей // Письма в ЖТФ. - 2000. -Т.26. -№.12. - С.23-27.

[16] Romashko R.V., Bezruk M.N, Kulchin Y.N. Six-channel adaptive fiber-optic system based on orthogonal holograms multiplexed in a photorefractive crystal // Pacific Science Review. - 2010. - V. 12. - №. 1. - P. 12-15.

[17] Romashko R.V. Adaptive optical microphone on the base of photorefractive crystal // Pacific Science Review. - 2010. - V. 12. -№.1. - P. 16-17.

[18] Romashko R.V., Kulchin Y.N., Di Girolamo S., Kamshilin A.A., Launay J.-C. (invited) Adaptive fiber-optical sensor system for pico-strain and nano-displacement metrology // Key Engineering Materials. - 2008. - V.381-382. -P.61-64.

[19] Буримов Н.И., Шандаров C.M., Быков В.И., Колегов A.A., Ромашко Р.В., Кульчин Ю.Н., Каргин Ю.Ф., Волков В.В. Двухволновое взаимодействие на динамических отражательных голограммах в кубических фоторефрактив-ных кристаллах при фазовой модуляции сигнального пучка // Химия высоких энергий. - 2008. - Т.42. - №.4п. - С.38-40.

[20] Romashko R.V., Kulchin Y.N., Di Girolamo S„ Kamshilin A.A., Lee H.-Y. Multichannel adaptive interferometer based on multiplexed photorefractive holograms // Pacific Science Review. - 2008. - V.10. - №.2 - P.93-95.

[21] Di Girolamo S., Kamshilin A.A., Romashko R.V., Kulchin Y.N., Launay J.-C. Multiplexed sensor of dynamic strains using photorefractive wave mixing in the reflection geometry // Proc. SPIE. - 2008. - V.7004. - P.70044C, 1-5.

[22] Romashko R.V., Kulchin Y.N., Di Girolamo S., Kamshilin A.A., Launay J.-C. // Fast-adaptive fiber-optic sensor for ultra-small vibration and deformation measurement // J. Phys.: Conf. Ser. - 2007. - V.85. - P.0120241,1-8.

[23] Romashko R.V., Kulchin Yu.N., Di Giloramo S., Nippolainen E., Launay J.-C., Kamshilin A.A. Fast adaptive interferometer based on CdTe crystal and low power radiation // Proc. SPIE. - 2007. - V.6785. - P.678512,1-7.

[24] Romashko R.V., Kulchin Y.N., Shandarov S.M., Kamshilin A.A. Adaptive fiber-optical measuring systems // Pacific Science Review. - 2007. - V.9. - P.51 -55.

[25] Romashko R.V., Di Giloramo S., Nippolainen E., Launay J.-C., Kamshilin A.A. Adaptive fiber optic interferometer with CdTe crystal for vibrations measurement // Proc. SPIE. - V.6345. - P.634516,1-8.

[26] Ромашко P.B., Кульчин Ю.Н. Адаптивные волоконно-оптические измерительные системы II Вестник ДВО РАН. - 2006. -№.4. - С.94-99.

[27] Romashko R.V., Kulchin Y.N., Kamshilin A.A. Detecting small phase modulation using photorefractive reflection hologram // Proc. SPIE. - 2005. - V.6027. -P .602727,1-6.

[28] Romashko R.V., Kulchin Y.N., Kamshilin A.A. Linear phase demodulation via reflection photorefractive holograms // OSA Trends in Optics and Photonics Series. TOPS. - 2005. - V.99. - P.675-680.

[29] Kulchin Y.N., Romashko R.V., Shandarov S.M. Adaptive processing of fiberoptic interferometer's signals by dynamic holograms formed in BTO-crystals // Proc. SPIE. - 2005. - V.5851. - P.100-104.

[30] Romashko R.V., Kulchin Y.N., Shandarov S.M., Burimov N.I., Kargin Y.F., Vol-kov V.V. Using a self-diffraction of light waves for processing of dynamic speckle patterns // Pacific Science Review. - 2004. - V.6. - №. 1. - P.30-34.

[31] Romashko R.V., Shandarov S.M., Kulchin Y.N., Burimov N.I., Limarev D.V., Kamenev O.T., Mandel A.E., Kargin Y.F., Volkov V.V. Reflection photorefractive holograms in fiber-optical interferometer systems // Pacific Science Review.

- 2003. -V.5. - №. 1. - P.3 8-41.

[32] Kulchin Y.N., Romashko R.V., Kamenev O.T. Using photorefractive crystals for adaptive processing of signals of fiber-optical measuring systems II Proc. SPIE. -2003. - V.5129. - P. 168-175.

[33] Kulchin Y.N., Romashko R.V., Piskunov E.N., Kamenev O.T. Frequency response of adaptive correlation filter based on photorefractive crystal // Pacific Science Review. - 2002. - V.4. - №. 1. - P.67-71.

[34] Kulchin Y.N., Romashko R.V., Piskunov E.N. Multi-channel adaptive fiber-optical system for monitoring of fast processes in solid state // Proc. SPIE. - 2001.

- V.4513. - P.12-17.

[35] Kulchin Y.N, Vitrik O.B., Vitrik Y.I, Petrov Y.S, Romashko R.V., Piskunov E.N. Fiber-optical interferometric methods for investigation of deformations of building structure // Proc. SPIE. - 2001. - V.4416. - P.5 8-61.

[36] Kulchin Y.N, Romashko R.V, Vitrik O.B, Kamenev O.T., Piskunov E.N. Adaptive correlation filters in fiber-optical measuring systems // Proc. SPIE. - 2001. -V.4357. - P.130-140.

[37] Кульчин Ю.Н, Ромашко P.B, Каменев O.T. Измерение динамики градиентов физических полей в реальном времени с помощью адаптивной волоконно-оптической измерительной системы // Оптико-электронные информационно-энергетические технологии. - 2001. - Т.2. - С. 178-182.

[38] Kulchin Y.N., Romashko R.V., Kamenev O.T. Method of measuring physical field gradient by adaptive fiber optic system // Pacific Science Review. - 2001. — V.3. -№.1. -P.9-12.

[39] Кульчин Ю.Н., Ромашко P.B., Каменев O.T., Петров Ю.С., Ляхова Л.П., Никитин Н.В. Метод обработки динамических интерференционных полей на основе явления фоторефракции // Труды Дальневосточного государственного технического университета. - 1999. - Т. 122. - С. 109-111.

Монографии

[40] Кульчин Ю.Н., Витрик О.Б., Камшилин А.А., Ромашко Р.В. Адаптивные методы обработки спекл-модулированных оптических полей. - М.: Физматлит, 2009. - 288 с.

Патенты

[41] Ромашко Р.В., Кульчин Ю.Н., Шандаров С.М., Агеев Е.Ю., Буримов Н.И. Способ адаптивной обработки оптических сигналов // Патент РФ на изобретение. - №2279113. - Дата регистрации в Государственном реестре 27.06.2006. - Приоритет от 22.11.2004.

[42] Ромашко Р.В., Кульчин Ю.Н., Камшилин А.А. Энергонезависимое адаптивное устройство линейной демодуляции фазы // Патент РФ на полезную модель. - № 75760. - Дата регистрации в Государственном реестре 20.08.2008. - Приоритет от 07.04.2008.

[43] Ромашко Р.В., Кульчин Ю.Н., Камшилин А.А. Поляризационно независимое адаптивное устройство линейной демодуляции фазы // Патент РФ на полезную модель. - № 92731. - Дата регистрации в Государственном реестре 27.03.2010. - Приоритет от 26.10.2009.

РОМАШКО Роман Владимирович

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ СВЕРХВЫСОКОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ АДАПТИВНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ГОЛОГРАММ

Автореферат

Подписано к печати 18.02.2010 Формат 60x84/16_

Усл.п.л. 2,0 Тираж 100

Издано ИАПУ ДВО РАН, Владивосток, ул. Радио,5 Отпечатано участком оперативной печати ИАПУ ДВО РАН Владивосток, ул. Радио,5.

Уч.-изд.л. 1,7 Заказ 15

Введение.

1. Принципы построения и основные параметры адаптивных интерферометров на основе фоторефрактивных кристаллов.

1.1. Принцип и особенности работы адаптивного интерферометра

1.1.1. Формирование динамической голограммы в ФРК.

1.1.2. Скалярная модель двухволнового взаимодействия в ФРК.

1.1.3. Адаптивный интерферометр на основе двухволнового взаимодействия в ФРК.

1.1.4. Векторная модель двухволнового взаимодействия в ФРК кубической симметрии.

1.1.5. Адаптивный интерферометр на основе векторного взаимодействие волн в ФРК.

1.2. Параметры адаптивного интерферометра.

1.2.1. Чувствительность.

1.2.2. Частота отсечки.

1.2.3. Оптическая мощность.

1.2.4. Сравнительный анализ схем адаптивных интерферометров

1.3. Выводы по главе.

2. Адаптивные измерительные системы на основе отражательных динамических диффузионных голограмм.

2.1. Формирование отражательной голограммы в кубическом фоторефрактивном кристалле.

2.2. Адаптивный коррелятор на основе самосогласованной отражательной голограммы.

2.3. Адаптивный интерферометр на основе отражательной голограммы.

2.3.1. Отражательная геометрия векторного взаимодействия волн.

2.3.2. Оптимальные условия взаимодействия волн в отражательной геометрии.

2.3.3. Экспериментальное сравнение чувствительности адаптивного интерферометра на основе отражательной и пропускающей геометрий.

2.3.4. Частота отсечки адаптивного интерферометра на основе отражательной голограммы, сформированной в кристалле CdTe.

2.3.5. Поляризационный шум в адаптивном интерферометре

2.3.6. Адаптивный волоконно-оптический микрофон.

2.4. Выводы по главе.

3. Разработка принципов создания оптимальной фокусирующей системы для формирования максимально эффективной динамической голограммы.

3.1. Физико-математическая модель фокусирующей системы

3.1.1. Условие достижения минимального расширения светового пучка в кристалле.

3.1.2. Условие достижения минимального поперечного размера светового пучка.

3.1.3. Условие достижения полного перекрытия световых пучков в кристалле.

3.2. Экспериментальная реализация фокусирующей системы

3.3. Выводы по главе.

4. Адаптивный интерферометр на основе ортогонального взаимодействия волн в ФРК.

4.1. Ортогональная геометрия двухволнового взаимодействия в ФРК кубической симметрии.

4.2. Матрицы связи волн в ортогональной геометрии.

4.2.1. Нормаль к плоскости векторов (kx, k2, пк) совпадает с направлением [001].

4.2.2. Нормаль к плоскости векторов {kx ,k2,hK) совпадает с направлением [НО].

4.2.3. Нормаль к плоскости векторов {kx,k2,hK) совпадает с направлением [ill].

4.2.4. Оптимальные конфигурации ортогонального взаимодействия

4.3. Экспериментальное исследование работы адаптивного интерферометра на основе ортогональной геометрии.

4.4. Оптимальные параметры двухволнового взаимодействия в ортогональной геометрии.

4.4.1. Поляризационные параметры.

4.4.2. Материальные параметры кристалла.

4.5. Поляризационно-независимый адаптивный интерферометр на основе трёхволнового ортогонального 3D-взаимодействия в кубическом ФРК.

4.6. Выводы по главе.

5. Многоканальные адаптивные измерительные системы.

5.1. Многоканальный адаптивный интерферометр на основе отражательных диффузионных голограмм.

5.1.1. Мультиплексирование отражательных голограмм в ФРК кубической симметрии.

5.1.2. Перекрестные шумы.

5.1.3. Чувствительность многоканальной системы.

5.2. Многоканальный адаптивный интерферометр на основе ортогональных диффузионных голограмм.

5.3. Многоканальный адаптивный коррелятор на основе самосогласованных голограмм.

5.4. Выводы по главе.

Решение современных исследовательских и технических задач в наукоемких областях деятельности человека (энергетика, авиа-, судо- и машиностроение, приборостроение, космонавтика, медицина и др.) не об" ходится без постоянного измерения множества физических параметров (вибраций, смещений, скоростей, ускорений, деформаций, напряженно-стей силовых полей, температуры, давления и мн. др.), которые характеризуют состояние исследуемых, контролируемых или управляемых объектов (инженерных сооружений, технических конструкций, живых организмов и прочих природных и искусственных объектов). Это требует создания высокоэффективных измерительных систем (ИС).

Современный уровень развития электроники, вычислительной техники, систем связи и телекоммуникаций позволяет создавать эффективные электронные измерительные системы [1-5]. Однако при решении некоторых классов практических задач их применение оказывается затруднительным или даже невозможным в силу целого ряда причин. В первую очередь это связано со значительной подверженностью электронных датчиков влиянию внешних электромагнитных помех [6, 7]. Так, мониторинг физических полей в таких областях науки как гидроакустика, гидрометеорология, геология, океанология и др., связан с проблемой сбора информации об исследуемой физической величине с крупномасштабных участков [8-11]. Применение электронных ИС в таких случаях неминуемо приводит к использованию большого количества отдельных датчиков физических величин, соединенных с системой обработки соответствующим количеством протяженных кабелей и требующих, кроме того, в ряде случаев использования мощных источников питания [12, 13]. В итоге такая измерительная система становится в значительной степени подверженной влиянию аддитивных неконтролируемых электромагнитных помех, а также громоздкой и дорогой.

Не меньшие трудности возникают при исследовании малых объектов микро- и субмикрометровых размеров (МЕМБАЫЕМБ, молекулярные / атомарные структуры, и пр.), где применение электронных сенсоров также сопряжено с техническими трудностями, либо вовсе теряет смысл [1418].

