Исследование поляризационной структуры поля когерентного излучения, рассеянного оптически-неоднородными объектами и средами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

>Г6 од

) ^ I Г ^ЕРНОРИЦКИЯ ГОСЯДПРСТВЕНННИ УНИВЕРСИТЕТ' ' ! ни. В. ФЕДЬКОВИЧА

На правах рукописи

ЕРМОЛЕНКО СЕРГЕИ БОРИСОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛЯРИЗАЦИОННОЙ СТРИКТУРН ПОЛЯ

КОГЕРЕНТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, РАССЕЯННОГО ОПТИЧЕСКИ-НЕОДНОРОДНЫМИ ОБЪЕКТАМИ И СРЕДАМИ

01.04.05 - Оптика

Автореферат диссертации на соискание дченой степени кандидата физико-математических наук

Черновцн - 1994

Диссертация выполнена в Черновицком государственном университете им. Й.Федьковича.

1ШУЧ1ШИ РУКОВОДИТЕЛЬ:

кандидат физико-натематических наук, доцент Ииенко (1.Г. (ШЦШЫ1НЕ ОППОНЕНТ«:

доктор физико-иатеи тичесних наук, профессор Сахновский М.В. кандидат физико-матпматических наук.

старпий научний сотрудник ' Новиков Л.Л.

ВЕДУЧЛЯ ОРГШШПЦИЯ: Киевски" университет.

Зацита состоится года в часов

на заседании специализированного совета К 0G8.i6.08 при Черновицком госучиверс.. тете ни. Й.Федьковича по адресу:

274012, г. Черновцы, ул. Университетская, 1

С диссертацией «окно ознакомиться в библиотеке Черновицкого госуниверситета иы. Й.Федьковича.

Автореферат разослак 1334 г.

Ячений секретарь

специализированного совета К 068.1&>0иуп

кандидат физ.-ыат. наук /Ул А/ Мохунь И.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РЛБОТН

Актуальность темы. Во веса многообразии реальных физичес-

----------------- них тел подавляицес большинство из них

являются оптически-нооднородными. Это делает 5шление светорассеяния интересным для широкого круга реиаиыих в физике задач. Одной из актуальных является задача создания нсразруиающиХ оптических методов контроля и диагностики оптико-геометрических параметров объектов.

Рассеяние оптического излучения сопровождается изменением не только его аыплитудно-фазовик характеристик, но и состояния поляризации. Преимущество методов исследования с использованием поляризованного излучения состоит в том, что они даит дополнительную информации о процессах взаимодействия излучения с оптичес-ки-неоднородныаи объектами в сравнении с фотометрическими методами.

Известные до настоящего времени теоретические и экспериментальные исследования были посвящены, в основном, изучении закономерностей образования интегральных, осреднешгнх по большому числу нейднородностеи, поляризационных характеристик поля.

Локальный характер взаимодействия поля когерентного излучения с веществом неоднородных объектов и возникающая при этой структурность поля непосреелвенно у границы раздела двух сред и в дальней зоне дифракции"(спеклы) стимулируют исследования, направленные на изучение локальных характеристик поляризационной структуры поля рассеянного излучения. Вклад в формирование струк-тирных характеристик когерентного поля вносят факторы, связанные как с процессами рассеяния лазерного излачекия объектом исследования, так и с механизмами последующего его распространения в свободном пространстве.

Полное описание свойств поля, сформированного на поверхности рассеивающего объекта требует статистического подхода, т.е. использования аднкций плотностей вероятности для описания состояния поляризации поля по совокупности его локальных характеристик, а такяе учета влияния оптико-геометрических параметров объекта на структуру поля.

Актуальность темы диссертационной работа обусловлена: - необходимости нахокдения новых информативна резервоо,

спдервпщихся в поляризационных характеристиках поля когерентного излучения, рассеянного различными типами объектов;

- необходииостьв разработки новых бесконтактных поляриза-циошшх и корреляционных истодов диагностики параметров иерохо-иш<х поверхностей ч оптически-неоднородных слоов;

- шшбходиыостыа учет« статистической поляризационной структуры поля рассеянного когерентного излучения в голографичес-кнх истодах обработки информации.

1[Е/1Ь диссертационной работы состояла в исследовании

--------------------------- влияния оптико-геометрических

параметров оптически-неоднородных, объектов-на'поляризационную структуру поля когерентного рассеянного излучения и поиске новых возможностей поляризационной диагностики структурных параыетпов объектов.

ЗАДАЧИ исследований:

1. Изучение процессов формирования поляризационной структуры поля когерентного излучения на шерохоиатых поверхностях,' поверхностях объектов с подповерхностным оптичсскн-неоднородным слоем и объенно-рассеивавииы слоем.

2. Поиск аналитической взаимосвязи плотностей вероятности характеристик состояния поляризации когерентного поля на поверхности объектов со случайными значениями оптико-геометрических параметров шероховатых поверхностей и оптически-неоднородных слоев.

