Высокочувствительная интерферометрия в задачах фундаментальной и прикладной оптики тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

На правах рукописи

ГЕЛИКОНОВ Валентин Михайлович

ВЫСОКОЧУВСТВИТЕЛЬНАЯ ИНТЕРФЕРОМЕТРИЯ В ЗАДАЧАХ ФУНДАМЕНТАЛЬНОЙ И ПРИКЛАДНОЙ ОПТИКИ

01.04.03 - радиофизика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Нижний Нов1 ород - 2006

003067324

Работа выполнена в Институте прикладной физики РАН, г. Нижний Новгород

Официальные оппоненты:

член-корреспондент РАН Андронов Александр Александрович

доктор физико-математических наук Тучин Валерий Викторович

доктор физико-математических наук Дмитриев Александр Капитонович

Ведущая организация:

Федеральное государственное унитарное предприятие научно-исследовательский институт "Полюс" (г. Москва)

Защита состоится "¿У? марта 2007 года в 14.00 на заседании диссертационного совета Д 002.069 в Институте прикладной физики РАН (603950, г. Нижний Новгород, ул. Ульянова, 46)

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Института прикладной физики РАН

Автореферат разослан " г.

Ученый секретарь диссертациошю1 о совета ^——о Ц,

д. ф -м. н., профессор Ю. В. Чугунов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Интерес к развитию методов оптических высокочувствительных измерений в фундаментальной и прикладной радиофизике в настоящее время возрастает в связи со стремительным прогрессом оптических технологий. Методы высокочувствительных измерений взаимных и невзаимных изменений оптического пути, сверхмалых механических смещений, а также прием сверхмалых порций света, базируются на использовании как высококогерентных, так и низкокогерентных квантовых источников оптического излучения, а также средств волоконной оптики.

Высокочувствительный характер измерений механических смещений в оптике, начало которым было положено открытием в 17 веке интерференционных явлений, обусловлен малостью основного масштаба - длины оптической волны. Появление фотометрирования и модуляционной методики привело к скачку чувствительности в области интерференционных измерений. Появилась тенденция в создании методов измерения сверхмалых, много меньших длины волны, изменений оптического пути обусловленных перемещениями, взаимными и невзаимными оптическими эффектами, а также измерения сверхмалых порций света. Большие успехи в этой области экспериментальной радиофизики получены И.Л. Берштейном и сотрудниками его научной школы.

В настоящее время ряд методов высокочувствительных интерференционных измерений получают дальнейшее развитие. Так, современные разработки методов измерений колебательных изменений оптического пути с субмикро-ангстремным уровнем чувствительности базируются, в основном, на создании высокосовершенного интерферометра Майкельсона (например, проект LIGO). Разработка более компактных внутрилазерных резоиаторных методов измерения колебаний оптического пути с чувствительностью такого уровня не проводилась ввиду сложности реализации необходимого уровня когерентности излучения, ограниченного как динамическими, так и флуктуационными процессами в лазере. В связи с большим интересом к измерению сверхмалых колебательных смещений разработка методов повышения чувствительности внутрилазерных фазовых методов интерферометрии, основанных на применении высококогерентных лазеров, представляется актуальной.

Метод поляризационной нелинейной спектроскопии, как один из внере-зонаторных методов, основанный на резонансном взаимодействии в пределах однородной ширины линии поглощения различно поляризованных когерентных встречных пучков лазерного излучения в разреженной газообразной среде, в результате которого происходит преобразование поляризации пробного пучка, рассмотрен лишь на феноменологическом уровне. В литературе приводятся две интерпретации эффекта изменения поляризации пробной волны. В первой он рассматривался как одно из экспериментально наблюдаемых свойств явления, называемого фотоиндуцированной анизотропией. Вторая причина связывается с вкладом в слабую волну той части поля сильной вол-

ны, которая отражается от «решетки» диэлектрической проницаемости, "записанной" в изотропной нелинейной среде их общим интерференционным полем. Представляет интерес исследование роли каждого из эффектов в данном явлении. Эта задача (актуальная в связи с возможностью получения новой спектроскопической информации) может быть использована для исследования ряда газовых сред.

Низкокогерентная интерферометрия, интерес к которой при появлении лазеров временно уменьшился, получила новое развитие в связи с созданием эффективных квантовых источников излучения с высокой поперечной пространственной когерентностью. В связи с созданием оптических одномодо-вых световодов с чрезвычайно малым уровнем потерь в конце семидесятых годов прошлого столетия потребность в таких источниках резко возросла, что стимулировало создание полупроводниковых суперлюминесцентных диодов (СЛД) и разработку техники высокоэффективного ввода излучения в одномо-довое волокно. Появление СЛД вызвало в конце восьмидесятых - девяностых годах прошлого столетия лавинный рост новых оптических исследований и приложений, в том числе и в низкокогерентной интерферометрии. Наиболее ярким направлением низкокогерентной интерферометрии является оптическая когерентная томография (ОКТ) биотканей. Постоянный рост количества публикаций свидетельствуют об актуальности исследований в области низкокогерентной интерферометрии.

В диссертации рассматриваются задачи по повышению чувствительности ряда методов интерференционных измерений в оптике до уровня естественных флуктуационных пределов. Актуальность рассмотренных в диссертации задач объясняется тем, что разработанные при их решении подходы достаточно универсальны и были использованы при рассмотрении проблем как высококогерентной интерферометрии с шириной естественной компоненты спектральной линии генерации на уровне 10"17, так и низкокогерентной интерферометрии при относительной ширине линии рабочего излучения около КГ1.

Цель работы

Основной целью диссертации является разработка высокочувствительных методов интерференционных измерений в фундаментальных и прикладных областях оптики с применением высококогерентного и низкокогерентного излучений.

Достижение цели потребовало решения следующих задач: разработка и апробация непрерывного лазера с большим превышением порога генерации в одночастотном режиме с целью снижения естественной компоненты ширины линии излучения и определение предельной чувствительности при измерении периодических колебательных перемещений. Оценка возможности дальнейшего совершенствования метода; экспериментальное исследование механизмов образования дихроизма и двойного лучепреломления методом нелинейной поляризационной спектроскопии во встречных лазерных пучках на волне 3390 нм при взаимо-

действии произвольно поляризованных полей резонансного излучения с газообразным метаном, а также исследование параметров релаксации нелинейно поглощающей среды;

разработка метода компенсации деполяризации излучения в одномодовом волокне с произвольной анизотропией показателя преломления и дихро-ичностью и на основе двупроходных схем и фарадеевских зеркал (метод обращения поляризации);

исследование природы и механизмов ряда поляризационных и неквази-статических эффектов и их вклада в уровень паразитных сигналов волоконного кольцевого интерферометра как датчика вращения на основе эффекта Саньяка. Исследование флуктуаций в выходном сигнале ВКИ, ограничивающих предельную чувствительность ВКИ. Разработка и исследование опытного образца ВКИ на одномодовом изотропном волокне; разработка методов оптической когерентной томографии для исследования слоистых оптически неоднородных сред.

На защиту выносятся следующие основные положения.

1. Измерение перемещений на уровне субмикроангстрем может быть реализовано внутрирезонаторным методом в одночастотном Не-Ке-лазере на волне 630 им с селекцией продольного типа колебаний методом тонкой металлической пленки, помещенной в узел стоячего поля, при большом превышении порога генерации.

2. При резонансном нелинейном взаимодействии пробной и встречной сильной лазерной волны в газовой поглощающей среде низкого давления -метана - изменение поляризации пробной волны зависит от поляризации сильной волны и обусловлено как механизмом индуцированной анизотропии, так и наведенной "решеткой" диэлектрической проницаемости.

3. В двухпроходных оптических системах на одномодовых волоконных световодах (ОВС) с использованием 45°-ного фарадеевского зеркала восстановление исходного состояния поляризации происходит при наличии в ОВС не только фазовой, но и амплитудной анизотропии.

4. В волоконном кольцевом интерферометре появление сигналов, не связанных с вращением, может определяться дополнительными эффектами, обусловленными не только эффектами поляризационной невзаимности и конечностью величины коэффициента экстинкции поляризатора, но и анизотропией фазового модулятора при неквазистатическом характере модуляции оптической фазы в волоконном контуре.

5. Метод оптической когерентной томографии для исследования внутренней структуры оптически неоднородных сред (в том числе биологической ткани) по характеристикам рассеяния и по поляризационным изменениям может быть реализован в волоконном варианте на основе как анизотропного, так и изотропного волокна.

6. Возможно создание высокоэффективного интерферометра для реализации "цветного" видения в ОКТ, использующего одновременно зондирующее

излучение на двух (потенциально и более) широкополосных источниках на существенно различных длинах волн (800 и 1300 нм) с характеристиками, приближающимися к предельным значениям для соответствующих "одно-волновых" интерферометров. Оптимизация параметров интерферометра на обеих длинах волн возможна при реализации разработанных методов компенсации разности дисперсии в его плечах и управления спектральными характеристиками волоконных элементов.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

• Впервые методом измерений естественных флуктуаций частоты генерации линейного Не-Ие-лазера на волне 630 нм определена естественная ширина линии на уровне 10~3 Гц;

• Впервые оптическим лазерным внутрирезонаторным методом проведено измерение колебательных перемещений с чувствительностью на уровне 10-17м-Гц1/2;

• Впервые по совокупной теоретической и экспериментальной информации при исследовании спектральных форм поляризационных резонансов и

их свойств линии поглощения (перехода Р(7) полосы у3) метана на

волне 3390 нм во встречных лазерных пучках при линейной и круговой поляризациях насыщающей волны определены коэффициент трансляционной диффузии, характерное время вращательной диффузии рабочего перехода газообразной резонансной среды;

• Впервые экспериментально апробирован метод восстановления исходного состояния поляризации оптической волны в одномодовом волокне в двухпроходных схемах с 45°-ным фарадеевским зеркалом;

• Впервые при исследовании паразитной невзаимности в кольцевом волоконном датчике вращения Саньяка сформулирована и исследована роль анизотропии фазовой модуляции в условиях нарушения условия квазистатичности распространения встречных волн и показана роль обратной реакции на источник некогерентного излучения;

• Впервые разработаны и реализованы методы низкокогерентной интерферометрии и поляризационно-чувствительной интерферометрии для эндоскопической оптической когерентной томографии на изотропном и поляри-зационно-сохранягощем волокне и создан новый класс приборов для биомедицинских приложений.

Научная и практическая значимость результатов второй главы диссертации заключается в демонстрации эффективности метода уменьшения естественной компоненты ширины линии одночастотного газового Не-Ке-лазера. Эффект достигается за счет увеличения превышения порога генерации в одночастотном режиме за счет снижения нерезонансных потерь и увеличения объема моды.

В диссертации показана одна из возможностей использования лазера с естественной компонентой ширины оптической линии 10~3 Гц, на примере измерения сверхмалых колебаний оптического пути, вызываемых колебаниями зеркала резонатора, на уровне 1СГ17 м. Успешная апробация метода позволяет надеяться, что чувствительность внутрирезонаторных измерений можно повышать и далее, совершенствуя лазер на основе современных достижений оптики.

Значимость результатов, полученных в третьей главе, заключается в получении экспериментальных результатов в методе поляризационной нелинейной спектроскопии, основанной на резонансном взаимодействии различно поляризованных когерентных встречных пучков лазерного излучения в разреженной газообразной среде - метане. Сравнение с теорией явилось основой нового метода определения констант вращательной и поступательной релаксации индуцированного сильным полем нелинейных компонент дихроизма и двулучепреломления в газовой среде. Было также определено соотношение вкладов решеточного механизма эффекта, предсказанного Якубовичем [1], и механизма наведенной анизотропии, описанного Хеншем [2].

Практическая важность результатов, представленных в четвертой главе, заключается в том, что впервые была показана возможность восстановления состояния поляризации в оптических диэлектрических волноводах с произвольной анизотропией показателя преломления и дихроичностьго в двупро-ходных схемах с использованием 45°-ных фарадеевских зеркал. Этот метод нашел широкое применение в мире в волоконной оптике в широком спектре приложений и физических экспериментов.

Значимость проведенного в главе 5 исследования флуктуационных и динамических явлений в кольцевых волоконно-оптических датчиках вращения, основанных на эффекте Саньяка с низкокогерентным источником излучения, связана с выявлением новых, не исследованных ранее причин, определяющих предельную чувствительность метода.

Значимость шестой и седьмой главы диссертации обусловлена важностью нового направления исследований - низкокогерентной волоконно-оптической интерферометрии. В результате впервые был создан метод оптической когерентной томографии (ОКТ) с возможностью его применения в практической медицине для исследования ранних стадий патологии, в том числе и онкологического характера. Разработанные приборы успешно используются в научной, экспериментальной и медицинской практике в России, США, Германии, Финляндии. Прибор сертифицирован в России для медицинского применения в ряде направлений, в том числе и в онкологии. Представленные в диссертации результаты по созданию ОКТ-методов можно рассматривать как задел и основа для дальнейшего развития этого нового направления шококогерент-ной интерферометрии, и в частности для скоростных спектральных методов ОКТ.

Важным результатом также является показанная возможность использования слабо оптически связанных поляризационных воли анизотропного во-

локна для приема рассеянного света в двух поляризациях в методах поляри-зационно-чувствителыгой и кроссполяргоационной ОКТ (ПЧ ОКТ и КП ОКТ). Не менее важным представляется неожиданная, на первый взгляд, возможность использования изотропного волокна для КП ОКТ и ПЧ ОКТ при условии наведенного внешними воздействиями в волокне произвольного и нестабильного уровня анизотропии показателя преломления.

Апробация работы. Основные результаты, изложенные в диссертации, неоднократно докладывались на семинарах в Институте прикладной физики РАН, а также на следующих конференциях: XVI, XVII, XVIII Научно-тех. конф. памяти H.H. Острякова (Ленинград, 1988, 1990, 1992); VII всесоюзн. совещание "Кристаллические оптические материалы" (Ленинград, 1989); ISFOC (С.-Петербург, 1991, 1993); CLEO (Балтимор, 1995, 1997, 1999; Ана-хейм, 96; Сан-Франциско, 98); MPLF2004 (Новосибирск, 2004, 2005); 17th International Cancer Congress, (Рио-де-Жанейро, 1998); CLEO Europe (Глазго, 1998); IJPHYS (Братислава, 2002; Триест, 2004) (ВВО, Вухань, 2006).

Публикации. Основные результаты, полученные в диссертации, опубликованы в 49 работах. Из них 26 работ опубликованы в ведущих отечественных рецензируемых журналах, входящих в утвержденный ВАК перечень научных изданий [1-26]. Часть основных результатов отражена в 10 работах в рецензируемых журналах и изданиях [27-36], а также в 13 трудах международных и всесоюзных конференций [37-49].

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения и четырех приложений. Общий объем - 347 страниц, в том числе 297 страниц основного текста с 108 рисунками, 4 приложения на 29 страницах и список литературы из 368 наименований на 21 страницах.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Первая глава посвящена обзору литературы, рассмотрены вопросы создания методов высокочувствительной интерферометрии, роль открытия высококогерентных источников - лазеров для развития высокочувствительных измерений, обосновываются необходимость исследования поляризационной спектроскопии во встречных лазерных пучках. Рассмотрены аспекты влияния анизотропии волокна и при высоко- и низко когерентном излучении на появление невзаимных эффектов в кольцевых датчиках вращения. Рассмотрены перспективы в интерферометрии, обусловленные созданием одномодовых световодов с совершенными оптическими характеристиками и квантовых шумовых источников света с высокой пространственной когерентностью.

Вторая глава посвящена рассмотрению возможности использования Не-Ne-лазера на волне 630 нм в качестве датчика колебательных изменений оптического пути наноангстремного уровня и фазы на уровне 10"'° рад.

В параграфе 2.1 на основе теоретических выводов работы [3] проведена оценка уровня естественных флуктуаций частоты газового He-Ne-лазера на волне 630 нм при большом превышении порога генерации в одночастотном режиме. Детально рассмотрены основные подходы к возможности повышения монохроматичности одночастотного газового He-Ne-лазсра при условии, что во все продольные моды, кроме основной, введены потери, существенно превышающие ненасыщенное усиление активной среды. Показано, что можно выделить два основных фактора снижения естественной ширины линии. Во-первых, необходимо повысить генерируемую мощность в первую очередь за счет снижения внутрирезонаторпых потерь; повышение усиления играет второстепенную роль, т.к. приводит к дополнительному росту источников естественных флуктуаций. Во вторых, необходимо снизить объемную плотность спонтанного излучения в моду резонатора за счет существенного увеличения объема моды резонатора. Последний подход был проверен экспериментально при создании лазера-гетеродина в дополнительном эксперименте, посвященном исследованию проявлешга эффекта автостабилизации естественных флуктуаций в Не-Ие/СНд-лазере на волне 3390 нм.

В параграфе 2.2 излагаются результаты экспериментального исследования влияния интенсивности генерации на источники естественных флуктуаций в He-Ne-лазсрах. Поскольку при доступных превышениях порога генерации искомые отклонения не превышают десятков процентов, для такого эксперимента требовалась высокая стабильность динамических параметров лазера. Вследствие этого экспериментальное исследование зависимости от мощности источников флуктуаций амплитуды было проведено на высокоста-билыгом линейном одночастотном лазере (X = 1150 нм), а исследование источников флуктуаций частоты проводилось в кольцевом лазере (1=1150 им) при измерении флуктуаций встречных волн. Сравнение полученных результатов с выводами теории показали существенное различие в поведении источников естественных флуктуаций амплитуды и частоты при превышениях порога генерации до 2,5, что удовлетворительно совпадает с теорией и обусловлено "модуляцией" интенсивности спонтанного излучения полем генерации согласно полуклассической теории [4].

В параграфе 2.3 описываются результаты разработки линейного одно-частотного Не3-Ке20-лазера (630 нм) с длиной резонатора 1,3 м и с большим объемом моды, в котором могла осуществляться калиброванная перестройка превышения порога генерации от порогового значения и до уровня 2,7. Одно-частотный режим при этом достигается за счет селекции одного продольного типа колебаний методом Троицкого [5] с использованием поглощающей металлической пленки, помещенной в узел поля. Показано, что может быть реализована возможность повышения объема моды в одночастотном режиме при практически неограниченном в лабораторных масштабах увеличении длины резонатора. При конкретно достигнутом максимальном превышении область одночастотной генерации, спектрально перекрывавшая 19 межмодовых интервалов, составляла около 2 ГГц и могла быть увеличена при реализации

соответствующего превышения усиления над суммарными потерями в резонаторе лазера. Проведена разработка повышения (примерно стократного по сравнению с пионерскими исследованиями [6, 7]) предельной чувствительности гетеродинного метода измерения естественных флуктуаций частоты генерации лазера до уровня 10 4 Гц2/Гц. Разработаны методики измерения динамических параметров лазера с высокой точностью, что необходимо для расчета спектральных плотностей естественных флуктуаций частоты и дальнейшего сравнения с экспериментальными результатами.

В параграфе 2.4 приводятся результаты измерения естественных флуктуаций частоты линейного Не-Ые-лазера на волне 630 нм с селекцией продольного типа колебаний. Исследована зависимость естественной ширины линии генерации от интенсивности колебаний (Рис. 1). Экспериментально показано, что до превышения 2,7 не наблюдалось отклонение от обратно пропорциональной зависимости естественной ширины линии от выходной мощности генерации, предсказанное в работе [8]. По измерениям естественных флуктуаций частоты излучения такого лазера определено значение естественной компоненты ширины линии при максимальном превышении ДГ= 2,7, составившей величину около 0,001 Гц. Эта величина в 80 раз меньше естественной ширины одночастотного Не-Ие-лазера на той же волне без селекции, в котором было реализовано максимальное превышение 1,5 при приближении к границе возбуждения трехмодового режима [6, 7}. В этих исследованиях не обнаружена предсказанная Яривом аддитивная компонента [91, не зависящая от мощности генерации, существование которой может быть вызвано конечным значением времени жизни нижнего уровня и влиянием оптического поля на среднюю населенность верхнего уровня. Проведена оценка и показана близость экспериментальных значений ширины линии к фундаментальному пределу, определяемому в соответствии с соотношением неопределенности Гейзенберга "число частиц - фаза" и глауберовским минимумом неопределенности состояний [10] для электромапгитного поля с естественными флуктуациями частота излучения.

Рис. 1. Зависимость спектральных плотностей естественных флуктуаций частоты, полученных экспериментально (черные кружки) и из расчета (белые кружки и сплошная линия) от выходной модности Рт, Черными квадратами и пунктирной линией изображена аналогичная зависимость, нолучснная в работах [3,7].

Р„ мВт

В параграфе 2.5 проведено измерение наноангстремных колебательных перемещений зеркала газового лазера с естественной шириной линии 0,001 Гц. Определена предельная чувствительность в измерениях колебательных изменений длины, которую можно реализовать, используя одночастотный Не-Ие-лазер на волне 630 нм с таким значением предельной монохроматичности колебаний. Экспериментально измерялась амплитуда колебаний одного из зеркал исследуемого лазера, которые возбуждались при помощи пьезо-управителя. Проверялась линейность модуляции и производилась калибровка чувствительности, т.е. определялся коэффициент преобразования девиация частоты - амплитуда смещения. Измерения проводились на частоте 100 кГц, достаточно высокой, чтобы не влияли флуктуации частоты технического происхождения и достаточно низкой, чтобы не влияли дробовые и тепловые шумы. На Рис. 2 приведена часть линейного участка зависимости девиации Дуг в эффективных значениях от напряжения V.