Вероятность возникновения электрического разряда на контактах электронного датчика или в месте случайного разрыва соединительного кабеля не позволяет применять электронные ИС на пожарно- и взрывоопасных объектах (топливных или нефтеналивных емкостях, газо- и нефтепроводах и т.п.) [19, 20]. Подверженность электрических элементов коррозии делает затруднительным их применение в условиях повышенной влажности и температуры, а также при наличии контакта с агрессивными средами (например, в морской воде) [21, 22].

Напротив, использование оптических и волоконно-оптических измерительных систем в ряде случаев оказывается более перспективным. Так, неразрушающие методы лазерного контроля [23-25] позволяют бесконтактно и дистанционно осуществлять измерение вибраций, деформаций и других параметров, что приобретает особую актуальность, если исследуемый объект в силу ряда причин является труднодоступным (высокая температура, высокое напряжение, повышенная радиоактивность, движущиеся объекты, малоразмерные объекты и пр.). В случае, когда использование лазерных измерительных систем на основе прямого лучевого зондирования оказывается малоэффективным (например, если исследуемый объект обладает значительной протяженностью или его области недоступны для прямого лазерного луча), продуктивным становится подход, основанный на применении волоконно-оптических сенсоров, в которых зондирующее излучение направляется по волоконным световодам по сколь угодно сложной траектории на значительные расстояния, что позволяет обеспечить сбор информации о состоянии исследуемых объектов (или их частей), не находящихся в прямой видимости [23, 27]. Огромную значимость при этом имеет тот факт, что к настоящему времени разработано и используется большое количество волоконно-оптических датчиков широкого спектра физических величин (температуры, давления, вибраций, силовых полей, биосенсоров, химических сенсоров и мн. других) [28, 29].

Нечувствительность к электромагнитным помехам, способность волоконно-оптических элементов (ВОЭ) выдерживать высокие температуры и работать в агрессивных средах обусловили широкий интерес к применению этой технологии в индустриальной науке, особенно в тех ее областях, которые связаны с неблагоприятными или опасными условиями. Малый удельный вес и размеры, а также высокая технологичность ВОЭ играют важную роль при разработке миниатюрных измерительных устройств, наличие которых имеет большое значение, например, для создания современных летательных аппаратов, морских судов, роботов и пр. [30-34]. Возможность внедрения волоконно-оптических чувствительных элементов в композитные материалы, железобетонные конструкции и т.п. без ухудшения или существенного изменения их механических свойств открывает перспективы создания «чувствительных» материалов и «интеллектуальных» конструкций [35-37]. К тому же кварцевые волоконные световоды могут быть использованы вместо армирующих волокон в композитных материалах [38, 39], выполняя тем самым двойную функцию-обеспечения прочности материала одновременно с приданием ему «чувствительности» [40, 41]. Возможность мультиплексирования отдельных волоконно-оптических элементов позволяет создавать распределенные и квази-распределенные измерительные системы, способные осуществлять мониторинг параметров физических полей, имеющих большую пространственную протяженность [26, 42, 43]. Особое значение имеет факт полной совместимости волоконно-оптических датчиков и измерительных систем с хорошо развитыми на сегодняшний день волоконно-оптическими коммуникационными сетями. Их объединение позволит создать в будущем мощные системы удаленного управления современным производством, охраны гражданских и военных объектов и прочее.

Применение интерферометрических принципов в построении оптических измерительных систем [44] открывает перспективы детектирования сверхмалых физических величин. Еще в 1932 году Остерберг [45], заменив одно из зеркал в интерферометре Майкельсона посеребренной пьезокварцевой пластинкой, наблюдал изменение контрастности интерференционной картины при гармонических колебаниях пластинки, что позволило измерить амплитуду колебаний, не превышающую длину световой волны. Появление же источников высококогерентного излучения — лазеров — позволило существенно повысить как точность измерений, доведя ее до Ю-9 радиан (теоретически порог чувствительности интерферометра составляет 1,5х10~9 рад (Вт/Гц)1/2 [46, 47], что делает возможным детектирование, например, колебаний исследуемого объекта с амплитудой о менее 10"5 А в полосе частот 1 Гц и при использовании оптического излучения на длине волны 500 нм мощностью в 10 мВт), так и увеличить дальность измерения [44, 48], сделав возможным, в частности, создание интерферометрических детекторов гравитационных волн, длина измерительной базы которых превышает несколько километров [49, 50].

Однако, для того, чтобы достичь такой высокой чувствительности и реализовать весь измерительный потенциал интерферометра, необходимо решить две ключевые проблемы- 1) обеспечить точное согласование волновых фронтов опорного и объектного световых пучков; 2) реализовать и поддерживать квадратурные условия, при которых разность фаз между интерферирующими волнами равна п\ 2.

Первая проблема решается относительно просто, если обе волны — плоские или, например, сферические. Вместе с тем, в практических задачах объектная волна зачастую имеет сложный волновой фронт, который существенно отличается от фронта опорной волны. Это требование, в частности, делает затруднительным использование в интерферометрических ИС многомодовых волоконных световодов, волна на выходе которых имеет спекловый характер. То же относится и к волнам, полученным в результате диффузного рассеяния шероховатыми поверхностями. К настоящему времени созданы и развиты методы голографической и спекл-интерферометрии [44, 51], позволяющие использовать в качестве объектных волн световые пучки со сложным волновым фронтом. Так, в методах электронной спекл-интерферометрии (ЭСИ) [52, 53] на спекловую картину, полученную, например, при освещении исследуемого объекта, накладывается опорное оптическое поле, что обеспечивает возникновение т.н. корреляционной интерферограммы, расположение и ориентация полос которой дает информацию о профиле смещений поверхности исследуемого объекта. В методе сдвиговой электронной спекл-интерферометрии (СЭСИ) [54, 55], являющемся разновидностью метода ЭСИ, интерференция двух смещенных образов поверхности приводит к тому, что возникающие корреляционные полосы фактически прорисовывают пространственные изменения объекта. В методах ЭСИ интерферограмма обычно регистрируется с помощью ПЗС-камеры, типичная кадровая частота которой 25 Гц. Так как частота вибраций объекта в общем случае может оказаться много больше, в большинстве методик реализована процедура временного усреднения интерферограмм. В результате по уменьшению видимости (контраста) интерференционных полос, что является следствием вибрации, может быть определена амплитуды, однако информация о фазе колебаний теряется. Модифицированные методы ЭСИ, основанные на использовании двух и более освещающих пучков, в один из которых вводится дополнительная фазовая модуляция [56-58], позволили частично преодолеть эти трудности. Однако принципиальные проблемы, присущие измерительным системам на основе спекл-интерферометрии, остаются нерешенными. Так, контраст интерференционной картины и ее качество остаются в значительной степени зависящими от формы фронтов взаимодействующих волн и их поляризации. Кроме того, к недостаткам

ИС на основе ЭСИ следует отнести необходимость обработки большого количества информации (спектгинтерферограмм), что ограничивает применение данного метода для регистрации быстро протекающих процессов (например, высокочастотных колебаний), либо требует применения скоростных ПЗС-камер и быстродействующей вычислительной электроники. В довершение следует отметить, что методы спекл-интерферометрии отличает невысокая чувствительность, не позволяющая регистрировать даже субмикронные колебания (характерная амплитуда колебаний, доступная в ЭСИ-системах составляет ~10 мкм [57]).

Применение голографических принципов при построении интерферометров позволяет объединять волны с абсолютно разными и при этом сколь угодно сложными волновыми фронтами [44]. При этом информация в такой голографической ИС может быть получена как из изменений фазы, так и интенсивности объектной волны, рассеянной или прошедшей сквозь объект [59]. В первом случае ИС будет представлять собой голо-графический интерферометр, во втором — голографический коррелятор. Помимо возможности согласования разных волновых фронтов существенным достоинством голографического интерферометра по сравнению с его классическим аналогом является свойство полной дифференциальности записи изменений, возникающих в объектной волне. Это качество обусловлено тем, что в классическом случае интерферируют световые волны, существующие в один и тот же момент времени, но разделенные в пространстве, а в голографическом интерферирующие волны проходят по одному и тому же пути, но в разное время. Такая особенность голографического интерферометра позволяет регистрировать только те изменения волнового фронта световой волны, которые возникли за счет изменений объекта исследований. Искажения, вносимые при этом деталями схемы интерферометра или смотровыми окнами, не регистрируются на интер-ферограмме, поскольку они присутствуют в обеих интерферирующих волнах. Свойство дифференциальности голографического интерферометра позволяет существенно повысить точность измерений и значительно снизить требования, предъявляемые к качеству используемых оптических элементов и стабильности в ходе эксперимента.

Вместе с тем интерферометрические ИС в силу своей рекордно высокой чувствительности оказываются в значительной степени подверженными влиянию внешних факторов, как-то: флуктуации температуры, атмосферного давления, случайных механических воздействий и пр. Дрейф рабочей точки интерферометра, вызванный этими факторами, приводит к известной нестабильности его работы, которая проявляется в стохастическом изменении величины детектируемого сигнала, что делают затруднительным или даже невозможным применение интерферометрических ИС на практике, и сводит к нулю все их достоинства. В этом заключается вторая ключевая проблема, без решения которой невозможна реализация потенциально высокой чувствительности интерферометрических ИС, в том числе голографических (на основе статических голограмм). Для решения указанной проблемы необходимо обеспечить выполнение и при этом, что крайне важно, поддержание (стабилизацию) квадратурных условий, при которых разность фаз между интерферирующими лучами равна к 12, а рабочая точка интерферометра находится на интерференционной кривой в области наибольшей крутизны. К настоящему времени разработан целый ряд методик активной стабилизации положения рабочей точки интерферометра, в основу которых положены принципы детектирования гармонических искажений при модуляции длины оптического волокна или длины резонатора Фабри-Перо [60], внесения дополнительной модуляции и контроля фазы сигнальной [61] или опорной [62, 63] волны, осуществления оптической обратной связи по интенсивности [64, 65], осуществления оптической обратной связи по частоте генерации лазера [66-68], с использованием перестраиваемых дифракционных решеток [69], использования в схеме интерферометра нескольких длин волн [70], в том числе в измерительном тракте с последующим спектральным анализом выходного сигнала [71]. Однако, применение в интерферометре электронных систем стабилизации приводит к значительному усложнению измерительной системы, которое заключается в необходимости организации электронных цепей обратной связи, включения дополнительных лазерных источников, создания систем обработки сигналов, включая разработку математических алгоритмов и программного обеспечения, что в свою очередь влечет необходимость использования компьютеров или специализированных вычислительных блоков, внедрения в систему актуато-ров, обеспечивающих подстройку рабочей точки интерферометра и т.п. Все это приводит к непропорциональному росту габаритов и стоимости системы, снижению ее надежности, мобильности и автономности, делает затруднительным или даже невозможным построение многоканальных интерферометрических схем, так как в каждом канале необходимо реали-зовывать схему стабилизации.

Общий подход к комплексному решению рассмотренных выше двух ключевых проблем заключается в построении интерферометрической ИС на основе голограммы и создании условий, при которых последняя могла бы автоматически изменяться (перезаписываться) вслед за дрейфом рабочих условий, исключая тем самым их влияние на результаты измерений. По всей видимости, впервые применение такого подхода для компенсации дрейфа рабочей точки волоконно-оптического интерферометра было предложено Холлом (Hall) с соавторами в 1980 году [72]. В работе было отмечено, что в качестве таких материалов могут быть использованы фоторефрактивные среды.

Формирование голограммы происходит в фоторефрактивном кристалле (ФРК) непосредственно при попадании на него оптического излучения [73]. Дополнительная обработка (проявление, фиксация и т.п.) не требуется. Таким же образом, при помощи света голограмма может быть стерта. Свет вызывает внутри кристалла перераспределение зарядов, и в течение характерного времени (времени записи тк) устанавливается динамическое равновесие между распределениями интенсивности записывающего света и электрического заряда. Если параметры световых волн, формирующих голограмму, изменяются быстро, за времена меньше времени записи, то голограмма не успевает следовать за ними. К «быстрым» здесь следует отнести изменения, вызванные воздействием исследуемого объекта (или физической величины). Для таких изменений голограмма будет «заморожена» (аналог статической голограммы), что обеспечит преобразование на ней световых волн и получение информации об объекте.

В противном случае, если параметры световых волн меняются медленно (за время, превышающее время записи), что, как правило, характерно для большинства температурных влияний или, например, медленного накопления механических напряжений в исследуемом объекте, то в кристалле запишется новая голограмма, заменив старую. Как следствие, изменения параметров световых волн, а, следовательно, и отрицательное влияние внешних факторов на измерительную систему будут компенсированы изменениями, произошедшими в голограмме. В этом заключается общий принцип адаптивности измерительной системы на основе применения динамических голограмм (ДГ), формируемых в ФРК.

К настоящему времен разработан целый ряд схем адаптивных интерферометров (АИ) на основе динамических голограмм [59, 74-98]. При этом механизм формирования последних (диффузионный или дрейфовый) в значительной степени определяет принцип построения АИ, а также особенности его работы и метрологические характеристики [79]. Дрейфовая голограмма, формируемая в фоторефрактивном кристалле под действием сильного постоянного электрического поля, позволяет напрямую выполнить квадратурные условия благодаря записи несмещенной (локальной) или смещенной на полпериода решетки профиля показателя преломления по отношению к интерференционной картине [80]. Вследствие естественного выполнения квадратурных условий схема построения адаптивного интерферометра на основе дрейфовой голограммы оказывается очень простой. Для её реализации необходимо всего лишь «смешать» в ФРК два световых пучка с одинаковой поляризацией и измерять мощность любого из них на выходе из кристалла. Использование каких-либо дополнительных поляризационных элементов не требуется. Поэтому потери оптической мощности минимальны и сведены к неизбежным потерям при поглощении света в фоторефрактивном кристалле, что позволяет достичь очень высокой чувствительности интерферометра. Сильное внешнее электрическое поле обеспечивает эффективное взаимодействие волн в довольно тонком кристалле, что в свою очередь позволяет снизить потери оптической мощности на поглощение. Отмеченные достоинства делают двухволновое взаимодействие на дрейфовой голограмме одной из наиболее популярных конфигураций адаптивного интерферометра.