3. Разработка методов локальной ноляриметрии для определена

- функций распределения углов наклона и впеот, пространственно-угловых ориентации иикронеровностей шероховатых поверхностей;

- вероятностных распределений величин дпулучепрелоиления и ориентации осей наиболызей скорости оптически-неоднородных прозрачных слоев;

- градиента показателя преломления прозрачных шлифованных объектов;

- оптических параметров имкрокриеталлитних образований на • поверхности сколов стекол.

4. Исследование новых возможностей в поляризациоино-гало-графической селекции информации при регистрации объектов сквозь нестационарная среди.

З/ВДЙЕИИЕ ПОШЕНИЯ:

1. Поле ногерентного излучения на поверхности оптически-неоднородных объектов характеризуется статистичкски распределенными азимутами и зллиптичностями поляризации, интервал изменения которых определяется френелевскиыи механизмами рассеяния излучения на поверхности и в подповерхностном слое, их оптико-гео-детрическини параметрами, кратностьв рассеяния и стремится к равновероятнома.

Наблюдение и диагностика структурных поляризационных пространственных неоднородностей поля излучения на поверхности объектов требует выбора апертурных параметров оптической системы проецирования таких, которне обеспечивают минимальные искажения структуры поля, возникавших в результате сунения пространгт-венно-частотного спектра поля рассеянного излучения.

2. Найденная взаимосвязь плотностей вероятности состояния поляризации поля когерентного излучения на «ероховатых поверхностях и однократно-рассеивавших прозрачных слоях с их случайными оптико-геометрическими параметрам позволила разработать новые методы локальной • оляриметрии.

3. Управление поляризационными характеристиками.эондируищего и опорного когерентных полей позволило достичь дополнительного повывения отношения сигнал-пцм на один порядок в голографичес-ком изображении оптически-неоднородных объектов в нутн :х средах с одновременным рдрьированием яркостной тснопередачи отдельных фрагментов объектной сцены.

НОВИЗНА научных рвацльтатов, получешшх в диссертационной

--------------------------- работе, заклвчается в том, что:

- предложен подход, в соответствии с которым ведется по>.ск зависимостей вероятностных распределений состояния поляризации поля лазерного излдчения на поверхности оптически-пеоднородных объектов от их оптико-геометрических параметров:

- впервые экспериментально исследованы плотности вероятностей азимутов и эллмптичноетей поляризации поля лазерного излучения

на поверхности шероховатых поверхностей, объектов с подповерхностным треиинопатны слоем и объемно рассеивающих слоев;

- найденная взаимосвязь состояния поляризации поля когерентного излучения на поверхности рас'сеиваваего объекта с его оптико-геометрическими параметрами позволила разработать ряд новых методов локальной поляриметрии структурных параметров объектов;

- экспериментально исследованы поляризационные проявления микрокристаллитпой структуры поверхности оптических стекол и пре-дломен метод определения параметров анизотропии микрокристаллит-нмх образований;

- обнаружена и исследована тонкая поляризационная структура поля па поверхности шлифованных стекол й спеклов поля рас,еян-ного ими излучения, обусловленная .роявлениеы иикрогеометрии по-верности объекта и днфракционно-интерферснцианными механизмами распространения излучения в пространстве;

-достигнуто дополнительное увеличение отношения сигнал-иуы па 1 порядок н голографическом изображении диффузных объектов, наблюдаемых через мутнув среду, посредством управления состоянием поляризации зондирующего и опорного полей.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ работы определяется разработкой

------------------------------- рада поляриметрических и

корреляционных способов диагностики .параметров рельефа шероховатых объектов и анизотропии прозрачных оптически-неоднородных слоез. Эти способы защищены авторскими свидетельствами и могут использоваться для определения:

- функций распределения углов наклона, пространственно-угловых ориентации и высот микронеровностей шероховатых поверхностей;

- вероятностных распределений величин двулучепркломления и ориентации осчй наибольией скорости оптически-неоднородных прозрачных слоев;

- грациеита показателя преломления прозрачных илифовашшх оГъектов.

Разработанный метод повывения отношения сигнал-шум в голографическом изображении гзоляризационнс-неоднвродннх объектов сквозь мутнуи'среду $ожет быть использован в систекак гологра<}и-ческой интроскопии и оптической обработхи информации.