£ ю' £

3 -

эвень лробовь с флуктуацкй

fí £.....J г

10" ю"

S

10' £ I-J <3

10" 10"

10'

10" 10" V, мкВ

10'

Рис. 2. Зависимость девиации А\>г от напряжения на пьезоци-линдре зеркала лазера Уг. На второй оси ординат отложены соответствующие эффективные значения колебательных перемещений зеркала ЛЬ ¡г. Пунктиром отмечено среднеквадратичное значение шума.

В параграфе 2.6 проведена оценка возможности использования He-Ne-лазера как детектора гравитационных волн. Факторы, действующие в низкочастотном участке спектра, аналогичные факторам, действующим на оптическом интерферометре гравитационной антенны, не рассматривались. Обсуждаются (лишь некоторые) следующие оптические ограничительные факторы: влияние фотонной бомбардировки зеркал, влияние фактора Ярива и влияние интенсивности колебаний на источники флуктуаций частоты генерации и на ширину линии лазера, определяемую формулой Шавлова-Таунса. Численная оценка показала, что, следуя выбранному методу повышения монохроматичности за счет снижения внутрирезонаторных потерь и увеличения объема моды, можно приблизить естественную ширину линии к уровню, необходимому для измерений свсрхмалых перемещений с чувствительностью, которая продемонстрирована на лазерно-интерферометрической обсерватории (LIGO).

Третья глава посвящена экспериментальному исследованию метода нелинейной поляризационной спектроскопии в метане (СН4) во встречных лазерных пучках различной мощности на волне 3390 нм. Рассмотрено резонансное взаимодействие встречных, различно поляризованных волн с газооб-

разным, поглощающим излучение метаном в условиях низкого давления газа во внешней кювете при насыщении рабочей линии поглощения (перехода Р (7) полосы У3) полем сильной волны. Целью работы являлось рассмотрение эффективности вклада двух эффектов, определяющих изменение состояния поляризации пробной волны под действием встречной сильной. Первый эффект имел место исключительно из-за вклада в пробную волну той части поля сильной волны, которая отражается от «решетки» диэлектрической проницаемости, "записанной" в изотропной нелинейной срсде их общим интерференционным полем. Эффект был предсказан Якубовичем [1] и впервые наблюдался в работе [11]. Второй эффект, называемый фотоиндуциро-ванной анизотропией полем встречной сильпой волны, известен в интерпретации Хенша [2].

В параграфе 3.1 приводится описание экспериментальной установки для исследования взаимодействия в газовой среде низкого давления встречных пучков при частотной модуляции периметра резонатора задающего лазера. На эксперименте наблюдались слабые изменения состояния поляризации пробной волны в пределах однородной ширины линии поглощения метана при скрещенных и слабо скрещенных поляризаторах - поляризационные резонан-сы. Для повышения эффективности взаимодействия волн в среде реализованы условия точного согласования встречных волн в пределах поглощающей кюветы длиной ~ 1 м. С целью устранения влияния на задающий генератор сильной волны, распространяющейся во встречном направлении, использована оптическая направленная развязка, состоящая из двух поляризаторов и 45°-ной фарадесвской ячейки (на основе УЮ). Исследовался характер изменения исходно линейной поляризации слабой пробной волны при двух различных состояниях поляризации встречной сильной волны, насыщающей поглощающую метановую среду. Сильная волна имела либо линейную поляризацию пучка, развернутую на 45° относительно пробной волны, либо круговую поляризацию. Насыщающая волна перед входом в поглощающую среду дополнительно усиливалась до уровня 3 мВт, что позволило при диаметре пучка около 1 мм реализовать параметр насыщения метана, близкий к единице. Точность спектральной привязки волны к центру линии однородного поглощения неоднородно уширенного перехода метана проверялась по сбиванию ее с волной вспомогательного Не-Ке/СН4-лазера. Экспериментальное наблюдение спектральных форм поляризационных резонансов интенсивности пробной волны проводилось на выходе поляризационного спектрометра в зависимости от малых углов отворота анализирующего поляризатора. Для уверенного наблюдения в скрещенных поляризаторах исходно малого эффекта поворота плоскости поляризации слабой волны при давлении метана (около 10 мТорр), использован квантовый усилитель света с коэффициентом усиления около 8-104. Для повышения предельной чувствительности была использована методика наблюдения резонансов, основанная на модуляции частоты излучения задающего лазера. В параграфе 3.1 описывается методика

оптимизации выделения сигналов поляризационных резонансов в условиях проявления дисперсии неоднородно уширенной линии поглощения метана СН4 на волне 3390 нм и линии усиления He3-Ne20 активной среды. С целью устранения проявления дисперсии неоднородно уширенной линии поглощения метана СНЦ на волне 3390 нм и линии усиления He3-Ne20 активной среды подбирались давления газовых срсд.

В параграфе 3.2 приведен феноменологический расчёт интенсивности пробного излучения на выходе "скрещенного" поляризатора. Обе, сильная и слабая, волны представлены в комплексном виде с разложением их на нормальные к наведенной анизотропии волны. Получены выражения для амплитуд компонент пробной волны на выходе поляризатора-анализатора как функции его угла отворота у (при ц/«1) и разностей интегральных показателей поглощения и интегральных фазовых изменений между необыкновенной и обыкновенной волнами:

|се -С0|фС(5)| ,|фв -«ф|дф(8)|.

Конкретный вид интегральных показателей поглощения 5 ) и фазовых изменений Аф( 5 ) приведен в Приложении I. В параграфе 3.2 рассмотрена также величина сигналов на выходе поляризационного спектрометра в зависимости от вклада нелинейного наведенного дихроизма и двойного лучепреломления, состояния поляризации насыщающей волны и оптимизации условий наблюдения.

В параграфе 3.3 приведены результаты экспериментального исследования поляризационных резонансов в метане и их интерпретация. Показано, что можно использовать изменения формы и величины поляризационных резонансов, наблюдавшиеся при отвороте поляризатора-анализатора для определения параметров дихроизма и двулучепреломления. Было введено определение критического угла, при котором имеют место определенные изменения формы и величины поляризационных резонансов. Результаты теоретического рассмотрения приведены в двух приближениях. В первом приближении при малом параметре насыщения формы спектральных поляризационных резонансов отражают вклад практически только механизма индуцированной анизотропии. В этом случае величины 5 ) и Дф(5) пропорциональны мощности поля насыщения и зависят от 8 как лоренцевская и дисперсионная функции соответственно. Показано, что значения времени вращательной диффузии метана , полученные в данной оценке по результатам обработки отдельно для круговой и линейной насыщающих волн, отличаются более чем на порядок. Это свидетельствует о неверности приближения, в котором учтен только один механизм эффекта.

На втором этапе для обработки материалов экспериментального исследования поляризационных резонансов использован более сложный вид величин ДС( 8 ) и Аф( 5 ), которые получены при параметре насыщения, близком к

единице с учетом полных вкладов в «нелинейную» анизотропию среды обоих физических механизмов - наведённой в среде анизотропии и решётки диэлектрической проницаемости. Показано, что при учёте и решёточного механизма возможно непротиворечивое объяснение экспериментальных измерений наведённой анизотропии. Разработана новая методика расчёта двух разновидностей дихроизма и двойного лучепреломления в резонансной среде. Методика основана на совместном использовании результатов измерений изменений поляризации пробного излучения при его распространении в различных условиях насыщения резонансного перехода встречной волной, имеющей две разные поляризации поля. Учтено также влияние малого обратного рассеяния поля сильной волны на неоднородностях оптического пути.

Следуя новой методике, по экспериментальным данным определены зависимости дихроизма и двойного лучепреломления от мощности насыщающей волны при двух состояниях ее поляризации при давлении метана 10~2 Topp. Кроме того, определены коэффициент трансляционной диффузии ß = 4,15-10"5, характерное время вращательной диффузии \ = 0,83 и интенсивность поля насыщения рабочего перехода Ejn =0,49 газообразной резонансной среды, а также малое обратное рассеяние на неоднородностях трассы гг ~ 2,3 • 10"5.

Четвертая глава посвящена исследованию компенсации деполяризации света (обращению поляризации) в анизотропных оптических средах на основе двухпроходных схем. Рассмотрен общий подход к описанию оптических свойств одномодовых волоконных световодов (ОВС) при двойном проходе на основе теорем эквивалентности и в общем виде рассмотрены поляризационные свойства двухпроходных систем с 45°-ным фарадеевским зеркалом.

В параграфе 4.1 проведено обсуждение особенности поляризационных явлений в ОВС при прохождении света в прямом и обратном направлениях и возможности частичной и полной компенсации влияния нерегулярной взаимной фазовой анизотропии. Результатом этого рассмотрения является вывод, что, несмотря на уменьшение числа параметров, от которых зависит анизотропия, при двойном прохождении полной компенсации нерегулярной анизотропии (что особенно важно для волоконных световодов) достичь не удается. В этом случае нужны дополнительные меры.

В параграфе 4.1 обсуждаются методы подавления влияния возмущений, действие которых может приводить к нерегулярной фазовой анизотропии в ОВС, за счет создания большой регулярной фазовой анизотропии. Это может быть реализовано при использовании ОВС с большим линейным, или с большим циркулярным двулучепреломлением. В последнем случае оптический волновод эквивалентен одному взаимному ротатору, в котором при двукратном прохождении происходит полная компенсация влияния анизотропии.

Основное внимание в параграфе 4.1 уделяется методам компенсации влияния двулучепреломления в ОВС при двукратном прохождении за счет использования дополнительных элементов, помещенных между ОВС и отражающим зеркалом. Эти методы основаны на уравнивании фазового набега между собственными поляризациями оптического тракта с анизотропией при повторном прохождении через него. В качестве примера рассмотрено использование линейной фазовой пластинки А/4 в оптических схемах на дискретных элементах для компенсации нерегулярной анизотропии. Показано, что эффективное действие пластинки >74, поставленной на выходе двулучепреломляю-щей системы под углом Р = у-я/4, после двойного прохода эквивалентно зеркальному отражению электрических векторов входной волны относительно плоскости, в которой лежит волновой вектор, и которая ориентирована под углом 0+у+л/4 к оси х. В частности, если исходное состояние поляризации линейное и совпадает с осью х, то после двойного прохождения анизотропной среды и пластинки Я/4 состояние поляризации останется линейным, повернутым на 90°. При установке на входе системы дополнительной пластинки к/4 под углом 6=Э+у±л/4, как легко показать, матрица М~М+ = 1. Таким образом, фазовую анизотропию в ОВС можно полностью скомпенсировать с помощью двух пластинок к/А.

Практическая реализация метода затруднена случайностью ориентации этих пластинок относительно наведенных осей анизотропии ОВС.

Второй и наиболее эффективный метод компенсации, как деполяризации света, так и регулярной анизотропии, в двухпроходных волоконных схемах заключается в применении дополнительной 45°-ной ячейки Фарадея. Устройство, состоящее из 45°-ной ячейки Фарадея и отражательного зеркала, получило в литературе название "фарадеевское зеркало".

В параграфе 4.1 методом матриц Джонса доказана общая теорема при условии отсутствия невзаимных оптических эффектов в ОВС. Показано, что состояние поляризации при двойном прохождении ОВС и 45°-ной ячейки Фарадея восстанавливается при наличии в ОВС не только фазовой, но и амплитудной анизотропии. В результате будет иметь место только вращение осей эллипса поляризации выходного луча относительно входных всегда на угол л/2 (без изменения его эллиптичности). В некоторых случаях, когда необходимо полностью скомпенсировать влияние анизотропии при полном прохождении волоконного световода, требуется дополнительная 45°-ная ячейка Фарадея, помещенная на входе.

Отметим, что для выполнимости теоремы необходимым является условие квазистатического распространения, при которых за время прямого и обратного прохождения света в волокне оптические свойства трассы остаются неизменными. Следует отметить, что широкополосность метода компенсации деполяризации свста в двухпроходных волоконных одномодовых световодах, в отличие от пластинки к/4, обусловлена практически только дисперсионными свойствами оптического материала ячейки Фарадея.

В параграфе 4.2 рассмотрен фарадеевский компенсатор взаимной оптической анизотропии на основе поляризационного кольцевого интерферометра (ПКИ). Недостатком обычного 45°-ного зеркала Фарадея является его температурная нестабильность и недостаточно высокая широкополосность, ограниченная дисперсией. Показано, что применение ПКИ позволяет получить стабильную поляризацию света после двойного прохождения анизотропной оптической системы даже при непостоянстве параметров невзаимного фара-деевского элемента. Отклонение угла фарадесвского вращения от оптимального значения (45°) приводит лишь к уменьшению возвращаемой ПКИ мощности. Широкополосность ПКИ определяется только свойствами поляризационного расщепителя. Экспериментально показано, что при использовании компенсатора на основе ПКИ качество компенсации, определяемое отношением интенсивностей полей с параллельной и ортогональной поляризациями на выходе, остается высоким при всех углах фарадеевского вращения. В случае же традиционного 45°-ного фарадеевского зеркала отношение интенсивностей не скомпенсированной и скомпенсированной компонент при удалении от 45° быстро возрастает. Важно отметить, что даже при оптимальных углах фарадеевского вращения, близких к 45°, компенсатор на основе ПКИ обеспечивает более качественное восстановление поляризации, чем 45°-ное фараде-евское зеркало.

В параграфе 4.3 рассмотрены методы подавления явлений поляризаци-онпо-индуцированных федингов в двупроходных интерферометрах разных типов с использованием вращающих поляризацию ячеек Фарадея. Экспериментально апробирована работа 45°-ного фарадеевского зеркала в интерферометре Майкельсона и зафиксировано отсутствие федингов интерференционного сигнала. Рассмотрена схема многоканального устройства, в котором с использованием ячеек Фарадея возможно реализовать многоканальное мультиплексирование с большим разбросом длин волн, с использованием для каждой длины волны индивидуальной ячейки.

В параграфе 4.3 рассмотрено неочевидное выполнение эффекта компенсации при паразитных искажениях состояния поляризации в двухпроходном интерферометре Маха Цандера с 45°-ным фарадеевским зеркалом и в кольцевой зеркальной конфигурации с 90°-ным фарадеевским вращателем. Эффект подтвержден теоретически, на основе формализма матриц Джонса, и экспериментально.

Пятая глава посвящена исследованию методов низкокогерентной волоконной кольцевой интерферометрии. Рассмотрены явления, которые к моменту проведения работ, описанных в данной главе, были не известны.

В параграфе 5.1 приводятся результаты экспериментального исследования флуктуационных характеристик цельноволоконного кольцевого интерферометра Саньяка на основе одномодового изотропного волокна (длиной 500 м), собранного по стандартной "минимальной" схеме, предложенной в [12]. Экспериментально наблюдавшиеся флуктуации на фоне медленного

дрейфа, связанного с поляризационными искажениями, определялись главным образом шумами источника излучения. В конкретной реализации их уровень был в два раза выше квантового дробового предела.

В параграфе 5.2 с целью реализации компенсационного ("нулевого") метода регистрации сигнала вращения волоконно-оптического кольцевого интерферометра (ВКИ) проведено исследование схемы автокомпенсации сигнала вращения ВКИ. В разработанной схеме (с использованием двойной фазовой модуляции на высокой и низкой частоте) сигнал вращения определяется по амплитуде компенсационного сигнала низкой частоты. Получено снижение зависимости сигнала вращения от интенсивности света на выходе схемы, которое численно определяется эффективностью стабилизации "масштабного коэффициента" на уровне 130. Показано также, что пороговая чувствительность к вращению близка к дробовому пределу: при 1 мкА примерно 0,5 град/ч, при -0,05 мкА примерно 2,5 град/ч.

В параграфе 5.3 рассмотрено влияние фазовой анизотропии модулятора на появление на выходе ВКИ не связанных с вращением сигналов как слабых синфазных полезному сигналу, так и более значительных — квадратурных. Обнаружено, что эффекты не являются проявлением известной поляризационной невзаимности. Показано, что их величина определяется степенью анизотропии фазового модулятора, степенью когерентности излучения на выходе ВКИ, запаздыванием фазовой модуляции волн одного направления по отношению к модуляции волн встречного направления и рассогласованием осей анизотропии для встречных волн на входе. Эти эффекты при изменении температуры могут явиться причинами дрейфа выходного сигнала. Определены зависимости обнаруженных эффектов от амплитуды модуляции, от эффекта реакции на источник излучения и предложены методы их подавления. Рассмотренные эффекты обусловлены отклонением от квазистатики и не противоречат теореме взаимности.

В параграфе 5.4 рассмотрен предложенный метод определения наличия поляризационной невзаимности в контуре ВКИ. Метод основан на контроле амплитуды сигнала на частоте фазовой модуляции при использовании на выходе ВКИ перед фотоприемником вращающегося поляризатора. Расчеты и эксперимент показали, что отсутствие сигнала на выходе ВКИ при любом положении оси пропускания поляризатора является критерием поляризационной взаимности волоконного контура при любом состоянии поляризации на входе ВКИ. Контроль этим методом соосной юстировки собственных осей на входах контура ВКИ в процессе его сборки позволит обеспечить поляризационную взаимность н, соответственно, уменьшить не связанный с вращением сдвиг нуля. Было показано также, что при выполнении условий поляризационной взаимности в волоконном контуре, сигнал с выхода ближайшего к контуру светоделителя несет информацию о разности между фазой отражения и прохождения в нем, что, в свою очередь, позволяет определить потери в светоделителе.

В параграфе 5.5 с целью экспериментальной проверки выводов проведенного ранее исследования причин дополнительного сдвига нуля был разработан опытный образец волоконного датчика вращения. Датчик был собран на одномодовом изотропном волокне длиной 500 м на волну 850 нм по "минимальной" схеме интерферометра Саньяка с деполяризатором в объеме 0,35 дм3. Для снижения когерентного взаимодействия нормальных мод контура были выполнены два условия. Волокно контура было намотано с достаточно малым радиусом на катушку, и был использован источник света - СЛД с малой длиной когерентности излучения. При этом разность длин оптических путей нормальных ортогональных волн в контуре превышала длину когерентности света, в результате чего нормальные волны могли образовывать два независимых контура. Взаимная параллельная настройка на входах контура ориентации осей его собственных поляризационных мод, обусловленных намоткой волокна, позволила в десятки раз снизить сигнал поляризационной "подставки", типичный для датчиков такого типа. Записи сигнала в течение трех часов свидетельствуют о чувствительности на уровне 0,1 град/ч (невзаимная разность фаз встречных волн Аф^^З-Ю^ рад/ч) и о наличии подставки около 3 град/ч с величиной постоянного дрейфа менее 1 град/ч (Дфк = 1,4-Ю-5 рад/ч).

В параграфе 5.6 рассмотрены функциональные возможности кольцевого волоконного интерферометра при измерении малых взаимных сдвигов фазы. Преимущества метода обусловлены одинаковостью в первом порядке оптического пути для встречных воли, что приводит к эффективной компенсации квазистатических фазовых возмущений. Рассмотрены особенности метода, который основан на неквазистатической модуляции фазы, которая возникает при достаточно быстрых возмущениях, если фазовый модулятор расположен несимметрично для встречных волн относительно входа в волоконный контур. Анализ выражения показал, что интерферометр Саньяка может быть использован двояким образом: либо при наличии стационарной модуляции для измерения невзаимной разности фаз Дф, либо при наличии достаточно большой стационарной фазовой невзаимности - для измерения фазовой модуляции, возникающей на одном из концов волоконного кольца. Рассмотрены возможности создания невзаимного набега фазы не только с помощью эффекта Фарадея в волокне, но и при помощи оптического делителя на выходе интерферометра с применением поглощающих слоев. Описывается метод измерения вносимого сдвига фаз между прошедшим и отраженным лучами, приводятся результаты измерений зависимости фазового сдвига АФ и коэффициента пропускания х от толщины покрытия: в виде одного металлического слоя и в виде металлического слоя, покрытого диэлектрическим слоем. По результатам измерений найдены условия для создания 90°-ного фазового сдвига при помощи пленки никеля с пропусканием 61% (толщина пленки около 140 Ä), покрытого диэлектрическим слоем - слой ZnS с фазовой толщиной 145°.

Экспериментальные исследования предельной фазовой чувствительности создашгого образца проводились при фототоке на выходе интерферометра 2 мкА. При таком токе превышение избыточных флуктуаций для полупроводникового лазера ИЛПН-204 над дробовым шумом составило = 2,4, что соответствует минимальному значению порогового сигнала Фшр = 3-1СГ7 рад-Гц-"2 при оптимальных условиях наблюдения (/) (ум) = тах) Для сигналов, частоты которых удовлетворяют условию Qr = п.

Шестая глава посвящена исследованию метода ОКТ на основе низкокогерентной оптической волоконной интерферометрии.

