Методы акустооптической спектрометрии тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ



НАУЧНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ЦЕНТР УНИКАЛЬНОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

На правах рукописи УДК 535.33/.34; 534::621.382; 534::535

Пожар Витольд Эдуардович МЕТОДЫ АКУСТООПТИЧЕСКОЙ СПЕКТРОМЕТРИИ

01.04.01 - приборы и методы экспериментальной физики

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Москва 2005

Работа выполнена в НТЦ Уникального приборостроения РАН Официальные оппоненты: д.ф.м.н., проф. В.В.Проклов,

д.ф.м.н., Л.А.Чернозатонский, д.ф.м.н., проф. В.И.Балакший

Ведущая организация: Институт спектроскопии РАН

Защита диссертации состоится « 7 » декабря 2005 г. в 14 час. 00 мин. на заседании Диссертационного Совета Д 002.135.01 НТЦ Уникального приборостроения РАН по адресу 117342 г. Москва, ул. Бутлерова, д. 15.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НТЦ Уникального приборостроения РАН.

Автореферат разослан «04» ноября 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 002.135.01, кандидат физико-математических наук

Отливанчик Е.А.

Область исследований и постановка проблемы

Спектрометры на основе акустооптических (АО) перестраиваемых фильтров, в которых дифракционная решетка создается бегущей акустической волной, представляют собой отдельный класс спектральных приборов. Они обладают набором особых свойств, которыми не обладают другие типы спектрометров. Эти свойства связаны с тем, что дифракционная решетка, обеспечивающая спектральную селекцию оптического излучения, образуется непосредственно в процессе работы АО фильтра, а потому ее характеристики могут быть контролируемым образом изменены быстро и в значительных пределах.

Возможность быстрой (за микросекунды) и произвольной перестройки АО фильтра и соответственно переадресации АО спектрометра по спектру делает саму процедуру измерения вариабельной. Т.е. уже на стадии регистрации спектра имеется возможность выбора процедуры измерения, а это ставит задачу оптимизации этой процедуры и разработки алгоритмов управления АО спектрометром.

Другое важное свойство АО спектрометров основывается на том, что при достаточно быстром изменении управляющего сигнала акустическая волна, заполняющая АО фильтр становится неоднородной и функция пропускания фильтра с такой неоднородной дифракционной решеткой меняется. Тем самым, обеспечивается возможность управляемого изменения формы аппаратной функции. Это в свою очередь порождает задачи, связанные с синтезом формы аппаратной функции, оптимальной для конкретной задачи, с управлением характеристиками акустической волны в АО фильтре и с анализом принимаемого переменного сигнала фотоприемника.

Указанная вариабельность аппаратной функции АО спектрометра создает новую проблему, заключающуюся в том, что спектральные зависимости одного и того же источника света, регистрируемые разными АО спею рометрами или даже одним и тем же АО спектрометром, но в разных режимах работы, могут различаться. Следовательно, для корректного сопоставления записанных спектров их следует приводить к единому виду. Таким образом, для АО спектрометров большое значение имеет задача исключения влияния индивидуальных особенностей АО спектрометра на регистрируемые спектры.

Именно этим задачам и посвящена настоящая работа.

Актуальность проблемы

В настоящее время в связи с расширением области применения спектрометрии постоянно возникает необходимость в новых средствах и

методах спомра п.иого ана пиа. 1аких коюрые работали бы во внелабораторныч ус.ткнях. по ¡ноляли бы проводить экспресс-анализ и т.п. Именно к такому к ыссу приборов относятся спектрометры на АО фильтрах, которые компактны, еветосильны и не содержат перемещаемых или юстируемых элементов. Реализация многочисленных допустимых режимов управления позволит применять такие спектрометры для разнообразных кщач. В том числе имеется возможность разработки спектрально адашпвных меюдов для задач мониторинга и контроля процессов в реальном времени. С учетом того, что АО фильтры не искажают изображения и применяются в различных вариантах видеоспектроскопии, бурно развивающейся в настоящее время, разработка новых методов использования АО спектрометров представляется важной и перспективной задачей

Положения, выносимые на защиту

1. Метод определения содержания газообразных веществ в воздухе, основанный на регистрации спектра абсорбции контролируемой воздушной массы с помощью трассового АО спектрофотометра и отличающийся тем, что регистрация величины абсорбции ведется на выделенных спектральных линиях, характеристических для обнаруживаемых веществ, а процедура измерения является варьируемой в отношении числа линий, порядка их регистрации и относительной длительности, позволяет снизить время измерений в 10 и более раз по сравнению с режимом работы, основанном на непрерывном сканировании спектрометра с такими же характеристиками.

2. Метод, основанный на периодическом скачкообразном изменении (модуляции) фазы бегущей акустической волны в АО фильтре, измерении прошедшею через АО фильтр светового потока и выделении переменных составляющих сигнала фотоприемника, позволяет зарегистрировать сигнал, пропорциональный величине производной по длине волны спекфальной плотности светового потока, причем

при ре1 истрации фототока на частоте модуляции - первой производной,

а на удвоенной частоте модуляции - второй производной.

3. Фурье-образ аппаратной функции любого АО спектрометра финитен и определяется длиной области дифракции света на звуке в АО фильтре.

4. Существует такой шаг перестройки АО спектрометра по спектру в ходе измерений, что множество регистрируемых отсчетов позволяет однозначно восстановить (вычислить) спектрограмму в любой точке спектра. Этот шаг дается формулой

Дсо = П( /¿Д п

где L - длина области АО взаимодействия. Л//-разнос ib пока кнелей преломления для падающей и дифрагированной волн в АО фильтре, с - скорос гь света.

Научная новизна результатов

Все предложенные методы являются новыми. Они непосредственно связаны с уникальными свойствами АО спектромсгров и поэтому могли появиться только по мере развития АО спектромефии.

Впервые разработан метод абсорбционной спектроскопии газов с варьируемой (оптимизируемой) процедурой измерения.

Впервые разработан метод регистрации дифференциальных характеристик спектров для коллинеарных АО фильтров.

Впервые использована фазовая модуляция для получения дифференциальных характеристик спектров.

Впервые утверждение о финитности фурье-образа аппаратной функции АО спектрометров доказано для произвольного распределения амплитуды и фазы акустической волны по кристаллу.

Впервые произведена классификация задач коррекции аппаратных искажений АО спектрометров и выделено два фундаментальных класса задач таких, что в общем виде задача коррекции сводится к последовательному решению задач этих двух классов. Показано, что один из этих классов имеет единственное решение.

Практическая значимость полученных результатов

Разработанный метод количественного анализа содержания веществ в воздухе с использованием дифференциальной оптической снекгроскопии, основанный на измерении спектра на ограниченном множестве характеристических спектральных линий, лег в основу f управляющей программы для газоаналитического АО спектрометра. I Разработанный АО спектрометр с фазовой модуляцией позволил

совместить регистрацию дифференциальных характеристик спектров с произвольной спектральной адресацией. I Разработанная методология коррекции позволяет снизить

погрешность измерения относительных величин, таких как коэффициент пропускания и коэффициент абсорбции, а также абсолютных величин, например, интенсивности эмиссионных линий.

Объем и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, трех 1лав и заключения, содержит 190 стр. текста, список литературы насчитывает 155 наименований.

Апробация работы

Результаты произведенных исследований были представлены на

следующих научных конференциях.

1. I Всес. конф. по оптической обработке информации (Ленинград, 30 мая -1 июня 1988)

2. 2nd International symposium "Chromatography and Spectroscopy in Environment analysis and toxicology" (ISCSE'96) (St.Petersburg, 1996, June 18-21).

3. Advanced Research Workshop «Conversion and Ecology». (Dnepropetrovsk 1997, April 24-27)

4. 1st Int. conf. "International and national aspects of ecological monitoring" (St.Petersburg, 1997, May 25-28,).

5. XIV Межд. конф. по гиромагнитной электронике и электродинамике. Микроволновые ферриты. Секция Спин-электроника (Москва, Фирсановка, 13-16 ноября 1998).

6. International Forum on Wave Electronics and Its Applications (St.Petersburg, June, 23-25, 2000)

7. Instrumentation for Air Pollution and Global Atmospheric Monitoring; Environmental and Industrial Sensors (Boston, USA, Oct.,28-Nov.,02, 2001,)

8. Int. Symp. for Spectral Sensing Research (Quebec, Canada, June, 10-15, 2001)

9. IX Всерос. школа-семинар «Физика и применение микроволн» (Звенигород, Моск. обл., 26-30 мая 2003).

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

11. IX Всероссийская школа - семинар "Волновые явления в неоднородных средах". (Красновидово, Моск. обл., 24- 29 мая 2004 г.)

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

13. VI международная конференция «Фундаментальные проблемы оптики-2004» (Санкт-Петербург, 18-21 октября 2004 г.)

14. Int. Symp. "Defense and Security": Algorithms and technologies for multispectral, hyperspectral, and ultraspectral imagery XI (Orlando, USA, 28 March-1 April 2005)

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

Содержание работы

Во введении сформулированы задачи исследования, обоснована его актуальность, сформулированы положения, выносимые на защиту, указана их новизна и практическая значимость.