Апробация работы

Результаты исследований докладывались на:

- Всесоюзных совещаниях "Распространение лазерного излучения п дисперсных средах" в г.Обнинске 1985 г., г. Барнауле 190Ü г.;

- Всесовзной научно-технической конференции "Ilepaspij -дюцие физические методы контроля", г.Иосква. 1987 г.;

- Паучн. конф. "Голографичсский корреляционной анализ и регистрирующие среды", г. Черновцы, 1908 г.;

- Всесоюзных научно-технических конференциях "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение", г.Москва, 1988, 1990 гг.;

- III Невдународноы симпозиуме па современной оптике, Венгрия, г.Будапеат, 1908 г.:

- Всесовзной научно-техн. конференции "Оптический, радиоволновой нетоды контроля". г.Могилев, 1989 г.;

- IV Мехдународной конференции по оптике и лазерной технике

. "0птика-89", Болгария, г.Варна, 1989 г.;

- I Меадународном. семинаре по автиматнзирпанной обработке интер-ферограмм , Германия , Берлин', 19Ü9 гг;

- Международной конференции "Фазовый и интерференционной контраст", Польна, г.Варнава, 1992 г.;

- 1б-а Конгрессе Нелдцнародной комиссии по оптике "Оптика паи клич .'к высокой технологии", Венгрия, г.Будапеат, 1993 г.

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 20 печатных работ, получено В авторских свидетельств и одно положительное ренение по заявке. Список литературы приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав и закличения. Работа изловена ла 77 страницах «аиинописногп текста, содержит 51 рисунок и 2 таблицы; список литературы- 107 наименований. Полный 1бъем работы - 138 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАООТИ

Во введении обосновывается актуальность выполненных исследований, сформулирована цель работы, задачи исследований, обсуждается новизна, практическая значимость работы и приведена основные заминаемые 'нолоиения.

В первой главе содержится обзор литературных данных, посвя-цешшх исследованию интегральных и локальных характеристик поля излучения, рассеянного оптически-неоднородныыи поверхностями и слоями. !

На первых порах преимущественно развивались исследования Фотометрических и поляризационных характеристик излучения, осред-нешшх по больному числу реализаций поля, методами оптики рассей-васцих сред. Предлокенная Бугером цодель светорассеяния иерохова-тыии поверхностями (совокупность "шшрозеркал", отраваивдих по законам лучевой оптики) была, существенно развита и обобщена другими исследователями с «четой функции распределения никронеровностей по направления«, Цренелевских коэффициентов отрааения и пропускания, дифракционно-интерференционных явлений. Натричкые методы исследования, обладаюцие исчерпывающе полной информацией об интегральных фотометрических и поляризационных характеристика" оптических проявлений раСсвивавдего объекта, позволили расиирить представления о механизмах некогерентниго светорассеяния объектами с внеиней и внутренней составлящими, провести их классификации и диагностику их параметров,

Обнаруяенное новое свойство поля рассеянного лазерного излучения - его пятнистость, - обусловило необходимость изучения соойств случайных слекл-полей. Представление поверхности объекта набором различных рассеивавших точек (или площадок), либо оптических ретрансляторов позволило обобщить и расиирить сведения о формировании структуры поля когерентного рассеянного излучения, о нахождении распределений его аиплитудно-фазовых характеристик. Методы оптики спеклов успешно использувтся длн определен« параметров рельефа вероховатнх поверхностей.

Изучение поляризационного (векторного) характера структуры рассеянных когерентна* полей послуаило дополнительным резервом в роении ряда прямых и обратных задач оптики спеклов. Исследовате-

лями (шло замечено, что поляризационная структура ноли обусловлю на как механизмами взаимодействия излучении го структурными лле-центами объекта, тан и проц«1,сани распространении излучения. (!д нано, до настоящего времени но накоплен достаточный экспериментальный материал, охватывающий аспекты процессов рассеяния поля ризованного излучения. 15 изучении пронесся» когерентного рас с сии и к присутствуют, преимуцественно, геометрические условия эксперимента и не проводится учет влияния оптико-гпометрлческих параметров рассеивающих объектов на поляризационную структуру поля.

Диссертациоиная работа основана на подходах.'вклпчаючих:

- поиск новых информативных возможностей в изучении поляризационных характеристик поля в зависимости от оптико-геометрических параметров рассеивающих объектов различных типов;

- использование в качестве аналитического аппарата вероятностных распределений типоп и форы поляризации поля когерентного рассеянного излучения.

Изучение векторных характеристик структуры рассеянных когерентных полей стимулирует как исследование в области оптической диагностики,- так И нахождение новых информативных резервов п методах интерферометрии и гоЛографическ.ой обработки информации.

Во второй главе рассматриваются вопросы формирования поляризационной структура ппля когерентного излучения, рассеянного иероховатыми поверхностями, объектами с подповерхностным оптически-неоднородным слоем и объемно-рассеивающими слоями.

Структурное поле, сформированное когерентным излучением на поверхности рассеивающих объектов, представляем сопокугшосгьи областей однородной поляризации (или зон локальной поляризации). Поле в пределах каядой из зон локальной поляризации (ЗЛИ) мояет формироваться с участием различных механизмов взаимодействия зондирующего пучка с оптически-неоднородным объектом и характеризуется определенной амплитудно-фазовой и поляризационной структурой излучения.