Вместе с тем использование внешнего постоянного электрического поля ведет к появлению целого ряда серьезных технических проблем. Так, основным недостатком дрейфовой записи является эффект экранирования внешнего электрического поля, который заключается в сильном ослаблении его напряженности в области взаимодействия световых пучков вследствие повышения фотопроводимости кристалла [80, 99, 100]. В результате взаимодействие оказывается очень сильно ослабленным. Эффекта экранирования можно избежать (или свести его к минимуму), если расширить световые пучки так, чтобы они перекрывали всю область между электродами. Другой способ заключается в использовании фоновой засветки кристалла дополнительным излучением [101]. Однако в первом случае неизбежно уменьшение интенсивности света внутри кристалла и, как следствие, понижение частоты отсечки, которая ей прямо пропорциональна. Во втором же случае уменьшается контраст интерференционной картины и, как следствие, эффективность взаимодействия волн. Более того, использование фоновой засветки, которая должна иметь гораздо более высокую интенсивность по сравнению с интенсивностью взаимодействующих пучков, значительно повышает энергозатраты измерительной системы.

Другая техническая проблема адаптивных интерферометров на основе дрейфовых голограмм — это перегрев кристалла, возникающий при протекании через него электрического тока, вызванного постоянным электрическим полем, прикладываемым к кристаллу [74, 93]. Данная проблема становится особенно ощутимой для быстрых фоторефрактивных кристаллов из-за их высокой фотопроводимости. Сильный нагрев кристалла в ряде случаев приводит даже к разрушению последнего. Для предотвращения перегрева кристалла электрическое поле прикладывают лишь в течение коротких интервалов времени (обычно порядка десятков миллисекунд), чередуя их периодами релаксации (обычно порядка десятков секунд) [81]. Как следствие, измерение может осуществляться лишь в импульсном режиме, что оказывается неприемлемым в ряде практических приложений. Более того, реализация такого режима требует использования специальной синхронизирующей электроники, что также усложняет измерительную систему в целом.

Несмотря на то, что голограммы, записываемые в присутствии внешнего электрического поля, демонстрируют, как правило, высокую дифракционную эффективность, которая в свою очередь позволяет достичь высокой чувствительности адаптивного интерферометра, во многих приложениях, тем не менее, оказывается более предпочтительным использование фоторефрактивных кристаллов без приложения к последним каких-либо электрических полей. Поэтому (а также в силу указанных выше недостатков дрейфовой записи) целым рядом исследователей были предприняты попытки реализации адаптивного интерферометра на основе диффузионных динамических голограмм. Последние, однако, в отличие от дрейфовых голограмм не поддерживают напрямую линейного преобразования фазы в интенсивность из-за нелокального отклика [80], что обуславливает необходимость использования дополнительных приёмов, позволяюгцих каким-либо образом линеаризовать процесс демодуляции фазы [79].

Сравнительно простое решение данной проблемы было предложено в одной из первых работ, посвященных адаптивным интерферометрам на основе взаимодействия волн в фоторефрактивном кристалле [72]. Суть метода заключается во введении посредством электрооптического модулятора в одну из интерферирующих волн дополнительного фазового сдвига, равного л/2. Четвертьволновое напряжение прямоугольной формы, подаваемое на модулятор, позволяет практически мгновенно сдвигать интерференционную картину на четверть её пространственного периода, что соответствует фазовому сдвигу в л/2. При этом, для того чтобы голограмма не успела перезаписаться и тем самым адаптироваться к вносимому фазовому сдвигу, частота прикладываемого напряжения должна быть выше, чем обратное время записи г^1. В то же время для того, чтобы исключить влияние переходных процессов, возникающих при переключении напряжения, его частота также должна быть выше, чем максимальная частота детектируемого сигнала. Тогда обыкновенный фильтр высоких частот, установленный после фотоприемника, позволит удалить из выходного сигнала присутствие внешней модуляции. Основным недостатком данного подхода является значительное снижение дифракционной эффективности голограммы вследствие ухудшения контраста интерференционной картины, вызванного её движением. Данного недостатка лишения системы, использующие фазовую модуляцию ступенчатой формы, однако получаемый в них сигнал демодуляции экспоненциально деградирует во времени [102]. Следует также отметить, что данный метод был описан в работе [72] лишь в качестве предложения без какой-либо практической реализации.

В работе [82] был предложен и описан модифицированный метод внешнего фазового сдвига. В этом методе в один из интерферирующих пучков также вводится гармоническая фазовая модуляция низкой частоты (ниже частоты детектируемого сигнала, но выше обратного времени записи голограммы) и относительно большой амплитуды (~1Д рад). Эта модуляция используется как для активной стабилизации интерферометра через отрицательную обратную связь [83], так и для линеаризации отклика кристалла на малые флуктуации фазы. При этом на фотоприемнике появляется сигнал на повышенной (удвоенной) частоте. Такая схема адаптивного интерферометра также характеризуется уменьшенной дифракционной эффективностью динамической голограммы из-за больших колебаний интерференционной картины и, как следствие, пониженной чувствительностью. Тем не менее, в работе была продемонстрирована возможность измерения высокочастотных колебаний поверхности объекта о с амплитудой 1 А в полосе частот 10 Гц с использованием кристалла Bii2Ti02o и He-Ne лазера (X = 632,8 нм). Отметим также ещё одну модификацию метода внешнего фазового сдвига, предложенную в работе [84]. Оптимизация основных параметров, а именно частоты внешней фазовой модуляции (5 кГц), амплитуды (1,86 рад) и отношение мощностей опорного и объектного пучков, а также правильный выбор усиления объектного пучка позволили достичь чувствительности, эквивалентной детектированию низкочастотных (5 Гц) смещений с амплитудой 180 фм в полосе частот 1 Гц.

Общим недостатком методов линеаризации, использующих внешний фазовый сдвиг, является необходимость применения дополнительных электронных устройств как для внесения внешней фазовой модуляции, так и для обработки выходного сигнала, что усложняет измерительную систему и увеличивает её шумы.

По-видимому, впервые линейная демодуляция фазы за счет взаимодействия волн на диффузионной фоторефрактивной голограмме, но без использования внешнего фазового сдвига была экспериментально продемонстрирована в 1986 г. [85]. Взаимодействие опорного и объектного пучков осуществлялось в фоторефрактивном кристалле ВигТЮго в геометрии, поддерживающей анизотропную дифракцию [87, 103], при которой состояние поляризации дифрагировавшей волны ортогонально по отношению к состоянию поляризации считывающей волны. При этом до введения в кристалл оба пучка были линейно поляризованы в одной плоскости. К сожалению, авторы статьи [85] не объяснили механизм, который приводит к выполнению квадратурных условий. Наиболее вероятным объяснением наблюдавшейся в работе линейной демодуляции может служить наличие внутренних механических напряжений внутри кристалла, которые приводят к преобразованию линейного состояния поляризации светового пучка в эллиптическое, что делает возможным, как будет показано в настоящей диссертации, выполнение квадратурного условия при определенной ориентации поляризатора [59, 79].

В работе [88] был предложен адаптивный интерферометр, который также использует анизотропную дифракцию на диффузионной голограмме. В основу работы интерферометра были положены векторная природа света и анизотропные свойства динамической голограммы, формируемой в фоторефрактивном кристалле кубической симметрии. Дополнительный фазовый сдвиг между взаимодействующими в кристалле волнами в этом случае может быть получен за счет установки перед ним или после него четвертьволновой фазовой пластинки. При этом для того, чтобы заставить ортогонально поляризованные волны интерферировать между собой, перед фотоприемником помещался поляризатор, ориентированный так, чтобы спроецировать ортогональные поляризации на общую ось. Похожая конфигурация адаптивного интерферометра на основе анизотропной дифракции была также реализована в работе [89] с использованием кристалла ОаАэ, принадлежащего к группе симметрии 43ттг. Отличие предложенной схемы заключалось лишь в том, что опорный световой пучок, прошедший сквозь кристалл, был использован для освещения объекта и получения объектного пучка. В результате было достигнуто двукратное увеличение частоты отсечки при той же мощности лазера за счет потери 24% в чувствительности интерферометра.

Другой подход, позволяющий добиться выполнения квадратурных условий при двухволновом взаимодействии на диффузионной голограмме, был предложен в работе [90]. Авторами был использован двулучепре-ломляющий фоторефрактивный кристалл ВаТЮз в геометрии изотропной дифракции, т.е. дифракции, при которой свет не изменяет своего поляризационного состояния. Изначально оба луча — объектный и опорный — были поляризованы линейно. При этом плоскость поляризации опорного луча была ориентирована вдоль оптической оси кристалла с, а объектного - под 45° к ней. В силу разности в значениях электрооптических коэффициентов г 13 и гзз для кристалла ВаТЮз (группа симметрии 4тт) только поляризационные компоненты, совпадающие с осью с, фактически формируют голограмму в данной конфигурации, и только они испытывают дифракцию на ней. Ортогональные же компоненты приобретают лишь дополнительный фазовый набег из-за разности показателей преломления для обыкновенного и необыкновенного лучей. Последующая установка фазового компенсатора совместно с поляризатором позволяет добиться необходимой разности фаз (±я72) между взаимодействующими волнами и обеспечить тем самым линейный режим фазовой демодуляции. Вместо поляризатора авторы использовали поляризационный куб, который делит световой пучок на две ортогонально поляризованные компоненты, что в данной схеме обеспечивает получение двух сигналов, модулированных в противофазе по интенсивности. Определение их разности с помощью дифференциального усилителя позволяло добиться удвоение результирующего сигнала. Схожая конфигурация адаптивного интерферометра была также предложена в работе [91]. Вместо кристалла ВаТЮз и аргонового лазера авторы использовали более быстрый фотопроводящий кристалл ОаАэ и более мощный Ыс1.'УАО лазер (Х= 1064 нм), что позволило им сократить время записи голограммы и повысить тем самым частоту отсечки.

Общий недостаток рассмотренных выше конфигураций на основе диффузионных голограмм заключается в типично невысокой эффективности взаимодействия волн, которая является следствием относительно слабого поля пространственного заряда, возникающего в фоторефрактив-ном кристалле в пропускающей геометрии в отсутствии внешнего электрического поля. Вместе с тем известно, что знакопеременное электрическое поле, приложенное к фотопроводящему кристаллу, обладающему высокой подвижностью фотоиндуцированных носителей зарядов, позволяет значительно увеличить поле пространственного заряда [92], причем при определенных условиях это увеличение может быть даже в несколько раз больше, чем при приложении постоянного электрического поля [93]. При этом переменное электрическое поле в отличие от постоянного не вызывает эффекта экранирования, а голограмма имеет такой же фазовый сдвиг относительно интерференционной картины, как и в случае чисто диффузионной записи (без внешнего электрического поля). Преимущество методики усиления диффузионной голограммы за счет переменного электрического поля заключается в отсутствии эффекта экранирования поля, что делает возможным уменьшить поперечный размер световых пучков, увеличив тем самым интенсивность и, как следствие, частоту отсечки, не увеличивая мощность лазера. В результате, более высокое быстродействие может быть достигнуто без перегрева кристалла. Основной же недостаток данного метода заключается в том, что напряжение, прикладываемое к кристаллу, должно иметь достаточно высокую частоту, которая должен быть больше обратного времени записи голограммы [92]. Так, например, для интерферометра с частотой отсечки в несколько кГц частота внешнего поля должна быть несколько десятков кГц [94]. Учитывая, что внешнее поле формируется высоковольтным напряжением, становится очевидным факт усложнения измерительной системы, который сохраняет актуальность поиска схем, не использующих никаких внешних электрических полей.

Все вышеперечисленное делает актуальной задачу поиска эффективных схем построения адаптивного интерферометра, которые бы позволили реализовать линейный режим фазовой демодуляции и обеспечить при этом высокую чувствительность интерферометра без приложения к ФР кристаллу каких-либо внешних электрических полей.

Кроме того, следует отметить, что во всех рассмотренных выше конфигурациях АИ в тракте одной или обеих волн используется один или два поляризатора (до и/или после кристалла), пропускание каждого из которых для циркулярно поляризованных или деполяризованных световых пучков не превышает 50%, что вносит значительные потери оптической мощности и приводит к соответствующему снижению чувствительности интерферометра. Кроме того, использование поляризационных фильтров может явиться источником появления дополнительного поляризационного шума, если состояние поляризации объектной волны нестабильно [95] или меняется под воздействием измеряемой величины [104, 105]. Таким образом, следующая задача, которая стоит на пути создания высокоэффективных ИС, заключается в разработке методов снижения поляризационного шума в АИ, а также поиске поляризационно-независимых схем адаптивных интерферометров, способных работать с использованием излучения, имеющего произвольное (в т.ч. нестабильное) состояние поляризации.

Другая не менее важная проблема заключается в обеспечении достаточно высокого «быстродействия» динамической голограммы, необходимого для эффективной компенсации результатов воздействия на ИС неконтролируемых шумовых внешних факторов. Известно, что время записи динамической голограммы в фоторефрактивном кристалле определяется помимо его материальных параметров интенсивностью светового излучения [106, 107], регулируя (повышая) в известной степени которую можно достичь нужной частоты отсечки. Повышение интенсивности может быть выполнено как за счет уменьшения поперечных размеров взаимодействующих пучков, так и за счет увеличения общей мощности излучения. Однако, в первом случае это приводит к нежелательному уменьшению эффективной длины взаимодействия пучков в кристалле и, как следствие, к снижению чувствительности АИ. Второй же подход ведет к непропорциональному росту как энергопотребления ИС, так и ее стоимости. Таким образом, несомненную актуальность представляет задача разработки эффективной и оптимальной системы формирования световых пучков, которая бы позволила обеспечить максимальную их фокусировку в толще кристалла при сохранении полного взаимного перекрытия, сделав возможной запись максимально эффективной динамической голограммы с минимальным временем отклика при использовании оптического излучения малой мощности.

