Исследование параметров сложных движений отражающих объектов, в том числе биологических, по автодинному сигналу полупроводникового лазера

Камышанский, Антон Сергеевич

Исследование параметров сложных движений отражающих объектов, в том числе биологических, по автодинному сигналу полупроводникового лазера тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

Камышанский, Антон Сергеевич АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Саратов МЕСТО ЗАЩИТЫ

2006 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.21 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Исследование параметров сложных движений отражающих объектов, в том числе биологических, по автодинному сигналу полупроводникового лазера»

Автореферат диссертации на тему "Исследование параметров сложных движений отражающих объектов, в том числе биологических, по автодинному сигналу полупроводникового лазера"

На правах рукописи

КАМЫШАНСКИЙ АНТОН СЕРГЕЕВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СЛОЖНЫХ ДВИЖЕНИЙ ОТРАЖАЮЩИХ ОБЪЕКТОВ, В ТОМ ЧИСЛЕ БИОЛОГИЧЕСКИХ, ПО АВТОДИННОМУ СИГНАЛУ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО

ЛАЗЕРА

01.04.21 - лазерная физика 03.00.02 - биофизика

Автореферат на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Саратов - 2006

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

Научные руководители:

Заслуженный деятель науки РФ, доктор физико-математических наук, профессор У санов Дмитрий Александрович

доктор физико-математических наук, профессор Скрипаль Анатолий Владимирович

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Рябухо Владимир Петрович

доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник Ушаков Николай Михайлович

Ведущая организация:

Институт проблем точной механики и управления РАН

Защита диссертации состоится 3 июля 2006 г. в 12 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д.212.243.05 по специальностям 01.04.21 — лазерная физика, 03.00.02 — биофизика, по адресу: 410012, г. Саратов, ул. Астраханская, 83.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке СГУ Автореферат разослан июня 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Дербов В.Л.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Методы измерения перемещений занимают важное место в современной науке и находят широкое применение в технике. При определении условий эксплуатации изделий различного рода возникает необходимость проведения исследований их динамических свойств. Такие испытания дают информацию о структуре сложных биологических и механических систем и могут способствовать выявлению новых биофизических эффектов и закономерностей и скрытых дефектов широкого круга изделий различного назначения. Среди методов измерения перемещений, используемых для этих целей, наибольший интерес вызывают методы неразрушающего контроля, когда производимое измерение не оказывает негативного воздействия на объект исследований. К таким методам, прежде всего, относятся оптические методы исследований. Эти методы основаны на анализе интерференционной картины, порождаемой падающей и отраженной исследуемым объектом электромагнитными волнами.

Современный уровень технологии производства полупроводниковых материалов и приборов позволяет создавать сверхкомпактные генераторы когерентного излучения - лазерные диоды на квантоворазмерных структурах. Измерительные системы, построенные на основе полупроводниковых лазерных излучателей, находят все большее применение в различных областях науки и техники.

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

Пороговые характеристики регистрируемых амплитуд и перемещений для абсолютных методов связаны с длиной волны интерферирующих волн, поэтому при использовании волн из видимого диапазона спектра задача контроля сверхмалых скоростей и нанометровых перемещений объекта представляется затруднительной и была мало изучена применительно к гомодинным интерферометрам. Одна из областей техники, где требуется проведение такого рода измерений, — машиностроение. При производстве изделий различного назначения нередко возникает задача контроля скорости теплового расширения металлических сплавов. Характер интерференции для такого типа движений отражателя в гомодинной системе на основе полупроводникового лазера ранее не исследовался. Методы измерения характеристик движения отражателя по интерференционному сигналу в гомодинной системе для этого случая разработаны не были.

В автодинной системе часть излучения возвращается в активную область резонатора, при этом режим, в котором автодинный сигнал аналоги-

чен интерференционному, возможен при строго определенных уровнях обратной связи. При увеличении уровня обратной связи происходит искажение автодинного сигнала в отличие от случая, когда интерференция происходит в системе, отделенной от источника сигнала развязывающим элементом. При очень малых уровнях обратной связи визуальный контроль изменения формы автодинного сигнала затруднителен, поэтому представляет интерес исследование возможности использования хорошо разработанной интерференционной теории для анализа автодинного сигнала при различных уровнях обратной связи.

Вследствие бесконтактности автодинной схемы исследований и использования лазерного излучения малой мощности с длиной волны, соответствующей видимой части спектра, представляется перспективным ее использование для проведения неразрушающих измерений биологических объектов. Одним из таких применений может, например, быть измерение амплитуды колебаний барабанной перепонки, при воздействии на нее звуковым сигналом. Известные методы, позволяющие проводить такого рода измерения, либо основывались на использовании интерферометров, с помощью которых возможно было проводить измерения только in vitro вследствие сложной формы слухового прохода, либо в основе методов лежало применение контактирующих с биообъектом механических приспособлений, что приводило к высокому уровню трудно учитываемых погрешностей измерения. Применение автодинной измерительной системы на основе полупроводникового лазера для контроля амплитуды колебаний барабанной перепонки открывает перспективу проведения неинвазивных исследований характеристик колебаний барабанной перепонки.

Таким образом, актуальными задачами, решаемыми в настоящей работе, являются:

1. Исследование влияния уровня оптической обратной связи на низкочастотный спектр автодинного сигнала при гармонических колебаниях внешнего отражателя;

2. Исследование возможности контроля сложных механических движений со сверхмалыми скоростями по спектру автодинного сигнала;

3. Исследование возможности применения лазерных автодинных измерительных систем для контроля динамических свойств барабанной перепонки.

На основании вышеизложенного была сформулирована цель диссертационной работы: исследование влияния уровня оптической обратной связи на низкочастотный спектр автодинного сигнала при гармонических колебаниях внешнего отражателя и возможности использования полупроводникового лазера, работающего в автодинном режиме, для контроля характеристик сложных движений отражающих объектов, в том числе биологических.

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

1. Разработан метод качественной оценки уровня обратной связи по тангенсу угла наклона прямой, аппроксимирующей результаты определения амплитуды колебаний отражателя по различным наборам гармоник спектра автодинного сигнала;

3. Разработана экспериментальная установка для регистрации теплового расширения объектов с использованием полупроводникового лазера, работающего в автодинном режиме;

4. Предложена новая методика решения обратной задачи по определению амплитуды колебаний объекта с использованием двух соседних составляющих спектра автодинного сигнала полупроводникового лазера;

5. Разработана экспериментальная установка для измерения амплитудно-частотных характеристик барабанной перепонки in vivo с использованием лазерного излучателя, работающего в автодинном режиме;

6. Впервые получена амплитудно-частотная характеристика барабанной перепонки с использованием лазерного полупроводникового излучателя, работающего в автодинном режиме;

7. При возбуждении звуковых колебаний в барабанной перепонке обнаружено ее продольное смещение как целого, увеличивающееся с ростом интенсивности звукового воздействия.