Рассмотрение процессов образования локальной поляризационной структуры ноля на поверхности шероховатых объектов (диэлектриков и металлов) проводилось п рамках известной модели вороха-чатой поверхности в виде квазиплоских микроплощадок с размерами £ >>Л и в нрнблипении гауссовой статистики распределения их вы-

I о

сот. Показано, что величина случайного поворота азиицта поляризации '¿гв пределах ЗЛП определяется фринелевскиыи механизмами рассеяния и зависит от случайного угла наклона ыикронеровности У и оптических констант вещества поверхности (1^,32-). Найден закон вероятностного распределения азимутов "поляризации граничного ноля иерохова^й поверхности диэлектрика:

м

ехр

jÁMltlL

(УН) У(¥)

(1)

где //= a<tg&4+

Д + a+tgi+CLs

Y - azctn Ч1 -ozcsiniksinrih .

cos [3"- azcstn fa sinT1)] >

- азимут поляризации облучавшего пучка; гь - показатель прелокления вецества иероховатой поверхности; d¿- константы, зависание от (.гь ,у).

Наблюдение и результаты измерений характеристик структурного когерентного поля, сформированного на диэлектрической шероховатой поверхности, подтвердили прогноз о наличии вероятностно-распределенных азиицтов поляризации в зонах локальной поляризации граничного ноля. Эксперикентальнке данные (для реплик шлифованного стекла и шероховатых поверхностей кремния) получались посредством сканирования изображения граничного поля, измерения случайных азимутов поляризации в пределах ЗШ| и по ледушцей статистической обработкой массива данных CIO3 - Ю4 измерений). В экспериментальных измерениях необходимо правильно выбрать апертуру проекционного объектива (обеспвчивавадш минимальные искаае-ння структура изобраваеиого ансамбля ЗЛП), а также размер сканн-Plivttuft дчафраг-и» п плоскости иэобраввнин. (составлаиций примерно

п

десатуи часть анализируемого утастка ноля и искличааций эффект осреднения характеристик поля по нескольким областям однородной поляризации).

Исследования поляризационных проявлений металлических свойств иероховатих поверхностей показали наличие структурности значений эллиптичности, обусловленной возникавшей разностью фаз меяду ортогональными компонентами поляризации отрааемного пучка.

Далее в работе рассмотрены особенности формирования поляризационной структуры когерентного излдчения объектных полей шлифованных стекал, обладавших как поверхностный , так и подповерхностным рассеянием. В данной ситуации локальное состояние поляризации граничного поля монет быть описано как результат амплитудного слояения различно поляризованных парциальных волн, отраген-ных микротрецинами и микроплощадками шлифованной поверхности стекла.

В предполоше.ши подобия статистики угловых характеристик рельефной и подповерхностной составляющих объекта получено выра-кение для плотностей вероятности азимутов и зллиптичпостей поляризации ЗЛИ граничного поля. Результаты экспериментальных измерений, проведенных для влифовашшх стекол К8 и ТФ5, подтчердили предполоаенйе о структурности типов и форм поляризации в зонах локальной поляризаций граничного поля и обнаружили увеличение разброса значений состояния поляризации е сравнении с ситуацией поверхностно- рассеивающих объектов.

Описанные исследования позволили связать этот факт с ростом кратности рассеяния. Экспериментальное исследование поляризационной структуры когерентных полей, рассеянных молочными стеклами различной оптической толщины, показало, что нарастание кратности рассеяния в толще мутного слоя сопровондается значительным увеличением интервалов случайных значений азимутов и эллиптичностей поляризации спеклов. При этой, предельной ситуацией идеального (100/П деполяризатора соответствуют равновероятные распределения типов и форм поляризации локальных спеклов, которые полностьи поляризованы.

1.1а рис.1 представлены вероятностные распределения азимутов и зллиптичпостей поляризации зон локальной поляризации граничного ноля нероховатых поверхностей диэлектрика (а) и металла (б), шлифованного стекла ТФ5 Со) и молочных стекол МС20 оптической

Р<У )

0<ыГ> Р(У)

зации граничного поля «ороховатых поверхностей днзлектрк (а) и металла (б), илифованного стекла ТФ5 (в) (обработи свободный абразивом со средним размером зерна 60 нкм) и полочного стекла ИС20 различной оптической толщины (г). Спловные линии - экспериментальные данные, пунктирные - расчетные.

олцини % = 0.3; 3.0; 5,0 (г).

В трельей главе описаны, диагностические возмоаности анали-а поляризационной структуры поля когерентного излучения, рассе-шного вероховатыми поверхностями н слоями с оптически-неодноро-[най составляющей.