Использование в оптических и волоконно-оптических интерферометрах динамических голограмм, формируемых в фоторефрактивных кристаллах, позволяет создавать адаптивные измерительные системы, способные в реальных (внелабораторных) условиях устойчиво регистрировать сверхмалые физические величины. Вместе с тем, при создании многомерных измерительных систем, состоящих из большого числа сенсоров (измерительных каналов) возникает необходимость в использовании соответствующего количества как фоторефрактивных кристаллов, так и опорных световых пучков, что влечет собой нежелательное усложнение измерительной системы. Одним из возможных решений данной проблемы является мультиплексирование набора динамических голограмм в одном фоторефрактивном кристалле. Запись нескольких голограмм в одном и том же объеме светочувствительного материала (мультиплексирование) широко применяется для уплотнения информации в системах голографи-ческой памяти [108-111], в т.ч. ассоциативной [112, 113], в системах корреляционной обработки образов и сцен [114, 115], в системах многоканальной оптической связи [116, 117] в многоканальных измерительных системах [118, 119] и пр. При этом отличительной особенностью формирования динамической голограммы является тот факт, что в большинстве случаев она появляется и существует в кристалле лишь в присутствии записывающих световых пучков. Таким образом, мультиплексирование множества динамических голограмм возможно лишь при их одновременной записи. Как следствие, помимо возможных перекрестных помех при опросе мультиплексированных голограмм появляется дополнительный источник перекрестного шума, связанный с возможным формированием перекрестных голограмм при парном взаимодействии двух произвольных сигнальных пучков.

Мультиплексирование динамических голограмм в фоторефрактив-ных кристаллах с целью создания многоканальных адаптивных измерительных систем было предпринято в работах [120, 121]. В первой из них разделение информационных каналов осуществлялось за счет создания условий, при которых перекрестные и основные голограммы оказываются по-разному ориентированы в кристалле, а внешнее электрическое поле, приложенное определенным образом к кристаллу, обеспечивает селективное усиление только основных голограмм. К недостаткам такой многоканальной системы (как и ряда одноканальных систем на основе дрейфовых голограмм, рассмотренных выше) следует отнести необходимость использования сильного внешнего электрического поля с вытекающими отсюда последствиями (эффект экранирования, перегрев кристалла и пр.). В основу системы, предложенной в работе [121], положен метод спектрального мультиплексирования динамических голограмм, в рамках которого голограммы записывались на разных, но близко расположенных длинах волн. Как следствие, каждая голограмма имеет уникальный пространственный период, что позволяет обеспечить выполнение условий брэгговского резонанса только для излучения с длиной волны соответствующего канала, делая его работу независимой от соседних каналов. Существенный недостаток данного подхода (помимо также используемой здесь дрейфовой записи голограмм) заключается в необходимости применения узкополосных спектральных фильтров для последующего разделения излучения разных каналов: флуктуации рабочей длины волны в канале отражаются на величине его выходного сигнала. Кроме того, количество реализуемых каналов в силу необходимости их спектрального разнесения оказывается ограниченным шириной спектральной чувствительности кристалла и шириной спектра источника излучения.

Таким образом, задача разработки новых эффективных методов мультиплексирования диффузионных динамических голограмм в фото-рефрактивных кристаллах без использования внешних электрических полей и спектральных элементов и построения на их основе многоканальных адаптивных измерительных систем также сохраняет свою актуальность.

В связи с вышеизложенным целью настоящей диссертационной работы явилось исследование процессов векторного взаимодействия двух и более когерентных световых волн в фоторефрактивных кристаллах кубической симметрии, поиск принципиально новых схем построения адаптивных интерферометров на основе диффузионных динамических голограмм, разработка и изучение физических принципов организации сверхвысокочувствительных помехоустойчивых многоканальных измерительных систем на их основе.

Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:

1. Исследование процессов векторного взаимодействия когерентных световых волн с разным типом поляризации на динамических диффузионных голограммах, формируемых в фоторефрактивных кристаллах кубической симметрии (групп 23 и 43т.) в условиях изотропной и анизотропной дифракции.

2. Разработка принципов построения адаптивных корреляционных и интерферометрических измерительных систем на основе динамических голограмм, формируемых в фоторефрактивных кристаллах без приложения внешних электрических полей.

3. Поиск оптимальных значений параметров кристалла (ориентация, концентрация ФР центров, коэффициент поглощения, размеры) и взаимодействующих волн (соотношение интенсивностей, состояние поляризации), позволяющих обеспечить наибольшую чувствительность адаптивного интерферометра на основе отражательной динамической диффузионной голограммы.

4. Исследование процессов распространения в ФРК сильно сфокусированных световых пучков для оптимизации формирования в кристалле максимально эффективной динамической голограммы с минимальным временем записи при использовании оптического излучения малой мощности.

5. Разработка методов снижения поляризационных шумов в адаптивном волоконно-оптическом интерферометре.

6. Разработка принципов организации поляризационно-независимых схем адаптивных интерферометров, способных работать с использованием (в качестве объектной волны) излучения с произвольным, в т.ч. нестабильным состоянием поляризации, а также деполяризованного излучения.

7. Исследование процессов многоволнового взаимодействия в фото-рефрактивном кристалле кубической симметрии, сопровождающих мультиплексную запись диффузионных динамических голограмм, с целью определения схем взаимодействия, которые исключают появление перекрестных помех при считывании мультиплексируемых голограмм.

8. Разработка принципов организации многоканальных сверхчувствительных адаптивных измерительных систем, свободных от перекрестных шумов, на основе мультиплексирования в фоторефрактивном кристалле самосогласованных, отражательных и ортогональных голограмм.

На защиту выносятся следующие результаты, впервые полученные в настоящей работе.

1. Результаты исследования процессов векторного взаимодействия когерентных световых волн с разным типом поляризации на отражательных, в том числе самосогласованных, диффузионных динамических голограммах, формируемых в фоторефрактивных кристаллах кубической симметрии и разработанные на их основе новые принципы организации адаптивных сверхчувствительных интерферометров и адаптивной корреляционной фильтрации для обработки интерференционных сигналов, реализуемые без приложения внешнего электрического поля к кристаллам.

2. Физико-математическая модель схемы оптимальной фокусировки когерентных световых волн, формирующих в фоторефрактивном кристалле отражательную динамическую голограмму, позволяющая для конкретного кристалла, рабочей длины волны и доступной мощности лазерного излучения, а также заданного предела допустимого расхождения световых пучков в кристалле обеспечить максимальную плотность мощности интерферирующих световых пучков и полное их перекрытие на всей длине кристалла, создав тем самым необходимые условия для записи динамической голограммы с максимальной дифракционной эффективностью и минимальным временным откликом.

3. Новый принцип организации адаптивных интерферометров, основанный на ортогональном взаимодействии когерентных световых волн в фоторефрактивном кристалле, открывающий возможность использования в измерительном плече полностью деполяризованных объектных волн, в том числе прошедших через многомодовые волоконные световоды. Впервые предложена и обоснована ассиметричная схема ортогонального взаимодействия световых волн в фоторефрактивном кристалле интерферометра, в которой опорная волна претерпевает чисто анизотропную дифракцию на динамической голограмме, тогда как объектная волна не испытывает дифракции, что позволяет существенно повысить чувствительность и уменьшить поляризационный шум адаптивного интерферометра.

4. Принцип создания поляриз ационно - нез ависимого адаптивного интерферометра на основе впервые предложенного трехволнового ортогонального ЗБ-взаимодействия когерентных световых волн в фоторефрак-тивном кристалле, позволяющий использовать в плече объектной (сигнальной) волны излучение с произвольным типом поляризации и нестабильными поляризационными параметрами.

5. Схемы записи использующих общую опорную волну мультиплексированных отражательных и ортогональных диффузионных динамических голограмм в кубическом фоторефрактивном кристалле среза (100), исключающие возникновение перекрестного шума в измерительных каналах, вследствие создания условия запрета взаимодействия объектных волн между собой.

6. Принципы организации защищенных от воздействия перекрестных шумов сверхчувствительных многоканальных адаптивных волоконно-оптических интерферометрических измерительных систем, основанных на мультиплексировании самосогласованных, отражательных и ортогональных голограмм, записываемых в фоторефрактивном кристалле.

Научная и практическая значимость диссертации заключается в том, что представленные в работе исследования закладывают фундамент для создания сверхвысокочувствительных адаптивных измерительных систем, предназначенных для детектирования сверхмалых физических величин (вибраций, колебаний, деформаций, перемещений нано- и субна-нометрового диапазона, динамических напряжений, параметров сверхслабых динамических силовых полей и так далее) в условиях неконтролируемого влияния внешних шумовых факторов (дрейф температуры, промышленные или технические вибрации и пр.)

Решения, найденные в результате выполненных исследований, позволяют

- предельно упростить схему адаптивного интерферометра за счет устранения необходимости приложения к фоторефрактивному кристаллу внешнего электрического поля!

- повысить чувствительность АИ за счет записи динамических голограмм на высоких пространственных частотах, реализуемых в отражательной геометрии»'

- снизить поляризационные шумы за счет использования ортогональной геометрии двухволнового взаимодействия, которая позволяет устранить из схемы АИ поляризационные фильтры!

- обеспечить полную поляризационную независимость АИ, что открывает перспективы использования в качестве объектного светового пучка излучения с произвольным типом поляризации!

- многократно снизить мощность источника излучения в АИ (понизив тем самым уровень энергопотребления и повысив автономность ИС) без потери чувствительности и быстродействия за счет оптимальной фокусировки световых пучков в ФРК;

- обеспечить эффективное применение методов адаптивной интерферометрии при создании многомерных/многоканальных оптических и волоконно-оптических измерительных систем, расширив области практического применения последних.

Созданы макеты адаптивных волоконно-оптических интерферомет-рических сенсоров на основе динамических голограмм, формируемых в кристаллах ВцгТЮго и СсГГе'У, способных обеспечить широкополосное де-тектрфование (в полосе 100 кГц) малых динамических воздействий, эквивалентных акустическим колебаниям диффузно-рассеивающих объектов с амплитудой ~ 20 пм при мощности сигнального пучка в 1 мВт.

Результаты, полученные в диссертационной работе, могут найти применение'

- в системах контроля микро- и нано-электромеханических систем (MEMS / NEMS), а также элементов обычных систем с субнанометровым разрешением;

- в системах неразрушающего исследования и тестирования элементов конструкций и материалов, в т.ч. в системах диагностики на основе лазерного ультразвука (обнаружение дефектов, измерение толщин, и пр.);

- в ждущих детекторах сверхслабых динамических физических величин, характеризующихся кратким проявлением на длительных временных интервалах;

- в детекторах сверхслабых полей, в том числе акустических, гидроакустических, электрических, магнитных, гравитационных, а также в сейсморазведке;

- в биологических и биомедицинских исследованиях (детектирование вирусов, бактерий, молекул ДНК, других сверхмалых частиц с массой до нескольких аттограмм);

- при исследовании квантово-механических флуктуаций вакуума, светового давления и др. слабых эффектов.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на IV Всероссийском семинаре «Люминесценция и сопутствующие явления» (Иркутск, 1998 г.), XXXXII Всероссийской научно-технической конференции «Фундаментальные и прикладные вопросы физики и математики» (Владивосток, 1999 г.), Байкальской научной молодежной школе по фундаментальной физике БШФФ-99 (Иркутск, 1999 г.), 3-м Международном студенческом конгрессе стран Азиатско-Тихоокеанского региона (Владивосток, 1999 г.), Международной конференции по фотонике "Photonics ODS'2000" (Украина, Винница,^ 2000 г.), Азиатско-тихоокеанских конференциях по фундаментальным проблемам опто" и микроэлектроники АРСОМ (Владивосток, 2000, 2002, 2003, 2005, 2007, 2009 г.г.; Хабаровск, 2004 г.; Япония, Токио, 2008 г.), 13*ой Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях ММТТ-2000» (Санкт-Петербург, 2000 г.), Международной конференции по оптическим методам в сенсорике и нанотехнологии ICOSN'2001 (Япония, Йокогама, 2001 г.), Региональных научных конференциях по физике полупроводниковых, диэлектрических и магнитных материалов ППДМ-2000 и ППДМ-01 (Владивосток, 2000, 2001 г.г.), Международном семинаре по опто- и микроэлектронике и преобразованию световых пучков IWBT (Владивосток, 2001 г.), VII Международной конференции Optics within Life Sciences OWLS'02, (Швейцария, Люцерн, 2002 г.), Международных научно-практических конференциях "Электронные средства и системы управления" (Томск, 2003, 2004 г.г.), IV Школе-семинаре «Современные проблемы физики, технологии и инноваций СФТИ-2003» (Томск, 2003 г.), Международной конференции «Фундаментальные проблемы оптики - 04» (Санкт-Петербург, 2004 г.), Международных конференциях по разработке систем оптики и фотоники ODF'04, ODF'06, ODF'08 (Япония, Токио, 2004 г., Япония, Нара, 2006 г.; Тайвань, Тайпэй, 2008 г.), XII и XIII Научных школах "Нелинейные волны" (Нижний Новгород, 2004, 2006 г.г.), Международных конференциях по фото-рефрактивным эффектам, материалам и устройствам PR-05, PR-09 (Китай, Санья, 2005 г.; Германия, Бад Хоннеф, 2009 г.), Европейских конгрессах по лазерам, электрооптике и квантовой электронике "CLEO/Europe-EQEC" (Германия, Мюнхен, 2005, 2007, 2009 г.г.), Международных симпозиумах по фотонике и лазерам PALS'05, PALS'09 (Финляндия, Кайани, 2005 г.; Финляндия, Тампере, 2009 г.), 4-ой Международной конференции молодых ученых и специалистов «0птика-2005» (Санкт-Петербург, 2005 г.), Международном конгрессе по оптике ICO-20 (Китай, Чанчунь, 2005 г.), 8-ом Международном симпозиуме по современным технологиям фотоники СРТ-2005 (Япония, Токио, 2005 г.), 7-ой Международной конференции по лазерным методам измерения вибраций (Италия, Анкона, 2006 г.), Международной конференции по мощным лазерным пучкам (Нижний Новгород, 2006 г.), Научных сессиях МИФИ