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

Практическая значимость полученных результатов заключается в следующем:

1. Предложен новый алгоритм восстановления параметров сложного движения объекта по интерференционному сигналу лазерной автодинной системы, основанный на определении фазы автодинного сигнала при последовательном Фурье — анализе отдельных участков сигнала;

2. Показана возможность по сигналу автодинной измерительной системы, полученному при тепловом расширении образца, определения сверхмалой скорости движения отражателя;

3. Предложены пути повышения точности нахождения параметров движения, определяемых из анализа автодинного сигнала, зафиксированного с помощью разработанной установки;

4. Экспериментально показана возможность определения амплитуды колебаний барабанной перепонки по спектру автодинного сигнала полупроводникового лазера.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Качественную оценку уровня обратной связи в полупроводниковом лазере можно провести по тангенсу угла наклона прямой, аппроксимирующей результаты определения амплитуды колебаний отражателя по различным наборам спектральных составляющих автодинного сигнала в полупроводниковом лазере;

2. При условии возбуждения в измеряемом объекте дополнительных колебаний, совершаемых по гармоническому закону, можно измерять на-нометровые смещения и сверхмалые скорости теплового расширения твердых тел, ограниченные временным интервалом измерений;

3. По спектральной картине амплитудного отклика барабанной перепонки на звуковую нагрузку различной интенсивности диагностируется нарушение механических свойств звукопроводящей цепи среднего уха;

4. При звуковом воздействии наблюдается продольное смещение колеблющейся барабанной перепонки как целого, увеличивающееся с ростом интенсивности звукового воздействия;

5. С ростом интенсивности звукового гармонического воздействия на барабанную перепонку в ее механических колебаниях могут возникать субгармонические составляющие.

Апробация работы. Результаты работы представлены на:

1. Н-ой международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов», г. Самара, 7—13 сентября 2003 г.

2. Федеральной итоговой научно-технической конференции творческой молодежи России по естественным, техническим, гуманитарным наукам. Москва, МИЭМ, 2003 г.

3. Sixth International Conference on Vibration Measurements by Laser Techniques: Advances and Applications. Саратов, 2004г.

4. Ш-ей международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов» 6-12 сентября 2004г. Волгоград.

5. Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения» (АПЕП-2004), 15-16 сентября 2004г., Саратов. Саратовский государственный технический университет.

Публикации. По результатам исследований, выполненных при работе над диссертацией, опубликовано 14 работ, в том числе 7 статей в реферируемых журналах,. 3 тезисов докладов международных конференций, получено 2 патента на изобретение, 1 патент на полезную модель.

Личный вклад автора в этих работах выразился в теоретической разработке и практической реализации метода измерения сверхмалых скоростей и нанометровых смещений объекта путем наложения на поступательное движение объекта гармонической вибрации, в теоретической разработке и практической реализации метода определения нанометровых вибраций механических и биологических объектов с использованием двух соседних гармоник спектра автодинного сигнала полупроводникового лазера на квантоворазмерных структурах, теоретическом анализе возможности проведения вычислений с использованием гармоник автодинного сигнала в случае, когда величины коэффициента внешней оптической связи находятся в пределах от 0.1 до 1 и возможности качественной оценки величины данного коэффициента по спектру полупроводникового лазера, работающего в автодином режиме, участии в формулировании научных положений и выводов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации составляет 102 страницы машинописного текста, включая 46 рисунков. Список литературы содержит 107 наименований и изложен на 12 страницах.

Содержание работы

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

В первом разделе приведен анализ современного состояния исследований параметров сложных движений механических и биологических объектов, рассмотрены гетеродинные, гомодинные и автодинные методы определения параметров движений объектов, рассмотрены некоторые анатомические и физиологические особенности строения слухового аппарата, приведен критический анализ современных методов определения параметров движений барабанной перепонки.

Во втором разделе представлены результаты исследования влияния уровня оптической обратной связи на низкочастотный спектр автодинного сигнала при гармонических колебаниях внешнего отражателя.

Переменную нормированную составляющую автодинного сигнала можно представить в виде

Я = ая(<о(/).т(/)) , (1)

где х(г) — время обхода лазерным излучением расстояния £ до внешнего отражателя, изменяющееся при изменении расстояния до отражателя, са(/)

— частота излучения полупроводникового лазера, определяемая фазовым уравнением:

со0т = шт + С-5ш(а>т + (2)

где V = агсtg{a), (в-х — набег фазы волны во внешнем резонаторе для лазера с обратной связью, С = -с-г-л/1 +а2 - уровень внешней оптической обратной связи.

В случае движения объекта по гармоническому закону время обхода лазерным излучением внешнего резонатора изменяется по закону:

т(/) = т0 + т„-8ш(£2/+е), (3)

где т0 — время обхода лазерным излучением внешнего резонатора с неподвижным отражателем, т„=2— амплитудное значение, в— начальная фаза, £ и П — амплитуда и частота колебаний отражателя лазерного излучения. На рис. 1 приведены спектры автодинных сигналов для амплитуды колебаний 600 нм при различном уровне внешней оптической обратной связи, относительно спектра автодинного сигнала, построенного в предположении С «1.

Из приведенных на рис. 1 спектров автодинного сигнала при амплитуде колебаний внешнего отражателя, близкой к длине волны лазерного излучения (^= 600нм), наличие внешней оптической обратной связи в пределах 0.1<С<1 можно определить визуально по специфическому уширению спектра автодинного сигнала.

Для качественной оценки отклонения значения обратной связи от предположения о ее незначительности С «1, предложен метод определения уровня внешней оптической обратной связи по результатам решения задачи определения амплитуды колебаний внешнего отражателя по различным наборам спектральных составляющих автодинного сигнала (обратной задачи).

Для определения амплитуды вибрации отражателя получено выражение, основанное на использовании четырех соседних гармоник спектра автодинного сигнала:

_ А.2 6(с„+с„^) I2 (<^+<^2x^,-1+^1)'

и 500 1«« 1ЧЮ 21*11 .ИЮО >МИ> 41X11 4.ЧК1 М»

Ш1

Еш!

:Г[,

-гк (б)

«иг*,

Я ЗЛЮ 4М.1 4МШ V. |ц (¿Г)

Рис. 1. Спектры автодинных сигналов для амплитуды колебаний внешнего отражателя 600нм, при внешней оптической обратной связи С = 0.2 (а), С = 0.6 (б) и С = 1 (в) по сравнению со спектром сигнала для С «1

где \ — длина волны лазерного излучения, коэффициенты с„ определяются из спектра автодинного сигнала.

На рис. 2 представлены результаты расчета амплитуды колебаний внешнего отражателя по набору (п,п+1,и + 2,и+3) гармоник спектра автодинного сигнала с использованием соотношения (4) в зависимости от п для различных значений уровня внешней оптической обратной связи и амплитуд колебаний внешнего отражателя. На графиках отмечено также истинное значение амплитуды колебаний отражателя (сплошной горизонтальной линией) и уровни погрешности определения амплитуды, составляющие 10% от истинного значения (пунктирные горизонтальные линии).