Проведенное во второй главе рассмотрение процессе форыиро-1ания поляризационной структуры когерентного поля позволило найти даозначнуи связь параметров рельефа поверхности и оптических шнстант вецества объекта с измеряемыми характеристиками зон легальной поляризации граничного поля. Так, для случая дизлектри-(еской иероховатой поверхности в приО'ликении однократного расее-шия найдена взаимосвязь угла поворота азимута зоны локальной юляризации с углом наклона Тс локальной цинроплоцадки в виде соотношения:

Тс = агелл

,_, й

(2) /

где Вк - константы, зависящие от ( И- , Чга) . .

Измеряемые значении'4Г позволяют рассчитать функцию распределений микронеровностей по углам наклона. Разработанный способ и устройства его реализации позволяит измерять угол наклона микронеровностей шероховатой поверхности с точностью до 30", поскольку подобная точность реализуется в измерениях азимута по~~ ляризации световых колебаний с помощи магнитооптического, модулятора.

Сказанный способ дополнен способом измерения пространственно-угловой ориентации микронеровностей, определяемой меридиональным и сагиттальным углами. В экспериментальных устройствах используит сканирование изобравения граничного поля объекта и измерение массива данных об азимутах поляризации в соответствующих зонах локальной поляризации.

Приведено описание способа поляризационного сечения профиля шероховатой поверхности, позволяющего получать функции распределения шронеровнастей по угла* наклона п висотак < гсгаость

измерения шагового параметра при этом составляет величину порядка ОД мкк). .

Апробация разработанных способов локальной полярииетрии проводилась на сколах оптических стекол, травленных стеклах, алифованных диэлектриках и стеклах. Проведен сравнительный анализ полученных функций распределения по угла« наклона и высотам ыи-кронерввностей с данными ирофилометрических измерений. Нказано на хорошее соответствие результатов бесконтактных измерений и профилоыотрических данных - расхождение не превышает {5-,-202 для различных образцов.

Рассмотрена и проведены оценки факторов, ограничивашцих возможности разработанных схем поляризационной рельефометрии. Это, с одной стороны, фильтрувщее влияние апертуры оптической системы, проецирущей изобрааение исследуемой поверхности в плоскость измерений. Слияние интерференционных переналожений волновых фронтов, отракешщх близлева^ими ыикроплоцадками. наблюдаемыми в пределах глубины резкости изображения, с другой стороны, обуславливает неоднозначность в определении значений V и предъявляет требо вания к выбору размера сканирувцей диафрагмы, равного 1/10 размер« изображения локального участка поля.

Описан метод обнарувениа локальных оптических напряжений, хаотически распределенных в толще прозрачного слоя, а такме измерения их параметров, - величины двулучепрелоылени» (точность достигает 10 ), ориентации осей наибрльией скорости (с точностью до 30") и соответствующих им вероятностных распределений.

Операция сканирования поля рассеянного излучения и последующая статистическая обработал больного массива данных несколько сниааит быстродействие созданных систем локальной полярйметрии. С целы создания оптических схем, обеспечивающих одновременный. (в оптическом тракте) анализ всей поляризационной структуры граничного поля были проведена исследования автокорреляционной функции состояния поляризации поля рассеянного излучения.

В основу экспериментального измерения функции автокорреляции состояния поляризации полонен метод, основанный На корреляционном сравнении поля, пропущенного через врацавцийся анализатор, с его фотографическим изобрайеиием, Полученные аналитические со-отнокшш'я позволили ни измеряемой функции автокорреляции вычислять Фнншрш распределения 1)глов наклона микропсровиостьй шери-

хоиатой поверхности и определять градиент показателя преломления прозрачного образца.

В работе исследиваны-оптические проявления абнаруяешшх иикронристалли^них структур на поверхностях сколов оптических стекал различных «арок К8 и ТФ5 и экспериментально получшш вероятностные распределения случайных значений азимутов и зллипти>( ностей поляризации излучения, отраяенного такими образованиями. Показано, что химическая природа стекла обуславливает различие в оптических проявлениях микрокриоаллмшых структур. Предложен алгоритм определения фазовосдвигаицей способности анизотропных образований и распределения ориентации их оптических осей; проведено экспериментальное измерение указанных параметров микрокристаллитов.

Последний параграф третьей главы посвящен исследованиям поляризационной структуры в пределах локальных участков поля излучения (поверхностных зон и спеклов), рассеянного шлифованными поверхностями стекла, Обнаружена тонкая поляризационная структура в пределах локальных участков поля и проведен модельный анализ ее Формирования в граничном поле, в зонах дифракции Френеля и Фраунгофера. Экспериментально подтверянено наличие микроструктур» типов и форм поляризации в пределах локальных зон граничного поля и в спеклах, обусловленной проявлением микрогеоыптрии поверхности обьекта и дифракционно-интерфпренциошшни механизмами распространения различно поляризованных волновых фронтов.

Исследованиям влияния поляризационной структуры статистических полей на возмоаности методов оптической диагностики с использованием опорной волны посвящена четвертая глава.