Москва, 2006, 2007, 2008, 2010 г.г.), Международной конференции "Northern Optics 2006" (Норвегия, Берген, 2006 г.), 8'й Международной конференции по микро и нанофотонике ROMOPTO-2006 (Румыния, Си-биу, 2006 г.), 5-ой Тематической конференции по оптоэлектронным системам измерения расстояний и перемещений ODIMAP V (Испания, Мадрид, 2006 г.), Международных конференциях по волоконно-оптическим датчикам OFS-18, OFS-19 (Мексика, Канкун, 2006 г.; Австралия, Перт,

2008 г.), Всероссийском семинаре «Нанофотоника» (Черноголовка, 2007 г.), 3-й Международной конференции по оптической и лазерной диагностике ICOLAD-2007 (Великобритания, Лондон, 2007 г.), Всероссийском семинаре «Юрий Николаевич Денисюк - основоположник отечественной голографии» (Санкт-Петербург, 2007 г.), Международных симпозиумах по измерительным технологиям и интеллектуальным приборам ISMTII'2007, ISMTII'2009 (Япония, Сендай, 2007 г.; Санкт-Петербург,

2009 г.), Международных конференциях "Optics Days" (Финляндия, Лап-пеенранта, 2007 г.; Финляндия, Куопио, 2008 г.), 16-ом Международном симпозиуме "Наноструктуры: физика и технология" (Владивосток, 2008 г.), 15-ой Международной конференции по оптоэлектронике и оптической связи (Южная Корея, Пусан, 2008 г.), 2-ой Тематической конференции по оптической сенсорике и системам технического зрения OSAV08 (Санкт-Петербург, 2008 г.), а также на научных семинарах в ИАПУ ДВО РАН, Тихоокеанском океанологическом институте ДВО РАН (Владивосток), Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники (Томск), Университете г. Куопио (Финляндия, Куопио), Корейском институте электронных технологий (KETI, Южная Корея, Сёнгнам), Электромеханическом институте Самсунг (SEM, Южная Корея, Суон).

Работа проводилась при поддержке ряда Российских и международных фондов и организаций: РФФИ, Министерства науки и образования РФ, ДВО РАН, ОФН РАН, Совета при Президенте РФ по поддержке молодых ученых, ШТАБ, Академии Финляндии, Федерации научных обществ Южной Кореи.

Результаты исследований, представленные в диссертационной работе были отмечены:

- Премией имени профессора В.П.Вологдина за разработку адаптивных распределенных оптоэлектронных измерительных систем (Владивосток, ДВГТУ, 1999 г.)

- Дипломом за лучший доклад на IV Международной конференции молодых ученых и специалистов «0птика-2005» (Санкт-Петербург, 2005 г.)

- Дипломом за лучший доклад на Международном симпозиуме по измерительным технологиям и интеллектуальным приборам 13МТ1Г2007 (Япония, Сендай, 2007 г.)

- Первой премией в номинации «Нанотехнологии» за проект «Сверхчувствительный адаптивный интерферометр для нано-метрологии», представленный на 1-ой Приморской Венчурной Ярмарке (Владивосток, 2009 г.)

Копии дипломов приведены в Приложениях 1-4.

Внедрение результатов. Результаты работы используются в КБ ОАО «Дальприбор» (г.Владивосток) при проектировании и создании адаптивных волоконно-оптических гидроакустических приёмников.

Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс подготовки специалистов квантовой и оптической электроники в Дальневосточном государственном техническом университете (г.Владивосток), Морском государственном университете им. Г.И.Невельского (г.Владивосток) и Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники.

Акты внедрения и справки об использовании приведены в Приложениях 5-8.

Публикации. По теме диссертации опубликована 100 печатных работ [59, 79, 122-219], в том числе 39 статей в отечественных и зарубежных изданиях (15 из которых входят в Перечень ВАК РФ), 1 монография, получено 3 патента РФ.

Личный вклад автора. Содержание диссертации отражает персональный вклад автора в опубликованные работы. На начальном этапе диссертационной работы постановка задачи осуществлялась совместно с доктором физико-математических наук, членом-корреспондентом РАН, профессором Ю.Н.Кульчиным. Ряд работ выполнен в соавторстве с сотрудниками Томского университета систем управления и радиоэлектроники (группа д.ф.-м.н., профессора С.М.Шандарова) и Института автоматики и процессов управления ДВО РАН, а также в творческом сотрудничестве с коллективами ряда зарубежных организаций: Университета г.Куопио (Финляндия; группа професоора А.А.Камшилина) и Института химии твердого тела при Французском национальном центре научных исследований CNRS (Франция, г. Бордо,* группа Dr. J.-C.Launay, предоставившая образцы кристаллов). В ходе работы над диссертацией автором выполнены все теоретические расчеты; все экспериментальные исследования проведены им лично или под его руководством. В коллективной монографии [59] лично автором написаны главы 5, 6 и 8.

Автором диссертации выполнен комплекс экспериментальных исследований, позволивший подтвердить гипотезу о возможности линейной демодуляции фазы на диффузионной отражательной голограмме при векторном взаимодействии волн с разным типом поляризации, а также найти оптимальный набор параметров взаимодействующих волн и кристалла, позволивший значительно повысить чувствительность адаптивного интерферометра на основе динамической фоторефрактивной отражательной голограммы.

Автор явился инициатором и основным исполнителем исследования распространения сильно сфокусированных световых пучков, результаты которого позволили существенно снизить мощность лазерного излучения, требуемого для формирования в кристалле эффективной голограммы, обладающей вместе с тем быстрым откликом. Экспериментальная часть исследования выполнена под руководством автора.

По инициативе и при непосредственном участии автора выполнены экспериментальные исследования поляризационных шумов в адаптивном интерферометре на основе отражательной динамической голограммы и многомодового волоконного световода, результатом которых стал метод, позволивший повысить отношение сигнал/шум и значительно приблизить экспериментальный порог детектирования к теоретическому пределу.

Автором предложена схема мультиплексирования динамических отражательных голограмм в фоторефрактивном кристалле кубической симметрии, практически исключающая возможность возникновения перекрестных шумов. Выполненные им экспериментальные исследования подтвердили возможность формирования многоканальной адаптивной системы фазовой демодуляции, отличающейся высоким отношением сигнал/шум на канал.

Автором дано теоретическое объяснение возможности линейной демодуляции фазы деполяризованной спекловой волны в адаптивном интерферометре на основе ортогональной геометрии взаимодействия пучков, экспериментально обнаруженной членами научной группы Университета г. Куопио (Финляндия), совместно с которой проводились дальнейшие экспериментальные исследования.

Автором предложена и исследована схема трёхволнового ортогонального взаимодействия, позволившая реализовать полностью поляризаци-онно-независимый адаптивный интерферометр.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы из 283 наименований, включая работы автора. Работа содержит 102 рисунка, 11 таблиц; полный объем работы, включая приложения, 309 страниц.

Основные результаты настоящей работы подробно отражены в заключениях к главам, а наиболее существенные из них сводятся к следующему:

1. Выполнено исследование процессов векторного взаимодействия когерентных световых пучков с разным типом поляризации на динамических диффузионных голограммах, формируемых в фоторефрактивных кристаллах кубической симметрии (групп 23 и 43т). Впервые показано, что в коллинеарной геометрии попутного или встречного взаимодействия волн в случае чисто диффузионной записи динамической голограммы линейный режим фазовой демодуляции может быть реализован за счет использования эллиптически поляризованной и линейно поляризованной волн в условиях анизотропной дифракции.

2. Определены основные параметры адаптивных интерферометров. Даны теоретические основы расчета относительного порога детектирования фазы в адаптивном интерферометре, как критерия его чувствительности.

3. Впервые разработаны и экспериментально и теоретически обоснованы принципы построения адаптивных корреляционных и интерфе-рометрических измерительных систем на основе динамических отражательных голограмм, формируемых в фоторефрактивных кристаллах без

Заключение:

Комиссия предлагает внедрить адаптивный интерферометр в ходе выполнения НИОКР.

25» января 2010 г г. Владивосток

Настоящий акт составлен комиссией в составе:

1. Председатель Главный конструктор Ламека А.П. Члены комиссии:

2. Старший научный сотрудник Алюшин Д.А.

3. Ведущий инженер-конструктор Яцуткин В.Г.

Председатель комиссии:

1. Левшина Е.С., Новицкая П.В. Электрические измерения физических величин. — JI."- Энергоатомиздат, 1983. 320 с.

2. Ristic L. Sensor technology and devices. Chapter one. — Boston: Artech House, 1994. 520 p.

3. Bentley J.P. Principles of measurement systems. — Essex: Pearson Education Ltd., 2005. 528 p.

4. Виноградов Ю.Д., Машинистов B.M., Розентул C.A. Электронные измерительные системы для контроля малых перемещений. — М.: Машиностроение, 1976. 142.

5. Van Putten A.F.P. Electronic measurement systems: theory and practice. — New York: Taylor and Francis Group, 1996. 446 p.

6. Bogue R. Environmental sensing: strategies, technologies and applications // Sensor Review. 2008. - V.28. - №.4. - P.275-282.

7. Романченко JI.A. Улучшение характеристик датчиков измерения слабых магнитных полей для систем управления / Автореф. канд. дисс. Саратов: СГУ, 2007. - 17 с.

8. Айме К.А. Мониторинг зданий и котлованов // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2005. - №10. - С.46-50.

9. Егоров Ф.А., Неугодников А.П., Поспелов В.И. Контроль и диагностика параметров строительных сооружений с помощью волоконно-оптических систем монитоинга // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2006. - №.6.

10. Кульчин Ю.Н. Адаптивные распределенные оптоэлектронные информационно-измерительные системы // УФН. 2003. - Т. 173. - №8. - С.894-899.

11. Park G., Farrar C.R., Todd M.D., Hodgkiss W., Rosing T. Energy harvesting for structural health monitoring sensor networks. Los-Alamos: Los-Alamos National Laboratory, 2007. - 88 p.

12. Aih. Ж. Датчики измерительных систем: Кн.1. / Пер. с франц. -М.: Мир, 1992.-480 с.

13. Maithripala D.H.S., Berg J.M., Dayawansa W.P. Control of an electrostatic microelectromechanical system using static and dynamic output feedback // J. Dyn. Sys. Meas. Control. 2005. - V.127. - №.3. - P.443, 1-8.

14. Molinero D., Castaer L. Transient discharge current measurements to study dielectric charging in MEMS // Proc. of IEEE Spanish Conference on Electron Devices. 2009. - P.285-288.

15. Strong F.W., Skinner J.L., Tien N.C. Electrical discharge across micrometer-scale gaps for planar MEMS structures in air at atmospheric pressure // J. Micromech. Microeng. 2008. - V.18. - P.075025, 1-11.

16. Ilic В., Krylov S., Aubin K., Reichenbach R., Craighead H.G. Optical excitation of nanoelectromechanical oscillators // Appl. Phys. Lett. 2005. - V.86. -P.193114, 1-3.

17. Sato M., Hubbard B.E., English L.Q., Sievers A.J., Ilic В., Czaplewski D.A., Craighead H.G. Study of intrinsic localized vibrational modes in microme-chanical oscillator arrays // Chaos. 2003. - V.13. - N.2. - P.702-715.

18. Удартин A.B. Повышение уровня пожарной безопасности на объектах нефтегазового комплекса с применением разработанного датчика метана / Автореф. канд. дисс. Вологда.-' ВоГТУ, 2005. — 24 с.

19. Неплохов И.Г. Пожарная защита специальных объектов // Грани безопасности. 2003. - №5. - С. 1-16.

20. Nakamura Т., Hirosea С., Hirosea R., Hirookaa S., Sasakia H. Observation of electric fields in the shallow sea using the stainless steel electrode antenna system // Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C. 2006. -V.31. - №.4-9. - P.352-355.

21. Rajasekharan Nair K.V., Suresh G. An underwater electric field sensor for non-acoustic detection // Proc. of International Conference on Sonar Sensors and Systems ICONS'2002, Cohin, India. - 2002. - V.2. - P.755-762.

22. Maddux G.E. Using a scanning laser vibrometer to investigate vibrating wire dynamics // Proc. of SPIE. 1992. -У.1756. - P.134-54.

23. Ngoi B.K.A., Venkatakrishnan K., Tan B. Laser scanning vibrometry for micro-components // Opt. Commun. 2000. - V.173. - P.291-301.

24. Castellini P., Montanini R. Automotive components vibration measurements by tracking laser Doppler vibrometry: advances in signal processing // Meas. Sci. Technol. 2002. - V.13. - P. 1266-1279.

25. Кульчин Ю.Н. Распределенные волоконно-оптические измерительные системы. — М.: Физматлит, 2001. 242 с.

26. Grattan K.T.V., Meggitt В.Т. Optical fiber sensor technology: applications and systems. — Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, V. 3, 1999. 336 p.