Из приведенных расчетов видно, что если построить прямую, аппроксимирующую результаты определения амплитуды колебаний отражателя по набору (л, п+1, и+2, и+3) гармоник спектра автодинного сигнала в зависимости от и, то тангенс угла наклона этой прямой прямо пропорционален уровню внешней оптической обратной связи. Эту особенность можно использовать для качественной оценки отклонения значения обратной связи от предположения о ее незначительности С «1.

В третьем разделе диссертационной работы предложен метод определения величин сверхмалых скоростей и нано-метровых перемещений объекта по спектру автодинного сигнала, заключающийся в наложении на поступательное движение объекта дополнительных гармонических вибраций. При этом переменную нормированную автодинного сигнала можно представить в виде:

Р(1) = С05(0«) + О' 5Ш(П■ г + £))] , (5)

ю „ (в)

Рис. 2. Результаты расчета амплитуды колебаний внешнего отражателя по различным набора гармоник спектра автодинного сигнала для различных значений уровня внешней оптической обратной связи (С-0,2; 0,6; 1) при амплитудах колебаний внешнего отражателя (а) =150нм, (б)% = 300нм и(в) 600нл<

где о(/) = — (¿„ +9-/)— набег фазы автодинного сигнала, несуший инфор-Л.

мацию о медленной подсистеме связанной с нанометровыми перемещениями, а =4

Если для анализа автодинного сигнала (5) использовать набор ограниченных во времени участков сигнала, то в пределах каждого участка («окна») можно считать, что автодинный сигнал не зависит от медленно изменяющейся компоненты 0(<). При таком предположении анализ сигнала сводится к определению фазы автодинного сигнала для гармонически колеблющегося объекта в пределах указанных участков. Использовав выражения для определения набега фазы автодинного сигнала, позволяющие решать обратную задачу, то есть задачу восстановления фазы автодинного сигнала по четырем коэффициентам с„ с последовательными номерами и, определяемыми по результатам измерений:

(6)

или

(7)

(8)

|(2п + 1) (С2П4, +с2„-])С2„н 2" (с2„+2 + с2п)^2п

При этом соотношение (6) применяется, когда используются четыре коэффициента с„, начиная с четного номера, а (7) — начиная с нечетного номера.

Перемещая «окно» выбранного временного интервала, в пределах которого проводится анализ исходного сигнала, по оси времени и вычисляя набег фазы автодинного сигнала для каждого «окна», можно получить медленноменяющуюся зависимость 0(г), из которой для известного времени выборки Д/ определяется скорость движения объекта, усредненная в пределах интервала Дг:

4л Д/ '

На рис. 3 приведена экспериментально зафиксированная описанным

выше методом зависимость изменения набега фазы автодинного сигнала со временем при тепловом расширении объекта.

Скорость теплового расширения объекта, вычисленная по зависимости изменения набега фазы автодинного сигнала со временем, приведенной на рис. 3, с использованием соотношения (8), составила 50 нм/сек.

В четвертом разделе диссертационной работы исследована возможность применения автодинной измерительной системы для контроля ха-

I) 0.1 0.2 0.5 0.4 0 5 и.6 0.7 0.8 /.с Рис. 3. Зависимость изменения набега фазы автодинного сигнала со временем, при линейном движении объекта

ракгеристик сложных движений биологических объектов, на примере определения параметров движений барабанной перепонки. Одним из возникающих затруднений при контроле вибрационных характеристик барабанной перепонки по спектру сигнала полупроводникового лазерного диода, работающего в автодином режиме, является малая амплитуда колебаний барабанной перепонки на частотах воздействия, отстоящих от резонансных, при умеренных уровнях воздействия. Для определения амплитуды колебаний барабанной перепонки на частотах воздействия, отстоящих от резонансных, необходимо использовать метод, обладающий максимальной чувствительностью.

Использовав две первые гармоники спектрального ряда автодинного сигнала

с2 = 2AJ1(a)cosQ.'

можно получить уравнение относительно двух неизвестных § и Л

(9)

--АА.

(10)

Амплитудный множитель А можно исключить, выполнив нормировку

автодинного сигнала, используя соотношение:

_2Рл(1)-{Атю + Атт)

(П)

130 1'<1 351» 450 551» К-Г) 7511 Я50 95(1 1050 1150 1250 1350 /Гц (а)

150 г?» 550 450 550 Л50 '*() К50 950 1050 1150 13501350 1450 / 1 I (б)

Рис. 4. ЛЧХ барабанной перепонки в диапазоне от 200 Гц до 1,5 кГц при уровнях звукового давления, превышающих порог слышимости на 50 и 60 дБ (а) - с присоединенными слуховыми косточками, (б) - с разрывом слуховых косто-

где Л», ное и минимальное значение переменной составляющей автодинного сигнала, для случая, когда амплитуда колебаний отражателя % > ^.

После проведения нормировки амплитудный множитель А становится равным единице.

Описанными выше методами проведено экспериментальное исследование амплитудно-частотных зависимостей (АЧХ) барабанной перепонки с присоединенными слуховыми косточками и барабанной перепонки с нарушением связи между слуховыми косточ-

ками — наковальней и молоточком, при различных уровнях звукового давления. Результаты определения АЧХ в диапазоне от 200 ГЦ до 1,5 кГц приведены на рис. 4.

Из сопоставления АЧХ барабанной перепонки для случая целостного слухового аппарата и случая с разрывом в цепи «барабанная перепонка — слуховые косточки» можно сделать вывод, что по спектральной картине амплитудного отклика барабанной перепонки на звуковую нагрузку различной интенсивности возможно диагностирование нарушения передаточной функции в цепи «барабанная перепонка — слуховые косточки». Амплитудный отклик контролирвался по спектру сигнала полупроводникового лазерного излучателя на квантоворазмерных структурах, работающего в автодинном режиме.

Кроме того, можно предположить возможность диагностирования изменения эластичности и ороговения тканей барабанной перепонки при понижении слуховой функции пациента, что проявится в снижении регистрируемых величин амплитудного отклика на соответствующую звуковую нагрузку нагрузку, исчезновении ярко выраженных максимумов АЧХ барабанной перепонки и изменения их частотного положения.

В соответствии с результатами анализа акустических измерений, которые показали, что давление звуковой волны у входа в наружный слуховой проход почти вдвое превышает давление, которое было в свободном звуковом пространстве, можно сделать вывод о наличии у барабанной перепонки продольного сдвига от положения равновесия при увеличении уровня звукового давления. Для проверки сделанного вывода была использована изложенная выше методика определения нанометровых перемещений отражателя по спектру автодинного сигнала полупроводникового лазера.