Рассмотрены диагностические возмоаности в исследованиях взаыно-корреляционной функции (ВКФ) поляризациашю-структурных полей, рассеянных оптически-неоднородными обгектаня. Найдены вероятностные распределения видностей интерференционных распределений в зонах локальной поляризации и спеклах объектного поля в зависимости от зоны регистрации в ситуации суперпозиции поляризаци-шгао-сгруктурного объектного и опорного полей. Экспериментальное исследования вероятностных распределений контраста локальных интерференционных картин проводились в расположении интерферометра Маха-Цендера. Подтвервдена эффективность изучения ВКФ стл~

13 .

тистических милей в углублении представлений о ф"рмирования ин-терфорелционпах распределений при наложении референтной волнн на паляризационно-структурное поле и с определении параметров оптической анизотропии фазово-неоднородннх слоев.

Проведена экспериментальные исследования возыокностей векторной голографичоской селекции информации и диагностики све-торассенваиг;нх объектов, находящихся в фазово-несгационарной среде. П качестве модельного объекта использовалась двухкомпо-нентная и;;ра, составленная из материалов (металл-диэлектрик), обладаздих различными свойствами к преобразовании поляризованного излучеиия.

Предложен новый аотсд ноляризационно-голографического повышения отношения сигнал-шум (ОСИ) в изобрааеиии поляризационно-неоднородных объектных сцен сквозь мутнун среду. Дополнительное повыиение ОСИ на один порядок достигалось формированием подобных состояний поляризации объектного и опорного полей. Показано, что рассчитанные и заданные характеристики аудирующего и опорного пучков позволяют управлять* яркостной томопередачей в голографи-ческом иэобравенин различных фрагментов объектной сцены в пределах ЮОХ при достигнутом стирании фазовонестационарного фона.

В-заключении кратко сформулированы основные результаты диссертационного исследования:

1. Исследования процессов.формирования поляризационной структуры поля когерентного излучения, рассеянного различными типами объектов (поверхнгстно-рассеипавцие, с подповерхностным рассеянием, объемно-рассеивающие), показали, что поле обладает не только амплитудно-фазовой структурой, но и вероятностно-распределен-ннми типами и формами поляризации световых колебаний граничного

и спекл-полей.

2. В результате локальных актов отраяеиия либо преломления случайно ориентированными микрояеровностями диэлектрических веро-ховатых поверхностей формируются линейно поляризованные области граничило поля со статистически распределенными азимутами.

Граничное поле при наличии поглощения рассеивающей мерохо-ватой поверхности обладает не только структурностью азимутои поля-

ризации, но и вероятносгна-распределеншш! эллилтичпостями, значения которых определяемся как геометрическими параметрами!¿М, так и оптическими константами ln ,¿e) вецествп поверхности.

Представление иероховатой поверхности в инде ансамбля статистически ориентированных микранлоцадок с гауссовой статистикой распределения высот в приближении однократного рассеяния позволило получить алгоритм описания плотностей вероятности азимутов и аллиптичностей поляризации зон локальной поляризации граничного поля.

3. Проведенные исследования когерентного рассеяния алифо-ванными стеклами показали, что:

- граничное поле шлифованной стеклянной поверхности представляет собой совокупность ЗЛП со случайными значениями азимутов и аллиптичностей поляризации:

- состояние поляризации в пределах 3ЛГ1 описывается как ре-_ультат амплитудного сложения различно поляризованных парциальных волн, отраяенных (пропущенных) элементами, подповерхностной (микротрещина) и поверхностной (микроплощадка) составляющими объекта.

Объектное поле когерентного излучения объемно рассеипав'дих слоев "характеризуется мирским интервалом изиенения азийутов и зл-липтичностей поляризации спвклов. С ростом оптической толцины по .ляризационная структура многократно рассеянного когерентного излучения стремится к равновероятному распределении! типов и Форм пол-ностьв поляризованных локальных элементов поля (спеклов).

4. Исследования поляризационпой структуры поля когерентного рассеянного излучения позволили найти в приблиаении однократного рассеяния взаимосвязь состояния поляризации (азимута и эллиптичности) ЗЛП граничного поля с оптико-геометрическини параметрами (угол наклона, высота, величина двулучепреломления и ориентации осей оптических напрягений) вероховатнх поверхностей и оптичеекм-напряаенннх слоев и разработать ряд новых методов локальной поляричетрии.

5. Обнардэены и зкепериаентально исследованы поадизацяон-¡ше проявления микрокристаллитной структур« поверхности сколов оптических стекол различной фнзико-хииическсй структуры.

Предлояен метод определения распределения ориентации осей оптически* напрякений микрокристаллитных образований и величин

вносимого ими фазового сдвига.