В параграфе 6.1 на основе развитых теоретических моделей низкокогерентной оптической интерферометрии и процессов видения в мутной среде, изложенных в Приложении IV, приводится обоснование метода ОКТ для диагностики поверхностной плоскослоистой живой биоткани. На основе литературных данных о параметрах рассеяния и поглощения в биоткани в терапевтическом окне прозрачности (ближний ИК-диапазон 800 нм - 1300 нм) глубина видения в 1,5-2 мм возможна при динамическом диапазоне 100 — 110. Оптимальное время времени приема ЗТ0~5с.

В параграфе 6.2 рассмотрены общие вопросы создания временных так называемых последовательных методов низкокогерентной интерферометрии для ОКТ. Обосновывается выбор волоконно-оптического варианта интерферометра на анизотропном волокне для метода ОКТ в качестве основного, допускающего изгибы сигнального плеча. Рассмотрены свойства низкокогерентной оптической интерферометрии на поляризационно-сохрагопощем волокне с широкополосным источником рабочего излучения. Исследуются причины искажения формы кросскорреляционной аппаратной функции (ККФ) по сравнению с автокорреляционной функцией (АКФ) источника в условиях поляризационной многоканальности. Рассмотрен характер искажений ККФ в виде эффектов первого и второго порядка малости, которые обусловлены внешними возмущениями, приводящими к паразитной связи ортогональных мод. Рассмотрены особенности искажений при возмущениях как в отдельном плече, так и в обоих плечах интерферометра. Обсуждаются различные основные подходы при устранении искажения формы ККФ, в частности, с использованием компенсации задержек поляризационных мод или на основе метода обращения поляризации с использованием 45°-пого фарадеевского зеркала.

В параграфе 6.3 исследованы особенности распространения низкокогерентного излучения в волоконном оптическом тракте с дефектами анизотропии методом корреляционно-временного анализа. Для этого разработан один из основных инструментов, необходимый при создании оптической схемы ОКТ, - вспомогательный широкополосный интерферометр Майкельсона на дискретных элементах (коррелометр). Рассмотрена связанная со свойствами симметрии интерферометра особенность формы ККФ системы волокно - коррелометр, заключающаяся в эффекте вычитания в ККФ составляющих, обусловленных оптической поляризационной связью первого порядка малости в

исследуемом волокне. Анализируется возможность реализации наибольшей чувствительности метода при поляризационном способе подавления эффекта вычитания сигналов первого порядка малости.

В параграфе 6.4 рассмотрен метод снижения влияния всех видов паразитной связи ортогональных мод в плечах интерферометра на ОКТ-изображсния за счет эффекта поляризационной дисперсии. Рассмотрен ряд вариантов использования в сигнальном и опорном плечах интерферометра ОКТ медленной и быстрой поляризационных мод. Возможны различные реализации взаимного распределения во времени дополнительных паразитных когерентных цугов, что позволяет находить условия их минимального проявления в ОКТ-изображениях.

В параграфе 6.5 рассмотрена проблема повышения эффективности использованием мощности источника излучения в широкополосных интерферометрах и повышения соотношения сигнала к шуму. Показано, что с этой целью можно использовать поляризационно-чувствительные ответвители, а также переключать состояния поляризации волн на прямом и обратном пути в плечах интерферометра.

В параграфе 6.6 описывается реализация ряда основных исследовательских комплексов ОКТ на основе волоконно-оптического интерферометра Майкельсона на волнах 800 нм и 1300 нм с ширинами спектров в десятки нанометров. Рассмотрены методы улучшения ККФ оптической схемы, с целью приближения ее к АКФ используемого источника излучения. На базе функциональной схемы томографа описывается методика создания гетеродинного приема на частоте доплеровского сдвига между частотами волн в плечах интерферометра, который обеспечивается за счет систем продольного сканирования разности плеч с постоянной скоростью. Рассмотрен способ включения в оптическую схему ОКТ волоконно-оптического поляризатора для выделения когерентной компоненты из частично поляризованного излучения СЛД. Рассмотрена эффективность метода уменьшения вносимых помех в виде дополнительных когерентных цугов в схеме с линейно поляризованной волной. Временная задержка дополнительных цугов сводится к нулю за счет компенсации разбегания поляризационных мод на входном волокне поляризатора при помощи ортогонально ориентированного вспомогательного волокна той же длины. Рассмотрена поляризационная структура волоконного интерферометра ОКТ на анизотропном волокне, в которой эффект поляризационной дисперсии эффективно используется для устранения проявления паразитной нерегулярной связи ортогональных мод. Обнаружены и исследованы аберрационные искажения длины оптического пути в системе для эндоскопической двухмерной записи томограмм и для трехмерного (объемного) представления изображений. Рассмотрен характер искажений при однолипзовом и двухлин-зовом объективах, и разработан метод их устранения.

В параграфе 6.7 рассмотрены подходы для реализации "цветного" ОКТ-видения на двух рабочих длинах волн (830 нм и 1300 нм), что позволяет получать дополнительную спектроскопическую информацию об исследуемом

объекте. Рассмотрен подход, который заключается в создании единого интерферометра с целью одновременного получения пространственно совпадающих ОКТ-изображений на двух длинах волн:

• рассмотрены условия оптимизации по мощности единого оптического интерферометра на анизотропном волокне, с поддержкой одномодового режима на волнах 830 нм и 1285 нм;

рассчитана и реализована эффективная компенсация неравенства влияния материальной и волновой дисперсии в едином интерферометре одновременно на двух далеко разнесенных длинах волн. Эффект достигнут за счет добавки в плечи двух дополнительных волокон с различными волно-водными параметрами.

Приводятся результаты наблюдений методом двухволновой OKT. Получен ряд сопряженных изображений на волнах 830 нм и 1285 нм и проведено их качественное сравнение. В частности, простое сравнение скоростей убывания интенсивности принимаемых сигналов, полученных при зондировании биологического объекта двумя излучениями, показывает, что в их несовпадении содержится дополнительная информация, для выявления сущности которой потребуется проведение дополнительных биомедицинских исследований.

Параграф 6.8 посвящен разработке оптических элементов интерферометров на основе одномодового волокна:

• сформулированы основные требования к ответвителям, мультиплексорам и поляризаторам, выполнение которых необходимо для создания широкополосных интерферометров, использованных в ОКТ-методе. Описаны применявшиеся экспериментальные методики исследования;

• на базе известного метода рассмотрены особенности точного и приближенного расчетов параметров 3-децибельного направленного ответвителя с промежуточным слоем. Приводятся описание экспериментальных методов изготовления направленного 3-децибелыюго ответвителя на изотропном и анизотропном волокне и полученные результаты;

• рассмотрена методика создания эффективного мультиплексора с од-номодовым распространением на волнах 1300 нм и 640 нм в изотропном волокне с длиной волны отсечки 750 нм. Для моды НЕц рассмотрены условия стыковки одномодового и маломодового волокон на волне 640 нм с целью эффективной передачи оптической мощности, а также условия обеспечения малого уровня потерь при распространении моды НЕц в маломодовом световоде при внешних механических возмущениях;

• приводятся результаты разработки одномодового волоконного ответвителя с равным 3-децибельным разделением света одновременно на волнах 830 нм и 1300 нм, в котором за счет углового рассогласования волновых векторов мод осуществлено управление спектральными характеристиками коэффициента передачи при слабой оптической связи между волокнами;

• рассмотрен один из важнейших элементов для интерферометра ОКТ, которым является управляемая пьезоволоконная линия задержки для регули-

рования длины оптического пути на основе упругой деформации пьезопла-стины и прикрепленного к пластине оптического волновода с эффективным удлинением до единиц миллиметров. Рассмотрены условия и методы реализации безрезонансного отклика с целью осуществления скоростного управления длиной оптического пути (около 0,5 м/с) с отклонением от заданного закона скорости движения на уровне десятых долей процента.

Седьмая глава посвящена созданию поляризационных методов OKT. Из приведенного обзора литературы следует, что во всех современных поляри-зационно-чувствительных ОКТ-методах основным условием является изотропность оптических трактов, даже если они содержат не только дискретные, но и волоконные элементы. Цель исследований, описываемых в главе 7, заключается в разработке поляризационных методов ОКТ на основе волоконно-оптических схем, которые с оптической точки зрения не являются изотропными. Создание поляризационно-чувствительных методов, в которых процесс получения информации не чувствителен к движению волоконных плеч интерферометра, крайне важно для клинических приложений.

В параграфе 7.1 в результате исследований разработана и реализована поляризационно-чувствительная ОКТ (ПЧ ОКТ) с ортогональными каналами приема на анизотропном волокне при линейной поляризации зондирующей волны. Эти ортогональные каналы обусловлены приемом рассеянного излучения в собственных поляризационных модах волокна при зондирующей волне, образованной излучением только одной из поляризационных мод. Особенность предложенного метода ПЧ ОКТ заключается в том, что при исследовании собственной анизотропии среды (биоткани) необходимо ориентировать поляризацию зондирующей волны относительно осей анизотропии среды.

Рассмотрено применение разработанной оптической схемы с ортогональными каналами и линейной зондирующей волной для исследования сред без двулучепреломления - реализации варианта кроссполяризационной ОКТ (метода КП ОКТ), в котором принимается свет, рассеянный не только в основную, но и в ортогональную поляризацию. Из сопоставления ОКТ-изображений, полученных в обоих поляризационных каналах, можно извлечь информацию о состоянии определенных видов биоткани. Наибольший интерес это представляет для выявления онкологии при анализе малоструктурных ОКТ-изображений.

В параграфе 7.2 исследуется обнаруженная обратная реакция на СЛД в поляризационном интерферометре с низкокогерентным излучением при доп-леровском приеме, приводящая к амплитудной модуляции на частоте допле-ровского сдвига. Исследования показали, что эффект обусловлен обратным некогерентным воздействием на лазер обратно возвращенных интерферирующих волн с взаимным доплеровским сдвигом (реакцией на лазер). Показано, что наиболее оптимальные условия для исследования данного эффекта реализуются в поляризационном интерферометре, поскольку в обычных ОКТ

оптических схемах эффект маскируется основным сигналом. Следует отметить, что обнаруженный эффект может проявляться во всех поляризационно-чувствителькых и обычных ОКТ-методах, в установках без оптической развязки. Влияние эффекта наиболее сильно проявляется в ортогональной поляризации, в которой сигнал деполяризации принимается на уровне шума.

В параграфе 7.3 рассмотрены принципы определения двулучепреломле-ния среды при двухполяризационном когерентном ОКТ-присме в интерферометре на анизотропном волокне, при условиях, когда разность оптических путей в ортогональных каналах превышает длину деполяризации. Проведен расчет формы сигнала огибающей в ортогональных каналах, и показано, что они содержат дополнительную информацию. Рассмотрен характер информации, заключенной в суммарном сигнале при квадратичном и линейном детектировании. Показано, что при квадратичном детектировании суммарный сигнал в ортогональных поляризациях содержит информацию лишь о рассеивающей способности биотканей в обратном направлении, в то время как при линейном детектировании сохраняется также информация и о двулучепре-ломлении.

В параграфе 7.4 получены сравнительные изображения образцов биотканей в прямой и в ортогональной поляризации. Обращено внимание на реализацию точной взаимной пространственной привязки элементов изображений в обоих каналах, что позволяет представлять объединенные изображения в двух спектрально дополнительных цветах. Рассмотрен характер изображений и извлекаемой информации при онкологической патологии на образцах биоткани ex vivo. Это позволило в эксперименте выявить изменения в КП ОКТ изображениях при онкологии, обусловленные изменением состава структуры биоткани (количеством коллагенов).

В параграфе 7.5 дан анализ и представлена новая реализация метода КП ОКТ в установке на одномодовом волокне без собственной анизотропии при произвольной поляризации зондирующей волны. Метод основан на свойстве сохранения ортогональности двух волн при их распространении в одномодовом волокне при произвольных внесенных фазовых возмущениях и при отсутствии анизотропии поглощения. Вторым основным условием работы метода является, на первый взгляд не очевидная, возможность создания строго ортогональных когерентных опорных волн в обоих каналах с ортогональными поляризациями при условии произвольной наведенной поляризационной анизотропии в исходно изотропном волокне. Метод обоснован теоретически и апробирован экспериментально. Несмотря на движения гибкого выносного волоконного зонда, сохраняется высокий динамический диапазон интерференционного приема рассеянного света не менее 40 дБ не только в основном, но и в ортогональном канале. Для иллюстрации показан характер эволюции вектора Стокса при распространении в оптической схеме до компенсирующего интерферометра. Представлены изображения модельных рассеивающих сред с различной степенью их анизотропии и биологического объекта.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ

1. Разработан гелий-неоновый лазер на длине волны 630 нм с превышением около 2,7, достигнутым за счет повышения добротности резонатора в од-ночастотном режиме. Спектральная область одиочастотной генерации 2 ГГц, перекрывающая около 18 межмодовых интервалов, получена при селекции продольных типов колебаний с использованием поглощающей металлической пленки в узле стоячего поля. По измерениям естественных флуктуаций частоты излучения такого лазера методом гетеродинной интерферометрии определено значение естественной компоненты ширины линии на уровне 0,001 Гц. Эта величина в 80 раз меньше естественной ширины одночастотно-го Не-Ые-лазера на волне 630 нм без селекции, в котором было реализовано максимальное превышение 1,5 вблизи границы возбуждения трсхмодового режима [6, 7]. Во всем диапазоне превышений наблюдалась обратно пропорциональная зависимость естественной ширины линии от выходной мощности излучения.

2. Проведены измерения сверхмалых колебательных относительных изменений длины резонатора Не-№-лазера (на волне 630 нм) около 7-10~18 Гц-"2 при абсолютных смещениях на уровне десятков наноангстрем (~ 10~17 м-Гц"1 ) с использованием достигнутого уровня монохроматичности. Это соответствует чувствительности при фазовых измерениях на уровне 3-Ю"10 радТц"1/2. При использовании современных лазерных зеркал с малым уровнем потерь и разработке технологии изготовления многослойного металлического селектора, можно на два-три порядка повысить предел чувствительности при измерении сверхмалых смещений, определяемый естественными причинами.

3. Проведено экспериментальное исследование влияния интенсивности генерации на источники естественных флуктуаций амплитуды и частоты в Не-Йе-лазерах, обусловленные спонтанным излучением активной среды. Выявлено, что источники флуктуаций амплитуды в линейном лазере и разности частот встречных волн в кольцевом имеют разные зависимости от интенсивности колебаний и соответствуют теоретическим выводам работы [4]. Такие закономерности важны для оценки уровня естественных флуктуаций при существенно больших превышениях.

4. Экспериментально на волне 3390 нм исследованы резонансные дихроизм и двойное лучепреломление в пределах однородной ширины неоднородно-уширенной линии поглощения Р2'2' (перехода Р (7) полосы у3) метана,

наведенные при распространении в среде пробной и встречной сильной волны. Определены закономерности изменения поляризации пробной волны при линейной и круговой поляризациях сильной волны. Проведено сопоставление экспериментальных результатов с выводами векторной теории взаимодействия излучения с веществом, описывающей исследуемые явления в приближенном рассмотрении среды, как среды Р-типа с круговой поляризацией ди-польного момента. Показано, что экспериментальные результаты описывают-

ся теорией лишь тогда, когда в дихроизм и двойное лучепреломление для волн пробного поля сопоставимые по величине вклады вносят два эффекта. Это индуцированное (полем сильной бегущей волны) анизотропное распределение инвертированных резонансных частиц и созданная общим интерференционным полем решетка разности населённости, которая добавляет полям нормальных волн отражённую часть поля сильной волны. По результатам экспериментальных данных помимо дихроизма (Ба~ 1СГ4 см-1) и двойного лучепреломления (кОп ~ 5-Ю""5 см"1) определен коэффициент трансляционной диффузии (3 = 4.2 • 10~3), характерное время вращательной диффузии (^ = 0,83).

5. Впервые в оптическом одномодовом волокне проведено экспериментальное наблюдение эффекта обращения поляризации света при двукратном прохождении световода (в простейшей НЕц-моде) и магнитооптической 45°-ной ячейки Фарадея ("фарадеевского зеркала") в условиях квазистатического распространения. Показано, что волокно при этом может обладать не только фазовой, но и амплитудной анизотропией. Экспериментально показано, что недостатки "фарадеевского зеркала", такие как температурная зависимость фарадеевского эффекта и его недостаточная широкополосность, полностью устраняются в варианте фарадеевского зеркала на основе поляризационного кольцевого интерферометра. Эффект обращения поляризации впервые наблюдался экспериментально в волоконных двухпроходных интерферометрах Майкельсона и Маха Цандера.

6. В рамках работ по кольцевой гироскопии, основанной на эффекте Саиьяка, проведено исследование основных причин, приводящих к появлению не связанных с вращением сигналов, а также причин, определяющих предельную чувствительность волоконно-оптического кольцевого интерферометра (ВКИ) как датчика угловой скорости. В том числе обнаружено и исследовано влияние фазовой анизотропии модулятора на появление на выходе ВКИ не связанных с вращением и с поляризационной невзаимностью дополнительных сигналов как слабых синфазных полезному сигналу, так и более значительных - квадратурных. Предложен и экспериментально реализован метод проверки отсутствия поляризационной невзаимности в контуре ВКИ. Установлено, что уровень предельной чувствительности к вращению определялся главным образом избыточными шумами источника излучения, обусловленными биениями его спектральных компонент. Разработан метод автоматической стабилизации "масштабного коэффициента" - коэффициента пропорциональности выходного сигнала и скорости вращения. Достигнуто 130-кратное уменьшение зависимости масштабного коэффициента от интенсивности света на выходе интерферометра без ухудшения предельной чувствительности.

С целью проверки результатов исследований создан опытный макет датчика вращения среднего класса точности на волну 800 нм на одномодовом волокне длиной 500 м в объеме 0,35 дм3 по стандартной схеме интерферометра Саньяка с введением деполяризатора. В макете реализован малый уровень

подставки - около 3 град/ч с величиной постоянного дрейфа менее 1 град/ч (невзаимная разность фаз встречных волн Лф^ = 1,4-10"5 рад/ч) в течение трехчасового наблюдения при чувствительности на уровне 0,1 град/ч (Дф^и-Ю"6 рад/ч).

7. Рассмотрены методы низкокогерентной волоконной интерферометрии для временного метода ОКТ при использовании анизотропного волокна. Обнаружен эффект поляризационной многоканальности, проявляющийся в усложнении вида кросскорреляционпой функции интерферометра по сравнению с автокорреляционной функцией низкокогерентного источника света. Разработан метод исследования распространения низкокогерентного излучения в волоконном оптическом тракте с дефектами анизотропии методом корреляционно-временного анализа при помощи вспомогательного скомпенсированного интерферометра Майкельсона. Обнаружен эффект вычитания сигналов при анализе паразитной связи первого порядка малости корреляционным методом и найдены условия их оптимального наблюдения. Разработаны методы уравнивания и компенсации разности дисперсии в плечах интерферометра при относительной ширине спекгра источника в единицы процентов.

8. Найден метод снижения влияния нерегулярной связи ортогональных мод волокна на ОКТ-изображения, приводящей к появлению паразитных когерентных волн, за счет использования эффекта поляризационной дисперсии анизотропного волокна. Показано, что существует оптимальная конфигурация интерферометра, в которой в сигнальном плече использована медленная поляризационная волна, а в опорном - быстрая волна, при которой сигналы, обусловленные паразитными волнами, устраняются из информационного пространства.

9. На основе разработанных волоконно-оптических элементов создан ряд схем ОКТ на анизотропном волокне с источниками в ИК-диапазоне с ширинами спектров в единицы процентов. При динамическом диапазоне наблюдения сигнала около 40 дБ реализована чувствительность 100 - 110 дБ относительно уровня зондирующей волны при времени приема рассеянного света 3-10"5с. Разработана схема интерферометра, позволяющая в четыре раза более эффективно использовать мощность источника в методе ОКТ.

10. Впервые создан двухволновый интерферометр на поляризационно-сохраняющем волокне для оптической когерентной томографии, позволяющий получать изображения внутренней структуры живой биоткани одновременно на волнах 830 нм и 1300 нм при точном пространственном и временном совмещении элементов изображения. С этой целью найден метод компенсации неравенства влияния материальной и волновой дисперсий в едином интерферометре одновременно на двух далеко разнесенных длинах волн. Разработан также метод спектральной настройки точного половинного разделения оптической мощности волоконного ответвителя одновременно на двух, далеко отстоящих волнах (830 нм и 1300 нм)

11. Разработаны новые поляризационные методы ОКТ. В частности, создан метод кроссполяризациоиной ОКТ на анизотропном волокне при линей-

ной поляризации зондирующей волны. Для его реализации создана двухка-нальная интерференционная схема, использующая для приема света независимые волны в волокне с ортогональными поляризациями. Созданы условия для приема рассеянного света в исходной и ортогональной поляризации с динамическим диапазоном не менее 40 дБ.

Кроме того, предложен и реализован метод кроссполяризационной оптической когерентной томографии на одномодовом волокне со слабой анизотропией, наведенной произвольными изгибами волокна при его укладке и движениях зонда. Этим методом получаются изображения внутренней структуры биоткани в исходной и строго ортогональной поляризации. В основе метода использовано свойство сохранения ортогональности двух волн при их распространении в одномодовом волокне при произвольных внесенных фазовых возмущениях и при отсутствии анизотропии поглощения. Несмотря на движения гибкого выносного волоконного зонда, сохраняется высокий динамический диапазон интерференционного приема рассеянного света не менее 40 дБ не только в основном, но и в ортогональном канале.