Глава 1

В главе 1 проанализированы методы акустооптической спектрометрии, использующие свойство произвольного спектрального доступа АО спектрометров, и показано что последовательное сканирование спектра не является оптимальным способом измерения для таких спектрометров. Описана реализация метода количественного определения содержания газообразных веществ в воздухе, основанного на контроле ограниченного множества точек спектра. Показано, что такой метод позволяет осуществлять адаптацию параметров измерительной процедуры к объекту измерения.

В разделе 1.1 рассмотрена проблема нахождения оптимального алгоритма измерения спектральных характеристик объекта с целью определения его состава. АО спектрометр (рис. 1.1) представляет собой прибор с одним оптическим входом, одним управляющим входом, на который подается высокочастотный (ВЧ) сигнал, возбуждающий акустическую волну, и одним выходом (сигнал фотоприемника). Регистрация спектра осуществляется последовательной во времени перестройкой по спектру путем настройки АО фильтра на длины волн, определяемые последовательностью подаваемых управляющих частот П, 12, .

..., 5(Угз), 5(У|2), 5(УП)

Рис. 1.1. Функциональная схема АО спектрометра: 1(\>) - падающее

излучение, - оптическая частота настройки АОС, задаваемая частотой ультразвука £ б - сигнал фотоприемника.

Свойство произвольного спектрального доступа заключается в возможности адресации спектрометра в любую точку диапазона

7

безотносительно к текущему положению и за одинаковое время. )ю свойство дает АО спектрометру значительный выигрыш в быстродейс ] вии при измерении спектров. Этот выигрыш может быть записан в виде отношения времен, затрачиваемых на всю процедуру измерения непрерывно сканирующим спектрометром (СС) и АО спектрометром (АОС)

' тАОС ~ г АОСггАОС , / у 1ч^/<ОС

1изм Л 1нак + ^А~1)1пер

где К - общее число измеряемых точек, Тпак - время накопления сигнала в одной точке, (1т,п, 1тах) - измеряемый спектральный интервал, (АТ/АХ) -скорость перестройки сканирующего спектрометра, а время перестройки АО спектрометра Тпер ~ /пр ~ 10"5 с равно времени пробега звука по кристаллу АО фильтра.

Выигрыш достигается за счет следующих факторов: 1) меньшего числа точек, в которых ведется измерение Кхос < Ксс; 2) меньшего времени накопления в одной точке (за счет высокой светосилы АО спектрометров) ТАОС < Т сс; 3) меньшего времени затрачиваемого на перестройку по спектру (К-\)-Т„ер < (АТ/АХ)-(Хтлх - А^п). Этот выигрыш тем больше, чем более разбросаны измеряемые точки по спектру точек, например, когда линии поглощения веществ лежат в разных участках спектра.

Возможность измерения участков спектра в произвольном порядке порождает задачу определения оптимального порядка адресации спектрометра. В работе для АО спектрометра сформулирована задача определения оптимального алгоритма измерений при количественном определении содержания веществ в смеси:

Для набора веществ (р=1,...,Р), описанных своими спектрами ою (/=1,...,/) в диапазоне Д7) определить множество точек спектра ]{к)} (к=\,...,К, К<Г) таких, что функция /^[ААП, зависящая от погрешностей определения концентраций веществ ANP, достигав 1 минимума при ограничении полного времени измерения 7=£тк, а также определить соотношение длительностей регистрации в каждой точке спектра тк/Т, при которой указанный минимум достигается.

В качестве указанной функции может быть выбрана сумма дисперсий концентраций, нормированная на ПДК веществ : /ЧДЛП = ЦАЛ^/Д/р0)2.

Проведенный анализ этой задачи позволил сделать следующие

выводы:

• выборочная регистрация точек спектра эффективнее сплошной;

• задача имеет однозначное решение, поскольку своди 1ся к перебору конечного числа вариантов;

• выбор оптимальной процедуры измерения базируется на априорной информации об объекте анализа и информации о спектрометре, следовательно, по мере получения дополнительной информации в ходе измерений можно непрерывно оптимизировать процедуру измерений.

В разделе 1.2 на примере проблемы газоанализа продемонстрировано применение методов измерений, основанных на произвольном спектральном доступе. В задаче измерений содержания веществ-загрязнителей в воздухе методом дифференциальной оптической абсорбционной спектроскопии, выполняемых с помощью трассового АО спектрометра, определено множество информативных точек спектра и разработано специализированное программное обеспечение (рис. 1.2) для газоаналшического АО спектрометра «ГАОС», позволяющее выбирать список контролируемых веществ и осуществляющее автоматическое формирование множества точек спектра, в которых производятся измерения. На рис. 1.3 приведен участок спектра (0,25-0,3 мкм), содержащий область поглощения ароматических углеводородов, и показано множество точек спектра, в которых производятся измерения.

Рис. 1.2. Программное обеспечение, обеспечивающее избирательный I выбор регистрируемых веществ и регистрируемых

спектральных линий.

В разделе 1.3 рассматриваются адаптивные методы спектральных измерений. Показано, что поскольку оптимальный алгоритм зависит от самого спектра объекта, то решением проблемы является самоадаптирующаяся процедура, представляющая собой

последовательность измерений по корректирующемуся алгоритму. Схема, иллюстрирующая работу спектрометра в этом режиме, представлена на

рис. 1.4. В качестве примера приведен метод мониторинга воздушной ере ii.i когда перечень peíистрируемых веществ периодически уточняется но мере получения и анализа текущей информации о составе воздуха.

Частота ультразвука, МГц

Рис. 1.3. Спектры пропускания некоторых газов, регистрируемых АО спектрометром-газоанализатором «ГАОС» и набор спектральных точек, в которых проводятся измерения: 1 -фенол; 2 - пара-ксилол; 3 - мета-ксилол; 4 - толуол; 5 - бензол; 6 - нафталин; 7 - этил-бензол.

J(v) ..., S(V0), S(V,->), S(Vfi)

Адапт. 1 1

АОС 1 1

1 ♦

fbf2(s(Vn)),f3(s(V„),...), ... -------------------------- Управляющий

компьютер

Рис. 1.4. Схема АО спектрометра с обратной связью, обеспечивающего адаптивное изменение параметров в ходе измерений с использованием получаемой в процессе измерения спектральной информации

I .шва 2

В главе 2 проанализирована во<можноаь управления характеристиками АО фильтров путем модуляции парамегров акустической волны. В частности, рассмотрены методы получения дифференциальных характеристик спектра с помощью манипуляции фа юн акустической волны в акустооптическом фильтре. Приведена схема АО спектрометра, реализующего фазовую манипуляцию. Даны результаты экспериментального исследования АО спектрометра с фазовой манипуляцией. Обсуждаются перспективы л01 о метода модуляции.

В разделе 2.1 рассмотрены принципиальные возможности управления формой аппаратной функции АО фильтров. Проводившиеся ранее исследования [2-4] показали непосредственную связь распределения акустического поля в кристалле с формой функции пропускания АО фильтров и на этом построены методы синтеза формы последней. Проблема реализации этого подхода заключается в том, что решетка, образованная бе! ущей акустической волной смещается. Один из способов регистрации основан на «стробоскопическом» режиме работы спектрометра, когда измерение проводится в определенные периодически повторяющиеся моменты времени [В.И Пусювойт, В.В.Тимошенко. Рад. и электрон., 1998, 43, 461]. Другой способ, предложенный в данной работе, заключается в гармоническом анализе переменного сигнала фотоприемника.

В разделе 2.2 подробно рассмотрен этот режим работы спектрометра на примере коллинеарного АО фильтра. Принцип работы этого спектрометра иллюстрирует рис.2.1. Такой спектрометр при одном оптическом входе и одном управляющем (ВЧ) входе имеет множество выходных каналов, соответствующих выделению сигнала на разных 1 армонических составляющих частоты модуляции Соответственно, он характеризуется множеством аппаратных функций (по одной для каждого канала). Поскольку амплитуды этих составляющих являю ¡ся комплексными величинами, т.к. характеризуются сдвигом фазы относительно опорного модулирующего сигнала, то такой «модуляционный» спектрометр включает фазочувствительные средства регистрации фотосигнала.

В рабо1е получены общие формулы, связывающие амплитуду 1армоник с модулирующей функцией. Исследованы свойства симметрии полученных зависимостей от типа и формы модулирующего сигнала. Показано, в частности, что при амплитудной модуляции сдвиг фаз отсутствует и все аппаратные функции четны. Исследована их зависимость 01 частоты модуляции Гмод и показано, что при увеличении последней амплитуда сшнала на гармониках снижается как 1/(1ч0;| 1|;р), где („р - время пробна звука по кристаллу. Таким образом, наибольшее влияние модуляция оказывает при частоте Гм(и = 1ЛПр.

опорный сигнал

Рис.2.1. Функциональная схема модуляционного АО спектрометра с частотным разделением сигнала: $к - компоненты сигнала фотоприемника на к-ой гармонике частоты модуляции.

В разделе 2.3 рассмотрен частный случай модуляции в виде периодического переключения фазы акустической волны (рис.2.2).