Б. Обнаружена и исследована тонкая поляризационная микро стриктура состояния поляризации зон локальней поляризации граничного поля аерохоиатнх поверхностей и спеклоа поля рассеянного излучения, обусловленная как проявлениями микрогеометрии повег ности объекта, так и механизмами распространения волновых фронтов, Показано, что процесс распространения когерентных полей в условиях фялырущих свойств пространства сопрововдается уменьвениеи числа вкладов чолнавых фроитов в цоляризационнуп структуру ло-

скальных спеклов, - в пределе их структура стремится к поляриза-

ционно-однородной.

7. Аналитически описаны и экспериментально определены взаимно-корреляционные функции поляризационно-струитурних полей по измерении контраста локальных интерференционных распределений рассеянных когерентных полей в различных зонах регистрации при налоаенин опорной волны.

Разработана новая методика поляризационной селекции информации в системах голографичесной интроскопии. Оптимальное задание состояния поляризация в зондируищеы и опорной пучках и выбор необходимого времени экспонирования объектной сцены при наличии фазово-нестациопарной среды позволили достичь:

- дополнительного увеличения ОСИ на один порядок в гологра-фическоы изображении диффузных объектов в мутных средах;

- варьирования яркостью восстановленного гоЛографическогр изобравения различные Фрагиентов объектной сцены в пределах 100%.

Слисок литераторы по теме диссертационной работы:

1. Яиенко П.Г., Ермоленко С.Б, 0 взаимосвязи флуктциций состоянш поляризации когерентного поля со статистическими параметрами иероховатых объектов// Тез. докл. Респ. конф. "Годографическн! анализ объектов и сред", г.Черновцы, 1988, С.14,-

Яаенко А.Г., Ермоленко С.Б. Поляризационнр-^азовая структурность лазерного излучения, проиедвего сквозь шероховатув поверхность // НФ8.- 1983,- т.34.- Н 7.- С.1013-1019.

2. 9»енко-А.Г., Ермоленко С.Б. и др. Исследование процессов рас-

I'j

пространения когерентного пучка в микронеоднородных средах с шероховатой поверхность»/"/ Тез. Всесовэн. совещания "Распро- ■ странение лазерного излучения в дисперсных средах", г.Барнаул.

- 1980.- С.85.

Ишенко П.Г., Ермоленко С.В. Исследование поляризационных характеристик когерентного излучения, рассеянного диффузными поверхностями и слоями// Оптика и спектроскопия,-. 1991,- т.70.

- В. 6.- С.1270-1275.

3. Увенко ft.Г., Ермоленко С.В. Исследование спектров состояния поляризации в процессе когерентного рассеяния нлифовакними стеклами// 1ПС.- 1990.- т.50.- Н 5.- С.748-754.

4. "shenko A.G., Yeraolenko J.B. Correlation between polarization state of coherent light and anizotr^py paraieters of rough sacple layer// Proceeding of OPTICfl'88.- Ill Int. Syap. on aodern optics.- Budapest, Hungary, 1988.- (/.2.- P.332-336. Увенко ft,Г., Ермоленко C.S. Метод поляризационно-интерферен-ционной диагностики внутренних напряяений прозрачных слоев// Тез. докл. Всесопяи. н.-.. конф. "Оптический, радиоволновой методы контроля", г.Могилев, 1989, С.87-88.

Ииенко А.Г., Ермоленко С.G. Исследование параметром дефектного слоя шлифованных стеком бесконтактным поляризационных методом// Дефектоскопия.- 1930,- Н 4.- C.S5-"!].

5. Уценка О.Г., Ермоленко С.Б. к др. Новый оптический метод изие-, рения крутизны неровностей поверхности//Тез.докл, YII Всесовз.

конф. "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение", Москва.-1988.- С.45.

Ниенко А.Г., Ермоленко С.В. 0 поляризационной метрологии спекл-полей в процессах когерентного рассеяния// Тез. докл, "III Всесоюзн. конф. "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение", «осква.- 1990.- С.234. 5. fl.C. Н 1456778 (СССР) Способ.измерения Функции распределения углов наклона микронеровностей шероховатой поверхности. Увенко А.Г., Ермоленко С.В.- Опубл. в Бй. 1989, N 5. 1. fl.C. N 1587882 (СССР) Способ определения функции распределения высот и углов наклона шероховатой поверхности, Ниенко II.Г., Ермоленко С.В.- Опубл. в БИ, 1990, К 20. 5. (КС. К 16359(10 1СС0Р) Способ определенна функции распределения углов наклона микронеровибегей.аероховатой поверхности.

Уиешсо Й.Г.. Ермоленко С.В.- Опубл. в ой, 1991, N Ю.

9. fi.C. К i671005 (СССР) Способ обнарумения дефектов плоской поверхности. йисико Й.Г., Ермоленко С,Б.И др.- . 1991, ДСП.

10. (Jsliedko ft.G., Yeriolenko S.B. Speckle eetrology of properties of roughness anu inhomogeneous phase sample// Proc, of I Int. Horksliop on (liitonatic Processing of Fringe Patterns.- Berlin.