В обеих реализациях метода возможно измерение собственного двулуче-преломления биоткани.

СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Геликонов В.М., Малыкин Г.Б. Естественные флуктуации частоты He-Ne/CH4 лазера (3,39 мкм) //' Квант, электроника. - 1983. - Т. 10, № 1. - С. 145-148.

2. Геликонов В.М., Маркелов В.А. Экспериментальное исследование влияния интенсивности генерации на источники естественных флуктуации в He-Ne лазерах // Квантовая электроника. - 1993. - Т. 20, № 9. - С.843-845.

3. Геликонов В.М. Измерение наноангстремных колебательных перемещений при помощи газового лазера с малой шириной естественной линии // Изв. вузов. Радиофизика. - 1998. - Т. 41, № И. - С. 1473-1486.

4. Геликонов В.М, Зайцев Ю.И., Кутырев Д.В., Малыкин Г.Б., Мидовский Н.Д. Поляризационные эффекты при взаимодействии встречных волн в изотропных резонансных средах//Изв. вузов. Радиофизика. - 1999. - Т. 42, № 11. - С.1054-1077.

5. Геликонов В.М , Гусовский Д.Д., Леонов В.И., Новиков М.А. О компенсации двупреломления в одномодовых волоконных световодах // Письма в ЖТФ. - 1987. -Т. 13, № 13. - С.775-779.

6. Геликонов В М., Геликонов Г.В , Иванов В.В., Новиков М.А. Фарадеевский компенсатор взаимной оптической анизотропии на основе поляризационного кольцевого интерферометра // Письма в ЖТФ. - 1999. - Т. 25, № 10. - С.57-63.

7. Геликонов В.М., Леонов В.И, Новиков М.А. Оптическая анизотропия в одномодовых оптических волноводах при двойном проходе и методы ее компенсации // Квантовая электроника. - 1989. - Т. 16, № 9. - С.1905-1910.

8. Геликонов В.М, Гусовский Д. Д., Кононлев Ю.Н., Леонов В И., Мамаев Ю.А., Туркин A.A. Исследование волоконно-оптического поляризатора с металлической пленкой и диэлектрическим буферным слоем // Квантовая электроника. - 1990. -Т. 17, № 1. - С.87-89.

9. Геликонов В.М., Коноплев Ю.Н, Кучева М Н., Мамаев Ю.А., Туркин A.A. Влияние буферного слоя на коэффициент эк« инкции волоконно-оптического поляризатора с металлической пленкой // Оптика и спектроскопия. - 1991. - Т. 71, № 4. -С.688-690.

10. Андронова И.А., Геликонов В М., Мамаев Ю.А., Туркин A.A. Функциональные возможности волоконного интерферометра Саньяка как микрофазометра // Изв. вузов. Радиофизика. - 1991. - Т. 34, № 4. - С.412-418.

11. Андропова И.А., Геликонов В.М., Степанов Д.П. Нестационарные поляризационные эффекты как причина дрейфа сигнала кольцевого волокогаюго интерферометра// Квантовая электроника. - 1994. - Т. 21, № 9. - С.883-886.

12. Андронова И.А., Геликонов В.М., Геликонов Г.В., Степанов Д П. Влияние анизотропии и потерь в светоделителях на выходные характеристики волоконного кольцевого интерферометра // Изв.вузов. Радиофизика. - 1997. - Т. 40, № 6. - С.780-787.

13. Берштейн И.Л., Геликонов В М., Степанов Д.П. Исследование работы автокомпенсационной схемы регистрации сигнала вращения волоконного кольцевого интерферометра// Изв. вузов. Радиофизика. - 1998. - Т. 41, № 11. - С. 1461-1468.

14. Андронова И.А., Геликонов В.М., Геликонов Г.В. Цельноволоконные оптические гироскопы на ортогональных поляризациях // Изв. вузов. Радиофизика. - 1998. -Т. 41,№ 11.-С. 1448-1460

15. Андронова И.А., Геликонов В М., Геликонов Г.В. Метод определения поляризационной невзаимности в волоконном кольцевом интерферометре // Квантовая электроника. - 2000. - Т. 30, № 2. - С.112-118.

16. Геликонов В.М., Геликонов Г.В., Гладкова Н.Д., Куранов Р.В., Никулин Н.К., Петрова Г. А., Починко В.В., Правденко К.И., Сергеев А.М., Фельдштейн Ф.И., Ханин Я.И., Шабанов Д.В. Когерентная оптическая томография микронеоднородностей биотканей // Письма в ЖЭТФ. - 1995. - Т. 61. № 2. - С.149-153.

17. Батоврин В.К., Гармаш И.А., Геликонов В.М., Геликонов Г.В., Любарский A.B., Плявенек А.Г., Сафин С.А., Семенов А.Т., Шидповский В.Р., Шраменко М.В., Якубович С.Д. Суперлюминесцентные диоды на основе однослойных квантовораз-мерных (GaAl)As-reTopocTpyKTyp // Квант.электроника. - 1996. - Т. 23, № 2. - С.113-118.

18. Геликонов В.М., Геликонов Г.В., Шабанов Д.В. Оптический волоконный мультиплексор на длины волн 1,3 и 0,64 мкм // Оптический журнал. - 2000. - Т. 67, № 2. - С.81-84.

19. Bagayev S N., Gelikonov V.M., Kargapoltsev E.S., Kuranov R.V., Razhev A.M., Turchin E.V., Zhupikov A. The Excimer Laser System for Refractive Surgery Assisted by Optical Coherence Tomograph //Laser Physics.-2001.-V. 11,N. 11.-P. 1224-1227.

20. Shakhova N.M., Gelikonov V.M., Kamensky V.A., Kyranov R.V., Turchin I.V. Clinical acpects of the endoscopic optical coherence tomography and the ways for improving its diagnotic value // Laser physics. - 2002. - V. 12, N. 4. - P. 617-626.

21. Геликонов B.M., Куранов P.B., Морозов A.H. Корреляционно-временной анализ распространения низкокогерентного излучения в оптическом тракте с дефектами анизотропии // Квантовая электроника. - 2002. - Т. 32. - С.59-66.

22. Куранов Р.В., Сапожникова В В., Шахова Н.М., Геликонов В.М., Загайнова Е.В., С.А. П. Комплексное применение оптических методов для повышения информа-

тивности оптической когерентной томографии в диагностике пеопластических процессов// Квантовая электроника - 2002. - Т. 32, № 11. - С.993-998.

23. Gehkonov V.M, Gelikonov G V., Dolin L.S., Kamensky V.A., Sergeev A.M., Shakhova N M., Gladkova N.D., Zagaynova E.V. Optical coherence tomography: Physical principles and applications // Laser Physics. - 2003. - V. 13, N. 5. - P. 692-702.

24. Геликонов B.M., Геликонов Г.В., Ксенофонтов С.Ю., Куранов Р.В , Морозов А.Н., Мяков А.В., Туркин А.А., Турчин И.В., Шабанов Д.В. Новые подходы к широкополосной волоконно-оптической интерферометрии дай оптической когерентной томографии // Изв. вузов. "Радиофизика". - 2003. - Т. 46, № 7. - С.610-627.

25. Геликонов В.М., Геликонов Г.В., Фельдштсйн Ф.И. Двухволновая оптическая когерентная томография // Изв. вузов. Радиофизика. - 2004. - Т. 47, № 10 - 11. -С 943-956.

26. Геликонов В.М., Геликонов Г.В. Одномодовый волоконный ответвитель с 3-децибельным разделением излучения одновременно на длинах волн 0.83 и 1.3 мкм // Квантовая электроника. - 2004. - Т. 34, № 10. - С.969-972.

27. Sergeev A.M., Gelikonov V.M., Gelikonov G.V., Feldchtein F.I., Kuranov R.V., Gladkova N.D., Shakhova N.M., Snopova L.B., Shakhov A.Y., Kuznetzova I.A., Denisenko A N., Pochinko V.V., Chumakov Y.P., Streltzova O.S. In vivo endoscopic OCT imaging of precancer and cancer states of human mucosa // Optics Express. - 1997. - V. 1, N. 13. - P. 432-440.

28. Kamensky V.A., Feldchtein F.I., Gelikonov V.M., Snopova L.B., Muraviov S.V., Malyshev A., Bityurin N.M., Sergeev A.M. In situ monitonng of laser modification process in human cataractous lens and porcine cornea using coherence tomography // Journ. Biomed. Opt. - 1999. - V. 4, N. 1. - P. 137-143.

29. Feldchtein F.I., Gelikonov G.V., Gehkonov V.M., Kuranov R.V., Sergeev A.M., Gladkova N.D., Shakhov A.V., Shakhova N.M., Snopova L.B., Terent'eva A.B., Zagainova E.V., Chumakov Yu P., Kuznetzova l.A. Endoscopic applications of optical coherence tomography // Optics Express. - 1998. - V. 3, N. 6. - P. 257-269.

30. Feldchtein F.I, Gelikonov G V., Gelikonov V.M., Iksanov R.R, Kuranov R.V., Sergeev A.M., Gladkova N.D., Ourutina M.N., Warren J.A., Jr., Reitze D.H. In vivo OCT imaging of hard and soft tissue of the oral cavity // Optics Express. - 1998. - V. 3, N. 6. -P. 239-250.

31. Feldchtein F.I., Gehkonov V.M., Gelikonov G.V. Design of OTC Scanners // Handbook of Optical Coherence Tomography/ Ed. by G.J.Tearney and B.E. Bouma. - New York: Marcel Dckker, - 2001. - P. 125-142.

32. Kuranov R.V., Sapozhmkova V.V., Turchin I.V., Zagainova E.V., Gelikonov V.M., Kamensky V.A., Snopova LB., Prodanetz N.N. Complementary use of cross-polarization and standard OCT for differential diagnosis of pathological tissues // Optics Express. - 2002. - V. 10, N. 15. - P. 707-713.

33. Bagaycv S.N., Gelikonov V.M., Gelikonov G.V., Kargapoltsev E.S., Kuranov R V., Razhev A.M., Turchin I.V., Zhupikov A.A. Optical coherence tomography for in situ monitoring of laser corneal ablation // Joum. of Biomed. Opt. - 2002. - V. 7, N. 4. - P. 633642.

34. Dolin L.S., Feldchtein F.I., Gelikonov G.V., Gelikonov V M., Gladkova N.D., Iksanov R.R., Kamensky V.A., Kuranov R.V., Sergeev A.M., Shakhova N.M, Turchin I.V. Fundamentals and Clinical Applications of the PM-Fiber Based Endoscopic OCT // Coherent-Domain Optical Methods Biomedical Diagnostics, Environmental and Material Science.

Pros, of SPIE/ Ed. by Tuchin.V. V. - Vol. 2. Kluwer Academic Publishers, - 2004. - P. 211271.

35. Gelikonov G.V., Gelikonov V.M., Ksenofontov S.U., Morosov A.N., Myakov A.V., Potapov Y.P., Saposhnikova V.V., Sergeeva E.A., Shabanov D.V., Shakhova N.M., Zagainova E.V. Compact Optical Coherence Microscopc // Coherent-Domain Optical Methods Biomedical Diagnostics, Environmental and Material Science/ Ed. by TuchinV. V. -Vol. 2. Kluwer Academic Publishers, - 2004. - P. 345-363.

36. Gelikonov V.M., Gelikonov G.V. New approach to cross-polarized optical coherence tomography based on orthogonal arbitrarily polarized modes // Laser Physics Letters. -2006. - V. 3, N. 9. - P. 445-451.

37. Геликонов B.M., Зайцев Ю.И., Степанов Д.П., Леонов В.И. Наблюдение поляризационных нелинейных резонансов насыщения в метане и стабилизация частоты гелий-неонового лазера на волну 3,39 мкм // Proc. of 4 International Conf. of Lasers and their Application - Leipzig, GDR - October 19-23,1981. -1981. - C.182-183.

38. Novikov M.A., Ivanov V.V., Gelikonov V.M., Gelikonov G.V. Polarization control in two-pass anisotropic optical systems with a new Faraday mirror // ICONO '98: Quantum Optics, Interference Phenomena in Atomic Systems, and High-Precision Measurements. SPIE-Int. Soc. Opt. Eng. - Moscow, Russia, 1999. - P. 319-324.

39. Gelikonov V.M., Konoplev Y.N., Kucheva M.N., Mamaev Y.A., Türkin A.A. An investigation of a fiber-optic polarizer with a metal film // Proc.Firsr IntSov.Fibrc Optics Conf., ISFOC-91, Leningrad. -1991. - T. v.2. - C.83-87.

40. Andronova I.A., Gelikonov V.M., Stepanov D.P. Time-Dependent Polarizations as the Reasons for The Ring Fiber Interferometer Signal Drift // Proc.Third.Int.Sov. Fibre Optics and Telecommunications Conf., ISFOC93, St.Peterburg. - 1993. - C.315 -323.

41. Sergeev A.M., Gelikonov V.M., Gelikonov G.V., Feldchtein F.I., Pravdenko K.I., Shabanov D.V., Gladkova N.D., Pochinko V.V., Zhegaiov V.A., Dmitriev G.I., Vazina I.R., Petrova G.A., Nikulin N.K. In vivo optical coherence tomography of human skin microstructure // Proc SPIE -1994. - V. 2328. - P. 144-150.

42. Kamensky V., Feldchtein F., Pravdenko K., Gelikonov V., Gelikonov G., Sergeev A., Bityurin N. Monitoring and animation of laser ablation process in cataracted eye lens using coherence tomography // Coherence Domain Optical Methods in Biomedical Science and Clinical Applications. SPIE-Int. Soc. Opt. Eng. - San Jose, CA, USA, 1997. - P. 94-102.

43. Kamensky V.A., Gelikonov V.M., Gelikonov G.V., Feldchtein F.I., Sergeev A.M., Pravdenko K.I., Artemiev N., Bityurin N.M. YAG: Er laser device for microsurgery treatment of cataract-suffered human lens. // SPIE. - 1997. - V. 3091. - P. 129-132.

44. Sergeev A.M., Shakhova N.M., Kuznetzova I.A., Gelikonov V.M., Gelikonov G.V., Feldchtein F.I., Kuranov R.V., Gladkova N.D., Snopova L.B., Almazov V. Endoscopic OCT for in vivo imaging of precancer and cancer states of human mucosa // Proc. SPIE Vol. 3196, Optical and Imaging Techniques for Biomonitoring III/ Ed. by H.-J. Foth, R. Marchesini, and H. Podbielska. -: SPIE, - 1998. - P. 129-134.

45. Sergeev A.M., Feldchtein F.I., Gelikonov G.V., Kuranov R.V., Gelikonov V.M., Kuznetzova I.A., Snopova L.B., Shakhova N.M., Denisenko A.N., Almazov V. Integrated endoscopic OCT system and in-vivo images of human internal organs // Coherence Domain Optical Methods in Biomedical Science and Clinical Applications II. SPIE, 1998. - P. 36-46.

46. Yurkin A.M., Malyshev A., Feldchtein F.I., Bityurin N.M., Muraviov S.V., Gelikonov V.M., Kamensky V.A. In situ observation of IR and UV solid state laser modifications

of lens and cornea Proc. SPffi Vol. 3254, Laser-Tissue Interaction IX, ed. S.L. Jacques. SPIE, 1998. - 390-397 p.

47. Larin K.V., Larina I.V , Motamedi M., Gelikonov V.M., Kuranov R.V., Esenaliev R O. Potential application of optical coherence tomography for noninvasive monitoring of glucose concentration // Proc. Spie, Optical Diagnostics and Sensmgs of Biological Fluids and Glucose and Cholesterol Monitoring, A.V. Priezzhev, Gerald L, Cote; Eds. - 2001. -Vol.4263. - P. 83-90.

48. Razhev A.M., Bagayev S.N., Gelikonov V.M., Kargapoltsev E.S., Kuranov R.V., Turchin I.V., Zhupikov A.A. Excimer laser ophthalmic system assisted by optical coherence tomography // Proc. SPIE, Ophthalmic Technologies XI, Fabrice Manns, Per G. Soederberg, Arthur Ho; Eds. 2001. - P. 1-6

49. Feldchtein F.I., Bush J., Gelikonov G.V., Gelikonov V.M., Piyevsky S. Cost effective, all-fiber autocorrelator based 1300 nm OCT system // Coherence Domain Optical Methods and Optical Coherence Tomography in Biomcdicine IX. Proc. SPIE. SPffi. - San Jose, California, USA, 2005. - P. 349-355.

ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Якубович Е.И. О взаимодействии встречных волн в нелинейной квазиоптике И ЖЭТФ. - 1969. - Т. 56, № 2. - С.676-682.

2. Weiman С., Hansch T.W. Doppler-free laser polarization spectroscopy II Phys. Rev. Lett. - 1976 - V. 36, N. 20. - P 1170-1173.

3. Берштейн И.Л., Андронова И.А., Зайцев Ю.И. Флуктуации интенсивности и частоты излучения оптического генератора // Известия вузов. Радиофизика. - 1967. - Т. 10, № 1. - С.59-67.

4. Зейгер С.Г., Климонтович IO.JI., Ланда П.С., Ларионцев Е.Г., Фрадкин Э.Е. Волновые и флуктуационные процессы в лазерах. М : Наука, - 1974. - 415 с

5. Троицкий Ю.В. Одночастотная генерация в газовых лазерах. Н.: Наука, Сибирское отделение, - 1975. - 160 с.

6. Зайцев Ю.И., Степанов Д.II Флуктуации частоты газового лазера // Письма в ЖЭТФ, - 1967. - Т. 6, № 7. - С.733-737.

7. Зайцев Ю.И., Сгепанов Д.П. Флуктуации частоты газового лазера и определение естественной ширины его спектральной линии // ЖЭТФ. - 1968. - Т. 55, № 5 (11). - С.1645-1655

8 Schawiow A.L., Townes С.Н. Infrared avd optical Masers // Physical Review. -1958. - V. 112, N. 6. - P. 1940-1949.

9 Yariv A., Vahala K. On the high power limit of the laser linewidth II 8th IEEE In-temauonal Semiconductor Laser Conference. - Ottawa, Ont., Canada, 1983. - P. 889-90.

10 Glauber R.J. Coherent and Incoherent States of the Radiation Field II Physical Re-view. - 1963. - V. 131, N. 6. - P. 2766-2788.

11. Берштейн И.Л., Рогачев В.А. Поворот плоскости поляризации из-за взаимодействия встречных волн в диапазоне 3.39 мкм // Изв. вузов. Радиофизика. - 1970. -Т. 13, № 1. - С.33-36

12. Bergh R.A., Lefevrc Н.С., Shaw H.J. An overview of fiber-optic gyroscopes 11 Journal of Lightwave Technology. - 1984 -V LT-2,N.2.-P 91-107.

ГЕЛИКОНОВ Валентин Михайлович

ВЫСОКОЧУВСТВИТЕЛЬНАЯ ИНТЕРФЕРОМЕТРИЯ В ЗАДАЧАХ ФУНДАМЕНТАЛЬНОЙ И ПРИКЛАДНОЙ ОПТИКИ

Автореферат

Подписано к печати 30 11.2006 г. Формат 60 х 90 Vi«. Бумага офсетная №1. Уел печ. л. 2,0 Тираж 120 эт. Заказ № 128 (2006)

Отпечатано в типографии Института прикладной физики РАН, 603950 Нижний Новгород, ул Ульянова, 46

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ВЫСОКОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ

ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ (ОБЗОР РАБОТ).

ГЛАВА! HE-NE ЛАЗЕР НА ВОЛНЕ 0,63 МКМ КАК ДАТЧИК

КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ОПТИЧЕСКОГО ПУТИ НАНОАНГСТРЕМНОГО УРОВНЯ.

2.1. Естественные флуктуации частоты He-Ne лазера на волне 0,63 мкм при большом превышении порога генерации в одночастотном режиме. Снижение влияния источников естественных флуктуаций.

2.2. Экспериментальное исследование влияния интенсивности генерации на источники естественных флуктуации в He-Ne лазерах.

2.3. Одночастотный He-Ne лазер с большим превышением порога генерации при селекции продольного типа колебаний. Методы измерения естественных флуктуаций частоты лазера He-Ne лазера на волне 0,63 мкм.

2.4. Результаты измерения естественных флуктуаций частоты He-Ne лазера на волне 0,63 мкм. Оценка близости соотношения "число фотонов - фаза" к фундаментальному пределу, следующему из принципа неопределенности Гейзенберга.

2.5. Измерение наноангстремных колебательных перемещений зеркала газового лазера с естественной шириной линии 0,001 Гц.

2.6. Оценка возможности повышения чувствительности к малым перемещениям зеркала в He-Ne лазере при реализации "резервов" повышения естественной монохроматичности.

Актуальность темы.

ВВЕДЕНИЕ

Интерес к развитию методов оптических высокочувствительных измерений в фундаментальной и прикладной радиофизике в настоящее время возрастает в связи со стремительным прогрессом оптических технологий. Методы высокочувствительных измерений взаимных и невзаимных изменений оптического пути, сверхмалых механических смещений, а также прием сверхмалых порций света, базируются на использовании как высококогерентных, так и низкокогерентных квантовых источников оптического излучения, а также средств волоконной оптики.