При проведении измерений на частоте звукового воздействия 550 Гц уровень звукового давления равномерно повышался от 20 до 60 дБ и с помощью АЦП автодинный сигнал непрерывно фиксировался в виде файла. Далее зафиксированный файл был

15 2« 25 30 35 4« 45 50 55 ■»>

Рис. 5. Зависимость амплитуды колебаний барабанной перепонки от интенсивности звукового воздействия

Рис. 6. Зависимости величины продольного смещения барабанной перепонки от интенсивности звукового воздействия

О 0 01 0.02 0 03 0 04 0.05 O.Ofi i>.07 O OS 0.09 /.с

Рис. 7. Автодинный сигнала для пациента при частоте звукового воздействия 600 Гц, при уровне звукового давления 70 дБ

обработан в соответствии с выбранной методикой решения обратной задачи.

На рис. 5 приведена экспериментально зафиксированная зависимость амплитуды колебаний барабанной перепонки от величины звукового давления излучателя звуковых волн в дБ.

Информация о величине продольного смещения барабанной перепонки получалась из найденных в результате решения обратной задачи значений стационарного набега фазы автодинного сигнала. На рис. 6 приведена

рассчитанная зависимость продольного смещения барабанной перепонки от величины звукового давления излучателя звуковых волн в дБ.

Таким образом, экспериментально установлено, что с увеличением интенсивности звукового воздействия на барабанную перепонку происходит не только увеличение амплитуды ее колебаний, но и ее продольное смещение как единого целого.

Для исследования поведения барабанной перепонки при высоких уровнях звукового давления анализировался спектральный состав автодинного сигнала при различных интенсивностях воздействия. На рис. 7 приведена запись автодинного сигнала для пациента при частоте звукового воздействия 600 Гц, при уровне звукового давления 70 дБ. На рис. 8 приведен спектр автодинного сигнала, показанного на рис. 7. Как

видно из рис. 8 в спектре автодинного сигнала, наряду со спектральными составляющими, кратными частоте возбуждающего звукового воздействия, наблюдаются спектральные составляющие на частотах, кратных половине частоты возбуждающего звукового воздействия. Пороговая величина возникновения субгармонических колебаний была индивидуальна для каждого пациента и превышала порог слыши-

0 J0Ö llii-O 1500 ¿000 2?00 ЭОиО V, 1ц

Рис. 8. Спектр автодинного сигнала, пока-зашюго на рис. 7

1 йА

1 1 1:!, Iii, ¿luLULh.....

гада

Т-тя (в)

Рис. 9. Спектр автодинного сигнала при подаче на костный возбудитель сигнала с генератора с частотой 520 Гц и напряжением (а) - 0,7 В; (б) - 0,9 В; (в)-2Ъ

мости от 65 до 75 дБ.

Дополнительно были проведены исследования возможности возникновения субгармонических колебаний барабанной перепонки на препарированном слуховом аппарате свиньи. Для возбуждения колебаний барабанной перепонки использовался костный возбудитель, применяемый в аудиометрических клинических исследованиях, на который подавался гармонический сигнал с частотой 520 Гц различной амплитуды. Спектры зарегистрированных автодинных сигналов приведены на рис. 9, из которого следует, что при увеличении интенсивности звукового гармонического воздействия на барабанную перепонку с частотой ш в ее механических колебаниях могут возникать субгармоники на частотах о/2 и ш/4. Проведенные исследования позволяют установить условия возбуждения нормальных колебаний барабанной перепонки и порога адекватного восприятия звукового сигнала.

В заключении приведены основные результаты диссертационной работы, которые заключаются в следующем:

1. При амплитудах колебаний внешнего отражателя, близких к длине волны лазерного излучения, нарушение условия малости внешней оптической связи (С«1) можно определить визуально по спектру автодинного сигнала. Оно выражается в специфическом уширении спектра автодинного сигнала. При амплитудах колебаний внешнего отражателя, близких к длине волны лазерного излучения, увеличение уровня внешней оптической связи вплоть до значений 0.2-0.3 приводит к погрешности определения амплитуды вибрации внешнего отражателя, не превышающей 10%. Нарушение условия незначительности уровня внешней оптической обратной связи (С«1) можно установить, проведя расчет амплитуды колебаний отражателя и построив график зависимости расчетной амплитуды колебаний от номера набора гармоник, используемых для расчета.

2. Теоретически обосновано и экспериментально показано, что при измерении теплового расширения твердых тел в ограниченном временном интервале, когда частота переменной составляющей автодинного сигнала наблюдается в низкочастотной области спектра, сверхмалые скорости могут быть измерены путем наложения на медленное поступательное движение отражателя дополнительных колебаний, совершаемых по гармоническому закону. При этом анализ сигнала сводится к определению фазы автодинного сигнала для гармонически колеблющегося объекта, с учетом предположения о стационарности набега фазы в пределах ограниченных во времени участков сигнала.

3. Разработан новый метод решения обратной задачи определения абсолютной амплитуды колебаний отражателя с использованием двух соседних гармоник спектрального ряда сигнала полупроводникового лазерного излучателя на квантоворазмерных структурах, работающего в автодинном режиме, не требующий знания стационарного набега фазы составного лазерного резонатора. Экспериментально показано, что в качестве внешнего отражателя автодинной системы может выступать биологический объект —

барабанная перепонка, что позволило зафиксировать амплитудно-частотную характеристику вибрационных перемещений исследуемого объекта при различных уровнях звукового воздействия на него.

4. По полученным амплитудно-частотным зависимостям барабанной перепонки удалось установить, что при нарушении целостности соединения слуховых косточек основной максимум АЧХ барабанной перепонки смещается в более низкочастотную область, а его амплитуда значительно возрастает, что позволяет использовать полученные выводы для диагностирования нарушения целостности слуховых косточек без хирургического вмешательства.

5. Показано, что при увеличении интенсивности звуковой гармонической нагрузки на барабанную перепонку происходит продольное смещение колеблющейся перепонки как целого.

6. Установлено, что при увеличении интенсивности звукового воздействия на барабанную перепонку в спектре автодинного сигнала происходит появление субгармонических составляющих на частоте равной половине частоты звукового воздействия.

Основные результаты диссертационной работы изложены в следующих публикациях:

1. У санов Д. А., Скрипаль A.B., Камышанский A.C. Измерение скорости нано-метровых перемещений по спектру автодинного сигнала лазера на квантовораз-мерных структурах // Письма в ЖТФ. 2004. №7. С.77-82.

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

3. Усанов Д.А., Мареев О.В., Скрипаль A.B., Камышанский A.C. Измерение амплитуды колебаний барабанной перепонки по спектру автодинного сигнала полупроводникового лазера на квантоворазмерных структурах // Биомедицинскис технологии и радиоэлектроника. 2004. №8-9. С.94-97.

4. Скрипаль А. В., Чанилов О. И., Усанов Д. А., Камышанский А. С. Восстановление негармонической функции движения объекта по сигналу полупроводникового лазера, работающего в автодином режиме // Известия ВУЗов. Прикладная нелинейная динамика. 2005. № 1. С. 79 - 87.

5. Чанилов О. И., Усанов Д. А., Скрипаль А. В., Камышанский А. С. Всйвлет-анализ лазерного интерференционного сигнала при ударном возбуждении отражателя // Письма в ЖТФ. 2005. Т.31. №21. С. 9-16.