- 1Э03,- U. 9,- Р.И5-149.

Ushenko ft.G., Yeriaalenko S.B. Polarization superresolutlon ir surface aicroscopsi// ICQ-15: "Optics in Cosplex Systeas".

- Gareisli-Partenk'rclien, Gcrnany.- 1990.- P.7?.

Ushenko ft.b,, Yemolenko S.B. Keasureuent of coaposite surface by polarized Иф1// Syiip. on Measurenent and Inspection in Industry by Computer Aided Laser Hetrology.- Bala-tonfurud, Hungary.- 1990,- P.5?.

11. Заявка на изобретение H 4770452/28. Способ измерения рельефа объектов с иероховатой поверхность«!. Яшенко (1.Г., Ермоленко C.G. и др. Полокит. решение от 24.10.89.

12. Цяенио Й.Г., Ермоленко С.Б. Диагностика оптической анизотропии подповерхностного напущенного слоя илифаванных поверхностей// Тез. докл. Всесошзн. конф. "Иеразрушакщие физические методы контроля", Москва.- 1987.- С.17.

9иенко ft.Г., Гпмоленко С.Б. и др. Поляризационно-интерферен-циониая диагностика внутренних напряжений прозрачных слоев// Дефектоскопия,- 1991.- N 2.- С. 80-85.

13. Уаенко ft.Г., Ермоленко С.Б. Метод поляризационной фильтрации в задаче диагностики состояния плоских слоев// Тез, докл. IY конф. по оптике и лазерной технике "0птика-89", Варна, Болгария,- 1ЭСЭС. 34.-36.

Яиенко Й.Г., Ермоленко С.В. Метод поляризационно-корреляци-онной фильтрации в анализе поверхностных и подповерхностных параметров прозрачных слоев// Ред. НФЕ,- Киев: 1990,- 11 с. Деп. в ВИНИТИ Н 3193-D90.

fi.C. К IS82Q05 (СССР) Способ определения распредеденка крутизны неровностей плоского шероховатого объекта. Уиенко А.Г., Ермоленко С.Б.- Опубл. в Ей, 1990, N 28.

14. Л.С. N 100850И (СССР) Способ измерения градиента показателя преломления пррзрачиых объектов. Утенка Й.Г., Ермоленко С.В.

ai

- Опубл. n nit. mo; н 13.

15. (Ishenko ft.G.', YcrBolcnko'S.B. and nUmr;;. !1 i«h resolution polarization interforasietry in.surface and layer diagnostics// int. 3ourn. of Optoelectronics.- 1909.-U. 4.-S G.-P. 563-574. Ь'аснко (1.Г., Ермоленко C.i>. Об оптических проявлениях микро-кристаллитной структуры поверхности стекол// Поверхность. Физика, химия, механика.- 1991.-N 12.- С.29-35.

16. Уиенко ft.Г., Ермоленко С.Б. 0 топкой поляризационной структуре спеклов лазерного излучения/'/ НФЕ,- 1990.- Н 10.-

С. 1393-1397.

17. Ниенко Й.Г., Ермоленко С.П. и др. 0 корреляционной никростру-ктурности матриц рассеяния света пероховатнми поверхностями// Оптика и спектроскопия.- 1990,- т.69.- Z. 3,- С 1099-1105.

lfj. Ноенко П.Г.. Ермоленко С.Б. О поляризацконно-интерргрепцион-ной структурности когерентного излучения, рассеянного диффузным слоем// ЗФЯ.- 1990.- Т, 35.- N б,- С. 850-855.

19. Uhghko ft.Г., Ермоленко С.Б. и др. Исследование процессов распространения лазерного излучения в дисперсной среде гологра-фическин методом// Тез. докл. Всесоизиого совещ. "Распространение лазерного излучения в дисперсных средах", Обнинск.-1985.- С.37.

Япенко Й.Г., Ермоленко П.Б. Эффект поляризационно-голографи-. ческого выделения оптического сигнала на фоне помех// Род'. УФЕ.- Киев.: 1987 - 9 е.- Деп. в'ВИНИТИ-М 7849-В87. Ушенко А.Г., Ермоленко С.Б. Когерентно-поляризационный метод управления яркостннми характеристиками изобразения объектов, располояешшх в рассеиващей среде// ОТВ.- 1989.- 34.- N 2,-С. 200-202.

20. Ushenko ft.G., Yernolenko S.B. Polarization effects during spatial stochastizatlon of optical field"// Proc. Int. Conf. "Phase contrast and differential interference contrast", Harshaw, Poland, 1992.- P. 52.

Ushenko A.G., Yeriaolenko S.H. Polarization statistics of speckle fields scattering rough surface// Г CO—i 6 r "Optics as a key .to High Technology".- Budapest, Hungary.- 1993, /

- SPIE.- U. 1983.- P. 300.