Ф

+У

0 х+ X- Ь

-V

Рис.2.2. Мгновенное распределение по длине кристалла фазы (а) и упругих напряжений (б) бегущей звуковой волны.

Рассчитаны точно аппаратные функции на второй гармонике hi, на частоте модуляции h\ и для постоянной составляющей /г0. Показано, что в этом случае эти функции являются знакопеременными (сдвиг фаз составляет 0° или 180°). Рассчитанные функции пропускания имеют вид, приведенный на рис.2.3.

Рис.2.3. Аппаратные функции АО спектрометра:

1 - постоянная составляющая (\|/=5я/8); 2 - на частоте модуляции (\у=я/4); 3 - на второй гармонике (\)/=я/2); 4 - без модуляции (у=0).

Такой их вид позволяет записать следующие равенства,

81(у/)=\Лу)к1(у, -у)<1у = 1Г(у)Я1<у/(2.1)

= \ЛУ)Ьг(у1 -У)с1у = \ Г(у)Ьг{у1 (2.2)

2 У

где У{у) = йЗ(йУ, = , Я1{у) = -причем

—оо

функции и имеют вид «окон» (рис.2.4). Таким образом, они могут быть приняты за аппаратные функции, и тогда можно считать, что в каналах, соответствующих 1-й и 2-й гармонике, осуществляется регистрация производных спектра.

Рис.2.4. Эффективные аппаратные функции модуляционного АО спектрометра: 2 - на частоте модуляции; 3 - на второй гармонике

В разделе 2.4 представлены результаты экспериментально! о исследования модуляционного АО спектрометра, построенного по рассмотренной схеме в НТЦ уникального приборостроения РАН. Это! спектрометр с фазовой модуляцией (переключением фазы) позволяет устанавливать частоту модуляции и величину сдвига фаз и выделять любую гармонику сш нала. На рис. 2.5 приведен измеренный этим прибором участок спек фа излучения газонаполненной неоновой лампы, содержащий две линии излучения. Видно, что эти спектры, отображающие, фактически, форму функции пропускания, совпадают по форме с расчетными кривыми (рис.2.3).

На рис.2.0 показан участок спектра излучения дневного неба, содержащий линии Фраушофера. Как видно, спектральная зависимость, зарегистрированная каналом, выделяющим вторую гармонику, соответствует второй производной спектра.

В разделе 2.5 рассмотрена возможность использования это! о метода на практике. Показано, что эффект регистрации дифференциальных характеристик спектра сохраняется и в случае неколлинеарных и квазиколлинеарных АО фильтров, акустическое поле в которых существенно отличается от модели однородной акустической волны.

использованной при расчетах. Показано, что метод применим и для задач филы рации изображений. Найдены фурье-образы аппаратной функции мо.1>ляционного АО спектрометра, что важно для задач, рассмотренных в пшве 3.

Рис.2.5. Спектр излучения неоновой лампы, измеренные

модуляционным АО спектрометром: О-в режиме выделения постоянной составляющей сигнала; 1 - в режиме выделения сигнала на частоте модуляции; 2 - в режиме выделения сигнала на второй гармонике частоты модуляции.

Рис.2.6. Спектр фраунгоферовой линии неба (а) и вторая производная (б), измеренные модуляционным АО спектрометром.

Глава 3

В главе 3 исследована проблема коррекции аппаратных искажений для акустооптических спектрометров. Показана финитность фурье-образа аппара! ной функции АО спектрометра и проанализированы следствия этого факта в применении к задаче восстановления спектра падающего излучения по регистрируемой спектрограмме. Дана классификация задач коррекции. Представлены два разработанных метода коррекции спектрограмм для двух классов задач, в которых не используется априорная информация о спектре падающего излучения. Проанализированы возможности использования этих методов коррекции.

Проблема устранения аппаратных искажений встречается во всех областях измерений. Для АО спектрометров она дополнительно включает в себя задачи, связанные с тем, что спектрометры, содержащие одинаковые АО фильтры, в разных режимах рабо!ы могут иметь разную аппаратную функцию. Рассмотренные выше возможности управления формой аппаратной функции и регистрации дифференциальных характеристик спектров не могут использоваться эффективно без решения задачи о корректной интерпретации получаемых спектральных зависимостей. Эта задача подробно рассмотрена в разделе 3.1.

Для АО спектрометра уравнение измерений

S = J*h (3.1)

имеет вид свертки спектра измеряемого излучения /(V) с аппаратной функцией 1г(м-у>{). Регистрируемая функция (спектрограмма) очевидно имеет систематические отличия от спектра и зависит от вида аппаратной функции АО спектрометра /¡(V). Для фурье-образов этих функций уравнение (3.1) имеет более простой вид произведения функций

5 = 7 Ъ. (3.2)

Следовательно, регистрируемый спектр ./ можно вычислить из его фурье-образа, который можно найти по формуле

7 = 8/К (3.3)

в том случае, когда /г Ф 0.

В разделе 3.2 рассмотрены свойства аппаратной функции АО спектрометра и ее фурье-образа. Для АО фильтра, содержащею однородную ограниченную в одном направлении дифракционную реше1ку. в приближении малой эффективности дифракции функции пропускания имеет «классический» вид йг/ = &т2х/х2, где х = УТр/2, тр = 1ЛпЛ -

характерный временной масштаб АО фильтра (X - длина кристалла. Д// -разность показателей преломления, с - скорость света). Фурье-обра 1 >юй

функции финитен: он имеет вид Аг/=1 —|т|¡т при |х|<хр и тождественно

равен нулю за пределами этого интервала (рис.3.1). В работе показано, что для произвольного распределения звука по длине кристалла (т.е. вне зависимости от величины эффективности дифракции и вне зависимости от профиля решетки) фурье-образ аппаратной функции АО спектрометра финитен и заключен в интервале (-хр, тр). Следовательно, и фурье-образ получаемой спектрограммы также финитен (рис.3.2) и таким образом в ходе измерений полностью теряется информация о мелкомасштабных составляющих измеряемой спектральной функции J(v), т.е. спектр сглаживается.

Рис.3.1. Примеры фурье-образов аппаратных функций АО спектрометров, имеющих одинаковое спектральное разрешение (1 - Ис1).

Рис.3.2. Фурье-образы измеряемого спектра (1), аппаратной функции АО спектрометра (2), получаемой спектрограммы (3).

Одно из следствий финитности Фурье-образа получаемой спектрограммы заключается в том, что в соответствие с теоремой Котельникова значение

спектрограммы в любой точке может быть вычислено по значениям, измеренным на множестве равноотстоящих точек

/ 4Sin {ЬЫс((о)-лт) Lkk{(t))-Jlm

где для спектрометра на основе коллинеарного АО фильтра Д/с (©) = (co-cof) Дп/с, Дп-разность показателей преломления кристалла фильтра, с-скорость света, (От = т Tic/L An. Эта формула определяв! оптимальный шаг перестройки АО спектрометра по спектру в ходе измерений для тех задач, в которых необходимо измерить весь спектр или его протяженный участок.

В разделе 3.3 рассмотрены другие следствия финитности Фурье-образа аппаратной функции и получаемой спектрограммы. Основной вывод заключается в том, что восстановление точной формы спектра J(v) по результатам измерения S(v) в общем случае невозможно. В то же время проведенный анализ позволяет решить проблему корректною сопоставления результатов измерений разных спектрометров. Эха проблема проявляется в том, что два спектрометра с разными аппаратными функциями hA и /¡в при измерении одного и того же спектра J дают разные спектрограммы S\- J*hB= Sb, из которых поэтому невозможно

установить идентичность измеряемых спектров. Решение проблемы заключается в том, чтобы привести спектрограмму прибора В к виду SV , \ который давал бы прибор А. Для этого можно использовать следующую формулу для Фурье-образов функций

$в->Л=5в-%а/Кв (3.5)

Для АО спектрометров, имеющих разное спектральное разрешение, спектрограммы спектрометра с более высоким разрешением можно «пересчитать» к прибору с более низким разрешением. С помощью ною подхода можно устранять влияние на спектрограммы несовершенс!ва конкретных спектрометров, например, исключать влияние паразитных окон функций пропускания АО фильтра.

Другой вывод, который следует из результатов раздела 3.2, состоит в том, что проблема определения спектра измеряемого излучения по полученной спектрограмме может быть разделена на два этапа. На первом -устранение аппаратных искажений данного АО спектрометра и приведение спектрограммы к виду, который дал бы «идеальный» АО спектромеф с имеющий аппаратную функцию /г,,. На втором этапе - восстановление спектра по спектрограмме, записанной таким «идеальным» АО спектрометром. Задача первого типа, как следует из раздеиа 3 2. nueei

е шмсшенное решение, а задача второго типа - некорректная и может быть решена юлько с привлечением дополнительной информации о спектре.