6. Usanov D.A., Skripal A.V., Mashkov D.A., Kamyshanskyi A.S. Autodyne measurements of micro and nano vibrations by the low-frequency spcctrum of diode laser // Proc. SPIE Vol. 5503. 2004. P.551-558.

7. Mashkov D.A., Kamyshanskiy A.S., Skripal A.V., Usanov D.A. Autodync measurements of vibrations in focused beams//Proc. SPIE. 2004. Vol.5475. P. 141-148.

8. Патент на изобретение РФ №2247395. Способ измерения скорости движения объекта / Усанов Д.А., Скрипаль А.В, Камышанский A.C. Опубл. 27.02.2005. Бюл. №6

9. Патент на полезную модель РФ №38442. Устройство для измерения амплитуды колебаний барабанной перепонки / Усанов Д.А., Мареев О.В., Скрипаль Ан.В, Феклистов В.Б., Камышанский A.C. Опубл. 20.06.2004. Бюл. №17.

10. Патент РФ №2258462. Способ измерения амплитуды колебаний барабанной перепонки / Усанов Д.А., Мареев О.В., Скрипаль Ан.В, Феклистов В.Б., Камы-шанский A.C. Опубл. 20.08.2005. Бюл. №23.

11. Усанов Д.А., Скрипаль Ал.В., Скрипаль Ан.В., Постельга А.Э., Камышанский A.C. СВЧ и оптические полупроводниковые измерители параметров перемещений и вибраций. / Физика и технические приложения волновых процессов: Мат. докл. III Междун. н.-т. конф.— 6-12 сентября 2004г. Волгоград: НП ИДП «Авторское перо», с. 72-81.

12. Усанов Д.А., Мареев О.В., Скрипаль A.B., Мареев Г.О., Камышанский A.C., Баженов В.А. Лазерная диагностика амплитуды колебаний барабанной перепонки // Материалы И Евразийского конгресса по медицинской физике и инженерии " Медицинская физика-2005", Москва, 21-24 июня 2005 г. С.376-377.

13. У санов Д. А., Скрипаль Ал.В., Скрипаль Ан.В., Постсльга А.Э., Камышанский A.C. Полупроводниковые СВЧ и оптические автодины и их применение // Тез. докл. П-ой Междун. н.-т. конф. «Физика и технические приложения волновых процессов», г. Самара, 7-13 сентября 2003 г. С. 44.

14. Машков Д.А., Камышанский A.C., Чанилов О.И., Постельга А.Э. Лазерная и СВЧ автодинная интерферометрия вибраций // Федеральная итоговая научно-техническая конференция творческой молодежи России по естественным, техническим, гуманитарным наукам: материалы конф. - М., 2003. — С. 52 — 54.

КАМЫ ШАНСКИЙ АНТОН СЕРГЕЕВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СЛОЖНЫХ ДВИЖЕНИЙ ОТРАЖАЮЩИХ ОБЪЕКТОВ, В ТОМ ЧИСЛЕ БИОЛОГИЧЕСКИХ, ПО АВТОДИННОМУ СИГНАЛУ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ЛАЗЕРА

01.04.21 - лазерная физика 03.00.02 - биофизика

Автореферат на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Подписано в печать 01.06.06. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Гарнитура Times. Печать офсетная. Усл.-печ. л. 1.0 Тираж 100 экз. Заказ № ¿Jf .

Типография Издательства Саратовского университета. 410012, Саратов, Астраханская, 83.

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Камышанский, Антон Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ПАРАМЕТРОВ СЛОЖНЫХ ДВИЖЕНИЙ МЕХАНИЧЕСКИХ И БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ.

1.1. Гетеродинные методы определения параметров движения объектов.

1.2. Гомодинные методы определения параметров движения объектов.

1.3. Автодинные методы определения параметров движения объектов.

1.4. Измерение параметров движений барабанной перепонки.

2. ВЛИЯНИЕ УРОВНЯ ОПТИЧЕСКОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ НА НИЗКОЧАСТОТНЫЙ СПЕКТР АВТОДИННОГО СИГНАЛА ПРИ КОЛЕБАНИЯХ ВНЕШНЕГО ОТРАЖАТЕЛЯ.

2.1. Зависимость формы автодинного сигнала от уровня обратной связи.

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

3. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ СЛОЖНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ И СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ОБЪЕКТА ПО СПЕКТРУ СИГНАЛА ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ЛАЗЕРА.

3.1. Измерение постоянной скорости движения объекта.

3.2. Регистрация сверхмалых скоростей движения объектов.

4. ПРИМЕНЕНИЕ АВТОДИННОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ХАРАКТЕРИСТИК СЛОЖНЫХ ДВИЖЕНИЙ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ.

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

4.2. Экспериментальное определение амплитудно-частотной зависимости колебаний барабанной перепонки.

4.3. Экспериментальное исследование продольного смещения барабанной перепонки.

4.4. Экспериментальное исследование появления субгармоники механических колебаний барабанной перепонки.

Введение диссертация по физике, на тему "Исследование параметров сложных движений отражающих объектов, в том числе биологических, по автодинному сигналу полупроводникового лазера"

Методы измерения перемещений занимают важное место в современной науке и находят широкое применение в технике. При определении условий эксплуатации изделий различного рода возникает необходимость проведения исследований их динамических свойств. Такие испытания дают информацию о структуре сложных биологических и механических систем и могут способствовать выявлению новых биофизических эффектов и закономерностей и скрытых дефектов широкого круга изделий различного назначения. Среди методов измерения перемещений, используемых для этих целей, наибольший интерес вызывают методы неразрушающего контроля, когда производимое измерение не оказывает негативного воздействия на объект исследований.

К таким методам, прежде всего, относятся оптические методы исследований. Эти методы основаны на анализе интерференционной картины, порождаемой падающей и отраженной исследуемым объектом электромагнитными волнами.

Современный уровень технологии производства полупроводниковых материалов и приборов позволяет создавать сверхкомпактные генераторы когерентного излучения - лазерные диоды на квантоворазмерных структурах. Их отличает высокая стабильность работы, устойчивость характеристик получаемого излучения, отсутствие необходимости визуализации излучения, вследствие того, что его длина волны соответствует видимой части спектра. Еще одним немаловажным достоинством полупроводниковых лазерных излучателей является их сравнительно небольшая стоимость и низкое энергопотребление. Поэтому, измерительные системы, построенные на основе полупроводниковых лазерных излучателей, находят все большее применение в различных областях науки и техники.

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

Определение параметров движения объекта по регистрируемой интерференционной картине затруднено тем, что интересующую информацию несет фаза волны. В связи с этим является актуальным и приобретает большое значение разработка методов анализа интерференционной картины, позволяющих определять характеристики движения отражателя, являющегося одним из источников интерферирующих волн.