27. Окоси Т., Окамото К., Оцу М., Нисихара X., Кюма К., Хататэ К. Волоконно-оптические датчики. — JI.: Энергоатомиздат, 1990. — 256 с.

28. Бусурин В.И., Носов Ю.Р. Волоконно-оптические датчики. М.: Энергоатомиздат, 1990. — 255 с.

29. Jones M.E., Duncan P.G., Crotts R., Shinpaugh K., Grace J.L., Murphy K.A., Claus R.O., Pulliam W.J., Schetz A. Multiplexed optical fiber-based pressure sensor for smart wings // Proc. SPIE. 1996. - V.2838. - P.230-236.

30. Hjelme D.R., Вакке В., Rembech J.S., Neegard S. Multiplexed fiber optic Bragg-grating strain sensor system for use in marine vehicle testing // Proc. SPIE. 1996. - V.2838. - P.40-51.

31. Voet M.R., Barel A.R., Boschmans L.M. Optical fiber sensor arrays to detect impact and damage assessment on board spacecraft and manned platforms // Proc. SPIE. 1994. — V.2210. — P.126-135.

32. Knowles S.F., Jones B.E., Purdy S., France C.M. Multiple microbending optical-fibre sensors for measurement of fuel quantity in aircraft fuel tanks // Sensors and Actuators A. 1998. - V.68. - P.320-323.

33. Kruschwitz В., Claus R.O., Murphy K.A., May R.G., Gunther M.F. Optical fiber sensors for the quantitative measurement of stain in concrete structures H Proc. SPIE. 1994.-Vol.2361. - P.241-244.

34. Measures R., Alavie Т., Maaskant R., Huang S., LeBlanc M. Bragg grating fiber optic sensing for bridges and other structures // Proc. SPIE. 1994. -V.2361. — P.162-167.

35. Measure R. Advances toward fiberoptic based smart structure // Optical Engineering. 1992. - V. 31. - №.1. - P.34-47.

36. Dexiu H., Jianliang Y. Etched fiber optic sensing network in smart composite structure and its signal processing technology // Proc. SPIE. 2001. -V.4357. — P.87-91.

37. Zhou Z., Graver Т., Ou J.-P. Techniques of advanced FBG sensors^ manufacturing, demodulation, encapsulation and their application in the structural health monitoring of bridges // Pacific Science Review. — 2003. V.5. - №.1. -P.116-121.

38. Кульчин Ю.Н., Витрик О.Б., Урываев К.П. Распределенные адаптивные оптоэлектронные информационно-измерительные системы // Вестник ДВО РАН. 2005. - №6. - С.66-76.

39. Grattan K.T.V., Sun Т. Fiber optic sensor technology: an overview // Sensors and Actuators A. 2000. - V.82. - P.40-61.

40. Kersey A.D. A review of recent developments in fiber optic sensor technology // Optical Fiber Technology. 1996. - V.2. - P.291-317.

41. Hariharan P. Optical interferometry // Rep. Prog. Phys. 1990. - V.54. -P.339-390.

42. Osterberg H. An interferometer method of studying the vibrations of an oscillating quartz plate // J. Opt. Soc. Am. 1932. - V.22. - P. 19-34.

43. Forward R. L. Wideband laser-interferometer gravitational-radiation experiment // Phys. Rev. D 1978. -V. 17. - P.379-390.

44. Wagner J.W., Spicer J. Theoretical noise-limited sensitivity of classical interferometry // J. Opt. Soc. Am. B. 1987. - V.4. - P.1316-1326.

45. Коронкевич В .П., Ханов В.А. Современная лазерная интерферометрия. -Новосибирск^ Наука, 1985. — 181 с.

46. Abbott В.Р., et.al. LIGO: the laser interferometer gravitational-wave observatory // Rep. Prog. Phys. 2009. - V.72. - P. 076901 (25 p).

47. Jennrich O., McNamara P., Robertson D., Rowan S., Ward H., Hough J. Interferometry developments for LISA and SMART-2 // Class. Quantum Grav. 2002. - V. 19. - P.1731—1737.

48. Енэс P., Викес К. Голографическая и спешгинтерферометрия. М.: Мир, 1986. - 327 с.

49. Petrov V., Lau В. Electronic speckle pattern interferometry with a holo-graphically generated reference wave // Opt. Eng. 1996. - V.35. — P.2363-2370.

50. Petzing J.N., Tyrer J. R. Recent developments and applications in electronic speckle pattern interferometry // J. Strain Anal. Eng. Des. 1998. - V.33. -P.153-169.

51. Valera J. D. R., Jones J. D. C. Vibration analysis by modulated time-averaged speckle shearing interferometry // Meas. Sci. Technol. 1995. - V.6. -P. 965-970.

52. Yang L. X., Steinchen W., Kupfer G., Mackel P., Vossing F. Vibration analysis by means of digital shearography // Opt. Lasers Eng. 1998. - V.30. -P.199-212.

53. Santoyo F.M., Shellabear M.C., Tyrer J.R. Whole field in-plane vibration analysis using pulsed phase-stepped ESPI // Appl. Opt. 1991. - V.30. -P.717—721.

54. Davis J.C., Buckberry C.H., Jones J.D.C., Pannell C. Developments and application of a fibre optic electronic speckle pattern interferometer // Proc. SPIE. 1987. -V. 863. - P. 194-207.

55. Shellabear M.C., Tyrer J.R. Application of ESPI to 3-dimensional vibration measurements // Opt. Lasers Eng. 1991. - V.15. - P. 43-56.

56. Кульчин Ю.Н., Витрик О.Б., Камшилин A.A., Ромашко Р.В. Адаптивные методы обработки спекл-модулированных оптических полей. М."- Физ-матлит, 2009. - 288 с.

57. Herbst Т.М., Beckwith S. V. W. Active stabilization system for Fabry-Perot interferometers // Appl. Opt. 1989. - V.28. - P.5275-5277.

58. Freschi A.A., Frejlich J. Adjustable phase control in stabilized interferome-try // Opt. Lett. 1995. - V.20. - P.635-637.

59. White R. G., Emmony D. C. Active feedback stabilisation of a Michelson interferometer using a flexure element // J. Phys. E: Sei. Instrum. 1985. -V.18. - P. 658-663.

60. Shi C.-H., Chen J.-P., Wu G.-L., Li X.-W., Zhou J.-H., Ou F. Stable dynamic detection scheme for magnetostrictive fiber-optic interferometric sensors // Optics Express. 2006. - V.14. - №.12. - P. 5098-5102.

61. Yoshino Т., Nara M., Mnatzakanian S., Lee B. S., Strand Т. C. Laser diode feedback interferometer for stabilization and displacement measurements // Appl. Opt. 1987. - V. 26. - №.5. - P.892-897.

62. Josten G., Lüthy W., Weber H. P. Active phase stabilization in a two-fiber interferometer // Appl. Phys. B. 1990. - V.51. - №.6. - P.418-420.

63. Liu J., Yamaguchi I. Surface profilometry with laser-diode optical feedback interferometer outside optical benches // Appl. Opt. — 2000. V.39. - №.1.--P.104-107.

64. Olsson A., Tang C. L., Green E. L. Active stabilization of a Michelson interferometer by an electrooptically tuned laser // Appl. Opt. 1980. - V.19. -P.1897-1899.

65. Herz M. Active laser frequency stabilization and resolution enhancement of interferometers for the measurement of gravitational waves in space // Opt. Eng. 2005. - V.44. - P.090505.

66. Karhade O., Degertekin L., Kurfess T. Active control of grating interferometers for extended-range low-noise operation // Opt. Lett. — 2009. V.34. -№.19. - P.3044-3046.

67. Krishnamachari V.V., Andresen E.R., Keiding S. R., Potma E.O. An active interferometer-stabilization scheme with linear phase control // Optics Express. 2006. - V.14. - №.12. - P. 5210-5215.

68. Hall T.J., Fiddy M.A., Ner M.S. Detector for an optical-fiber acoustic sensor using dynamic holographic interferometry // Optics Letters. — 1980. V.5. -№.11. — P.485-487.

69. Gunter P. Holography, coherent light amplification and optical phase conjugation with photorefractive materials // Physics Reports. 1982. — V.93. -№.4. — P.199-299.

70. Delaye P., Blouin A., Drolet D., De Montmorillon L.-A., Roosen G., Moncha-lin J.-P. Detection of ultrasonic motion of a scattering surface using photorefractive InP:Fe under an applied dc field // J. Opt. Soc. Am. B. 1997. - V.14. -P.1723-1734.

71. De Montmorillon L.-A., Delaye P., Launay J.-C., Roosen G. Novel theoretical aspects on photorefractive ultrasonic detection and implementation of a sensor with an optimum sensitivity // J. Appl. Phys. 1997. - V.82. - P.5913-5922.

72. Delaye P., De Montmorillon L.-A., Roosen G. Transmission of time modulated optical signals through an absorbing photorefractive crystal // Opt. Commun. 1995. - V.118. - P.154-164.

73. De Montmorillon L.-A., Biaggio I., Delaye P., Launay J.-C., Roosen G. Eye-save large field of view homodyne detection using a photorefractive CdTe^V crystal // Opt. Commun. 1996. - V.129. - P.293-300.

74. De Rossi S., Delaye P., Launay J.-C., Roosen G. Implementation and comparative evaluation of various architectures of ultrasonic photorefractive sensors // Opt. Mater. 2001. - V.18. - P.45-48.

75. Kamshilin A.A., Romashko R.V., Kulchin Yu.N. Adaptive interferometry with photorefractive crystals // J. Appl. Phys. 2009. - V. 105. - P. 031101.

76. Петров М.П., Степанов С.И., Хоменко A.B. Фоторефрактивные кристаллы в когерентной оптике. — Санкт-Петербург^ Наука. 1992. - 320 с.

77. Qiao Y., Zhou Y., Krishnaswamy S. Adaptive demodulation of dynamic signals from fiber Bragg gratings using two-wave mixing technology // Applied Optics. 2006. — V.45. — №.21. — P.5132-5142.

78. Frejlich J., Kamshilin A.A., Kulikov V.V., Mokrushina E.V. Adaptive holographic interferometry using photorefractive crystals // Opt. Commun. 1989. - V.70. - P.82-86.

79. Kamshilin A A., Frejlich J., Cescato L. Photorefractive crystals for the stabilization of the holographic setup //Appl. Opt. 1986. - V.25. - P.2375-2381.

80. Hughes S.M., Anderson D.Z. Modulation-enhanced sensitivity of holographic interferometry // Appl. Opt. 2007. - V.46. - P.7868-7871.

81. Kamshilin A.A., Mokrushina E.V. Possible use of photorefractive crystals in holographic vibrometry // Sov. Tech. Phys. Lett. 1986. - V.12. - P.149-151.

82. Bryushinin M. A., Grattan K.T.V., Kulikov V.V., Sokolov I.A. Adaptive interferometers using photorefractive crystals and the non-steady-state pho-toelectromotive force effect // J. Modern Optics. 2006. - V.53. - P.857-864.

83. Petrov M.P., Miridonov S.V., Stepanov S.I., Kulikov V.V. Light diffraction and nonlinear image processing in electrooptic Bii2Si02o crystals // Opt. Commun. 1979. - V.31. - P.301-305.

84. Rossomakhin I.M., Stepanov S.I. Linear adaptive interferometers via diffusion recording in cubic photorefractive crystals // Opt. Commun. 1991. -V.86. - P. 199-204.

85. Campagne B., Blouin A., Pujol L., Monchalin J.-P. Compact and fast response ultrasonic detection device based on two-wave mixing in a gallium arsenide photorefractive crystal // Rev. Sci. Instrum 2001. - V.72. - P.2478-2482.

86. Ing R.K., Monchalin J.-P. Broadband optical detection of ultrasound by two-wave mixing in a photorefractive crystal // Appl. Phys. Lett. 1991. - V.59. -P.3233-3235.

87. Blouin A., Monchalin J.-P. Detection of ultrasonic motion of a scattering surface by two-wave mixing in a photorefractive GaAs crystal // Appl. Phys. Lett. 1994. - V.65. - P.932-934.

88. Stepanov S.I., Petrov M.P. Efficient unstationary holographic recording in photorefractive crystals under an external alternating electric field // Opt. Commun. 1985. - V.53. - P.292-295.

89. Kamshilin A.A., Prokofiev V.V. Fast adaptive interferometer with a photorefractive GaP crystal// Opt. Lett. 2002. - V.27. - P.1711-1713.

90. Paivasaari K, Tuovinen H., Kamshilin A.A., Raita E. Highly sensitive photorefractive interferometry using external ac-field // OSA Trends in Optics and Photonics. TOPS. 2005. - V.99. - P.681-686.

91. Ferreira L. A., Santos J. L., Farahi F. Polarization-induced noise in a fiberoptic Michelson interferometer with Faraday rotator mirror elements // Appl. Opt. 1995. - V.34. - No.28. - P.6399-6402.

92. Sokolov I.A., Stepanov S.I. Detection of optical signals with high-amplitude phase modulation by adaptive photodetectors // Appl. Opt. — 1993. — V.32. -P.1958-1964.

93. Marshall R.H., Sokolov I.A., Ning Y.N., Palmer A.W., Grattan K.T.V. Photo-electromotive force crystals for interferometric measurement of vibrational response // Meas. Sci. Technol. 1996. -V.7. - P.1683-1686.

94. Iida Y., Ashihara S., Ono H., Shimura T., Kuroda K., Kamshilin A.A., Mato-ba O. Detection of small in-plane vibrations using the polarization self-modulation effect in GaP // J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 2003. - V.5. -P.S457—S461.

95. Astratov V.N., Furman A.S., Ilinskii A.V., Repin S.M. Dynamics of electric field screening in semi-insulating ZnSe // Physica Status Solidi (b). 1991. — V.163. — №.1. — P.135-138.