В разделе 3.4 представлен метод частичной коррекции спектрограмм «идеального» АО спектрометра. Он представляет собой итерационную процедуру, начинающуюся с записанной спектрограммы 51 в результате которой получается последовательность скорректированных спектрограмм 52, 5ч,..., причем отличие «-го члена от измеряемого спектра составляет

Д5П = (3-к)п *У,

где д - дельта функция, индекс п обозначает п-кратное выполнение процедуры свертки. Числйшое моделирование для линейчатых спектров показало, что для первых членов последовательности различие по высоте пика излучения (поглощения) между спектром источника и спектрограммой уменьшаются (рис.3.3).

г—-5%-| ^ ----

■ ■ * - . -> \ ---- \ -5% -15%- , / 5 7 9 11 13 1 У 81

Ду/АУ05

Рис.3.3. Отклонение записанной спектрограммы и скорректированных спектрограмм от измеряемого спектра одиночной эмиссионной линии гауссовой формы для случая, когда полоса пропускания АО фильтра меньше ширины линии в 2,4 раза. Ду0 5 -полуширина окна АО фильтра.

А именно, в приведенном на примере погрешность определения высоты пика снизилась от 13% в спектрограмме до 1% после двух итераций. Алгоритм работает удовлетворительно для линий с шириной превышающей или сравнимой с шириной окна АО фильтра. Таким образом, этот метод может использоваться для внесения поправок в результаты измерений. Этот метод может также использоваться для частичной коррекции гладких спектров, например, в задачах колориметрии и определения цветовой температуры тел.

В заключении сформулированы основные результаты работы

Разработаны методы измерения спектров оптического излучения и спекгральных характеристик с помощью АО спектрометров. Эти методы являются специфичными для АО спектрометров, поскольку основаны на уникальных свойствах этих спектральных приборов. В частности, разработаны следующие методы.

1. Метод измерения содержания газообразных веществ в воздухе с помощью трассового АО спектрофотометра, основанный на абсорбционном спектроскопии. Особенностью метода является то, что измерение ведется последовательно на множестве характеристических линий поглощения определяемых веществ, причем процедура перестройки по спектру является варьируемой.

Разработанный подход позволяет реализовать на этой основе адаптивные методы измерений, которые используют информацию получаемую в ходе измерений для оптимизации самой процедуры измерений.

2. Метод измерения дифференциальных характеристик спекгров оптическою излучения, основанный на периодическом изменении (модуляции) фазы акустической волны, распространяющейся в крисгалле АО фильтра, и выделении компонент фототока на частоте модуляции и на ее гармониках. Этот метод позволяет аппаратно peí истрировагь такие дифференциальные характеристики спектра как первая и вторая производная интенсивности по длине волны в произвольных точках спектра.

Разработанная идеология создания многоканальных АО спектрометров, в коюрых осуществляется выделение сигнала на гармониках, может быть использована и для других типов модуляции.

3. Методы коррекции аппаратных искажений АО спектрометров, заключающиеся в пересчете измеренных спектральных зависимостей (спектрограмм). Методы основаны на использовании информации об аппаратной функции используемого АО спектрометра и не предполагаю! наличия априорной информации об измеряемом спектре.

В рамках проблемы коррекции аппаратных искажений АО спектрометров доказана теорема о финитности фурье-образа аппаратной функции АО спектрометров, из которой следует, что в процессе измерения часть спектральной информации утрачивается, а значит точное восстановление спектра невозможно. При этом удалось выделить класс задач, для которых задача коррекции может быть сформулирована корректно, т.е. обеспечить существование решения и его единственность Еще одним следствием доказанной теоремы является существование оптимального шага перестройки спектрометра по спектру в процессе измерений.

Основные публикации по теме диссертации

1. В.Э.Пожар, В.И.Пустовойт. Последовательная коллинеарная дифракция света в нескольких акустооптических ячейках. Квантовая электроника, 1985, т.12, N 10, с.2180-82.

2. В.Э.Пожар, В.И.Пустовойт. Коллинеарная дифракция: возможности и перспективы. В кн. «Акустооптические и акустоэлектронные устройства радиоэлектронных систем», Л.: Наука, 1986; с.36.

3. В.Э.Пожар. Исследование коллинеарной дифракции света на модулированных акустических волнах в кристаллах. Кандидатская диссертация. Менделеево: ВНИИФТРИ, 1986,114 с.

4. Е.Г.Ананьев, В.Э.Пожар, В.И.Пустовойт. О брэгговской дифракции света на стоячей звуковой волне. Оптика и спектроскопия, 1987, т.61, в.4, с.885-888.

5. Е.Г.Ананьев, В.Э.Пожар, В.И.Пустовойт. Акустооптические методы измерения спектров оптического излучения. Оптика и спектроскопия, 1987, т.62, в.1, с.159-165.

6. В.Э.Пожар, В.И.Пустовойт. О сжатии ультракоротких импульсов света. Квантовая электроника, 1987, т.14, №4, с.811-813.

7. Ch.V.Gazarov, V.E.Pozhar, V.N.Zhogun. Acousto-optical spectrometer for air pollution monitoring. In "CIS Selected Papers: Optical monitoring of the Environment", N.N.Belov, E.I.Akopov, Eds. Proc. SPIE, 2107, p.143-147,

1993.

8. V.I.Pustovoit, V.E.Pozhar. Collinear diffraction of light by sound waves in crystals: devices, applications, new ideas. Photonics and optoelectronics,

1994, v.2, No.2, p.53-69.

9. М.М.Мазур, В.Э.Пожар, В.Н.Шорин. Оптические газоанализаторы на основе акустооптических фильтров. Законодательная и прикладная метрология, 1995, №3, 34-37.

10. В.Э.Пожар, В.И.Пустовойт. Возможности создания новых систем видения на основе акустооптических видеоспектрометров. Радиотехника и электроника, 1996, т.41, в. 10, с. 1272-1278.

11 М.М.Мазур, В.Э.Пожар, В.Н.Шорин, З.А.Магомедов. Газоанализатор. Патент РФ № 2 095 788 от 09.01.1996.

12. М.М.Мазур, В.Н.Шорин, В.Э.Пожар, З.А.Магомедов, В.Н.Жогун, Х.В.Газаров, Ф.Л.Визен, С.А. Леонов. Установка контроля газовых примесей. Свид. РФ № 4 380 на полезную модель от 17.6.1996.

13. М.М.Мазур, Г.Л.Чугаев, В.Н.Шорин, В.Э.Пожар, З.А.Магомедов. В.А.Сазонов, В.А.Попов, Г.И.Донцов, С.А. Леонов. Лаборатория передвижная для контроля газовых примесей в воздухе рабочей зоны и газового состава в газоходах (два варианта). Патент № 44 427 на промышленный образец от 27.9.1996.

14. В.Э.Пожар, В.И.Пустовойт. Об оптимальном алгоритме спектрального химического анализа с помощью акустооптических спектрометров. Электромагнитные волны и электронные системы, 1997, т.2, №4, с.26-30.

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

16. З.А.Магомедов, М.М.Мазур, В.Э.Пожар, В.Н.Шорин. Передвижная лаборатория экологического мониторинга "САГА". В кн. "Наука и * техника - городу", ред. Ю.М.Прохоцкий. М., 1998., с.102-105.

17. В.И.Пустовойт, В.Э.Пожар. Управление характеристиками коллинеарного акустооптического фильтра путем модуляции ультразвука. Радиотехника и электроника, 1998, т.43, в.1, с. 121-127.

18. М.М.Мазур, В.Э.Пожар, В.Н.Шорин. Спектрально-оптические газоанализаторы на основе акустооптических фильтров для контроля содержания примесей в воздухе. Журнал аналитической химии, 1998, т.53, №9, с.996-998.

19. В.Э.Пожар, В.И.Пустовойт. Акустооптические спектрометры. XIV Межд. конф. по гиромагнитной электронике и электродинамике. Микроволновые ферриты. Секция Спин-электроника (Москва, Фирсановка, 13-16 ноября 1998). Труды конф., т.2, с.346-364.

20. V.E.Pozhar, V.I.Pustovoit. «New DOAS technique based on Acousto-optic spectrometer». In "UV atmospheric and space remote sensing: methods and • instrumentation II", G.Rcarruthers, K.F.Dymond, Eds. Proc. SPIE, v.3818, ^ p.69-76, 1999.

21. V.I.Pustovoit, V.E.Pozhar. Acousto-optical spectrometers for Earth remote * sensing. In "Earth Observing Systems IV", W.L.Barnes, Ed. Proc. SPIE, v.3750, p.243-249, 1999.

22. В.Э.Пожар, В.И.Пустовойт. Принципы и технология обнаружения и распознавания малозаметных объектов по их спектральным характеристикам. VIII Межд. конф. по спиновой электронике (секция Межд. конф. по гиромагнитной электронике и электродинамике) (Москва, Фирсановка, 12-14.11.1999). Труды конф. с.50-62.

23. V.I.Pustovoit, V.E.Pozhar. Long-path optical spectral AOTF-based gas analyzer. In "Instrumentation for Air Pollution and Global Atmospheric Monitoring", J.O.Jensen, R.L.Spellicy, Eds. Proc. SPIE, v.4574, p. 174-178, 2001.

24. I.B.Kutuza, V.E.Pozhar, V.I.Pustovoit. AOTF-based Imaging Spectrometers for Research of Small-Size Biological Objects. In "Novel Optical Instrumentation for Biomedical Applications", A.-C.Boccara, Ed. Proc. SPIE, v.5143, p. 165-169, 2003.