Ввиду высокой сложности регистрируемого сигнала исследования интерференции электромагнитного излучения, порождаемой движущимся отражателем, проводились для сравнительно узкого круга задач. Пороговые характеристики регистрируемых амплитуд и перемещений для абсолютных методов (методов, не требующих калибровки) связаны с длиной волны интерферирующих волн, поэтому при использовании волн из видимого диапазона спектра задача контроля сверхмалых скоростей и наномет-ровых перемещений объекта представляется затруднительной и была мало изучена применительно к гомодинным интерферометрам. Одна из областей техники, где требуется проведение такого рода измерений, - машиностроение. При производстве изделий различного назначения нередко возникает задача контроля скорости теплового расширения металлических сплавов. Характер интерференции для такого типа движений отражателя в гомодинной системе на основе полупроводникового лазера ранее не исследовался. Методы измерения характеристик движения отражателя по интерференционному сигналу в гомодинной системе для этого случая разработаны не были.

В автодинной системе часть излучения возвращается в активную область резонатора, при этом режим, при котором автодинный сигнал аналогичен интерференционному, возможен при строго определенных уровнях обратной связи. При увеличении уровня обратной связи происходит искажение автодинного сигнала в отличие от случая, когда интерференция происходит в системе, отделенной от источника сигнала развязывающим элементом. При очень малых уровнях обратной связи визуальный контроль изменения формы автодинного сигнала затруднителен, поэтому представляет интерес исследование возможности использования хорошо разработанной интерференционной теории для анализа автодинного сигнала при различных уровнях обратной связи.

Вследствие бесконтактности автодинной схемы исследований и использования лазерного излучения малой мощности с длиной волны, соответствующей видимой части спектра, представляется перспективным ее использование для проведения неразрушающих измерений биологических объектов. Одним из таких применений может, например, быть измерение амплитуды колебаний барабанной перепонки, при воздействии на нее звуковым сигналом. Известные методы, позволяющие проводить такого рода измерения либо основывались на использовании интерферометров, с помощью которых возможно было проводить измерения только in vitro вследствие сложной формы слухового прохода, либо в основе методов лежало применение контактирующих с биообъектом механических приспособлений, что приводило к высокому уровню трудно учитываемых погрешностей измерения. Применение автодинной измерительной системы на основе полупроводникового лазера для контроля амплитуды колебаний барабанной перепонки открывает перспективу проведения неинвазивных исследований характеристик колебаний барабанной перепонки. Таким образом, актуальными задачами, решаемыми в настоящей работе, являются:

1. Исследование влияния уровня оптической обратной связи на низкочас-1 тотный спектр автодинного сигнала при гармонических колебаниях внешнего отражателя;

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

2. Предложена методика переноса информативной низкочастотной составляющей автодинного сигнала в более высокочастотную область путем наложения на поступательное движение объекта дополнительных Г механических колебаний. Разработан новый метод регистрации скоростей перемещений объекта, величины которых составляют десятки нанометров в секунду; 3. Разработана экспериментальная установка для регистрации теплового расширения объектов с использованием полупроводникового лазера, работающего в автодинном режиме; f 4. Предложена новая методика решения обратной задачи по определению амплитуды колебаний объекта с использованием двух соседних составляющих спектра автодинного сигнала полупроводникового лазера;

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

Практическая значимость полученных результатов заключается в следующем:

1. Предложен новый алгоритм восстановления параметров сложного движения объекта по интерференционному сигналу лазерной автодинной системы, основанный на определении фазы автодинного сигнала при последовательном Фурье - анализе отдельных участков сигнала;

На защиту выносятся следующие положения:

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на:

1. Н-ой международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов», г. Самара, 7-13 сентября 2003 г.

3. Sixth International Conference on Vibration Measurements by Laser Techniques: Advances and Applications. Саратов, 2004г.

4. III-ей международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов» 6-12 сентября 2004г. Волгоград.

По результатам исследований, выполненных при работе над диссертацией, опубликовано 14 работ, в том числе 7 статей в реферируемых журналах, 3 тезисов докладов международных конференций, получено 2 патента на изобретение, 1 патент на полезную модель.

Личное участие автора в этих работах выразилось в теоретической разработке и практической реализации метода измерения сверхмалых скоростей и нанометровых смещений объекта путем наложения на поступательное движение объекта гармонической вибрации, теоретической разработке и практической реализации метода определения нанометровых вибраций механических и биологических объектов с использованием двух соседних гармоник спектра автодинного сигнала полупроводникового лазера на квантоворазмерных структурах, теоретическом анализе возможности проведения вычислений с использованием гармоник автодинного сигнала в случае, когда величины коэффициента внешней оптической связи находятся в пределах от 0.1 до 1 и возможности качественной оценки величины данного коэффициента по спектру полупроводникового лазера, работающего в автодином режиме, участии в формулировании научных положений и выводов.

Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации составляет 102 страницы машинописного текста, включая 46 рисунков. Список литературы содержит 107 наименований и изложен на 12 страницах.

Заключение диссертации по теме "Лазерная физика"

Основные результаты диссертационной работы могут быть сформулированы следующим образом:

1. При амплитудах колебаний внешнего отражателя, близких к длине волны лазерного излучения, нарушение условия малости внешней оптической связи (С«1) можно определить визуально по спектру автодинного сигнала. Оно выражается в специфическом уширении спектра автодинного сигнала. При амплитудах колебаний внешнего отражателя, близких к длине волны лазерного излучения, увеличение уровня внешней оптической связи вплоть до значений 0.2-0.3 приводит к погрешности определения амплитуды вибрации внешнего отражателя, не превышающей 10%. Нарушение условия незначительности уровня внешней оптической обратной связи (С «1) можно установить, проведя расчет амплитуды колебаний отражателя и построив график зависимости расчетной амплитуды колебаний от номера набора гармоник, используемых для расчета.

2. Теоретически обосновано и экспериментально показано, что при измерении теплового расширения твердых тел в ограниченном временном интервале, когда частота переменной составляющей автодинного сигнала наблюдается в низкочастотной области спектра, сверхмалые скорости могут быть измерены путем наложения на медленное поступательное движение отражателя дополнительных колебаний, совершаемых по гармоническому закону. При этом анализ сигнала сводится к определению фазы автодинного сигнала для гармонически колеблющегося объекта, с учетом предположение о стационарности набега фазы в пределах ограниченных во времени участков сигнала.

5. Показано, что при воздействии звуковой гармонической нагрузки на барабанную перепонку происходит продольное смещение колеблющейся перепонки как целого, увеличивающееся с ростом интенсивности звукового сигнала.

6. Установлено, что при увеличении интенсивности звукового воздействия на барабанную перепонку в спектре автодинного сигнала происходит появление субгармонических составляющих на частоте, равной половине частоты звукового воздействия.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Камышанский, Антон Сергеевич, Саратов

1. Приезжев А.В., Тучин В.В., Шубочкин Л.П. Лазерная диагностика в биологии и медицине.- М.:Наука 1989.- С.237.