Высокочувствительный характер измерений механических смещений в оптике, начало которым было положено открытием в 17 веке интерференционных явлений, обусловлен малостью основного масштаба - длины оптической волны. Появление фотометрирования и модуляционной методики привело к скачку чувствительности в области интерференционных измерений. Появилась тенденция в создании методов измерения сверхмалых, много меньших длины волны, изменений оптического пути обусловленных перемещениями, взаимными и невзаимными оптическими эффектами, а также измерения сверхмалых порций света. В этой области экспериментальной радиофизики большого успеха добились И.Л. Берштейн и сотрудники его научной школы.

В настоящее время ряд методов высокочувствительных интерференционных измерений получают дальнейшее развитие. Так, современные разработки методов измерений колебательных изменений оптического пути с субмикроангстремным уровнем чувствительности базируются, в основном, на создании высокосовершенного интерферометра Май-кельсона (например, проект LIGO). Разработка более компактных внутрилазерных резона-торных методов измерения колебаний оптического пути с чувствительностью такого уровня не проводилась ввиду сложности реализации необходимого уровня когерентности излучения, ограниченного как динамическими, так и флуктуационными процессами в лазере. В связи с большим интересом к измерению сверхмалых колебательных смещений разработка методов повышения чувствительности внутрилазерных фазовых методов интерферометрии, основанных на применении высококогерентных лазеров, представляется актуальной.

Метод поляризационной нелинейной спектроскопии, как один из внерезонаторных методов, основанный на резонансном взаимодействии в пределах однородной ширины линии поглощения различно поляризованных когерентных встречных пучков лазерного излучения в разреженной газообразной среде, в результате которого происходит преобразование поляризации пробного пучка, рассмотрен лишь на феноменологическом уровне. В литературе приводятся две интерпретации эффекта изменения поляризации пробной волны. В первой он рассматривался как одно из экспериментально наблюдаемых свойств явления, называемого фотоиндуцированной анизотропией. Вторая причина связывается с вкладом в слабую волну той части поля сильной волны, которая отражается от «решетки» диэлектрической проницаемости, "записанной" в изотропной нелинейной среде их общим интерференционным полем. Представляет интерес исследование роли каждого из эффектов в данном явлении. Эта задача (актуальная в связи с возможностью получения новой спектроскопической информации) может быть использована для исследования ряда газовых сред.

Низкокогерентная интерферометрия, интерес к которой при появлении лазеров временно уменьшился, получила новое развитие в связи с созданием эффективных квантовых источников излучения с высокой поперечной пространственной когерентностью. В связи с созданием оптических одномодовых световодов с чрезвычайно малым уровнем потерь в конце семидесятых годов прошлого столетия потребность в таких источниках резко возросла, что стимулировало создание полупроводниковых суперлюминесцентных диодов (СЛД) и разработку техники высокоэффективного ввода излучения в одномодовое волокно. Появление СЛД вызвало в конце восьмидесятых - девяностых годах прошлого столетия лавинный рост новых оптических исследований и приложений, в том числе и в низкокогерентной интерферометрии. Наиболее ярким направлением низкокогерентной интерферометрии является оптическая когерентная томография (ОКТ) биотканей. Постоянный рост количества публикаций свидетельствуют об актуальности исследований в области низкокогерентной интерферометрии.

В диссертации рассматриваются задачи по повышению чувствительности ряда методов интерференционных измерений в оптике до уровня естественных флуктуационных пределов. Актуальность рассмотренных в диссертации задач объясняется тем, что разработанные при их решении подходы достаточно универсальны и были использованы при рассмотрении проблем как высококогерентной интерферометрии с шириной естественной компоненты спектральной линии генерации на уровне 10'17, так и низкокогерентной интерферометрии при относительной ширине линии рабочего излучения около 10"1.

Цель и задачи диссертационной работы.

Целью работы является разработка высокочувствительных методов интерферометрии для решения задач фундаментальной и прикладной оптики.

Работа была направлена на решение следующих задач:

- разработка и исследование непрерывного газового лазера с большим превышением порога генерации в одночастотном режиме с целью снижения естественной компоненты ширины линии излучения и определение предельной чувствительности при измерении периодических колебательных перемещений. Оценка возможности дальнейшего совершенствования метода;

- исследование механизма резонансного взаимодействия встречных разно-поляризованных волн с нелинейно-поглощающей газовой средой в пределах однородной ширины неоднородно уширенной линии метана на волне 3,39 мкм при низком давлении. Измерение параметров дихроизма и двойного лучепреломления, а также параметров релаксации индуцированных возбуждений;

- разработка метода обращения поляризации, состоящего в компенсации поляризационных изменений в процессе распространения излучения в одномодовом волокне с произвольной неоднородной анизотропией показателя преломления и дихроичностью на основе двухпроходных схем и фарадеевских элементов;

- исследование природы не связанных с вращением поляризационных и неквазистатиче-ских эффектов волоконного кольцевого интерферометра (ВКИ) в датчике вращения на основе эффекта Саньяка, которые приводят к появлению дополнительного сигнала на выходе. Исследование флуктуаций в выходном сигнале ВКИ, ограничивающих предельную чувствительность ВКИ. Разработка и исследование опытного образца ВКИ на одномодовом изотропном волокне;

- разработка интерференционных методов оптической когерентной томографии для получения информации о подповерхностной структуре слоистых рассеивающих сред.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Измерение перемещений на уровне субмикроангстрем может быть реализовано внутрирезонаторным методом в одночастотном He-Ne лазере на волне 0,63 мкм с селекцией продольного типа колебаний методом тонкой металлической пленки, помещенной в узел стоячего поля, при большом превышении порога генерации.

2. При резонансном нелинейном взаимодействии пробной и встречной сильной лазерной волны в газовой поглощающей среде низкого давления - метана изменение поляризации пробной волны зависит от поляризации сильной волны и обусловлено как механизмом индуцированной анизотропии, так и наведенной "решеткой" диэлектрической проницаемости.

3. В двухпроходных оптических системах на одномодовых волоконных световодах (ОВС) с использованием 45°-ного фарадеевского зеркала восстановление исходного состояния поляризации происходит при наличии в ОВС не только фазовой, но и амплитудной анизотропии.

4. В волоконном кольцевом интерферометре появление сигналов, не связанных с вращением, может определяться дополнительными эффектами, обусловленными не только эффектами поляризационной невзаимности и конечностью величины коэффициента экс-тинкции поляризатора, но и анизотропией фазового модулятора при неквазистатическом характере модуляции оптической фазы в волоконном контуре.

5. Метод оптической когерентной томографии для исследования внутренней структуры оптически неоднородных сред (в том числе биоткани) по характеристикам рассеяния и по поляризационным изменениям может быть реализован в волоконном варианте на основе как анизотропного, так и изотропного волокна.

6. Возможно создание высокоэффективного интерферометра для реализации "цветного" видения в ОКТ, использующего одновременно зондирующее излучение на двух (потенциально и более) широкополосных источниках на существенно различных длинах волн (0,8 и 1,3 мкм) с характеристиками, приближающимися к предельным значениям для соответствующих "одноволновых" интерферометров. Оптимизация параметров интерферометра на обеих длинах волн возможна при реализации разработанных методов компенсации разности дисперсии в его плечах и управления спектральными характеристиками волоконных элементов.

Практическая ценность диссертации состоит в следующем:

Научная и практическая ценность второй главы диссертации заключается в демонстрации эффективности повышения когерентности естественной компоненты ширины линии одночастотного газового He-Ne лазера при существенном увеличении превышения порога генерации (выше порога перехода в трехчастотный режим). Режим повышенной интенсивности колебаний в одночастотном режиме достигается за счет селекции одного продольного типа колебаний при помещении тонкой металлической пленки в узел стоячей волны внутри резонатора и снижения нерезонансных потерь. Практически важно, что, поскольку при такой селекции подавляются все, кроме одного продольного типа колебаний, продольные размеры линейного лазера не ограничены. Вследствие этого можно существенно увеличить объем рабочей оптической моды и увеличивать интенсивность колебаний. Принципиально важно, что при увеличении объема моды снижается объемная плотность шумовой составляющей оптического поля, обусловленного спонтанным излучением активной среды, которая является основной причиной возбуждения естественных флук-туаций излучения.

Наличие малого уровня естественной компоненты ширины линии лазера на волне 0,63 мкм (около 10"3 Гц) позволило провести интерференционные измерения сверхмалых изменений оптического пути с амплитудой 10"17 м. Колебания оптического пути, которые при измерении создавались перемещениями зеркала, могут производиться также за счет ряда физических воздействий на оптически прозрачные среды, приводящих к модуляции показателя преломления. Практическая значимость проведенных исследований заключается и в том, что данным, экспериментально апробированным методом можно повышать чувствительность интерференционных измерений и далее, совершенствуя лазер на основе современных достижений в оптической технологии.

Значимость результатов, полученных в третьей главе, заключается в разработке метода поляризационной нелинейной спектроскопии, основанной на резонансном нелинейном взаимодействии различно поляризованных когерентных встречных волн лазерного излучения с разреженной газообразной средой - метаном. Внутридоплеровские измерения в пределах естественной ширины линии метана для сверхмалых изменений состояния поляризации при двух состояниях поляризации сильной насыщающей волны и сравнение с теорией явилось основой нового метода определения констант дихроизма и двулучепреломления в газовой сред, а также констант вращательной и поступательной релаксации индуцированного возбуждения. Сопоставление эксперимента и теории позволило также оценить соотношение вкладов эффекта наведенной решетки разности населенностей, предсказанного Якубовичем [1], и механизма наведенной анизотропии, описанного Хен-шем [2].

Практическая важность результатов по восстановлению состояния поляризации (обращению поляризации) при распространении света в анизотропной и неоднородной волоконно-оптической среде, представленных в четвертой главе, заключается в том, что было доказана работоспособность метода в оптических диэлектрических волноводах с произвольной анизотропией показателя преломления и дихроичностью в двупроходных схемах с использованием 45° фарадеевских зеркал. Этот метод нашел широкое применение в волоконной оптике в широком спектре приложений и физических экспериментов. Большое значение, на наш взгляд, будет иметь исследованный в диссертации вариант кольцевого фарадеевского зеркала, в котором устранены температурные нестабильности эффекта компенсации и повышена его широкополосность.

Научную и практическую значимость имеет проведенное в главе 5 исследование флуктуационных и динамических явлений в кольцевых волоконно-оптических датчиках вращения, основанных на эффекте Саньяка с низкокогерентным источником излучения, которое выявило ряд новых, не исследованных ранее причин, ограничивающих предельную чувствительность метода, связанных не только с квантовыми шумами. Исследования показали, что сдвиг нуля датчика определяется не только поляризационной невзаимностью и уровнем амплитудного коэффициента экстинкции поляризатора, но и (более сильным фактором) - анизотропией фазового модулятора при его несимметричном расположении в волоконном кольце. В экспериментальных исследованиях были подтверждены выводы теоретических исследований, а также были обнаружены новые явления. В частности, впервые была определена роль некогерентного влияния обратно возвращенной волны на источник излучения и появления дополнительной амплитудной модуляции, в результате которого существенно изменяются параметры наблюдаемых сигналов, что усложняет интерпретацию измерений и стабильность работы датчика. Эффект реакции на источник в той, или иной мере присущ схемам кольцевого интерферометра Саньяка.

Научная и практическая значимость шестой и седьмой главы диссертации обусловлена важностью исследований в новом направлении низкокогерентной волоконно-оптической интерферометрии, в результате которых впервые был создан метод оптической когерентной томографии (ОКТ) с возможностью получения ОКТ изображения внутренней структуры биологической ткани с пространственным разрешением около 10 мкм. Показана возможность применения ОКТ-метода в практической медицине для исследования ранних стадий патологии, в том числе и онкологического характера. Первоначально выбранное направление при разработке методов ОКТ, основанное на создании оптических схем низкокогереитной интерференции на анизотропном волокне, позволило с самого начала работ развивать эндоскопические приложения с гибким зондом. Несмотря на многочисленные зарубежные исследования, цельноволоконный вариант ОКТ с эндоскопическим зондом был разработан нами впервые. Были исследованы особенности распространения фемтокоррелированного излучения в волоконно-оптических световодах с различной анизотропией, в результате которых были определены основные ограничительные факторы для приема, наблюдения и построения изображений при сверхмалых порциях рассеянного биологической средой зондирующего излучения. Были найдены новые оптические методы интерферометрии, в результате которых были реализованы предельные возможности ОКТ-метода, позволяющие получать изображения при нестабильной во времени геометрии оптических волоконных трасс и нестабильности внешних воздействий. Разработанные приборы успешно используются в научной, экспериментальной и медицинской практике в России, США, Германии, Финляндии. Успешная сертефикация прибора в России ускорит внеднение метода ОКТ в медицинскую диагностику различной, в том числе и онкологической патологии. В настоящее время изложенные результаты по созданию ОКТ-методов можно рассматривать как задел и основа для дальнейшего развития этого нового направления низкокогерентной интерферометрии, и, в частности, для разработки скоростных спектральных методов ОКТ.

Важным результатом также является показанная возможность использования слабо оптически связанных поляризационных каналов анизотропного волокна в поляризационных ОКТ-измерениях для выявления деполяризующих участков биологических структур. Такая информация важна при распознавании онкологических изменений при бесстуктур-ном характере ОКТ изображений биоткани. Не менее важным представляется, неожиданная на первый взгляд, возможность использования изотропного волокна для кросс-поляризационной ОКТ, а также и для поляризационно-чувствительной ОКТ при условии наведенного в волокне произвольного уровня анизотропии.

Апробация работы. Основные результаты, изложенные в диссертации, неоднократно докладывались на семинарах в Институте прикладной физики РАН, а также на следующих конференциях: XVI, XVII, XVIII Научно-тех. конф. памяти Н.Н.Острякова (Ленинград, 1988, 1990, 1992); VII Всесоюзн. совещания "Кристаллические оптические материалы" (Ленинград, СССР, 1989); ISFOC (С.-Петербург, СССР, 1991, 1993); CLEO (Балтимор, 1995, 1997, 1999; Анахейм, 96; Сан-Франциско, 98); MPLP'2004 (Новосибирск, 2004, 2005); 17th International Cancer Congress, (Рио-де-Жанейро, 1998); CLEO Europe (Глазго, 1998); LPHYS (Братислава, 2002; Триест, 2004) (ВВО, Вухань, 2006).

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, четырех приложений и списка дитературы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Приведем основные результаты работы.

1. Разработан гелий-неоновый лазер на волне 0,63 мкм с превышением около 2,7, достигнутым за счет повышения добротности резонатора в одночастотном режиме. Спектральная область одночастотной генерации 2 ГГц, перекрывающая около 18-ти межмодо-вых интервалов, получена при селекции продольных типов колебаний с использованием поглощающей металлической пленки в узле стоячего поля. По измерениям естественных флуктуаций частоты излучения такого лазера методом гетеродинной интерферометрии определено значение естественной компоненты ширины линии на уровне 0,001 Гц. Эта величина в 80 раз меньше естественной ширины одночастотного He-Ne лазера на волне 0,63 мкм без селекции, в котором было реализовано максимальное превышение 1,5 вблизи границы возбуждения трехмодового режима [30, 31]. Во всем диапазоне превышений наблюдалась обратно-пропорциональная зависимость естественной ширины линии от выходной мощности излучения.

2. Проведены измерения сверхмалых колебательных относительных изменений длины резонатора He-Ne лазера (на волне 0,63 мкм) около 7-Ю'18 Гц"1/2 при абсолютных смещениях на уровне десятков наноангстрем (~ 10'17 мТц1/2) с использованием достигнутого уровня монохроматичности. Это соответствует чувствительности при фазовых измерениях на уровне 3-Ю*10 радТц"1/2. При использовании современных лазерных зеркал с малым уровнем потерь и разработке технологии изготовления многослойного металлического селектора, согласно оценке, при измерении сверхмалых смещений можно на два - три порядка повысить предел чувствительности, определяемый естественными причинами.

3. Проведено экспериментальное исследование влияния интенсивности генерации на источники естественных флуктуаций амплитуды и частоты в He-Ne лазерах, обусловленные спонтанным излучением активной среды. Выявлено, что источники флуктуаций амплитуды в линейном лазере и разности частот встречных волн в кольцевом имеют разные зависимости от интенсивности колебаний и соответствуют теоретическим выводам работы [3]. Такие закономерности важны для оценки уровня естественных флуктуаций при существенно больших превышениях.

4. Экспериментально на волне 3,39 мкм исследованы резонансные дихроизм и двойное лучепреломление в пределах однородной ширины неоднородно-уширенной линии поглощения F^ (перехода Р (7) полосы V3) метана, наведенные при распространении в среде пробной и встречной сильной волны. Определены закономерности изменения поляризации пробной волны при линейной и круговой поляризациях сильной волны. Проведено сопоставление экспериментальных результатов с выводами векторной теории взаимодействия излучения с веществом, описывающей исследуемые явления в приближенном рассмотрении среды, как среды Р-типа с круговой поляризацией дипольного момента. Показано, что экспериментальные результаты описываются теорией лишь тогда, когда в дихроизм и двойное лучепреломление для волн пробного поля сопоставимые по величине вклады вносят два эффекта. Это индуцированное (полем сильной бегущей волны) анизотропное распределение инвертированных резонансных частиц и созданная общим интерференционным полем решётка разности населённости, которая добавляет полям нормальных волн отражённую часть поля сильной волны. По результатам экспериментальных данных помимо дихроизма (Da «10"4 см"1) и двойного лучепреломления (kDn « 5-10"5 см' ') определен коэффициент трансляционной диффузии (Р « 4,2 х 1СГ5), характерное время вращательной диффузии (£, « 0,83) индуцированного насыщения рабочего перехода.

5. Впервые в оптическом одномодовом волокне проведено экспериментальное наблюдение эффекта обращения поляризации света при двукратном прохождении световода (в простейшей НЕц-моде) и магнитооптической 45° ячейки Фарадея ("фарадеевского зеркала") в условиях квазистатического распространения. Показано, что волокно при этом может обладать не только фазовой, но и амплитудной анизотропией. Экспериментально показано, что недостатки "фарадеевского зеркала", такие как температурная зависимость фарадеевского эффекта и его недостаточная широкополосность, полностью устраняются в варианте фарадеевского зеркала на основе поляризационного кольцевого интерферометра. Эффект обращения поляризации впервые наблюдался экспериментально в волоконных двухпроходных интерферометрах Майкельсона и Маха Цандера.

6. В рамках работ по кольцевой гироскопии, основанной на эффекте Саньяка, проведено исследование основных причин, приводящих к появлению не связанных с вращением сигналов, а также причин, определяющих предельную чувствительность волоконно-оптического кольцевого интерферометра (ВКИ) как датчика угловой скорости. В том числе обнаружено и исследовано влияние фазовой анизотропии модулятора на появление на выходе ВКИ не связанных с вращением и с поляризационной невзаимностью дополнительных сигналов, как слабых синфазных полезному сигналу, так и более значительных -квадратурных. Предложен и экспериментально реализован метод проверки отсутствия поляризационной невзаимности в контуре ВКИ. Установлено, что уровень предельной чувствительности к вращению определялся главным образом избыточными шумами источника излучения, обусловленными биениями его спектральных компонент. Разработан метод автоматической стабилизации "масштабного коэффициента" - коэффициента пропорциональности выходного сигнала и скорости вращения. Достигнуто 130-кратное

295 уменьшение зависимости масштабного коэффициента от интенсивности света на выходе интерферометра без ухудшения предельной чувствительности.

С целью проверки результатов исследований создан опытный макет датчика вращения среднего класса точности на волну 0,8 мкм на одномодовом волокне длиной 500 м в объеме 0,35 дм3 по стандартной схеме интерферометра Саньяка с введением деполяризатора. В макете реализован малый уровень подставки - около 3 град/час с величиной постоянного дрейфа менее 1 град/час (невзаимная разность фаз встречных волн Ai)>n = 1,4-10"5 рад/час) в течение трехчасового наблюдения при чувствительности на уровне 0,1 град/час (Дфм=1,3-10'6 рад/час).

7. Рассмотрены методы низкокогерентной волоконной интерферометрии для временного метода ОКТ при использовании анизотропного волокна. Обнаружен эффект поляризационной многоканальности, проявляющийся в усложнении вида кросскорреляционной функции интерферометра по сравнению с автокорреляционной функцией низкокогерентного источника света. Разработан метод исследования распространения низкокогерентного излучения в волоконном оптическом тракте с дефектами анизотропии методом корреляционно-временного анализа при помощи вспомогательного скомпенсированного интерферометра Майкельсона. Обнаружен эффект вычитания сигналов при анализе паразитной связи первого порядка малости корреляционным методом и найдены условия их оптимального наблюдения. Разработаны методы уравнивания и компенсации разности дисперсии в плечах интерферометра при относительной ширине спектра источника в единицы процентов.

8. Найден метод снижения влияния нерегулярной связи ортогональных мод волокна на ОКТ изображения, приводящей к появлению паразитных когерентных волн, за счет использования эффекта поляризационной дисперсии анизотропного волокна. Показано, что существует оптимальная конфигурация интерферометра, в которой в сигнальном плече использована медленная поляризационная волна, а в опорном - быстрая, при которой сигналы, обусловленные паразитными волнами, устраняются из информационного пространства.