96. Фурман А.С. О стратификации объёмного заряда при переходных процессах в полупроводниках // ФТТ. 1986. - Т.28. - №7. - С.2083-2090.

97. Tsai J., Chiou A., Hsieh Т.-С., Hsu К. One-dimensional self-focusing in photorefractive Bii2Si02o crystal: theoretical modeling and experimental demonstration // Opt. Commun. 1999. - V.162. - P.237-240.

98. Shcherbin K.V., Klein M.B. Adaptive interferometers with no external field using reflection gratings in CdTe^Ge at 1550 nm // Opt. Commun. 2009. -V.282. - P.2580—2585.

99. Dixon R.W. Acoustic diffraction of light in anisotropic media // IEEE J.Quantum Electron. 1967. - V.QE-3. - P.85-93.

100. Kersey A.D., Marrone M.J., Dandridge A. Observation of input-polarization-induced phase noise in interferometric fiber-optic sensors // Opt. Lett. 1988. -V.13.-P.847-849.

101. Imai M., Ohtsuka Y., Terasawa Y. Polarization noise due to vibration of a birefringent single-mode fiber: Computer simulation analysis and experiment // Electron. Comm. Jpn.: Part I 2007. - V.72. - P.30-40.

102. Sturman В. I., Podivilov E. V., Ringhofer К. H., Shamonina E., Kamenov V. P., Nippolainen E., Prokofiev V. V., Kamshilin A. A. Theory of photorefractive vectorial wave coupling in cubic crystals // Phys. Rev. E. 1999. — V.60. -P. 3332-3352.

103. Zhang Z., Ding Y., Eichler H.J., Fu P., Zhou G., Tang J., Shen D., Ma X., Chen J. Improvement of the two-beam coupling response time in photorefractive double-doping KNb03 // Chin. Phys. Lett. 1997. - V.14. - №.2. -P.103-105.

104. Денисюк Ю.Н., Ганжерли H.M., Черных Д.Ф. Мультиплексирование спекл-голограмм во встречных пучках в толстослойном бихромированом желатине // Письма в ЖТФ. 2000. - Т.26. - №.9. - С.25-30.

105. Кузьмин Ю.И. Предельная информационная емкость трехмерной голограммы // Письма в ЖТФ. 1997. - Т.23. - №.18. - С.37-43.

106. Steckman G.J, Pu A., Psaltis D. Storage density of shift-multiplexed holographic memory // Appl. Opt. 2001. - V.40. - №.20. - P.3387-3394.

107. Kitayama K, Ito F. Holographic memory using long photorefractive fiber array // Opt. Mater. 1995. - V.4. - P.392-398.

108. Tebaldi M., Того L. A., Lasprilla M.C., Bolognini N. Image multiplexing by speckle in a BSO crystal // Opt. Comm. 1998. - V.155. - P. 342-350.

109. Kim S.-G., Lee H.-S., Kim K.-T., Kim E.-S., Lee B.-H. Angular multiplexing holographic memory system based on moving window on liquid crystal display and its crosstalk analysis // Opt. and Quant. Electron. 2000. - V.32. -P.419-430.

110. Feng W., Yan Y., Jin G., Wu M., He Q. Multiplexing of volume holographic wavelet correlation processor // Opt. Comm. 2000. — V.176. - P.49-59.

111. Wen Z., Yang X. Multichannel photorefractive correlator for rotationinvariant optical pattern recognition // Opt. Comm. — 1997. V.135. - P.212-216.

112. An J.-W., Kim N., Lee K.-W. Volume holographic wavelength demultiplexer based on rotation multiplexing in the 90° geometry // Opt. Comm. 2001. -V.197. — P.247-254.

113. Petrov V.M., Denz C., Shamray A.V., Petrov M.P., Tschudi T. Electrically controlled volume LiNb03 holograms for wavelength demultiplexing systems // Opt. Mater. 2001. - V.18. - P.191-194.

114. Kujawinska M., Robinson D.W. Multichannel phase-stepped holographic in-terferometry // Applied Optics. 1988. - V.27. - №.2. - P.312-320.

115. Andersen G.P., Dussan L., Chen K. Holographic wavefront sensor // Opt. Eng.- 2009. Vol.48. - №.8. - P.085801.

116. Fomitchov P., Murray T.W., Krishnaswamy S. Intrisnic fiber-optic ultrasonic sensor array using multiplexed two-wave mixing interferometry // Appl. Opt.- 2002. V.41. - №.7. - P.1262-1266.

117. Qiao Y., Zhou Y., Krishnaswamy S. Adaptive demodulation of dynamic signals from fiber Bragg gratings using two-wave mixing technology // Appl. Opt. 2006. - V.45. - №.21. - P.5132-5142.

118. Romashko R.V., Di Girolamo S., Kulchin Y.N., Kamshilin A.A. Photorefractive vectorial wave mixing in different geometries // J. Opt. Soc. Am. B. -2010. V.27. - №.2. - P.311-317.

119. Kulchin Yu.N., Romashko R.V., Piskunov E.N., Kamenev O.T. Frequency response of adaptive correlation filter based on photorefractive crystal // Pacific Science Review. 2002. - V.4. - №1. - P. 67-71.

120. Romashko R.V., Kulchin Yu.N., Shandarov S.M., Burimov N.I., Kargin Yu.F., Volkov V.V. Using a self-diffraction of light waves for processing of dynamic speckle patterns // Pacific Science Review. 2004. - V.6. - №1. - P.30*34.

121. Romashko R.V., Kulchin Yu.N., Shandarov S.M., Kargin Yu.F., Volkov V.V. Adaptive correlation filter based on dynamic reflection hologram formed in photorefractive Bii2Ti02o crystal // Optical Review. 2005. - V.12. - №1. -P.58-60.

122. Ромашко Р.В., Шандаров С.М., Кульчин Ю.Н., Буримов Н.И., Лимарев Д.А., Каргин Ю.Ф., Волков В.В. Адаптивный спекл-интерферометр на основе фоторефрактивной отражательной голограммы // Известия РАН: Серия физическая. 2005. - Т.69. - №8. - С. 1143-1145.

123. Гусельникова А.В., Шандаров С.М., Плесовских A.M., Ромашко Р.В., Кульчин Ю.Н. Векторное четырехволновое взаимодействие света на отражательных решётках в кристаллах титаната висмута // Оптический журнал. 2006. - Т.73. - №11. - С.22-27.

124. Ромашко Р.В., Кульчин Ю.Н., Шандаров С.М., Агеев Е.Ю., Буримов Н.И. Способ адаптивной обработки оптических сигналов // Патент РФ на изобретение №2279113. - Дата регистрации в Государственном реестре 27.06.2006. - Приоритет от 22.11.2004.

125. Ромашко Р.В., Камшилин А.А., Кульчин Ю.Н. Линейная демодуляция фазы на отражательных фоторефрактивных голограммах // Материалы Международной научно-практической конференции "Электронные средства и системы управления", Томск. — 2004. Т.1. — С.191-193.

126. Romashko R.V., Kulchin Yu.N., Kamshilin A.A. Adaptive interferometer based on reflection photorefractive hologram // Abstracts of European Conferences on Lasers and Electro-Optics CLEO/Eorope-2005, Munich, Germany. 2005. — V.29B. - P.166.

127. Romashko R.V., Kulchin Y.N., Kamshilin A.A. Detection of phase modulation using vectorial wave mixing in photorefractive crystals // Proc. of 2-nd

128. Photonics and Laser Symposium, PALS 2005," Kajaani Finland. 2005. -P.70-71.

129. Romashko R.V., Kulchin Yu.N., Kamshilin A.A. Detecting small phase modulation using photorefractive reflection hologram // Proc. SPIE. IC020: Optical Information Processing, Changchun, China. 2005. - V.6027. - P.574-579.

130. Ромашко P.B., Кульчин Ю.Н., Камшилин A.A. Адаптивный интерферометр на основе анизотропной дифракции на фоторефрактивной отражательной голограмме // Материалы «Научной сессии МИФИ-2006», Москва. 2006. - Т.4. - С.291-292.

131. Di Giloramo S., Nippolainen E., Romashko R.V., Launay J.-C., Kamshilin A.A. Multimode-fiber-optic sensor stabilized by vectorial wave mixing in photorefractive CdTe crystal // IEEE Proc. of Conference "Northern Optics 2006", Bergen, Norway. 2006.

132. Ромашко P.B., Кульчин Ю.Н., Камшилин A.A. Адаптивный интерферометр на основе анизотропной дифракции на фоторефрактивной отражательной голограмме // Известия РАН: Серия физическая. 2006. - Т.70. -№9.-С. 1296-1300.

133. Ромашко Р.В., Кульчин Ю.Н. Адаптивные волоконно-оптические измерительные системы // Вестник ДВО РАН. 2006. - №4. - С.94-99.

134. Romashko R.V., Kulchin Yu.N., Shandarov S.M., Kamshilin A.A. Adaptive fiber-optical measuring systems // Pacific Science Review. — 2007. — V.9. — P.51-55.

135. Di Girolamo S., Kamshilin A.A., Romashko R.V., Kulchin Yu.N. Sensing of optical fiber strain by dynamic photorefractive hologram // Proc. of VIII International Conference "Optics days-2007", Lappeenranta, Finland. 2007. -P.58.

136. Romashko R.V., Kulchin Yu.N., Di Girolamo S., KamshHin A.A., Launay J.-C. Fast-adaptive fiber-optic sensor for ultra-small vibration and deformation measurement // J. Phys.: Conf. Ser. 2007. - V.85 - P. 0120241, 1-8.

137. Di Girolamo S., Kamshilin A.A., Romashko R.V., Kulchin Yu.N., Launay J.-C. Fast adaptive interferometer on dynamic reflection hologram in CdTe^V // Opt. Express. 2007. - V.15. - №2. - P.545-555.

138. Di Girolamo S., Kamshilin A.A., Romashko R.V., Kulchin Yu.N., Launay J.-C. Sensing of multimode-fiber strain by a dynamic photorefractive hologram // Optics Letters. 2007. - Vol.32. -No.13. -P.1821-1823.

139. Ромашко P.B., Кульчин Ю.Н., Ди Гироламо С., Камшилин А.А. Порог детектирования в адаптивном интерферометре на основе многомодового световода // Сборник трудов Научной сессии МИФИ-2008, Москва. — 2008. Т.2. - С.113-115.

140. Шандаров C.M., Буримов Н.И., Кульчин Ю.Н., Ромашко Р.В., Толстик А.Л., Шепелевич В.В. Динамические голограммы Денисюка в кубических фоторефрактивных кристаллах // Квантовая электроника. 2008. -Т.38. - №11. - С.1059-1069.

141. Ромашко Р.В., Кульчин Ю.Н., Камшилин А.А. Энергонезависимое адаптивное устройство линейной демодуляции фазы // Патент РФ на полезную модель. — № 75760. Дата регистрации в Государственном реестре 20.08.2008. - Приоритет от 07.04.2008.

142. Romashko R.V. Adaptive optical microphone on the base of photorefractive crystal // Pacific Science Review. 2010. - Vol.12. - No.l. - P.16'17.

143. Kulchin Y.N., Vitrik O.B., Romashko R.V., Kamenev O.T. The point and distributed fiber optical sensors of physical quantities // Abstr. of International Conference "High Power Laser Beams HPLB-2006", Nizhny Novgorod, Russia. 2006. - P.9.

144. Romashko R.V., Kulchin Yu.N., Kamshilin A.A. Optimal geometry for fast hologram recording in photorefractive crystal // Proc. of 5th Internatinal Conference on Optics "Photonics Design & Fabrication ODF'06, Nara, Japan.2006. — P.7PS1-09.

145. Romashko R.V., Kulchin Yu.N., Kamshilin A.A. Optimal geometry for fast and efficient hologram recording in photorefractive crystal // Optical Review.- 2007. V.14. - №4. - P.176-179.

146. Ефимов T.A., Ромашко P.B. Оптимальная система формирования динамической голограммы с минимальным временем отклика // Сборник трудов Научной сессии МИФИ-2010, Москва. 2010. - С.71-72.

147. Di Girolamo S., Romashko R.Y., Kulchin Y.N., Kamshilin A.A. Orthogonal geometry of wave interaction in a photorefractive crystal for linear phase demodulation // Opt. Commun. 2010. - V.283. - P. 128-131.

148. Ромашко P.B., Кульчин Ю.Н., Камшилин A.A. Поляризационно независимое адаптивное устройство линейной демодуляции фазы // Патент РФ на полезную модель. — № 92731. — Дата регистрации в Государственном реестре 27.03.2010. Приоритет от 26.10.2009.

149. Ромашко Р.В., Кульчин Ю.Н., Камшилин A.A. Мультиплексирование динамических отражательных голограмм в кубическом фоторефрактив-ном кристалле // Сборник трудов Научной сессии МИФИ-2008, Москва. — 2008. Т.2. - С.148-150.

150. Di Girolamo S., Kamshilin A.A., Romashko R.V., Kulchin Y.N. Multiplexed interferometer for multimode fiber strain sensor // Proc. of International Conf. "Optics Days 2008", Kuopio, Finland. 2008. - P. 25.

151. Romashko R.V., Kulchin Y.N., Kamshilin A.A. Multiplexed dynamic holograms for multi-channel adaptive measuring system // Proc. of 15-th Conference on Optoelectronics and Optical Communication, Busan, Korea. 2008. -V.15. — Nb.l. P.443-444.

152. Romashko R.V., Kulchin Yu.N., Di Girolamo S., Kamshilin A.A., Lee H.-Y. Multichannel adaptive interferometer based on multiplexed photorefractive holograms // Pacific Science Review. 2008. - V.10. - №2. - P.93-95.