25. И.Б.Кутуза, Л.Н.Пунтус, В.Ф.Золин, В.Э.Пожар, В.И.Пустовойт. Определение параметров кристаллического поля иона Европия по спектрам люминесценции, полученным с помощью акустооптического спектрометра. Журн. прикл. спектроскопии, 2003, т.60, в.6, с.774-778.

26. В.Э.Пожар, В.И.Пустовойт, М.М.Мазур, В.Н.Шорин. Двойной акустооптический монохроматор. Патент РФ, № 2 242 779 от 20.12.2004.

27. В.Э.Пожар, В.И.Пустовойт, М.М.Мазур, В.Н.Шорин, В.Н.Жогун. Акустооптический видеомонохроматор для фильтрации оптических изображений. Патент РФ, № 2 258 206 от 16.01.2004.

28. Н.В. Лопухов, В.Э. Пожар. Коррекция спектрограмм отрезающих фильтров. Известия Российской академии наук. Серия физическая, 2005, т.69, в.2, с.279-281.

29. V. Е. Pozhar, V. I. Pustovoit. AOTF spectrometer for real-time differential spectroscopy. In "Algorithms and Technologies for Multispectral, Hyperspectral, and Ultraspectral Imagery XI". S.S.Shen, P.E.Lewis. Eds. Proc. SPIE, v.5806, p.869-873,2005.

30. V.E.Pozhar, N.V.Lopukhov. V.I.Pustovoit. Spectrogram correction problem in AOTF-spectroscopy. In "Acousto-optics and Photoacoustics", A.Sliwinski, R.Reibold, V.B.Voloshinov, Eds. Proc. SPIE, v.5953, p.261-265, 2005.

31. V.I.Pustovoit, V.E.Pozhar, M.M.Mazur, V.N.Shorin, I.B.Kutuza, A.V.Perchik. Double-AOTF spectral imaging system. In "Acousto-optics and Photoacoustics", A.Sliwinski, R.Reibold, V.B.Voloshinov. Eds. Рпк SPIE, v.5953, p.200-203, 2005.

32. В.Э.Пожар, Н.В.Лопухов. Алгоритмы коррекции апиарншых искажений спектров, регистрируемых акусюопги четким и спектрометрами. Электромагнитные волны и электронные еиеге\п 1.10, в.8,2005.

Подписано в печать 01.11 05 Обьем 1,6 уч изд ил Тираж 100 экз Полиграфучасюк ФГУП ВПИИФТРИ Зак № 354

г

I»

I

(

/

У

»21653

РНБ Русский фонд

2006-4 18425

Список обозначений

Введение

Область исследований и постановка проблемы

Содержание диссертационной работы 10

Положения, выносимые на защиту 11

Научная новизна результатов 13

Практическая значимость полученных результатов 13

Апробация работы 14

Основные результаты работы

Разработаны методы измерения спектров оптического излучения и спектральных характеристик с помощью АО спектрометров. Эти методы являются специфичными для АО спектрометров, поскольку основаны на уникальных свойствах этих спектральных приборов. В частности, разработаны следующие методы.

1. Метод измерения содержания газообразных веществ в воздухе с помощью трассового АО спектрофотометра, основанный на абсорбционной спектроскопии. Особенностью метода является то, что измерение ведется последовательно на множестве характеристических линий поглощения определяемых веществ, причем процедура перестройки по спектру является варьируемой.

Разработанный подход позволяет реализовать на этой основе адаптивные методы измерений, которые используют информацию, получаемую в ходе измерений для оптимизации самой процедуры измерений.

2. Метод измерения дифференциальных характеристик спектров оптического излучения, основанный на периодическом изменении (модуляции) фазы акустической волны, распространяющейся в кристалле АО фильтра, и выделении компонент фототока на частоте модуляции и на ее гармониках. Этот метод позволяет аппаратно регистрировать такие дифференциальные характеристики спектра как первая и вторая производная интенсивности по длине волны в произвольных точках спектра.

Разработанная идеология создания многоканальных АО спектрометров, в которых осуществляется выделение сигнала на гармониках, может быть использована и для других типов модуляции.

3. Методы коррекции аппаратных искажений АО спектрометров, заключающиеся в пересчете измеренных спектральных зависимостей (спектрограмм). Методы основаны на использовании информации об аппаратной функции используемого АО спектрометра и не предполагают наличия априорной информации об измеряемом спектре.

В рамках проблемы коррекции аппаратных искажений АО спектрометров доказана теорема о финитности фурье-образа аппаратной функции АО спектрометров, из которой следует, что в процессе измерения часть спектральной информации утрачивается, а значит точное восстановление спектра невозможно. При этом удалось выделить класс задач, для которых задача коррекции может быть сформулирована корректно, т.е. обеспечить существование решения и его единственность. Еще одним следствием доказанной теоремы является существование оптимального шага перестройки спектрометра по спектру в процессе измерений.

Перспективы акустооптической спектрометрии

Основные задачи, которые предстоит решить в дальнейшем в области акустооптической спектрометрии, заключаются в следующем.

1. Уточнить пределы, в которых может варьироваться аппаратная функция АО спектрометров и решить задачу нахождения оптимальной для данного объекта измерений аппаратной функции.

Создать модуляционные АО спектрометры с обратной связью, так чтобы аппаратная функция оптимизировалась в ходе измерения по мере получения информации об объекте.

2. Решить задачу одновременной адаптации по множеству контролируемых точек спектра и по форме аппаратной функции.

Создать АО спектрометры на этой основе.

3. Выработать методологию использования разных методов коррекции спектрограмм.

Реализовать ее в виде единого программно-методического обеспечения, включающего разные методы коррекции и позволяющего обрабатывать и отображать результаты измерений в реальном времени.

4. Интегрировать это математическое обеспечение в программы адаптивного управления АО спектрометром. Ф

Таким образом, конечная цель дальнейшей работы - связать в единое целое все три представленных метода.

Благодарность

В заключение хотел бы выразить благодарность члену-корреспонеденту РАН Владиславу Ивановичу Пустовойту за многолетние плодотворное сотрудничество и стимулирующие обсуждения задач акустооптической спектрометрии, некоторые из которых легли в основу настоящей работы.

Хотел бы также поблагодарить сотрудников отделения Акустооптики ВНИИФТРИ Мазура М.М., ШоринаВ.Н., ЖогунаВ.Н., Магомедова З.А., Визена Ф.Л., Епихина В.М., Калинникова Ю.К., Аскерова Н.А. и многих других, многолетнее сотрудничество с которыми помогло достичь многие из результатов, представленных в работе, и воплотить их в действующие приборы.

Хотел бы поблагодарить также сотрудников НТЦ УП РАН Отливанчика Е.А., Боритко С.В., Жижина Г.Н., Балашова А.А., Суворова В.А., ШкробаГ.Н., КутузуИ.Б., Лопухова Н.А., Перчика А.В., Никифорова Б.В., Лист С.Б., Платову Л.П. и всех тех, кто прямо или косвенно способствовал получению изложенных результатов и написанию этой работы.

Выражаю также благодарность Российскому фонду фундаментальных исследований, при чьей поддержке выполнены теоретические исследования по модуляционным методам построения АО спектрометров (грант № 98-02-17134) и созданы спектрометры на этих принципах (инновационный грант № 02-02-08078).

В.Э.Пожар

Заключение

1. А1. В.Э.Пожар, В.И.Пустовойт. Коллинеарная дифракция: возможности и перспективы. В кн. «Акустооптические и акустоэлектронные устройства радиоэлектронных систем», JL: Наука, 1985; с.36-47.

2. А2. В.Э.Пожар, В.И.Пустовойт. Последовательная коллинеарная дифракция света в нескольких акустооптических ячейках. Квантовая электроника, 1985, т. 12, N 10, с.2180-82.

3. А4. В.Э.Пожар. Исследование коллинеарной дифракции света на модулированных акустических волнах в кристаллах. Кандидатская диссертация. Менделеево: ВНИИФТРИ, 1986, 114 с.

4. А5. Е.Г.Ананьев, В.Э.Пожар, В.И.Пустовойт. О брэгговской дифракции света на стоячей звуковой волне. Оптика и спектроскопия, 1987, т.61, в.4, с.885-888.

5. А6. Е.Г.Ананьев, В.Э.Пожар, В.И.Пустовойт. Акустооптические методы измерения спектров оптического излучения. Оптика и спектроскопия, 1987, т.62, в.1, с.159-165.

6. А7. V.E.Pozhar, V.I.Pustovoit. "Collinear diffraction: capabilities and trends". 3rd Int. Conf. "Acoustoelectronics'87" (Varna, Bulgaria, May 4-8, 1987). Proceed., p.73-94.

7. A8. В.Э.Пожар. "Аппаратная функция коллинеарного акустооптического фильтра в режиме модуляции ультразвука". В кн. "Методы и средства прецизионной спектрометрии". М., ВНИИФТРИ, 1987, с.90-92.