9. На основе разработанных волоконно-оптических элементов создан ряд схем ОКТ на анизотропном волокне с источниками в ИК диапазоне с ширинами спектров в единицы процентов. При динамическом диапазоне наблюдения сигнала около 40 дБ реализована чувствительность 100- 110 дБ относительно уровня зондирующей волны при времени приема рассеянного света 3-10'5с. Разработана схема интерферометра, позволяющая в четыре раза более эффективно использовать мощность источника в методе ОКТ.

10. Впервые создан двухволновый интерферометр на поляризационно-сохраняющем волокне для оптической когерентной томографии, позволяющий получать изображения внутренней структуры живой биоткани одновременно на волнах 0,83 мкм и 1,3 мкм при точном пространственном и временном совмещении элементов изображения. С этой целью найден метод компенсации неравенства влияния материальной и волновой дисперсий в едином интерферометре одновременно на двух далеко разнесенных длинах волн. Разработан также метод спектральной настройки точного половинного разделения оптической мощности волоконного ответвителя одновременно на двух, далеко отстоящий волнах (0,83 мкм и 1,3 мкм).

11. Разработаны новые поляризационные методы ОКТ. В частности, создан метод кроссполяризационной ОКТ на анизотропном волокне при линейной поляризации зондирующей волны. Для его реализации создана двухканальная интерференционная схема, использующая для приема света независимые волны в волокне с ортогональными поляризациями. Созданы условия для приема рассеянного света в исходной и ортогональной поляризации с динамическим диапазоном не менее 40 дБ.

Кроме того, предложен и реализован метод кросс-поляризационной оптической когерентной томографии на одномодовом волокне со слабой анизотропией, наведенной произвольными изгибами волокна при его укладке и движениях зонда. Этим методом получаются изображения внутренней структуры биоткани в исходной и строго ортогональной поляризации. В основе метода использовано свойство сохранения ортогональности двух волн при их распространении в одномодовом волокне при произвольных внесенных фазовых возмущениях и при отсутствии анизотропии поглощения. Несмотря на движения гибкого выносного волоконного зонда, сохраняется высокий динамический диапазон интерференционного приема рассеянного света не менее 40 дБ не только в основном, но и в ортогональном канале.

В обеих реализациях метода возможно измерение собственного двулучепреломления биоткани.

Общее количество основных результатов -11.

1. Якубович Е.И. О взаимодействии встречных волн в нелинейной квазиоптике // ЖЭТФ. - 1969. - Т. 56, № 2. - С.676-682.

2. Weiman С., Hansch T.W. Doppler-free laser polarization spectroscopy // Phys. Rev. Lett.- 1976. V. 36, N. 20. - P. 1170-1173.

3. Зейгер С.Г., Климонтович Ю.Л., Ланда П.С., Ларионцев Е.Г., Фрадкин Э-Е. Волновые и флуктуационные процессы в лазерах. М.: Наука., 1974. - 415 с.

4. Bergh R.A., Lefevre Н.С., Shaw H.J. An overview of fiber-optic gyroscopes // Journal of Lightwave Technology. 1984. - V. LT-2, N. 2. - P. 91-107.

5. Kim B.Y., Shaw H.J. Gated phase-modulation approach to fiber-optic gyroscope with linearized scale factor // Optics Lett. 1984. - V. 9, N. 8. - P. 375-377.

6. Борн M., Вольф Э. Основы оптики. Наука. Главная редакция физ. Мат. литературы, -1973.-719 с.

7. Вавилов С.И. Собрание сочинений. Издательство академии наук СССР, 1956. -470 с.

8. Ryabukho V., Lyakin D., Lobachev M. Longitudinal pure spatial coherence of* a light field with wide frequency and angular spectra // Optics Lett. 2005. - V. 30, N. 3. - P. 224-226.

9. Берштейн И.Л. Опыт Саньяка на радиоволнах // Докл. АН СССР. 1950. - Т. 75, № 5.- С.635-638.

10. Брусин И.Я., Горелик Г.С., Пиковский С.А. Исследование колебаний, весьма малых по сравнению с длиной световой волны, посредством гармонического анализа модулированной интерференционной волны //Докл. АН СССР. 1952. - Т. 83, № 4. - С.553-556.

11. Горелик Г.С. О применении модуляционного метода в оптической интерферометрии // Докл. АН СССР. 1952. - Т. 83, № 4. - С.549-552.

12. Берштейн И.Л. К обзору "Модуляционная интерферометрия" // Успехи физических наук. 1953. - Т. 49, № 4. - С.631-633.

13. Берштейн И.Л. Об измерении весьма малых изменений разности хода двух световых колебаний. // Докл. АН СССР. 1954. - Т. 94, № 4. - С.655-658.

14. Левич В.Г. Введение в статистическую физику. Государственное издательство технико-теоретической литературы. 1954. - 528 с.

15. Mandel L. Fluctuations of light beams. // Progress in Optics/ Ed. by E. Wolf. Vol. 1 LAmsterdam: North-Hall. Publ.Corp., - 1963. - P. 183-250

16. Ахманов С.А., Дьяков Ю.Е., Чиркин A.C. Введение в статистическую радиофизику и оптику. Москва: Наука, 1981. - 640 с.

17. Бертен Ф. Основы квантовой электроники. Москва: Мир, 1971. - 629 с.

18. Горелик Г.С. О демодуляционном анализе света // Успехи физических наук. 1947.-Т. 34, № 3. - С.321-333.

19. Горелик Г. О возможности малоинерционного фотометрирования и демодуляцион-ного анализа света // Докл. АН СССР. 1947. - Т. 58, № 1. - С.45-47.

20. Forrester А.Т., Gudmundsen R.A., Johnson P.O. Photoelectric Mixing of Incoherent Light. //Phys. Rev. 1955. - V. 99, N. 6. - P. 1691-1700.

21. Боровицкий С.И., Горелик Г.С. Гетеродинирование света // Успехи физических наук. 1956. - Т. 59, № 3. - С.543-552.

22. Берштейн И.Л. Детектирование сплошного спектра // ЖТФ. -1941. Т. 11, № 4. -С.302-304.

23. Андронова И.А., Берштейн И.Л. Некоторые особенности работы волоконного кольцевого интерферометра. // Изв. вузов. Радиофизика.- 1989. Т. 32, № 4. - С.426-435.

24. Коронкевич В.П., Соболев B.C., Дубнищев Ю.Н. Лазерная интерферометрия. Новосибирск: Наука, 1983. - 212 с.

25. Коронкевич В.П., Ханов В.А. Лазерные интерферометры и их применение. Новосибирск: Институт автоматики и электрометрии СО АН СССР, 1984. - 102 с.

26. Коронкевич В.П., Ханов В.А. Современная лазерная интерферометрия. Новосибирск: Наука, -1985. -181 с.

27. Рытов С.М. Введение в статистическую радиофизику. Часть 1. Случайные процессы. Москва: Наука, 1976. - 496 с.

28. Зайцев Ю.И., Степанов Д.П. Флуктуации частоты газового лазера и определение естественной ширины его спектральной линии // ЖЭТФ. 1968. - Т. 55, № 5(11). - С.1645-1655.

29. Зайцев Ю.И., Степанов Д.П. Флуктуации частоты газового лазера // ЖЭТФ, Письма.- 1967.-Т. 6, №7. С.733-737.

30. Берштейн И.Л., Андронова И.А., Зайцев Ю.И. Флуктуации интенсивности и частоты излучения оптического генератора // Изв. вузов. Радиофизика.- 1967. Т. 10, № 1. - С.59-67.

31. Андронова И.А., Зайцев Ю.И. Экспериментальное исследование флуктуаций интенсивности одночастотных He-Ne лазеров на волнах 0,63 и 3,39 мк // Изв. вузов. Радиофизика. -1968. Т. 11, № 1. - С.149-152.

32. Зайцев Ю.И. Флуктуации интенсивности излучения He-Ne лазера на волне 0,63 мкм //Изв. вузов. Радиофизика. 1969. - Т. 12, № 1. - С.60-71.

33. Андронова И.А. Экспериментальное исследоване флуктуаций интенсивности одночастотного газового лазера на волне 3,39 мкм // ЖЭТФ. 1969. - Т. 56, № 2. - С.417-426.

34. Геликонов В.М., Зайцев Ю.И. О естественных флуктуациях интенсивности He-Ne лазера на волне 1,15 мкм // Изв. вузов. Радиофизика. 1970. - Т. 13, № 6. - С.904-907.

35. Арреки Ф., Скалли М., Хакен Г., Вайдлих М. Квантовые флуктуации лазера. М.: Мир, 1974. - 240 с.

36. Лэкс М. Флуктуации и когерентные явления. М.: Мир., 1974. - 299 с.

37. Schawlow A.L., Townes С.Н. Infrared avd optical Masers // Physical Review. 1958. - V. 112,N. 6.-P. 1940-1949.

38. Гайтлер. Квантовая теория излучения. М.-Л.: Техтеоретиздат, 1940. - 272 с.

39. Dorschner Т.А., Haus Н.А., Holz М., Smith I.W., Statz H. Laser Gyro at Quantum Limit // Ieee J. Quantum Electronics. 1980. - V. QE-16, N. 12. - P. 1376-1379.

40. Glauber R.J. Coherent and Incoherent States of the Radiation Field // Physical Review. -1963.-V. 131,N. 6.-P.2766-2788.

41. Берштейн И.Л., Степанов Д.П. Обнаружение и измерение малых обратных отражений лазерного излучения// Известия вузов. Радиофизика. 1973. - V. 16, N. 4. - Р. 531-536.

42. Javan A., Balik Е.А., Bond В. Frequency Characteristic of a Continuous-Wave He-Ne Optical Maser. // Journ. Opt. Soc. Amer. 1962. - V. 52, N. 1. - P. 31-38.

43. Townes C.H. Some applications of optical and infrared masers. // Advances in Quantum Electronics/ Ed. by J.R.Singer. New York: Columbia Univ. Press, -1961. - P. 1-11.

44. Yariv A., Vahala К. On the high power limit of the laser linewidth // Ieee J. Quantum Electronics. 1983. - V. QE-19, N. 6. - P. 889-890.

45. Зайцев Ю.И. О флуктуациях излучения газового лазера // ЖЭТФ. 1966. - Т. 50, № 3. - С.525-533.

46. Lamb W.E. Theory of an optical maser. // Phys. Rev. 1964. - V. 134. - P. AI429.

47. Ханин Я.И. Основы динамики лазеров. М.: Наука. Физматлит, 1999. - 368 с.

48. Тучин В.В. Динамические процессы в газоразрядных лазерах. М.: Энергоатомиздат, -1990.-248 с.

49. Ярив А. Квантовая электроника. М.: Советское радио, 1980, - 488 с.

50. Тучин В.В. Флуктуации в газовых лазерах. Саратов: Изд-во Саратовского университета, -1981. 41-61 с, 42- 164 с.

51. Четвериков В.И. О связи механизмов перехода к хаосу с синхронными режимами He-Ne лазера стоячей волны при неоднородном насыщении // Письма в ЖТФ. 1985. - Т. 11, № 8. - С.460-465.

52. Ханин Я.И. Проблемы избыточного шума и адекватные модели лазеров. // Известия вузов. Радиофизика. 2005. - Т. 47, № Ю-11. - С.799-806.

53. Halas N.J., Liu S.-N., Abraham N.B. Route to mode locking in three-mode He-Ne 3.39-mcm laser including chaos in the secondary beat frequency. // Physical Review A. 1983. - V. 28, N. 5.-P. 2915-2920.

54. Егоров Ю.П. Измерение естественной ширины линии излучения газового ОКГ со свя-занными типами колебаний. // Письма в ЖЭТФ. 1968. - Т. 8, № 10. - С.525-528.

55. Троицкий Ю.В., Голдина Н.Д. О выделении одного типа колебаний в оптическом резонаторе // Письма в ЖЭТФ. 1968. - Т. 7, № 2. - С.49-52.

56. Троицкий Ю.В. Одночастотная генерация в газовых лазерах. Н.: Наука, Сибирское отделение, 1975. - 160 с.

57. Siegman А.Е. Lasers without photons or should it be lasers with too many photons? // Appl. Phys. - 1995. - V. В 60. - P. 247-257.

58. Khandokhin P.A., Mandel P., Koryukin I.V., Nguyen B.A., Khanin Y.I. Disappearance of relaxation oscillation frequencies in amultimode solid-state laser. // Physics Letters A. 1997. - V. 235, N. 248-252.

59. Зайцев Ю.И. О естественных флуктуациях интенсивности и частоты двухмодового лазера. // Известия вузов. Радиофизика. 1970. - Т. 13, № 6. - С.898-903.

60. Зайцев Ю.И. Экспериментальное исследование флуктуаций интенсивности излучения двухмодового гелий-неонового лазера. // Квантовая электроника. 1973. - Т. 5, № 17. -С.77-86.

61. Брагинский В.Б. Отрочество экспериментальной физики // Успехи физических наук. -2003.-Т. 173,№ 1. С.89-96.

62. Jones R.V., Richards J.C. Recording of optical level // J.Sci. Instrum. 1959. - V. 36, N. 2. - P. 90-94.

63. Javan A. Lasers and applications, ed. W.S.C.Chang. Ohio: Columbus, OH: Engineering Experiment Station, Ohio State Univ., 1963.

64. Шмальгаузен В.И. Интерферометры для изучения малых колебаний // УФН. 1980. -Т. 132, № 4. - С.679-684.

65. Пахомычева JI.A., Свириденков Э.А., Сучков А.Ф., Титова JI.B., Чурилов С.С. Линейчатая структура спектров генерации ОКТ с неоднородным уширением линии усиления // Письма в ЖЭТФ. 1970. - Т. 12, № 2. - С.60-63.

66. Беликова Т.П., Свириденков Э.А., Сучков А.Ф., Титова Л.В., Чурилов С.С. ЖЭТФ. -1973.-Т. 18.-С.507.

67. Мак А.А., Орлов О.А., Устюгов В.И. Модуляционная внутрирезонаторная лазерная спектроскопия, поляриметрия и интерферометрия. // Квантовая электроника. 1982. - Т. 9, № 12. - С.2412-2422.

68. Багаев С.Н., Дычков А.С., Чеботаев В.П. Применение узких оптических резоансов для измерения малых смещений и для создания детекторов гравитационных волн. // Письма в ЖЭТФ. 1981.-Т. 33,№2.-С.85-88.

69. Bagayev S.N., Chebotayev V.P., Dychkov A.S., Goldort V.G. On the possibility of using lasers as detectors of gravitational waves. // Appl. Phys. -1981. V. 25, N. 2. - P. 161-164.

70. Троицкий Ю.В. Оценка предельной чувствительности многолучевых интерферометров для измерения перемещений //Квантовая электроника. 1998. - Т. 25, № 1. - С.89-92.

71. Lewis M.A. Sleuthing out gravitational waves // IEEE Spectrum. 1995. - V. 32, N. 5. -P. 57-61.

72. Will C.M. Bounding the mass of the graviton using gravitational-wave observations of in-spiralling compact binaries // Physical Review D. 1998. - V. 57, N. 4. - P. 2061-2068.

73. Гуляев Ю.В., Меш М.Я., Проклов B.B. Модуляционные эффекты в волоконных световодах и их применение. М.: Радио и связь, -1991. -151 с.

74. Калшо Б., Дейкин Д., Роджерс А., Дебин Б., Картер Э., Юрек Э., Дандридж А., Смит М., Дигонне М., Ким Ю., Гамблинг А., Пул С., Керстен Р. Оптоволоконные сенсоры: принципы и компоненты. М.: Мир, 1992. - 438 с.

75. Виглеб Г. Датчики. М.: Мир, 1989. - 196 с.

76. Джексон Д. Классическая электродинамика. Москва: М.: Мир, 1965. - 702 р.

77. Унтер Х.-Г. Планарные и волоконные оптические волноводы. М.: Мир, 1980. -656 с.

78. Снайдер А., Лав Д. Теория оптических волноводов. М.: Радио и связь, 1987. - 656 с.

79. Стенхольм С. Основы лазерной спектроскопии. М. Мир, 1987. - 312 с.

80. Byron К.С., Sugden К., Bricheno Т., Bennion I. Fabrication of chirped Bragg gratings in photosensitive fibre // Elect. Letters. 1993. - V. 29. - P. 1659-1660.

81. Johnstone W., Stewart G., Hart Т., Culshaw B. Surface plasmon polaritons in thin metal films and their role in fiber optic polarizing devices // Journal of Lightwave Technology. 1990. -V. 8,N. 4.-P. 538- 544.

82. Hurwitz H., Jones R.C. A New Calculus for the Treatment of Optical Systems. II. Proof of Three General Equivalence Theorems //JOSA. -1941. V. 31. - P. 493-499.

83. Алексеев Э.И., Базаров E.H., Израелян В.Г. О теоремах эквивалентности поляризационной оптики и оптики одномодовых световодов. // Квантовая электроника. 1984. - Т. 11, № 2. - С.397-400.

84. Гурьянов А.Н., Гусовский Д.Д., Девятых Г.Г., Дианов Е.М., Карасик А.Я., Козлов

85. B.А., Миракян М.М., Прохоров A.M. Поляризационные свойства одномодовых волоконных световодов со слабым двулучепреломлением // Квантовая электроника. -1981. Т. 8, № 11.1. C.2473-2478.

86. Rashleigh S.C. Origins and control of polarization effects in single-mode fibers // Journal of Lightwave Technology. 1983. - V. LT-1,N. 2. - P. 312-331.

87. Noda J., Okamoto K., Sasaki Y. Polarization-maintaining fibers and their applications // Journal of Lightwave Technology. 1986. - V. LT-4, N. 8. - P. 1071-1089.

88. Okoshi Т., Kikuchi H. Heterodyne-type optical fiber communications. // J. Opt. Commun. -1981.-V. 2, N. 3. P. 82-88.

89. Yamamoto Y., Kimura T. Coherent optical fiber transmission systems. // IEEE J. Quantum. Electron. -1981. V. QE-17,N. 6. - P. 919-935.

90. Kaminow I.P. Polarization in optical fibers // IEEE Journal of Quantum Electronics. -1981.-V. QE-17, N. l.-P. 15-22.

91. Payne D.N., Barlow A.J., Ramskov Hansen J.J. Development of low- and high-birefringence optical fibers // IEEE Journal of Quantum Electronics. 1982. - V. QE-18, N. 4. -P. 477-488.

92. Eickhoff W. Measurement of the spatial distributions of random polarization coupling in single-mode fibers // Proc. 9th Europe. Conf. Opt. Commun. 1983. P. 197-200.

93. Nakazawa M., Tokuda M., Negishi Y. Measurement of polarization-mode coupling along a polarization-maintaining optical fiber using backscattering tecnique // Opt. Lett. 1983. - V. 8, N. 10.-P. 546-548.

94. Nakazawa M., Shibata N., Tokuda M., Negishi Y. Measurement of polarization-mode coupling along polarization-maintaining single-mode optical fibers // J. Opt. Soc. Amer. A. 1984. -V. 1,N.3.-P. 285-292.

95. Tsubokawa K., Shibata N., Seikai S. Evaluation of polarization-mode coupling coefficient from measurement of polarization-mode-dispersion // J. Lightwave Technol. 1985. - V. LT-3,1. N. 4. P. 850-854.

96. Takada К., Noda J., Sasaki Y. Measurement of spatial distributions of mode coupling in polarization-maintaining fibers // Electron Lett. 1984. - V. 20, N. 3. - P. 119-121.

97. Александров А.Ю., Залогин A.H., Козел C.M., Листвин В.Н., Юшкайтис Р.В. Определение параметра сохранения состояния поляризации в анизотропных одномодовых волоконных световодах // Радиотехника и электроника. 1989. - Т. 34, № 6. - С.1555-1558.

98. Андронова И.А., Малыкин Г.Б. Физические проблемы волоконной гироскопии на эффекте Саньяка // УФН. 2002. - Т. 172, № 8. - С.849-873.

99. Bohm К., Petermann К., Weidel Е. Performance of Lyot depolarizers that birefringent single-mode fibers // Journal of Lightwave Technology. 1983. - V. LT-1, N. 1. - P. 71-74.

100. Малыкин Г.Б. Деполяризатор немонохроматического излучения для волоконного кольцевого интерферометра// Оптика и спектроскопия. 1993. - Т. 75, № 6. - С.1314-1319.

101. Grosskopf G., Ludvig R., Waarts R.G., Weber H.G. Optical amplifier configurations with low polarization sensitivity. // Electron. Lett. 1987. - V. 23. - P. 1387-1388.

102. Lefevre Y.C. Single-mode fiber fractional wave devices and polarization controllers // Electron. Lett. 1980. - V. 16, N. 20. - P. 778-780.

103. Giuliani G., Ristori P. Polarization flip cavities: a new approach to laser resonators. // Optics communications. 1980. - V. 35, N. l.-P. 109-112.

104. Nelson M.A., Davies T.J., Lyons P.B., Golob J.E., Looney L.D. A fiber-optic time domain reflectometer // Soc. Photo-Optical Instrumentation Engrs; Bellingham, WA, USA. Washington, DC, USA, 1978.-P. 93-97.