153. Di Girolamo S., Romashko R.V., Kulchin Yu.N., Launay J.-C., Kamshilin A.A. Fiber sensors multiplexing using vectorial wave mixing in a photorefractive crystal // Opt. Express. 2008. - V.16. - №22. - P.18040-18049.

154. Romashko R.V., Di Girolamo S., Kulchin Yu.N., Kamshilin A.A. Two-channel adaptive interferometer for nano-metrology // Proc, of 4th Finish-Russian Photonics and Laser Symposium PALS-2009, Tampere, Finland. 2009. -P.81-82.

155. Romashko R.V., Kulchin Yu.N., Kamshilin A.A. Multi-channel adaptive interferometry system // J. of Russian Laser Research. 2010. - Vol.31. - No.l - P.55-60.

156. Romashko R.V., Bezruk M.N, Kulchin Y.N. Six-channel adaptive fiber-optic system based on orthogonal holograms multiplexed in a photorefractive crystal // Pacific Science Review. 2010. - Vol.12. - No.l. - P.12-15.

157. Кульчин Ю.Н., Каменев O.T., Ромашко P.B. Оптическое управление преобразованием световых волн в фоторефрактивных кристаллах // Материалы IV Всероссийской школы-семинара «Люминесценция и сопутствующие явления», Иркутск. — 1998. С. 39-40.

158. Kulchin Yu.N., Romashko R.V., Kamenev О.Т. Fiber-optic measuring system with using photorefractive crystal for physical field's gradient investigating // Abstracts of International Conference "Photonics ODS'2000", Vinnitsa, Ukraine. 2000. - P.48.

159. Кульчин Ю.Н., Ромашко Р.В., Пискунов Е.Н., Камшилин А.А. Многоканальный корреляционный фильтр на основе фоторефрактивного кристалла для обработки изменяющихся спекловых полей // Письма в ЖТФ. 2000. - Т.26. - №12. - С.23-27.

160. Kulchin Yu.N., Romashko R.V., Kamenev О.Т. Method of measuring physical field gradient by adaptive fiber optic system // Pacific Science Review. —2001. V.3. - №1. - P.9-12.

161. Kulchin Yu.N., Romashko R.V., Vitrik O.B., Kamenev O.T., Piskunov E.N. Adaptive correlation filters in fiber-optical measuring systems // Proc. SPIE. Distributed Fiber Optical Sensors and Measuring Networks. — 2001. -V.4357. — P.130-140.

162. Kulchin Yu.N., Romashko R.V., Piskunov E.N. Multi-channel adaptive fiber-optical system for monitoring of fast processes in solid state // Proc. SPIE. Optoelectronic Information Systems and Processing. 2001. - V.4513. -P.12-17.

163. Ashkin A., Boyd G.D., Dziedzic J.M., Smith R.G., Ballman A.A., Levinstein J.J., Nassau K. Optically-induced refractive index inhomogeneities in LiN-ЬОз and LiTaOa //Appl. Phys. Lett. -1966. -V.9. P.72-74.

164. Gunter P., Huignard J.-P., eds. Photorefractive materials and their applications 2- Materials. Springer Series in Optical Sciences, 2007. - V.114. - 646p.

165. Zhang G., Kip D., Nolte D.D., Xu J., eds. OSA Trends in Optics and Photonics: Photorefractive Effects, Materials, and Devices. OSA, 2005.-V.99.- 836p.

166. Delaye P., Denz C., Mager L., Montemezzani G., eds. OSA Trends in Optics and Photonics. TOPS: Photorefractive Effects, Materials, and Devices. OSA, 2003.-V.87.

167. Петров М.П., Степанов С.И., Хоменко A.B. Фоточувствительные электрооптические среды в голографии и оптической обработке информации. -JI.: Наука, 1983.-269 с.

168. Moerner W.E., Grunnet-Jepsen A., Thompson C.L. Photorefractive polymers // Ann. Rev. Mat. Sci. 1997. - V.27. - P.585-623.

169. Винецкий В.Л., Кухтарев H.B. Динамическая голография. Киев: Нау-кова думка, 1983. - 125 с.

170. Solymar L., Webb D.J., Grunnet-Jepsen A. Physics and applications of photorefractive materials. Oxford University Press, 1996. - 512 p.

171. Frejlich J. Photorefractive materials: fundamental concepts, holographic recording and materials characterization. — NJ: John Wiley & Sons, 2007. — 309 p.

172. Литвинов P.B. Фоторефрактивные голограммы в нецентросимметричных кристаллах. Томск: Томский гос. ун-т, 2007. — 498 с.

173. Kukhtarev N.V., Markov V.B., Odulov S.G., Soskin M.S., Vinetskii V.L. Holographic storage in electrooptic crystals. I. Steady state // Ferroelectrics. — 1979. V.22. - P.949-960.

174. Рыбкин C.M. Фотоэлектрические явления в полупроводниках. — М.: Физ-матлит, 1963. 494 с.

175. Segev М., Crosignani В., Yariv A. Spatial solitons in photorefractive media // Phys. Rev. Lett. 1992. - V.68. - №.7. - P.923-926.

176. Voronov Y.V., Dorosh I.R., Kuzminov Y.S., Tkachenko N.V. Photoinduced light scattering in cerium-doped barium strontium niobate crystals // Sov. J. of Quantum Electronics. 1980. - V.10. - P.1346-1349.

177. Kamshilin A.A. Polarization self-modulation effect in photoconductive electro-optic crystals // Proc. SPIE. 2001. - У.4513. - P.184-191.

178. Петров М.П., Паугурт А.П., Врыксин В.В. Самодефлекция лазерных лучей при голографической записи в фоторефрактивных кристаллах // Письма в ЖЭТФ. 1999. - Т.70. - №.4. - С.253-256.

179. Cronin-Golomb М., White J.O., Yariv A., Fischer, В. Theory and applications of four-wave mixing in photorefractive media // IEEE Journal of Quantum Electronics. 1984. - V.QE-20. - P. 12-30.

180. Дейген М.Ф., Одулов С.Г., Соскин M.C., Шанина Б.Д. Фазовые гологра-фические решетки в неметаллических кристаллах // ФТТ. — 1974. — Т. 16. №7.-С. 1895-1902.

181. Odoulov S., Volkov A., Shumelyuk A., Evans D.R., Cook G. Anisotropic diffraction from photorefractive gratings and Pockels tensor of впгРгвб // Opt. Express. 2008. - V.16. - №.21. - P.16923-34.

182. Yeh P. Introduction to photorefractive nonlinear optics. New York: Wiley, 1993. - 432 p.

183. Stepanov S.I. Adaptive interferometry'. a new area of applications of photorefractive crystals / International Trends in Optics, ed. J. W. Goodman. New York, London: Academic Press, Inc, 1991. - Ch. 9.

184. Valley G.C., Klein M.B. Optimal properties of photorefractive materials for optical data processing // Opt. Eng. 1983. - V.22. - P.704-711.

185. Paul H. Shot noise in photodetectors and vacuum fluctuations // J. of Modern Optics. 1988. - V.35. - №7. - P. 1225-1235.

186. Schottky W. Über spontane Stromschwankungen in verschiedenen Elektrizitätsleitern // Annalen der Physik. 1918. - V.57. - P.541-567.

187. Huignard J.P., Micheron F. High-sensitivity read-write volume holographic storage in ВйгЭЮго and Bii2Ge02o crystals // Appl. Phys. Lett. 1976. - V.29.- P.591-593.

188. Bell L.H., Bell D.H. Industrial noise control: fundamentals and applications.- New York: Marcel Dekker, 1994. 660 p.

189. Kamshilin A.A., Grachev A.I. Adaptive interferometer based on wave mixing in a photorefractive crystal under alternating electric field // Appl. Phys. Lett.- 2002. Vol.81. - P.2923-2925.

190. Klein M.B., Shcherbin K.V., Danylyuk V. Photorefractive CdTe:Ge as a medium for laser ultrasonics detection // OSA Trends in Optics and Photonics: Photorefractive Effects, Materials, and Devices. 2003. - V.87. - P.483-489.

191. Honda Т., Yamashita Т., Matsumoto H. Optical measurement of ultrasonic nanometer motion of rough surface by two-wave mixing in Bii2Si02o // Jpn. J. Appl. Phys. 1995. - V.34. -P.3737-3740.

192. Kukhtarev N.V., Chen B.S., Venkateswarlu P., Salamo G.J., Klein M.B. Reflection holographic gratings in (ill) cut ВЬгТЮго crystal for real-time inter-ferometry // Opt. Commun. 1993. - Vol.104. - P.23-28.

193. Агеев Е.Ю., Шандаров C.M., Веретенников С.Ю., Мартьянов А.Г., Кар-ташов В.А., Камшилин A.A., Прокофьев В.В., Шепелевич В.В. Двухвол-новое взаимодействие на отражательной решетке в кристалле ВнгТЮго // Квантовая электроника. 2001. - Т.31. - С.343-345.

194. Ярив А., Юх П. Оптические волны в кристаллах. М.: Мир, 1987.

195. Efendiev Sh.M., Bagiev V.E., Zeinally A.Ch., Balashov V.A., Lomonov V.A., Majer A.A. Optical properties of ВЬгТЮго single crystals // Physica Status Solidi (a). 1981. - Vol.63. - No.l. P.K19-K22.

196. Marinova V. Optical properties of photorefractive ВнгТЮго single crystals doped with AI, P, Ag, Cu, Co and Al + P // Vacuum. 2000. - V.58. - P.408-414.

197. Cedilnik G., Esselbach M., Kiessling A., Kowarschik R., Nippolainen E., Kamshilin A.A., Prokofiev V.V. Photorefractive effects in long, narrow BSO crystals with applied electric field // Appl. Phys. B. 1999. - V.68. - P. 983987.

198. Feinberg J. Asymmetric self-defocusing of an optical beam from the photorefractive effect // J.Opt. Soc. Am. 1982. - Vol.72. - No.l. - P.46-51.

199. Layton M.R. and Bucaro J.A. Optical fiber acoustic sensor mode-mode interference // Applied Optics. 1979. - Vol.18. - P.666-671.

200. Кульчин Ю.Н., Обух В.Ф. Исследование влияния апертурной диафрагмы на отношение сигнал/шум в одноволоконном датчике интерференционного типа // Квантовая электроника. — 1986. — т. 13. N8. — С.650.

201. Kulchin Y., Vitrik О., Kirichenko О., Kamenev О., Petrov Y., Maksaev О. Method of single-fiber multimode interferometer speckle signal processing // Optical Engineering. 1997. - Vol.36. - No.5. - P. 1494-1499.

202. Nestiorkin O.P., Shershakov Ye.P., Zel'dovich B. Ya.; Novikov A.D. Intensification of a photorefractive response by an external ac field in the ferroelectric crystal Ba2NaNb50i5 // Opt. Lett. 1993. - Vol.18. - P.684-686.

203. Pouet В., Krishnaswamy S. Dynamic holographic interferometry by photorefractive crystals for quantitative deformation measurements // Applied Optics. 1996. - Vol.35. - №5. - P.787-794.

204. Снайдер А., Лав Дж. Теория оптических волноводов. М.: Радио и связь, 1987. - 655 с.

205. Bilaniuk N. Optical microphone transduction techniques // Applied Acoustics. 1997. - Vol.50. - №1. - P.35-63.

206. Hofmeister R., Yariv A. Vibration detection using dynamic photorefractive gratings in KTN/KLTN crystals // Appl. Phys. Lett. 1992. - Vol.61. -P.2395-2397.

207. Ohba R. Optical probe for narrow sound fields // Acta Imeko. 1982. - P.453-462.

208. Schneider U., Schellin R. A phase modulating microphone utilizing integrated optics and micromachining in silicone // Sensors and Actuators. — 1994. Vol.41. - No.2. - P.695-698.

209. Zhou C.} Letcher S.V., Shikla A. Fiber-optic microphone based on combination of Fabry-Perot intergerometry and intensity modulation // J. Acoust. Soc. Am. 1995. - Vol.98. - P. 1042-1046.

210. Звелто О. Принципы лазеров. -M.'- Мир, 1990. 560 с.

211. Джеррард А., Берч Дж. Введение в матричную оптику. М.: Мир, 1978. — 341 с.

212. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М.: Наука, 1973. - 720 с.

213. Fischer R.E., Tadic-Galeb В. Optical system design. McGraw-Hill Professional, 2000. - 559 p.

214. Плесовских A.M., Шандаров C.M., Агеев Е.Ю. Динамика фоторефрак-тивного отклика в кристаллах силленитов с двукратно ионизируемыми донорными центрами и мелкими ловушками // ФТТ. — 2001. — Т.43. — №.2. С.242-245.

215. Грачев А.И. Голографическая запись в фоторефрактивных кристаллах в условиях нестационарности и нелинейности фотопроводимости // ФТТ. -1999. Т.41. - №.6. - С.1012-1018.

216. Лурье А.И. Аналитическая механика. — М.: Физматлит, 1961 г. — 824 с.

217. Delaye P., Blouin A., Drolet D., Monchalin J.-P., De Montmorillon L.-A., Roosen G. Polarization independent phase demodulation using photorefractive two-wave mixing // Appl. Phys. Lett. 1999. - V.74. - №21. - P.3087-3089.

218. Гудмен Дж. Статистическая оптика. — М/ Мир, 1988. — 528 с.

219. Yariv A. Optical electronics. Philadelphia^ Saunders College Publishing, 1991. - Chap. 18. - P.673-669.

220. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. М.: Наука, 1978. - 831 с.

221. Нестеркин О.Р., Шершаков Е.П., Зельдович Б.Я., Новиков А.Д. Усиление фоторефрактивного отклика во внешнем переменном поле в сегнетоэлек-трическом кристалле Ba2NaNbsOi5 // Письма в ЖЭТФ. 1992. - Т.55. -№6. - С.301-304.