8. А9. В.Э.Пожар, В.И.Пустовойт. О сжатии ультракоротких импульсов света. Квантовая электроника, 1987, т. 14, №4, с.811-813.

9. А10. Е.Г.Ананьев, В.Э.Пожар, В.И.Пустовойт. "Эффективный акустооптический метод восстановления спектров". I Всес. конф. по оптической обработке информации (Ленинград, 30 мая -1 июня 1988). Тез. докл., ч.1, с.91.

10. А13. Ch.V.Gazarov, V.E.Pozhar, V.N.Zhogun. Acousto-optical spectrometer for air pollution monitoring. In "CIS Selected Papers: Optical monitoring of the Environment", N.N.Belov, E.I.Akopov, Eds. Proc. SPIE, 2107, p. 143-147,1993.

11. A14. V.I.Pustovoit, V.E.Pozhar. Collinear diffraction of light by sound waves in crystals: devices, applications, new ideas. Photonics and optoelectronics,1994, v.2, N.2, p.53-69.

12. A15. М.М.Мазур, В.Э.Пожар, В.Н.Шорин. Оптические газоанализаторы на основе акустооптических фильтров. Законодательная и прикладная метрология, 1995, №3, 34-37.

13. А16. V.I.Pustovoit, V.E.Pozhar. "Collinear diffraction of light by sound waves in crystal: devices, application new ideas". Ultrasonics World Congress (Berlin, 1995, Sept. 3-7).Proceed., v.l, p.217-224.

14. A18. В.Э.Пожар, В.И.Пустовойт. Возможности создания новых систем видения на основе акустооптических видеоспектрометров. Радиотехника и электроника, 1996, т.41, в. 10, с.1272-1278.

15. А19. М.М.Мазур, В.Э.Пожар, В.Н.Шорин, З.А.Магомедов. Газоанализатор. Патент РФ № 2 095 788 от 09.01.1996.

16. А20. М.М.Мазур, В.Н.Шорин, В.Э.Пожар, З.А.Магомедов, В.Н.Жогун, Х.В.Газаров, Ф.Л.Визен, С.А. Леонов. Установка контроля газовых примесей. Свид. РФ № 4 380 на полезную модель от 17.6.1996.

17. A23. M.M.Mazur, V.E.Pozhar. «Installation for gas-filled test-tubes verification». 1st Int.conf. "International and national aspects of ecological monitoring" (1997, May 25-28, St.Petersburg). Proc., p.133.

18. A25. В.Э.Пожар, В.И.Пустовойт. Об оптимальном алгоритме спектрального химического анализа с помощью акустооптических спектрометров. Электромагнитные волны и электронные системы, 1997, т.2, №4, с.26-30.

19. А26. V.E.Pozhar, V.I.Pustovoit. Main features of image transmission through acousto-optical filter. Photonics and optoelectronics, 1997, v.4, N.2, p.67-77.

20. А29. З.А.Магомедов, М.М.Мазур, В.Э.Пожар, В.Н.Шорин. Передвижная лаборатория экологического мониторинга "САГА". В кн. "Наука и техника городу", ред. Ю.М.Прохоцкий. М., 1998., с.102-105.

21. А30. В.И.Пустовойт, В.Э.Пожар. Управление характеристиками коллинеарного акустооптического фильтра путем модуляции ультразвука. Радиотехника и электроника, 1998, т.43, в. 1, с. 121-127.

22. А31. М.М.Мазур, В.Э.Пожар, В.Н.Шорин. Спектрально-оптические газоанализаторы на основе акустооптических фильтров для контроля содержания примесей в воздухе. Журнал аналитической химии, 1998, т.53, №9, с.996-998.

23. А32. В.Э.Пожар, В.И.Пустовойт. Акустооптические спектрометры. XIV Межд. конф. по гиромагнитной электронике и электродинамике. Микроволновые ферриты. Секция Спин-электроника (Москва, Фирсановка, 13-16 ноября 1998). Труды конф., т.2, с.346-364.

24. АЗЗ. V.E.Pozhar, V.I.Pustovoit. «New DOAS technique based on Acousto-optic spectrometer». In "UV atmospheric and space remote sensing: methods and instrumentation II", G.Rcarruthers, K.F.Dymond, Eds. Proc. SPIE, v.3818, p.69-76, 1999.

25. A34. V.I.Pustovoit, V.E.Pozhar. Acousto-optical spectrometers for Earth remote sensing. In "Earth Observing Systems IV", W.L.Barnes, Ed. Proc. SPIE, v.3750, p.243-249, 1999.

26. A37. V.E.Pozhar, V.I.Pustovoit. "Concept of acousto-optical spectrometers arrangement". International Forum on Wave Electronics and Its Applications (St.Peterburg, 2000)

27. A38. V.I.Pustovoit , V.E.Pozhar. Long-path optical spectral AOTF-based gas analyzer. In "Instrumentation for Air Pollution and Global Atmospheric Monitoring", J.O.Jensen, R.L.Spellicy, Eds. Proc. SPIE, v.4574, p. 174-178, 2001.

28. A39. Н.Лопухов, В.Пожар. Коррекция аппаратных искажений акустооптического спектрометра. II научная молодежная школа «Оптика 2002» (14-17 октября 2002 г, Санкт-Петербург). Сб. трудов, с.58.

29. А40. В.Э.Пожар, Н.В.Лопухов. Коррекция аппаратных искажений акустооптического спектрометра. Труды IX Веер. Школы-сем. «Физика и применение микроволн» (Звенигород, 26-30 мая 2003), с.118.

30. А41. I.B.Kutuza, V.E.Pozhar, V.I.Pustovoit. AOTF-based Imaging Spectrometers for Research of Small-Size Biological Objects. In "Novel Optical Instrumentation for Biomedical Applications", A.-C.Boccara, Ed. Proc. SPIE, v.5143, p.165-169, 2003.

31. А43. V.E.Pozhar, V.I.Pustovoit. Applicability of phase manipulated AOTF to differential spectroscopy. Abstr. Int. conf. "Spectroscopy in special applications" (Kyiv, June 18-21, 2003), p. 176.

32. A44. N.V.Lopukhov, V.E.Pozhar. AOTF spectrometer instrument function correction procedure. Abstr. Int. conf. "Spectroscopy in special applications" (Kyiv, June 18-21, 2003), p. 171.

33. A45. V.E.Pozhar, V.I.Pustovoit. AOTF-based spectrometry. Abstr. Int. conf. "Spectroscopy in special applications" (Kyiv, June 18-21, 2003), p. 154.

34. A46. V.I.Pustovoit, V.E.Pozhar. AOTF-based Detection Systems for Spatial Gas Nonuniformities. ISSSR-2003, Santa-Barbara, 2003.

35. A47. Пожар В.Э., Лопухов H.B. Анализ проблемы коррекции аппаратных искажений акустооптического спектрометра. Сб. трудов III Межд. Конф. молодых ученых и специалистов «0птика-2003».

36. А48. Н.В.Лопухов, В.Э.Пожар. Алгоритм коррекции спектрограмм, регистрируемых акустооптическими спектрометрами. Сб. трудов Шестой межд. Конф. «Фундаментальные проблемы оптики 2004», с.309-310.

37. А49. В.Э.Пожар, В.И.Пустовойт, М.М.Мазур, В.Н.Шорин. Двойной акустооптический монохроматор. Патент РФ, № 2 242 779 от 20.12.2004.

38. А50. В.Э.Пожар, В.И.Пустовойт, М.М.Мазур, В.Н.Шорин, В.Н.Жогун. Акустооптический видеомонохроматор для фильтрации оптических изображений. Патент РФ, № 2 258 206 от 16.01.2004.

39. А51. Н.В. Лопухов, В.Э. Пожар. Коррекция спектрограмм отрезающих фильтров. Известия Российской академии наук. Серия физическая, 2005, т.69, в.2, с.279-281.

40. А53. В.Э.Пожар, Н.В.Лопухов. Коррекция спектрограмм отрезающих фильтров. В кн.: «Акустооптические, акустические и рентгеноспектральные методы и средства измерений в науке и технике», ВНИИФТРИ, 2005, с.53-57.

41. А54. В.Э.Пожар. Спектральный оптический метод измерения крепости спиртосодержащих растворов. В кн.: «Акустооптические, акустические и рентгеноспектральные методы и средства измерений в науке и технике», ВНИИФТРИ, 2005, с.75-80.

42. A56. V.E.Pozhar, N.V.Lopukhov, V.I.Pustovoit. Spectrogram correction problem in AOTF-spectroscopy. In "Acousto-optics and Photoacoustics", A.Sliwinski, R.Reibold, V.B.Voloshinov, Eds. Proc. SPIE, v.5953, p.261-265, 2005.

43. A57. V.I.Pustovoit, V.E.Pozhar, M.M.Mazur, V.N.Shorin, I.B.Kutuza, A.V.Perchik. Double-AOTF spectral imaging system. In "Acousto-optics and Photoacoustics", A.Sliwinski, R.Reibold, V.B.Voloshinov, Eds. Proc. SPIE, v.5953, p.200-203, 2005.