105. Lubnau D.G. Polarization backscatter analysis of field distributions using fiber optics // Applied Optics. 1983. - V. 22, N. 3. - P. 377-378.

106. Youngquist R.C., Carr S., Davies D.E.N. Optical coherence-domain reflectometry: a new optical evaluation technique // Optics Letters. 1987. - V. 12, N. 3. - P. 158-160.

107. Takada K., Yokohama I., Chida K., Noda J. New measurement system for fault location in optical waveguide devices based on an interferometric technique // Applied Optics. 1987. - V. 26, N. 9.-P. 1603-1607.

108. Huang D., Swanson E.A., Lin C.P., Schuman J.S., Stinson W.G., Chang W., Нее M.R., Flotte Т., Gregory K., Puliafito C.A., Fujimoto J.G. Optical coherence tomography // Science. -1991. V. 254, N. 5035. - P. 1178-1181.

109. Fercher A.F., Hitzenberger C.K., Drexler W., Kamp G., Sattmann H. In vivo optical coherence tomography letter. //Am J Ophthalmol. 1993. - V. 116, N. 1. - P. 113-114.

110. Schmitt J.M. Optical coherence tomography (OCT): A review // IEEE J. of Selected Topics in Quantum Electronics. -1999. V. 5, N. 4. - P. 1205-1215.

111. Brezinski M.E., Fujimoto J.G. Optical Coherence Tomography: High Resolution Imaging in Nontransparent Tissue // IEEE J. Selected Topics in Quantum Electron. 1999. - V. 5. - P. 11851192.

112. Fercher A.F. Optical coherence tomography // J. Biomedical Opt. 1996. - V. 1, N. 2. - P. 157-173.

113. Тучин B.B. Лазеры и волоконная оптика в биомедицинских исследованиях. Изд-во Сарат. ун-та, 1998.-384 с.

114. Тучин В.В. Исследование биотканей методами светорассеяния // УФН. 1997. - Т. 167, № 5. - С.517-539.

115. Pawley J.B. Handbook of biological confocal microscopy. Rev. Ed. New York: Plenum Press, 1990.-232 p.

116. Wilson T. Confocal Microscopy, ed. T. Wilson. London,: San Diego: Academic Press, 1990.-426 p.

117. Долин Л.С., Левин И.М. Справочник по теории подводного видения. Гидрометеоиз-дат, 1991. - 230 с.

118. Dolin L.S., Levin I.M. Optics, underwater in Encyclopedia of Applied Physics. 1995. p. 571-582.

119. Нее M.R., Izatt J.A., Jacobson J.M., Fujimoto J.G., Swanson E.A. Femtosecond transillumination optical coherence tomography // Optics Letters. 1993. - V. 18, N. 12. - P. 950-952.

120. Gildea J. Low light level TV techniques //Appl. Opt. 1970. - V. 9. - P. 2230-2235.

121. Duguay M.A., Mattick A.T. Ultrahigh speed photography of picosecond light pulses and echoes//Appl. Opt. -1971.- V. 10. P. 2162-2170.

122. Fujimoto J.G., De Silvestri S., Ippen E.P., Puliafito C.A., Margolis R., Oseroff A. Femtosecond optical ranging in biological systems // Opt. Lett. 1986. - V. 11, N. 3. - P. 150-152.

123. Fercher A.F., Mengendoht K., W. W. Eye-length measurement by interferometry with partially coherent light // Opt. Lett. 1988. - V. 13, N. 3. - P. 186-188.

124. Swanson E.A., Izatt J.А., Нее M.R., Huang D., Lin C.P., Schuman J.S., Puliafito C.A., Fujimoto J.G. In vivo retinal imaging by optical coherence tomography // Optics Letters. 1993. - V. 18, N. 21. - P. 1864-1866.

125. Brand S., Poneros J.M., Bouma B.E., Tearney G.J., Compton C.C., Nishioka N.S. Optical coherence tomography in the gastrointestinal tract // Endoscopy. 2000. - V. 32, N. 10. - P. 796803.

126. Yen Y., Ulrich R. Birefringence measurement of fiber-optic devices // Applied Optics. -1981.-V. 20,N. 15.-P.2721-2725.

127. Берштейн И.Л., Рогачев В.А. Поворот плоскости поляризации из-за взаимодействия встречных волн в диапазоне 3.39 мкм // Известия вузов. Радиофизика.- 1970. Т. 13, № 1. -С.33-36.

128. Townes С.Н. Advances in Quantum Electronic, ed. J.R. Singer. New Yirk - London, 1961.

129. Геликонов B.M., Малыкин Г.Б. Естественные флуктуации частоты He-Ne/CH4 лазера (3,39мкм)//Квантоваяэлектроника. 1983.-Т. 10,№ 1. -С.145-148.

130. Малахов А.Н. Флуктуации в автоколебательных системах. М.: Наука, - 1968. - 660 с.

131. Геликонов В.М., Маркелов В.А. Экспериментальное исследование влияния интенсивности генерации на источники естественных флуктуаций в He-Ne лазерах // Квантовая электроника. 1993. - Т. 20, № 9. - С.843-845.

132. Берштейн И.Л. Флуктуации излучения газового лазера с кольцевым резонатором // Известия вузов. Радиофизика. -1971. Т. 14, № 2. - С.252-262.

133. Геликонов В.М., Туркин А.А. О естественных флуктуациях разности частот встречных волн в кольцевом лазере // Квантовая электроника. -1981. V. 8, N. 11. - Р. 2468-2472.

134. Басаев А.Б., Мазанько И.П., Молчанов М.И. Измерение интенсивности источников естественных флуктуаций в неон-гелиевых лазерах // Радиотехника и электроника. 1978. -Т. 23, № 10.-С.2184-2188.

135. Стратонович Р.Л. Избранные вопросы теории флуктуаций в радиотехнике. Сов. радио., -1961. 558 с.

136. Геликонов В.М. Измерение наноангстремных колебательных перемещений при помощи газового лазера с малой шириной естественной линии // Известия вузов. Радиофизика.-1998.-Т. 41, № И. С.1473-1486.

137. Remple G., Thompson R.J., Kimble H.J., Lalezari R. Measurement of ultralow losses in an optical interferometer // Opt. Lett. 1992. - V. 17, N. 5. - P. 363-365.

138. Spiller E. Low-loss reflection coating using absorbing materials. // Appl. Phys. Lett. 1972.- V. 20, N. 9. P. 365-367.

139. Бонч-Бруевич A.M., Ходовой В.А., Хромов В.В. Индуцированное круговое двулуче-преломление в парах рубидия // Оптика и спектроскопия. 1973. - Т. 34, № 1. - С.195-197.

140. Арутюнян В.М., Папазян Т.А., Адонц Г.Г., Карменян А.В., Ишханян С.П., Хольц Л. Резонансное вращение плоскости поляризации в парах калия //ЖЭТФ. 1975. - Т. 68, № 1. -С.44-50.

141. Sargent III М. Polarized field saturation spectroscopy // Phys. Rev. A. 1976. - V. 14, N. 1.- P. 524-527.

142. Штерт Ф., Фишер Р., Майзель Э., Ритце Г.Г. Высокоразрешающая поляризационная спектроскопия // Квантовая электроника. 1977. - Т. 4, № 12. - С.2620-2624.

143. Геликонов B.M., Зайцев Ю.И., Кутырев Д.В., Малыкин Г.Б., Миловский Н.Д. Поляризационные эффекты при взаимодействии встречных волн в изотропных резонансных средах // Известия вузов. Радиофизика.- 1999. Т. 42, № 11. - С. 1054-1077.

144. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. М.: Гостехиздат, 1957.- 569 с.

145. Летохов B.C., Чеботаев В.П. Нелинейная лазерная спектроскопия сверхвысокого разрешения. М.: Наука, 1990. - 377 с.

146. Ulrich R., Johnson М. Fiber-ring interferometer: polarization analysis // Optics Letters. -1979.-V. 4, N.5.-P. 152-154.

147. Зельдович Б.Я., Пилипецкий Н.Ф., Шкунов B.B. Обращение волнового фронта. Наука,- 1985.-247 с.

148. Рагульский В.В. ОВФ при вынужденном рассеянии света. Наука, 1990. - 181 с.

149. Дмитриев В.Г. Нелинейная оптика и обращение волнового фронта. Физматлит, 2000. -256 с.

150. Беспалов В.И., Пасманик Г.А. Нелинейная оптика и адаптивные лазерные системы. Наука,- 1985.- 133 с.

151. Andreev N., Khazanov Е., Pasmanik G., Sidorin C.V., Shklovsky E.I. Locked phase conjugation for two-beam coupling of pulse repetition rate solid-state laser // IEEE Journal of Quantum Electronics. -1991.-V.27,N. l.-P. 135-142.

152. Andreev N., Khazanov E., Palashov O., Pasmanik G. Phase conjugation to upgrade efficiency of solid-state-laser energy conversion to narrow band TEMoo mode pulses // IEEE Journal of Quantum Electronics. 1994. - V. 30, N. 2. - P. 305-313.

153. Rockwell D.A. A review of phase-conjugate solid-state laser // IEEE Journal of Quantum Electronics. 1988. - V. 24, N. 6. - P. 1124-1140.

154. Геликонов B.M., Леонов В.И., Новиков M.A. Волоконно-оптический датчик /А.с. 1315797 А1 СССР, Заявлено 04.05.84; Опубл. 07.06.87. Бюл. 21. С.З.

155. Геликонов В.М., Гусовский Д.Д., Леонов В.И., Новиков М.А. О компенсации двупре-ломления в одномодовых волоконных световодах // Письма в ЖТФ. 1987. - Т. 13, № 13. -С.775-779.

156. Goto К., Sueta Т., Makimoto Т. Traveling-Wave Light-Intensity Modulators Using the Method of Polarization-Rotated Reflection. // IEEE Journal of Quantum Electronics. 1972. - V. QE-8, N. 6. - P. 486-493.

157. Enokihara A., Izutsu M., Sueta T. Optical fiber sensors using the method of polarization-rotated reflection // Journal of Lightwave Technology. 1987. - V. LT-5, N. 11. - P. 1584-1590.

158. Olsson N.A. Polarisation-independent configuration optical amplifier // Electron. Lett. -1988.-V.24,N. 17.-P. 1075-1076.

159. Martinelli M. A universal compensator for polarization changes induced by birefringence on a retracing beam. // Optics Communications. 1989. - V. 72, N. 6. - P. 341-344.

160. Kersey A.D., Marrone M.J., Davis M.A. Polarisation-insensitive fibre optic Michelson interferometer// Electronics Letters. -1991. V. 27, N. 6. - P. 518-519.

161. Kaminow I.P. Polarization-maintaining fibers // Martinus Nijhoff; The Hague, Netherlands. Cargese, Corsica, France, 1984. - P. 209-254

162. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. 1982. - 624 с.

163. Шерклифф У. Поляризованный свет. Мир, 1965. - 64 с.

164. Маркелов В.А., Новиков М.А., Туркин А.А. Экспериментальное наблюдение нового невзаимного магнито-оптического эффекта // Письма в ЖЭТФ. 1977. - Т. 25. - С.404-406.

165. Birch R. Fabrication and characterisation of circulary birefringent helical fibers // Electron. Letters. 1987. - V. 23. - P. 50-52.

166. Ulrich R., Simon A. Polarization optics of twisted single-mode fibers // Appl. Opt. 1979. -V. 18,N. 13.-P. 2241-2251.

167. Геликонов B.M., Геликонов Г.В., Иванов B.B., Новиков M.A. Фарадеевский компенсатор взаимной оптической анизотропии на основе поляризационного кольцевого интерферометра // Письма в ЖТФ. 1999. - Т. 25, № 10. - С.57-63.

168. Геликонов В.М., Леонов В.И., Новиков М.А. Оптическая анизотропия в одномодовых оптических волноводах при двойном проходе и методы ее компенсации // Квантовая электроника. 1989. - Т. 16, № 9. - С.1905-1910.

169. Okamoto К., Takada К., Kawachi М., Noda J. All-PANDA-fibre gyroscope with long-term stability // Electronics Letters. 1984. - V. 20, N. 10. - P. 429-430.

170. Kim B.Y., Shaw H.J. Phase-reading, all-fiber-optic gyroscope // Optics Letters. 1984. - V. 9, N.8.-P. 378-381.

171. Burns W.K., Moeller R.P., Villarruel C.A., Abebe M. Fiber-optic gyroscope with polarization-holding fiber // Optics Letters. 1983. - V. 8, N. 10. - P. 540-542.

172. Gur'yanov A.N., Gusovskii D.D., Devyatykh G.G., Dianov E.M., Karasik A.Y., Kozlov V.A., Prokhorov A.M., Senatorov A.K. High-sensitivity fiber-optic rotation sensor // Dok-lady Akademii Nauk SSSR. 1983. - V. 269, N. 1-3. - P. 334-340.

173. Vali V., Shorthill R.W. Fiber ring interferometer // Applied Optics. 1976. - V. 15, N. 5. - P. 1099-1100.

174. Abbas G.L., Chan V. W.S., Yee Т.К. Local-oscillator escess-noise suppression for homo-dyne and heterodyne detection // Optics Letters. 1983. - V. 8, N. 8. - P. 419-421.

175. Bohm K., Petermann K., Weidel E. Sensitivity of fiber-optic gyroscope to environ-mental magnetic fields // Opt. Lett. 1982. - V. 7, N. 4. - P. 180-182.

176. Тихонов В.И. Выбросы случайных процессов. М.: Наука, 1970. - 392 с.

177. Cahill R.F., Udd E. Phase-nulling fiber-optic laser gyro // Optics Letters. 1979. - V. 4, N. 3.-P. 93-95.

178. Davis J.L., Ezekiel S. Closed-loop, low-noise fiber-optic rotation sensor // Optics Letters. -1981.-V. 6, N. 10.-P. 505-507.

179. Hotate K., Okuma N., Higashiguchi M., Niwa N. Rotation detection by optical heterodyne fiber gyro with frequency output // Optics Letters. 1982. - V. 7, N. 7. - P. 331-333.

180. Bohm K., Marten P., Weidel E., Petermann K. Direct rotationrate detection with a fiberoptic gyro by using digital data processing // Electron. Lett. 1983. - V. 19, N. 23. - P. 997-999.

181. Culshaw В., Giles I.P. Freguency modulated heterodyne optical fiber Sagnac interferometr // Ieee J. Quantum Electronics. 1982. - V. QE-18, N. 4. - P. 690-693.

182. Jackson D.A., Kersey A.D., Lewin A.C. Fibre gyroscope with passive quadrature derection // Electron. Lett. 1984. - V. 20, N. 10. - P. 399-401.

183. Kim B.Y., Shaw H.J. Phase-reading, all fiber-optic gyroscope // Opt. Lett. 1984. - V. 9, N. 8. - P. 378-380.

184. Kersey A.D., Lewin A.C., Jackson D.A. Kersey A.D., Lewin A.C., Jackcon D.A. Pseudo-heterodyne detection scheme for the fibre gyroscope // Electron. Lett. 1984. - V. 20, N. 9. - P. 368370.

185. Ebberg A., Schiffner G. Closed-loop fiber-optic gyroscope with a sawtooth phase- modulated feedback // Optics Letters. 1985. - V. 10, N. 6. - P. 300-302.

186. Eberhard D., Voges E. Fiber gyroscope with phase-modulated single-sideband detection // Optics Letters. 1984. - V. 9, N. 1. - P. 22-24.

187. Kersey A.D., Dandridge A., Burns W.K. Two-wavelingth fibre gyroscope with wide dynamic range // Electron. Lett. 1986. - V. 22, N. 18. - P. 935-937.

188. Gang-Ding P., Shang-Yuan H., Zong-Qi L. J. Lightwave Technol. 1987. - V. LT-5, N. 7. -P. 986.

189. Козел C.M., Колесов Ю.И., Листвин B.H., Шаталин С.В. О селекции состояния поляризации света в волоконном интерферометре // Оптика и спектроскопия. 1985. - Т. 59, № 1. - С.180-183.

190. Листвин В.Н. Поляризационная фильтрация в волоконном кольцевом интерферометре // Известия вузов. Радиофизика. 1990. - Т. 33, № 4. - С.458-465.

191. Kintner Е.С. Polarization control in optical-fiber gyroscopes // Optics Letters. 1981. - V. 6, N.3.-P. 154-156.

192. Zervas M.N. Surface plasmon-polariton fiber-optic polarizers using thin chromium films // IEEE Photonics Technology Letters. 1990. - V. 2, N. 8. - P. 597-599.

193. Zervas M.N., Giles I.P. Performance of surface-plasma-wave fiber-optic polarizers // Optics Letters. 1990.-V. 15, N. 9. - P. 513-315.

194. Markatos S., Zervas M.N., Giles I.P. Electron. Letters. 1988. - V. 24, N. 5. - P. 287-288.

195. Gruchmann D., Petermann K., Staudigel L. Fiber-optic polarizers with high extinc-tion ratio // 9-th European. Conf. Opt. Commun., ECOC'83, North Holland. 1983. P. 305-308.

196. Bergh R.A., Lefevre H.C., Shaw H.J. All-single-mode fiber-optic gyroscope with long-term stability // Opt. Lett. -1981. V. 6, N. 10. - P. 502-504.

197. Андреев А.Ц., Васильев В.Д., Зафирова Б.С., Козлов В.А., Сенаторов А.А., Шубочкин P.J1. Фазовая невзаимность в волоконном кольцевом интерферометрес с неидеальным фазовым модулятором // Журнал технической физики. 1993. - Т. 63, № 12. - С.62-69.

198. Jeong Y.J., Kim J.H., Lee H.W., Kim B.Y. Birefringence modulation in fiber-optic phase modulators // Optic letters. 1994. - V. 19, N. 18. - P. 1421 -1423.

199. Gangding P., Shangyuan H., Zongoi L. Observation and analysis of noise due to birefringence modulation in a fiber optic gyroscope // Electron. Lett. - 1989. - V. 22, N. 25. - P. 13371338.

200. Szafraniec В., Blake J. Polarisation Modulation Erroes in All-Fiber Depolarized Gyroscops // Journal of Lightwave Technology. 1994. - V. 12, N. 9. - P. 1679 - 1684.

201. Ezekiel S., Arditty H.J. Fiber-optic rotation sensor and related technologies, ed. N.J. Heidelberg. Berlin: Springer-Verlag, 1982. - 442 p.

202. Leilabady P.A., Jones J.D., Jackson D.A. Monomode fiber-optic strain gauge with simultaneous phase- and polarization-state detection // Optics Letters. 1985. - V. 10, N. 11. - P. 576-578.

203. Малыкин Г.Б. Влияние высших гармоник частоты фазовой модуляции на сдвиг нуля в волоконном кольцевом интерферометре //Известия вузов. Радиофизика. 1996. - V. 39, N. 5. - Р. 624-630.

204. Андронова И.А., Геликонов В.М., Геликонов Г.В. Цельноволоконные оптические гироскопы на ортогональных поляризациях // Известия вузов. Радиофизика.- 1998. Т. 41, №11. С.1448-1460.

205. Лямшев Л.М. Лазеры в акустике // УФН. 1987. - Т. 151, № 3. - С.480-527.

206. Raines K.W., Downs M.J. Beam-splitter coatings for producting phase quadrature interferometer outputs // Optica Acta. 1978. - V. 25, N. 7. - P. 549-558.

207. Андронова И.А., Гусовский Д.Д., Геликонов B.M., Леонов В.И., Мамаев Ю.А., Туркин А.А., Яхнов А.С. Флуктуационные характеристики цельноволоконного интерферометра Саньяка на волну 0,85 мкм //ЖТФ. 1990. - Т. 60, № 2. - С.216-219.

208. Геликонов В.М., Гусовский Д.Д., Коноплев Ю.Н., Леонов В.И., Мамаев Ю.А., Туркин А.А. Исследование волоконно-оптического поляризатора с металлической пленкой и диэлектрическим буферным слоем //Квантовая электроника. 1990. - Т. 17, № 1. - С.87-89.

209. Геликонов В.М., Коноплев Ю.Н., Кучева М.Н., Мамаев Ю.А., Туркин А.А. Влияние буферного слоя на коэффициент экстинкции волоконно-оптического поляризатора с металлической пленкой // Оптика и спектроскопия. -1991. Т. 71, № 4. - С.688-690.

210. Андронова И.А., Геликонов В.М., Мамаев Ю.А., Туркин А.А. Функциональные возможности волоконно интерферометра Саньяка как микрофазометра // Известия вузов. Радиофизика.* 1991. Т. 34, № 4. - С.412-418.

211. Андронова И.А., Геликонов В.М., Степанов Д.П. Нестационарные поляризационные эффекты как причина дрейфа сигнала кольцевого волоконного интерферометра // Квантовая электроника. 1994. - Т. 21, № 9. С.883-886.

212. Андронова И.А., Геликонов В.М., Геликонов Г.В., Степанов Д.П. Влияние анизотропии и потерь в светоделителях на выходные характеристики волоконного кольцевого интерферометра // Известия вузов. Радиофизика.- 1997. Т. 40, № 6. - С.780-787.

213. Берштейн И.Л., Геликонов В.М., Степанов Д.П. Исследование работы автокомпенсационной схемы регистрации сигнала вращения волоконного кольцевого интерферометра // Известия вузов. Радиофизика.- 1998. Т. 41, № 11. - С.1461-1468.