2. Протопопов В.В., Устинов Н.Д. Лазерное гетеродинирование. М.: Наука.- 1985.-288 с.

3. Клочков В.П., Козлов Л.Ф., Потыкевич И.В., Соскин М.С. Лазерная анемометрия, дистанционная спектроскопия и интерферометрия. Справочник. Под ред. М.С.Соскина. Киев: Наукова думка, 1985. 760 с.

4. Koelink М.Н., Slot М., F.F.de Mul, et.al. Laser Doppler velocimeter based on the self-mixing effect in a fiber-coupled semiconductor laser: theory //Appl.Opt. 1992. - V.31. - P.3401-3408.

5. Jentink H.W., F.F. de Mul, et.al. Small laser Doppler velocimetr based on the self-mixing effect in diode laser. // Appl.Opt. 1988. - V.27. - P.379-385.

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

7. Маргин A.B. Доплеровский измеритель скорости на основе инжек-ционного лазера // ЖТФ -1 994.-t.64- в. 1 С. 184-189.

8. Сытин В.А., Чмутин A.M. Лазерный виброметр с прямой обработкой доплеровского сигнала. // Изв. ВУЗов. Приборостроение. 1991. -№7. - С.68-72.

9. Чмутин A.M. К теории лазерного доплеровского виброметра. // Лазерная техника и оптоэлектроника. 1993. -№i-2. - С.46-49.

10. Hariharan P. Sensitivity improvement by step-biasing in holographic in-terferometry // Opt.Eng. 1976. - V.15. - P.279-289.

11. Sato Т., Ogawa H., Ueda M. Contour generation of vibrating object by weighted subtraction of holograms // Appl.Opt. 1974 - V. 13. - P. 12801282.

12. Козин Г.И., Петров B.B., Проценко Е.Д. Детектирование отраженного излучения по частоте биений двухмодового лазера. // Кв. эл-ка. -1991. Т.18. - №3. - С.391-393.

13. Физика полупроводниковых лазеров /Под ред. Такумы X. :Мир, 1989.310 с.

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

15. Gorecki C., Chebbour A., Tribillon G. Multifunction wavelength-shift in-terferometry: absolute distance and velocity measurements. // In Proc. SPIE. V.2340. - P.356-365.

16. Kikuta H., Iwata К., Nagata R., Distance measurement by the wavelength shift.of laser diode light. // Appl.Opt. 1986.- V.25. - P.2976-2980.

17. Tatsuno K., Tsunoda Y. Diode laser direct modulation heterodyne interferometer. // Appl.Opt. 1987.- V:26. - P.37-40. :

18. Fischer E., Dalhoff E., Heim S., Hofbauer U., Tiziani H.J. Absolute inter-ferometric distance measurement using FM-demodulation. // Appl.Opt. -1995.- V.34. P.5589-5594.

19. Suzuki Т., Sasaki O., Maruyama T. Absolute distance measurement using wavelenth-multiplexed phase-locked laser diode interferometry. // Opt.Eng. 1996. - V.35. -P.492-497.

20. Suzuki Т., Sasaki O., Higuchi K., Maruyama T. Phase-locked laser diode interferometer: high-speed feedback control system. // Appl.Opt. 1991. -V.30. - P.3622-3626.

21. Казаков C.A., Кокин A.A., Медникова Jl.C. Об определении профиля распределения концентрации носителей тока в полупроводниковой пластине по спектрам отражения света // Микроэлектроника. 1981.-Т.10. - В.4. - С.347-357.

22. Wei Jin, Deepak Uttamchandani, Culshaw В., Direct readout of dynamic phase changes in a fiber-optic homodyne interferometer // Appl.Opt. -1992.- V.31. P.7253-7258.

23. Грей Э., Мэтьюз Г.Б. Функции Бесселя и их приложения к физике и механике. Пер. с англ. М.:Изд. Иностранной литературы. - 1949. -386 с.

24. Sudarshanam V.S., Srivasan К. Linear readout of dynamic phase change in a fiber-optic homodyne interferometer. // Opt.Lett. 1989. - V.14. -P.140-142.

25. Vikram C.S., McDevitt Т.Е. Simple spectrum analysis in laser Doppler studies of sinusoidal vibrations. // Opt.Eng. 1989. - V.28. - P.922-925.

26. Pernick B.J. Self-consistent and direct reading laser homodyne measurement technique. // Appl.Opt. 1973. - V. 12. - P.607-610.

27. Sudarshanam V.S., Srivasan K. Universal phase calibrating technique fora fiber-optic homodyne interferometer. // Opt.Lett. 1989. V. 14. - P. 12871289.

28. Вагарин B.A., Скрипаль A.B., Усанов Д.А. Об ограничениях в применении спектрального метода определения амплитуды вибраций. // Автометрия. 1994. №1. - С .89-90.

29. Вагарин В.А. Исследование интерференции оптического излучения в гомодинной лазерной системе с вибрирующим отражателем. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физикоматематических наук. Саратов. - 1996.

30. Ashby D.E., Jephcott D.F. Measurement of plasma density using a gas laser in infrared interferometer // Appl.Phys. 1963. Vol.3. N7. P. 13-15.

31. Берштейн И.JI. Воздействие отраженного сигнала на работу лазера // Изв. вузов. Радиофизика. 1973. Т.16. N4. С.526-530.

32. Берштейн И.Л, Степанов Д.П. Обнаружение и измерение малых обратных отражений лазерного излучения. // Радиофизика. 1973. Т.16. N4. С.532 535.

33. Туманов Б.Н., Левит Б.И., Бабич А.С. Автодинный эффект в газовых лазерах//Радиофизика. 1978. Т.21. N9. С. 1260-1267.

34. Захаров Б.В., Мейгас К.Б., Хинрикус Х.В. Когерентное фотодетектирование газовым лазером // Квантовая электроника. 1990. Т. 17. N2. С.240-244.

35. Seko A., Mitsuhashi Y. Self-quenching in semiconductor lasers and its applications in optical memory readout // Appl. Phys. 1975. Vol.27. N3. P.140-141.

36. Morikawa Т., Mitsuhashi Y. Return-beam-induced oscillations in self-coupled semiconductor lasers // Electron. Lett. 1976. Vol.12. N17. P.435-436.

37. Burke W.J., Ettenberg M., Kressel H. Optical feed-back effects in CW injection lasers // Appl.Opt. 1978. Vol.17. N14. P.2233-2238.

38. Казаринов P.O., Сурис P.A. Гетеродинный прием света инжекцион-ным лазером//ЖТФ. 1974. Т.66. Вып.З. С.1067-1078.

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

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

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

42. Гершензон Е.М., Калыгина В.М., Левит Б.И., Туманов Б.Н. Резонанс релаксационных колебаний в автодинных генераторах // Изв. вузов. Радиофизика. 1981. Т.24. N8. С.1028-1034.

43. Гершензон Е.М., Туманов Б.Н., Левит Б.И. Автодинные и модуляционные характеристики инжекционных полупроводниковых лазеров // Изв. вузов. Радиофизика. 1980. Т.23. N5. С.535-541.