44. А58. В.Э.Пожар, Н.В.Лопухов. Алгоритмы коррекции аппаратных искажений спектров, регистрируемых акустооптическими спектрометрами. Электромагнитные волны и электронные системы, т. 10, в.8, 2005.1. Цитируемая литература

45. W.S.Shipp, J.Biggins, С.W.Wade. Rev. Sci. Instr., 1976, v.47, N.5 p.565-568. Performance characteristics of an electronically tunable AOF for fast scanning spectrophotometry. (Приборы для науч. иссл., 1976, N.5 с.32-37.)

46. Л.Н.Магдич, В.Я.Молчанов. АО устройства и их применение. М., Акустооптические устройства и их применение. 1978,112 с.

47. А.Ярив, П.Юх. Оптические волны в кристаллах. М.: Мир, 1987. Гл.9. Акустооптика. (A.Yariv, P.Yeh. Optical waves in crystals. N.Y.: John Wiley & Sons, 1984. Chapter 9. Acousto-optics).

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

49. P.Katzka. Proc.SPIE, 1987, v.753, р.22-28. AOTF overview: past, present, and future.

50. C.D.Tran. Anal. Chem., 1992, v.64, N.20, p.971A-881A. AO devices. Optical elements for spectroscopy.

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

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

53. X.Wang. Laser Focus World, May 1992, v.28, p. 173-180. AOTFs spectrally modulate light.

54. J.Soos. Laser Focus World, August 1994. Industrial process monitoring requires rugged tools.

55. Л.Н.Магдич. Оптика и спектроскопия, 1980, т.49, в.2, с.387-390.

56. И.Курц, Р.Двэлл, П.Кацка. Приборы для науч. исслед., 1987, N11, с. 12-20. Флуоресцентная спектроскопия с быстрым сканированием при помощи перестраиваемого акустооптического фильтра

57. C.D.Tran, RJ.Furlan. Anal. Chem., 1993, v.65, p. 1675. Spectrofluorometer based on AOTFs for rapid scanning and multicomponent sample analises.

58. D.M.Hueber, C.L.Stevenson, T.Vo-Dinh. Appl. spectroscopy, 1995, v.49, N.ll, p. 1624-1631. Fast scanning synchronous luminescence spectrometer based on acousto-optic tunable filters.

59. D.A.Glenar, J.J.Hillman, B.Saif, J.Bergstralh. Appl.Opt., 1994, v.33, N. 31, 7412-24. Acousto-optic imaging spectropolarimetry for remote sensing.

60. U.Piatt, D.Perner, H.W.Patz. Journ.Geophys.Research, 1979, v.84, № CIO, p.6329-34. Simultaneous measurement of atmospheric CH20, O3, and NO2 by differential optical absorption.

61. U.Piatt, D.Perner. "Direct measurements of atmospheric CH20, HN02, O3, NO2 and S02 by differential optical absorption in the near UV", J. Geophys. Research, 85, pp.7453-7458, 1980.

62. H.Edner, A.Sunesson, S.Svanberg et al. "Differential optical absorption spectroscopy system used for atmospheric mercury monitoring", Appl. Optics, 25, pp.403-409, 1986.

63. H.Edner, P.Ragnarson, S.Spannare, S.Svanberg. "Differential optical absorption spectroscopy (DOAS) system for urban atmospheric pollution monitoring", Appl. Optics, 32, pp.327-333, 1993.

64. H.Edner, P.Ragnarson, S.Spannare, S.Svanberg. Appl.Optics, 1993, v.32, N.3, p.327-333. Differential optical absorption spectroscopy (DOAS) system for urban atmospheric pollution monitoring.

65. H.Axelsson, A.Eilard, A.Emanuelsson, B.Galle, H.Edner, P.Ragnarson, H.Kloo. Appl. Spectroscopy, 1995, v.49, N.9, p. 1254-60. Measurement of aromatic hydrocarbons with the DOAS technique.

66. L.Axelsson. Appl. Spectroscopy, 1994, v.48, N.8, p. 1003-1006. Measurement of ammonia with the differential optical absorption technique combained with Fourier transform.

67. H.Axelsson, A.Eilard, A.Emanuelsson, B.Galle, H.Edner, P.Ragnarson, H.Kloo. "Measurement of aromatic hydrocarbons with the DOAS technique", Appl. Spectroscopy, 49, p. 1254-1260, 1995.

68. H.I.Schiff, J.Robbins, A.Chanda et al. "Ambient air measurements and practical detection limits determination with an improved DOAS system", AWMA 89th Annual Meeting & Exhibition, 1996.

69. J.A.Silver. "Frequency-modulation spectroscopy for trace species detection: theory and comparison among experimental methods", Appl. Optics, 31, pp.707-717, 1992

70. P.J.Treado, I.W.Levin, I.N.Lewis. Appl. spectroscopy, 1992, v.46, N.3, p.553-558. Near-infrared acousto-optic spectroscopic microscopy: a solid state approach to chemical imaging.

71. P.J.Treado, I.W.Levin, E.N.Lewis. Appl. spectroscopy, 1992, v.46, N.8, p. 1211-1216. High-fidelity raman imaging spectrometry: a rapid method using an acousto-optical tunable filter.

72. D.F.Flanigan. Appl. Optics, 1997, v.36, N.27, p.7027-36. Hazardous cloud imaging: a new way of using passive infrared.

73. C.T.Nguyen, A.Galais, G.Fortunato. Appl.Optics, 1995, v.34, N.24, p.5398-5405. Pollution imagery by optical interferometry: applications to SO2 gas.

74. R.Haus, K.Schafer, W.Bautzer et al. Appl.Optics, 1994, v.33, N.24, p.5682-89. Mobile Fourier-transform infrared spectroscopy monitoring of air pollution.

75. Е.Г.Ананьев, В.И.Пустовойт. Физика твердого тела, 1987, т.29, в.4, с. 1214-17. Коллинеарная дифракция света на усиливающейся звуковой волне.

76. В.И.Пустовойт. Доклады Академии наук, 1999, т.365, в.1, с.39-43. Коллинеарная дифракция света на неоднородной звуковой волне.

77. T.H.Chao, J.Yu, L.J.Cheng. Appl.Opt., 1993, v.32, N.15, p.2645-46. Demonstration AOTF imaging spectrometer.

78. М.А.Воронова, В.Г.Захаров, Ю.В.Макарова, В.Н.Парыгин. Изв.ВУЗов, радиофизика. Горький: ВИНИТИ, 1988, №2287-В88. 15с. Влияние расходимости звукового пучка на работу коллинеарного фильтра.

79. F.W.Windels, V.I.Pustovoit, O.Leroy. Ultrasonics, 2000, v.38, p.586-589. Collinear acousto-optic using two nearby sound frequencies.

80. J.R.Hearn. US Patent 3,729,251. 1973. AOF having electrically variable resolution.

81. A.Sivanayagam, D.Findlay. Appl. Opt., 1984, v.23, N.24, p.4601-4608. High resolution noncollinear AOF with variable passband characteristics: design.

82. В.И.Пустовойт, В.В.Тимошенко. Радиотехника и электроника, 1998, т.43, в.4, с.461-468. Акустооптический фильтр с управляемой полосой пропускания.

83. S.E.Harris and R.W.Wallace. J. Opt. Soc. Amer. V.59, p.744-747, 1969. Acousto-optic tunable filter.

84. I.C.Chang. Appl. Phys. Letts., 1974, v.25, N.9, p.323-324. Tunable acousto-optic filter utilizing acoustic beam walkoff in crystal quartz.

85. J.Kusters, D.A.Wilson, D.L.Hammond. J. Opt. Soc. Amer., 1974, v.64, N.4, p.434-440. Optimum crystal orientation for acoustically tuned optical filter.

86. I.C.Chang, P.Katzka. J. Opt. Soc. Amer., v.68, p. 1449, 1978. Tunable AOTF with apodized acoustical excitation.

87. Ф.Л.Визен, В.М.Захаров, Ю.К.Калинников, З.А.Магомедов, В.Н.Масленников. Приборы и техника эксперимента, 1979, №6, с. 170. Акустооптический фильтр "Фотон".

88. M.Gottlieb and F.L.Schaff. US Patent 4,653,869. Acousto-optical dispersive light filter.

89. J.M.Supplee, E.A.Wittaker, W.Lenth. Appl. Opt.,1994, v.33, N.27, p.6294-6302. Theoretical description of frequency modulation and wavelength modulation spectroscopy.

90. H.R.Morris, C.C.Hoyt, P.J.Treado. Appl. spectroscopy, 1994, v.48, N.7, p.857-865. Imaging spectrometers for fluorescence and Raman microscopy: acousto-optic and liquid crystal tunable filters.

91. К.А.Холостов. Управление характеристиками акустооптического коллинеарного фильтра с помощью коротких акустических импульсов. Кандидатская диссертация. Москва: МГУ, 2000.

92. Е.Ю.Филатова. Оптимизация функции пропускания акустооптической ячейки с помощью секционированного пьезопреобразователя. Кандидатская диссертация. Москва: МГУ, 2003.

93. В.В.Проклов, Г.Н.Шкердин, Ю.В.Гуляев. Дифракция электромагнитных волн в проводящих кристаллах. Физика и техника полупр., 1972, т.6, в. 10, с. 1915-18.