214. Андронова И.А., Геликонов В.М., Геликонов Г.В. Метод определения поляризационной невзаимности в волоконном кольцевом интерферометре // Квантовая электроника. -2000.-Т. 30, № 2. С.112-118.

215. Андронова И.А., Геликонов В.М., Геликонов Г.В., Степанов Д.П. Волоконно-оптический гироскоп// Патент РФ 2098762, опубл. 10.12.97, бюл №34 (приоритет 14.06.1995).

216. Андронова И.А., Геликонов В.М., Геликонов Г.В., Степанов Д.П. Волоконно-оптический гироскоп//Патент РФ 2122179, опубл. 20.11.1998, бюл. №32 (приоритет 05.07.1996).

217. Pan Y., Farkas D.L. Noninvasive imaging of living human skin with dual- wavelength optical coherence tomography in two and three dimensions // Journal of Biomedical Optics. 1998. - V. 3, N. 4. - P. 446-455.

218. Геликонов B.M., Куранов P.B., Морозов A.H. Корреляционно-временной анализ распространения низкокогерентного излучения в оптическом тракте с дефектами анизо-тропии // Квантовая электроника. 2002. - Т. 32. - С.59-66.

219. Геликонов В.М., Кучева М.Н., Малыкин Г.Б. Измерение двулучепреломления ОВС с широкополосным источником излучения // Известия вузов. Радиофизика.-1991. Т. 34, № 6. - С.717-719.

220. Sheem S.K., Giallorenzi T.G. Polarization effects on single-mode optical fiber sensors // Applied Physics Letters. 1979. - V. 35, N. 12. - P. 914-17.

221. Sakai J.I., Machida S., Kimura T. Degree of polarization in anisotropic single-mode optical fibers: theory // IEEE Journal of Quantum Electronics. 1982. - V. QE-18, N. 4. - P. 488-495.

222. Sasaki Y., Hosaka Т., Horiguchi M., Noda J. Design and fabrication of low-lossand low-crosstalk polarization-maintaining optical fibers. // Journ. of Lightwave Technology. 1986. - V. LT-4,N. 8.-P. 1097-1102.

223. Tian F., Y.-Z. W., Ye P.-D. Analysis of polarization fluctuation in single-mode optical fibers with continuous random coupling // J. Lightwave Technol. 1987. - V. LT-5, N. 9. - P. 11651167.

224. Jones R.C. A New Calculus for the Treatment of Optical Systems. I. Description and Discussion of the Calculus//JOSA. -1941. V. 31. - P. 488-493.

225. Poole C.D. Statistical treatment of polarization dispersion in single-mode fiber // Opt. Lett. -1988.-V. 13,N. 8.-P. 687-689.

226. Smith A.M. Polarization and magnetooptic properties of single-mode optical fiber (ET) // Appl. Opt. 1978. - V. 17. - P. 52-56.

227. Залогин A.H., Козел C.M., Листвин B.H. Распространение немонохроматического излучения в анизотропных одномодовых волоконных световодах // Известия вузов. Радиофизика. 1986. - Т. 29, № 2. - С.243-245.

228. Козел С.М., Листвин В.Н., Шаталин С.В., Юшкайтис Р.В. Влияние случайных неоднородностей в волоконном световоде на сдвиг нуля в кольцевом интерферометре // Оптика и спектроскопия. 1986. - Т. 60, № 6. - С.1295-1299.

229. Sakai J. Degree of polarization including the random-mode-conversion in anisotropic single-mode optical fibers //J. Opt. Soc. Am.). 1984. - V. A1, N. 10. - P. 1007-1018.

230. Малыкин Г.Б., Позднякова В.И. Математическое моделирование случайной связи поляризационных мод в одномодовых волоконных световодах. Часть II. Дрейф нуля в волоконном кольцевом интерферометре // Оптика и спектроскопия. 1998. - Т. 84, № 1. - С.145-151.

231. Takada К., Chida К., Noda J. Precise method for angular alignment of birefringent fibers based on an interferomic technique with a broadband source // Appl. Opt. 1987. - V. 26. - P. 29792987.

232. Mochizuki K. Degree of polarization in jointed fibers: the Lyot depolarizer // Appl. Opt. -1984. V. 23, N. 19. - P. 3284-3288.

233. Малыкин Г.Б., Степанов Д.П. Экспрессный анализ состояния поляризации излучения с помощью вращающегося поляризатора // Известия вузов. Радиофизика.- 1990. Т. 36, № 2. - С.255-258.

234. Pierce М.С., Park В.Н., Cense В., de Boer J.F. Simultaneous intensity, birefringence, and flow measurements with high-speed fiber-based optical coherence tomography // Optics Let-ters. -2002. V. 27, N. 17. - P. 1534-1536.

235. Геликонов B.M., Геликонов Г.В. Одномодовый волоконный ответвитель с 3-децибельным разделением света одновременно на волнах 0,83 и 1,3 мкм.// Н.Н., 2001, - 12 с. (Препринт АН РФ, Институт прикладной физики РАН: 586).

236. Геликонов В.М., Геликонов Г.В., Гладкова Н.Д., Леонов В.И., Фельдштейн Ф.И., Сергеев A.M. Оптоволоконный интерферометр и оптоволоконный пьезоэлектрический модулятор//Патент РФ 2100787, опубл. 27.12.1997, бюл. № 36 (приоритет от 01.03.1995).

237. Handbook of Optical Coherence Tomography/ Ed. Bouma B.E., Tearney G.J. Vol. New York: Marcel Dekker, Inc., 2002. - 741 p.

238. Tissue Optics: Light Scattering Methods and Instruments for Medical Diagnosis/ Ed. Tuchin V.V. Vol. Washington, 2000. - 352 p.

239. Leitgeb R., Woj'tkowski M., Kowalczyk A., Hitzenberger C.K., Sticker M., Fercher A.F. Spectral measurement of absorption by spectroscopic frequency-domain optical coherence tomography // Optics Letters. 2000. - V. 25, N. 11. - P. 820-822.

240. Schmitt J.M., Knuttel A., Yadlowsky M., Eckhaus M.A. Optical-coherence tomography of a dense tissue: statistics of attenuation and backscattering // Physics in Medicine and Biology. 1994. - V. 39,N. 10.-P. 1705-1720.

241. Gelikonov V.M., Gelikonov G.V., Dolin L.S., Kamensky V.A., Sergeev A.M., Shakhova N.M., Gladkova N.D., Zagaynova E.V. Optical coherence tomography: Physical principles and applications // Laser Physics. 2003. - V. 13, N. 5. - P. 692-702.

242. Геликонов B.M., Геликонов Г.В., Гладкова Н.Д., Леонов В.И., Сергеев A.M., Фельдштейн Ф.И. Оптоволоконный интерферометр и оптоволоконный пьезоэлектрический модулятор. 1997. Patent Патент № 2100787.

243. Dyott R.B., Stern J.R. Group delay in fiber waveguides // Electron. Lett. 1971. - V. 7. - P. 82-84.

244. Gambling W.A., Matsumura H., Ragdale C.M. Mode dispersion, material dispersion and profile dispersion in graded-index, single-mode fibers // Microwaves, Opt.Acoust. 1979. - V. 3. -P. 239-246.

245. Белов A.B., Гурьянов A.H., Дианов E.M., Машинский В.М., Неуструев В.Б., Николай-чик А.В., Юшин А.С. Материальная дисперсия в стеклянных волоконных световодах на основе кварцевого стекла // Квантовая электроника. 1978. - Т. 5, № 3. - С.695-698.

246. Fleming J.W. Material dispersion in lightguide glasses // Electron. Lett. 1978. - V. 14, N.1..-P. 326-328.

247. Fleming J.W. Dispersion in Ge02-Si02 glasses // Applied Optics. 1984. - V. 23, N. 24. -P. 4486-4493.

248. Bergh E.A., Kotler G., Shaw H.J. Single-mode fiber optic directional coupler // Elec-tron. Lett. 1980. - V. 16, N. 7. - P. 260-261.

249. Nayar B.K., Smith D.R. Monomode-polarization-maintaining fiber directional couplers // Optics Letters. 1983. - V. 8, N. 10. - P. 543-545.

250. Tran D.C., Koo K.P., Sheem S.K. Single mode fiber directional coupler fabricated by twist-etching tecniques (stabilisation) // IEEE J. Quantum Electron. -1981. V. QE-17, N. 6. - P. 988991.

251. Kawasaki B.S., Hill K.O., Lamont R.G. Biconical taper single mode fibre coupler // Optics Letters. -1981. V. 6, N. 7. - P. 327-328.

252. Villarruel C.A., Moeller R.P. Fused single mode access couplers // Electron. Lett. -1981. -V. 17,N. 6.-P.243-244.

253. Беловолов М.И., Гурьянов A.H., Гусовский Д.Д., Дианов Е.М., Дянков Г.Д., Кузнецов

254. A.В. Направленные ответвнтели с малыми потерями на одномодовых волоконных световодах//Квантовая электроника. 1985. - Т. 12, № 9. - С.1973-1879.

255. Takagi A., Jinguji К., Kawachi М. Wavelength characteristics of (2*2) optical channel-type directional couplers with symmetric or nonsymmetric coupling structures // Journal of Lightwave Technology. 1992. - V. 10, N. 6. - P. 735-746.

256. Leminger O., Zengerle R. Determination of Single-Mode Fiber Coupler Design Parameters from Loss Measurements // Journ. of Lightwave Technology. 1985. - V. LT-3, N. 4. - P. 864-867.

257. Digonnet M.J.F., Show H.J. Analysis of a tunable single mode optical fiber coupler // IEEE Journal of Quantum Electronics. 1982. - V. QE-18, N. 4. - P. 746-748.

258. Zengerle R., Leminger O. Tunable wavelength-selective asymmetrical single-mode fibre directional couplers with an intermediate layer // Optical and Quantum Electronics. 1986. - V. 18, N. 5. - P. 365-373.

259. Zheng W. Automated Fusion-Splicing of Polarization Maintaining Fibers // Journal of Lightwave Technology. 1997. - V. 15, N. 1. - P. 125-134.

260. Georgiou G., Boucouvalas A.C. Low-loss single-mode optical couplers // IEE Proceedings -Microwaves, Antennas and Propagation. 1985. - V. 132, Pt. J„ N. 5. - P. 297-302.

261. Januar I., Mickelson A.R. Dual-wavelength (lambda =1300-1650 nm) directional coupler multiplexer-demultiplexer by the annealed-proton-exchange process in LiNbO/sub 3 // Op-tics Letters. 1993. - V. 18, N. 6. - P. 417-419.

262. Jedrzejewski K.P., Martinez F., Minelly J.D., Hussey C.D., Payne F.P. Tapered-beam expander for single-mode optical fiber gap devices // Electronics Letters. 1986. - V. 22, N. 2. - P. 105-106.

263. Takagi A., Jinguji K., Kawachi M. Broadband silica-based optical waveguide coupler with asymmetric structure // Electronics Letters. 1990. - V. 26, N. 2. - P. 132-133.

264. Takagi A., Jinguji K., Kawachi M. Design and fabrication of broad-band silica-based optical waveguide couplers with asymmetric structure // IEEE Journal of Quantum Electronics. 1992. - V. 28, N. 4. - P. 848-855.

265. Bulushev A.G., Gurov Y.V., Dianov E.M., Okhotnikov O.G., Prokhorov A.M., Shu-rukhin

266. B.P. Wavelength- and polarization-selective fused single-mode couplers // Optics Letters. 1988. -V. 13, N. 3. - P. 230-232.

267. Xue-Heng Z. Fused couplers function in a broad range of wavelength // Electronics Letters. 1988. - V. 24, N. 16.-P. 1018-1019.

268. Геликонов B.M., Геликонов Г.В., Шабанов Д.В. Оптический волоконный мультиплексор на длины волн 1,3 и 0,64 мкм // Оптический журнал. 2000. - Т. 67, № 2. - С.81-84.

269. Bagayev S.N., Gelikonov V.M., Kargapoltsev E.S., Kuranov R.V., Razhev A.M., Turchin E.V., Zhupikov A. The Excimer Laser System for Refractive SurgeryAssisted by Op-tical Coherence Tomograph // Laser Physics. 2001. - V. 11, N. 11. - P. 1224-1227.

270. Feldchtein F.I., Gelikonov V.M., Gelikonov G.V. Design of OTC Scanners // Handbook of Optical Coherence Tomography/ Ed. by G.J.T. B.E. Bouma. New York: Marcel Dekker, - 2001. -P. 125-142.

271. Shakhova N.M., Gelikonov V.M., Kamensky V.A., Kyranov R.V., Turchin I.V. Clinical acpects of the endoscopic optical coherence tomography and the ways for improv-ing its diagnotic value // Laser physics. 2002. - V. 12, N. 4. - P. 617-626.

272. Геликонов B.M., Геликонов Г.В., Фельдштейн Ф.И. Двухволновая оптическая когерентная томография // Известия вузов. Радиофизика.- 2004. Т. 47, № 10 -11. - С.943-956.

273. Геликонов В.М., Геликонов Г.В. Одномодовый волоконный ответвитель с 3-децибельным разделением излучения одновременно на длинах волн 0.83 и 1.3 мкм // Квантовая электроника. 2004. - Т. 34, № 10. - С.969-972.

274. Геликонов В.М., Геликонов Г.В., Куранов Р.В., Сергеев A.M., Фельдштейн Ф.И. Оптический интерферометр (варианты)//Пат. РФ 2169347, опубл. 20.06.2001, бюл. № 17 (приоритет 29.11.1999).

275. Фельдштейн Ф.И., Амазеен П.Г., Геликонов В.М., Геликонов Г.В. Способ исследования объекта и оптический интерферометр для его осуществления (варианты). 2004. Патент РФ 2240502, опубл. 20.11.2004, бюл. № 32 (приоритет 14.02.2002).

276. Kamensky V.A., Gelikonov V.M., Gelikonov G.V., Feldchtein F.I., Sergeev A.M., Pravdenko K.I., ArtemievN., Bityurin N.M. YAG: Er laser device for microsurgery treat-ment of cataract-suffered human lens. // SPIE. 1997. - V. 3091. - P. 129-132.

277. Нее M.R., Huang D., Swanson E.A., Fujimoto J.G. Polarization-sensitive low-coherence reflectometer for birefringence characterization and ranging // Journal of the Optical Society of America. 1992. - V. 9. - P. 903-908.

278. De Boer J.F., Milner Т.Е., van Gemert M.J.C., Nelson J.S. Two-dimensional birefringence imaging in biological tissue by polarization-sensitive optical coherence tomography // Op-tics Letters. 1997. - V. 22, N. 12. - P. 934-6.

279. Everett M.J., Schoenenberger K., Colston B.W., Jr., Da Silva L.B. Birefringence characterization of biological tissue by use of optical coherence tomography // Optics Letters. 1998. - V. 23, N. 3. - P. 228-30.

280. De Boer J.F., Milner Т.Е., Nelson J.S. Determination of the depth-resolved Stokes parameters of light backscattered from turbid media by use of polarization- sensitive optical coher-ence tomography // Optics Letters. 1999. - V. 24, N. 5. - P. 300-302.

281. Dave D.P., Milner Т.Е. Optical low-coherence reflectometer for differential phase measurement // Optics Letters. 2000. - V. 25, N. 4. - P. 227-229.

282. Saxer C.E., de Boer J.F., Park B.H., Zhao Y.H., Chen Z.P., Nelson J.S. High-speed fiber-based polarization-sensitive optical coherence tomography of in vivo human skin // Optics Letters. -2000. V. 25, N. 18. - P. 1355-1357.

283. Fried D., Xie J., Shafi S., Featherstone J.D., Breunig T.M., Le C. Imaging caries lesions and lesion progression with polarization sensitive optical coherence tomography // J Biomed Opt. -2002.-V. 7,N.4.-P. 618-627.

284. Chen Y., Otis L., Piao D., Zhu Q. Characterization of dentin, enamel, and carious lesions by a polarization-sensitive optical coherence tomography system //Appl Opt. 2005. - V. 44, N. 11.-P. 2041-2048.

285. Maitland D.J., Jr Walsh J.T. Lasers Sur. Med. 1997. - V. 20. - P. 310.

286. Ross M.H., Romrell L.J., Kaye G.I. Histology; a text and atlas. Third Edition: Williams and Wilkins, Baltimore and others, 1995. 824 p.

287. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. М.: Наука, 1974. - 832 с.

288. Gonchukov S., Lasarev Y., Vakurov M., Yermachenko V. He-Ne (1 = 1.15 m) laser with two orthogonally polarized modes. // Laser Phys. Lett. 2005. - V. 2, N. 3. - P. 115-119.

289. Drake A.D., Leiner D.C. Fiber-optic interferometer for romote subangstrom vibration mea-rurement. // Rev. Sci. Instrum. 1984. - V. 55, N. 2. - P. 162-165.

290. Bush J., Davis P., Marcus M.A. All-fiber coherence domain interferometric techniques// Proc SPIE 4204A-08. -2001, P 71.

291. Pistoni N.C., Martinelli M. Birifringence effects suppression in optical fiber sencor circuit. // Proc. 7th Optical Fiber Sensors Conf., Sydney, Australia: IEEE. 1990. - P. 125-128.

292. Pistoni N.C., Martinelli M. Polarization noise suppression in retracing optical fiber circuits // Optics Letters. -1991. V. 16, N. 10. - P. 711-713.

293. Van Deventor M.D. Preservation of polarization ortogonality of counterpropagation waves through dichroic birefringent optical media: proof and application. // Electron. Lett. -1991. V. 27, N. 17.-P. 1538-1540.

294. Аззам P., Башара H. Эллипсометрия и поляризованный свет. Мир. "Москва", -1981. -583 с.

295. Sorin W.V., Baney D.M. A Simple Intensity Noise-Reduction Technique for Optical Low-Coherence Reflectometry // IEEE Photonics Technology Letters. 1992. - V. 4, N. 12. - P. 14041406.

296. Feldchtein F.I., Gelikonov V.M., Gelikonov G.V., Gladkova N.D., Leonov V.I., Sergeev A.M., Khanin Y.I. Optical fiber interferometer and piezoelectric modulator. 1998. Patent US 5835642.

297. Gelikonov V.M., Gelikonov G.V. New approach to cross-polarized optical coherence tomography based on orthogonal arbitrarily polarized modes // Laser Physics Letters. 2006. - V. 3, N. 9.-P. 445-451.

298. Gelikonov V.M., Konoplev Y.N., Kucheva M.N., Mamaev Y.A., Turkin A.A. An investigation of a fiber-optic polarizer with a metal film // Proc.Firsr Int.Sov.Fibre Optics Conf., ISFOC-91, Leningrad. -1991. T. v.2. - C.83-87.

299. Andronova I.A., Gelikonov V.M., Stepanov D.P. Time-Dependent Polarizations as the Reasons for The Ring Fiber Interforometer Signal Drift // Proc.Third.Int.Sov. Fibre Optics and Telecommunications Conf., ISFOC'93, St.Peterburg. 1993. -. - C.315 -323.

300. Миловский Н.Д. Распространение поляризованного излучения в резонансной среде из свободно ориентированных молекул // Оптика и спектр. 1989. - V. 67, N. 5. - Р. 1105-1110.

301. Миловский Н.Д., Шешин В.Ю. О взаимодействии встречных произвольно поляризованных волн в резонансной среде // ЖЭТФ. 1995. - Т. 107, № 6. - С.1926-1844.

302. Кулагин С.В., Миловский Н.Д., Пылин А.В. Распространение поляризованного излучения в резонансной среде из свободно ориентирующихся подвижных молекул // Оп-тика и спектр. 1987. - V. 63. - Р. 416-424.

303. Hall J.L., Borde С. Measurement of methane hyperfine structure using laser satu-rated absorption // Physical Review Letters. 1973. - V. 30, N. 22. - P. 1101-1104.

304. Bagayev S.N., Dmitriyev A.K., Okhapkin M.V., Shalnev E.V., Skvortsov B.N., Nikulin V.A. Precision spectroscopy on the recoil doublet components of the F2(2)P(7)n3 methane line // Laser Physics. 1966. - V. 6, N. 2. - P. 226-230.

305. Карлов H.B. Лекции по квантовой электронике. M.: Наука, 1983. - 320 с.

306. Рейф Ф. Статистическая физика. М.: Наука, 1983. - 310 с.

307. Эберт Г. Краткий справочник по физике. М.: Физматгиз-1963. 552 с.

308. Дебай П. Полярные молекулы. М.-Л.: ГНТИ -1931. 247 с.

309. Валиев К.А., Иванов Е.Н. Вращательное броуновское движение // УФН. 1973. - Т. 109, №1.-С.31-64.

310. Зельдович Я.Б. Теория ударных волн и введение в газодинамику. М.-Иж.: РХД, 2004. - 186 с.

311. Snyder A.W., Ankiewicz A. Optical Fiber Couplers-Optimum Solution for Unequal Cores. // Journ. of Lightwave Technology. 1988. - V. 6, N. 3. - P. 463-474.

312. Долин Л.С. Теория оптической когерентной томографии // Известия вузов. Радиофизика.- 1998.-Т. 41, № 10.-С.1258- 1289.