44. Левит Б.И. Исследование автодинного эффекта в квантовых генераторах: Диссерт. кандидата физ.-мат. наук Н.Тагил: НГПИ, 1981. 193 с.

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

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

47. Henry C.H. Theory of linewidth of semiconductor lasers // IEEE J. Quantum Electron. 1982. V. QE-18. P. 259-264.

48. Goldberg L., Taylor H.F., Dandridge A., Weller J.F., and Miles R.O. Spectral characteristics of semiconductor lasers with optical feedback //IEEE J. Quantum Electronics. 1982. Vol. QE-18. No. 4. P.555-564.

49. Spano P., Piazzolla S., Tamburrini M. Theory of noise in semiconductor laser in the presence of optical feedback // IEEE J. Quantum Electron. 1984. Vol. QE-20. N4. P.350-357.

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

51. Olesen H., Osmundsen J.H., Iromborg B. Nonlinear dynamics and spectral behavior for an external cavity laser // IEEE J. Quantum Electron. 1986. Vol.22. P.762-773.

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

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

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

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

56. Murata S., Yamazaki S., Mito I., Kobayashi K. Spectral characteristics for 1.3 mm monolithic external cavity DFB lasers // Electron. Lett. 1986. V.22. P.l 197-1198.

57. Patzak E., Olessen H., Sugimura A., Saito S., Mukai T. Spectral linewidth reduction in semiconductor lasers with weak optical feedback //Electron. Lett. 1983. V.19.P.938-940.

58. Troniborg В., Mrk J. Nonlinear Injection Locking Dynamics and the onset of coherence collapse in external cavity lasers // IEEE J. Quantum Electron. 1990. VOL.QE-26. P.642-650.

59. Favre F., Guen D.L., Simon J.S. Optical feedback effects upon laser diode oscillation field spectrum //IEEE J.Quantum Electron. 1982. QE-18. P.1712-1717.

60. Acket G.A., Lenstra D., A.J. den Boef, Verbeek B.H. The influence of feedback intensity on longitudinal mode properties and optical noise in index-guided semiconductor laser //IEEE J.Quantum Electron. 1984. QE-20. P.l 163-1169.

61. Cohen J.S., Lenstra D. Spectral properties of the coherence collapse state of a semiconductor laser with delayed optical feedback //IEEE J.Quantum Electron. 1989. QE-25. P.14-115.

62. Скрипаль A.B., Усанов Д.А., Гангнус C.B., Калинкин М.Ю. Гомо-динная интерферометрия негармонических вибраций // Оптические методы обработки информации М.: МФТИ, 1998. С.69-78.

63. Усанов Д. А., Скрипаль Ал. В., Скриаль Ан. В. Физика полупроводниковых радиочастотных и оптических автодинов. Саратов: Изд-во Саратовского университета. - 2003. - 312 с.

64. Браун У. Лазерный интерферометр для измерения движения хрусталика глаза крысы in vitro под действием микроволнового излучения // Приборы для научн. исслед. 1983. N1. С.91-95.

65. Fercher A.F., Ни H.Z., Steeger P.F., Briers J.D. Eye deformation measurement by laser interferometry //Opt. Acta. 1982. Vol.29. N10. P.1401-1406.

66. Pierattini G. Real-time and double-exposure microholographic interferometry for observing the dynamical of phase variations in transparent specimens // Opt. Comm. 1972. Vol.5. N1. P.41.

67. Патент РФ №2155335. Способ определения влияния вредного воздействия на биообъекты / Усанов Д.А., Скрипаль А.В. Опубл. 27.08.2000. Бюл. №24

68. Усанов Д.А., Скрипаль Ал.В., Вагарин А.Ю., Скрипаль Ан.В., Пота-пов В.В., Шмакова Т.Т., Мосияш С.С. Лазерный автодинный метод контроля динамического состояния биообъектов // Конверсия. 1997. №10. С.53-55.

69. Усанов Д.А., Скрипаль Ал.В., Вагарин А.Ю., Скрипаль Ан.В., Потапов В.В., Шмакова Т.Т., Мосияш С.С. Лазерная автодинная интерферометрия динамических параметров биообъектов // Письма в ЖТФ. 1998. Т.24. Вып.5. С.39-43

70. Усанов Д.А., Скрипаль Ал.В., Скрипаль Ан.В. Эффект синхронизации внешним электрическим полем частоты сердцебиений дафнии // Письма в ЖТФ. 1999. Т.25. Вып.4. С.74-78.

71. Патент РФ №2123693. Способ биотестирования токсичности водной среды // Усанов Д.А., Скрипаль Ал.В., Вагарин А.Ю., Скрипаль

72. Ан.В., Потапов В.В., Шмакова Т.Т., Мосияш С.С. Опубл. 20.12.1998. Бюл. №35.

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

74. Ундриц В. Ф., Темкин Я. С. и Нейман J1. В., Руководство по клинической аудиологии, М., 1962. 405 с.

75. Вартанян Г.А., Гальдинов Г.В., Акимова И.М.Организация и модуляция процессов памяти Л.: Медицина, 1981. 208 с.

76. Кобрак Г.Г. Среднее ухо. Гос. изд-во мед. литературы, Москва, 1963,456 с.

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

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

79. Willemin J.-F., Khanna S., Dandliker R. Heterodyne Interferometer for Cellular Vibration Measurement 7/ Acta Oto-Laryngologica, 1989. Vol.467. P.35-42. Вулынтейн X. Слухулучшающие операции. M.: медицина, 1972. 423 с.

80. Bekesy G. Experiments in hearing. New York, Toronto, London 1960. P. 230.

81. Эфрусси M. M. Слуховые аппараты и аудиометры. М.: Связь 1975. -95 с.

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

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

84. Усанов Д.А., Скрипаль А.В. Определение характеристик вибраций микрообъектов с помощью лазерного излучения // Микросистемная техника. 2003. №7. С.34-42.

85. B.А. Неганова, Г.П. Ярового. 6-12 сентября 2004г. Волгоград: НП ИДП «Авторское перо», с. 72-81.

86. Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Камышанский А.С. Измерение скорости нанометровых перемещений по спектру автодинного сигнала лазера на квантоворазмерных структурах // Письма в ЖТФ. 2004. №7.1. C.77-82!

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

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

89. Патент РФ №2258462. Способ измерения амплитуды колебаний барабанной перепонки / Усанов Д.А., Мареев О.В., Скрипаль Ан.В, Феклистов В.Б., Камышанский А.С. Опубл. 20.08.2005. Бюл. №23. (Пол. решение по заявке №2004103572 от 10.02.2004 г.)

90. Чанилов О. И., Усанов Д. А., Скрипаль А. В., Камышанский А. С. Вейвлет анализ лазерного интерференционного сигнала при ударном возбуждении отражателя // Письма в ЖТФ. 2005. Т.31. №21. С. 9-16.