94. S.Kawata, R.Minami, S.Minami. Superresolution of Fourier-Transform spectroscopy data by the maximum entropy method. Appl. Opt., 1983, v.22, N.22, p.3593-97.

95. B.R.Frieden. Restoring with maximum Likelihood and Maximum Entropy. JOSA, v.62, N.4, p.511-518, 1972.

96. J.L.Harris. Diffraction and resolving power. JOSA, v.54, No.7, p. 931-936, 1964.

97. М.М.Мазур и др. Оптика и спектроскопия, 1989, т.67, в.З. Двойной акустооптический монохроматор на СаМоО^

98. В.Э.Пожар, В.И.Пустовойт. Повышение спектрального контраста двойных акустооптических фильтров. В кн.: «Акустооптические, акустические и рентгеноспектральные методы и средства измерений в науке и технике», ВНИИФТРИ, 2005, с.45-47.

99. J.F.Turner II, P.J.Treado. Appl. spectroscopy, 1996, v.50, N.2, p.277-284. Near-infrared acousto-optic tunable filter Hadamard transform spectroscopy.

100. V.F.Kravchenko, V.I.Pustovoit, V.V.Timoshenko. Electromagnetic waves and electronic systems, 1996, v.l, N.l, p.60-66. A new method of the processing of spectrograms of the optical range.

101. В.Ф.Кравченко, В.И.Пустовойт, В.В.Тимошенко. Доклады Академии наук, 1996, т.351, №5, с.618-621. Метод увеличения спектральной разрешающей способности акустооптических спектрометров.

102. H.J.Kramer. Observation of the Earth and its Environment. Chap.D26 "Okean-O", p.467-476.

103. С.Н.Королев, А.А.Кучерявый, В.А.Мироненко, В.С.Суэтин. Исследование Земли из космоса, 1992, в.4, с.32. Опыт испытательной аппаратуры «Трассер» для наблюдения океана из космоса.

104. С.М.Кочубей, Н.И.Кобец, Т.М.Шадчина. Монография, Киев, Наукова думка, 1990. Спектральные свойства растений как основа методов дистанционной диагностики.

105. М.Е.Бауэр. Труды Института Инженеров по Электротехнике и Радиоэлектронике, 1985, т.73, в.6, с. 185-201. Спектральные методы идентификации и оценки состояния зерновых культур.

106. Б.Л.Сухоруков, Г.П.Гарбузов, А.А.Акавец, А.М.Никаноров. Доклады Академии наук, 1998, т.363, №2, с.278-281. Интегральные показатели экологического состояния водных объектов при интерпретации дистанционных спектрометрических данных.

107. H.R.Gordon, R.W.Austin. Ocean color measurements. Advances in geophysics, 1985, p.297-333.

108. Remote sensing of ocean colour in coastal, and other optically-complex, waters. IOCCG Report, N.3, 2000.

109. O.I.Korablev, J.L.Bertaux, E.Dimarellis, A.Grigoriev, Yu.Kalinnikov, A.Stepanov, S.Guibert. AOTF-based spectrometer for Mars atmosphere sounding. Proc.SPIE, Vol. 4818.

110. V.B.Voloshinov, N.Gupta. Tunable acousto-optic filters for monitoring of atmospheric ozone. Proc. SPIE, V.4574, p. 162-173, 2002.

111. В.И.Пустовойт, Л.Л.Утяков, М.А.Шахраманьян и др. Труды III Межд. Научно-тех. конф. «Современные методы и средства океанологических исследований», М., 1998. Донная гидрохимическая станция с радиотелеметрическим каналом.

112. С.В.Безденежных, Х.В.Газаров, В.Н.Жогун, В.И.Пустовойт и др. Приборы и техника эксперимента, 1987, №4, с.165-168. Автоматическая установка для распознавания цветового тона поверхности на основе акустооптического фильтра.

113. Ф.Л.Визен, В.Н.Жогун, Х.В.Газаров, С.И.Земцовский, З.А.Магомедов, В.И.Пустовойт, А.В.Тябликов, В.Г.Ястребов. Электронная промышленность, 1989, №5, с. 16-19. Акустооптическая спектрометрия в контроле и диагностике процессов плазмохимического травления.

114. В.Н.Жогун, В.И.Пустовойт, А.В.Тябликов. Электронная промышленность, сер.З, Микроэлектроника, 1990, в.2(136), с.59-67. Разработка на основе акустооптического спектрометра метода эталонирования качества процессов размерного травления.

115. В.Н.Жогун, А.В.Тябликов, Х.В.Газаров и др. Измерительная техника, 1995, в.11, с.54-57. Акустооптический спектрометр для актинометрического исследования кинетики образования и гибели активных частиц в плазмохимических процессах.

116. С.М.Копылов, Б.Г.Лысой, Л.К.Михайлов и др. Лазерная техника и оптоэлектроника, 1993, в. 1-2(68-69), с.54-57. Скоростной акустооптический спектрофотометр для оптического контроля диэлектрических покрытий в процессе напыления.

117. Ф.Л.Визен, В.Н.Жогун, З.А.Магомедов и др. Пищевая промышленность, 1996, № 10,. Спектрально-оптические приборы для измерения крепости алкогольной продукции.

118. В.П.Шабаров, А.И.Иванов, В.Н.Жогун и др. Журн. прикл. спектроскопии, 1987, т.47, №5. Рассеяние оптического излучения биологическими тканями.

119. А.И.Иванов, Л.И.Каримова, Н.И.Петровичев, В.И.Пустовойт, В.Н.Жогун и др. Приборы и техника эксперимента, 1990, №1, с.205-207. Спектроанализатор изображений и его использование для морфометрии биологических микропрепаратов

120. В.Н.Жогун, М.М.Мазур, Л.А.Рокосова, В.Н.Шорин, Д.В.Шорин. Макет медицинского дихрографа для диагностики рака и предраковых состояний, 2001, Медицинская физика, №11, ч.7, с.24.

121. Б.И.Поддубный, В.И.Пустовойт, Ф.Л.Визен, В.Н.Жогун, Х.В.Газаров,

122. A.И.Иванов, А.Я.Фаенов, В.П.Шабаров. Авт. свид. №1363995 от 01.09.1987. Способ диагностики опухолей, доступных для эндоскопического и визуального обследования.

123. Б.И.Поддубный, В.И.Пустовойт, В.Н.Жогун, Х.В.Газаров, А.И.Иванов, И.Ю.Скобелев, А.Я.Фаенов, В.В.Чвыков, В.П.Шабаров,

124. B.Н.Шеховцов. Авт. свид. №1433192 от 22.06.1988. Способ колориметрического обнаружения опухолевой ткани.

125. В.Э.Пожар, В.Н.Шорин, В.Н.Жогун М.М.Мазур, В.И.Пустовойт. Научно-техн. конф. «Проблемы метрологии гидрофизических измерений». Менделеево, 2001, с.114-117. Подводный спектрометр комбинационного рассеяния.

126. R.Dahmani, N.Gupta. Spectroscopic analysis of automotive engine oil Proc.SPIE, V.4574. p. 179-183, 2002.

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

128. V.Ya. Molchanov. Acousto-optical Research Center, 2001, p. 150. Acousto-optical monochromator for the planetary imaging and the red shift measurement.

129. И.Б.Беликов, Г.Я.Буймистрюк, В.Б.Волошинов и др. Письма в ЖТФ, 1984, т. 10, в.20, с. 1225-1229. Акустооптическая фильтрация изображений.

130. V.B.Voloshinov, N.Gupta. Acousto-optic imaging in the mid-infrared region of the spectrum Proc. SPIE, V.3900, p.62-73, 1999.

131. J.Hallikainen, J.Parkkinen, T.Jaaskelainen. "Acousto-optic color spectrometer", Rev. Sci. Instr., 59, pp.81-83, 1988.

132. V.E.Pozhar, V.I.Pustovoit. "Raman AOTF-based Spectrometers". XVI European Frequency and Time Forum (EFTF). Preliminary program and Abstracts, (St.Peterburg, 12-14 March, 2002), p.198.

133. Ф.Л.Визен, В.Н.Жогун, В.И.Пустовойт. Патент РФ 1707484, 1991. Оптический спектрометр.

134. Т.Г.Вискун, М.М.Мазур, В.И.Пустовойт и др. Авт. свид. 1406554, 1988. Коллинеарный акустооптический фильтр.

135. V.B.Voloshinov, D.V.Bogomolov. Acouso-optic processing of images in ultraviolet, visible and infrared regions of spectrum. Proc. SPIE, v.5953, p.125-135, 2005.

136. V.I.Balakshy, D.E.Kostyuk. Application of Bragg acousto-optic interaction ® for optical wavefront visualization. Proc. SPIE, v.5953, p. 136-147, 2005.

137. V.Proklov, S.Antonov, L.Chesnokov, V.Chesnokov, Y.Rezvov. Functional improvements in some of acousto-optic devices by means of preliminary dynamic signal pre-distortions. Proc. SPIE, v.5953, p.160-170, 2005.