Обработка изображений с помощью акустооптических фильтров на основе двулучепреломляющих кристаллов (1104179)
Текст из файла
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТим. М.В.ЛОМОНОСОВАФизический факультетНа правах рукописиУДК 535.241.13:534Москера Москера Хулио СесарОБРАБОТКА ИЗОБРАЖЕНИЙ С ПОМОЩЬЮ АКУСТООПТИЧЕСКИХ ФИЛЬТРОВНА ОСНОВЕ ДВУЛУЧЕПРЕЛОМЛЯЮЩИХ КРИСТАЛЛОВСпециальность: 01.04.03 – радиофизикаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание учёной степеникандидата физико-математических наукМосква – 2008Работа выполнена на кафедре физики колебаний физического факультета Московскогогосударственного университета им.
М.В.ЛомоносоваНаучный руководитель:кандидат физико-математических наук,доцент В.Б. ВолошиновОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук,профессор физического факультета МГУА.И.Коробовкандидат физико-математических наук,старший научный сотрудник ИРЭ РАНА.В.ГерусВедущая организация:Российский университет дружбы народовЗащита состоится 20 марта 2008 года в 16 часов на заседании диссертационного советаД 501.001.67 в Московском государственном университете им. М.В.Ломоносова поадресу: 119991, ГСП-2, г.
Москва, Воробьевы горы, МГУ им. М.В.Ломоносова,физический факультет, аудитория им. Р.В.ХохловаС диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ им.М.В.ЛомоносоваАвтореферат разослан «____» _________________ 2008 годаУчёный секретарь диссертационного совета Д 501.001.672А.Ф. КоролёвОбщая характеристика работыАктуальность темы исследованияВ настоящее время созданы различные типы акустооптических приборов,позволяющих управлять интенсивностью светового пучка, его направлениемраспространения, поляризацией, спектральным составом и пространственнойструктурой.
Особенно важная область применения акустооптических устройств— системы оптической обработки информации. Существенная роль в системахоптической обработки информации принадлежит акустооптическим приборам,которые позволяют производить операции в реальном времени. В частности,акустооптическиеустройстваприменяютсядляспектральнойипространственной фильтрации оптических пучков, в том числе несущихизображение.
Кроме того, акустооптические устройства используются дляанализа сверхвысокочастотных радиосигналов, для визуализации акустическихполей, для химического анализа и т.д.Даннаядиссертационнаяэкспериментальномуработаисследованиюпосвященаакустооптическихтеоретическомуфильтров,икоторыепозволяют обрабатывать оптические пучки, несущие изображения.
С помощьюрассмотренных акустооптических устройств можно осуществлять спектральныйи поляризационный анализ изображений. Известно, что спектральные приборыиграют исключительно важную роль в современной науке и технике. Посравнениюсразличнымитипами«классических»спектрометров,акустооптические фильтры, представляющие собой новый класс спектральныхприборов,обладаютрядомнеоспоримыхдостоинств.Акустооптическиеустройства не содержат движущихся частей, а их перестройка осуществляется засчет полностью электронного управления, которое, в частности, можетобеспечиватьсякомпьютером.Акустооптическиефильтрыизображенийхарактеризуются хорошим спектральным разрешением, вплоть до несколькихангстрем, а также быстрой, в реальном времени, перестройкой по спектральному3диапазону.
Спектральные системы на основе акустооптических приборовявляются компактными и обладают высокой надежностью.В основе работы акустооптических фильтров лежит эффект дифракциисветанафазовойдифракционнойрешетке,созданнойультразвуком.Акустооптические явления изучаются уже несколько десятков лет. В 60-х годахXX века произошел всплеск интереса к физике акустооптических явлений,вызванный появлением лазеров. С этого времени начинает интенсивноразвиваться прикладная акустооптика – создаются акустооптические приборы,управляющие различными параметрами оптических пучков, прежде всего,лазерных.В конце 60-х годов XX века начался новый этап развития акустооптики,связанный с изучением акустооптического эффекта в анизотропных средах.
Внастоящее время интерес исследователей к проблеме акустооптическоговзаимодействия в кристаллах исключительно велик. Большой интерес какустооптическому рассеянию в анизотропных средах в значительной меревызван хорошими перспективами акустооптических приборов на основекристаллов.Такиеприборыобладаютсущественноболеевысокимихарактеристиками по сравнению со своими аналогами, использующимиизотропные материалы.Особенная роль в современной физике акустооптических взаимодействий,а также в акустооптической технике принадлежит двулучепреломляющимкристаллам.
Только в оптически анизотропных средах можно наблюдать рядспецифическихрежимовакустооптическоговзаимодействия,которыеневозможны в жидкостях и стеклах. К одному из таких режимов относится такназываемая широкоапертурная дифракция Брэгга, исследованию которой водноосных кристаллах посвящена основная часть диссертационной работы.Именноширокоапертурнаяакустооптическуюфильтрациюдифракцияпозволяетрасходящихсяосуществлятьоптическихпучков,формирующих изображение.Следует отметить, что дифракция Брэгга, как правило, характеризуетсяналичием только одного дифрагированного оптического пучка. В данной4диссертационной работе исследован особый режим брэгговского рассеяния вкристаллах, при котором дифракция осуществляется одновременно в +1 и в –1порядки, причем в разные дифракционные порядки отклоняются различныеполяризационные компоненты падающего оптического излучения.
Поэтомутакой двойной режим дифракции позволяет осуществить анализ оптическогоизлучения по поляризации. В то же время, данный режим акустооптическогорассеяния позволяет обрабатывать расходящиеся пучки света, то есть, делаетвозможным анализ изображений по поляризации. Таким образом, появляетсяновый метод анализа поляризационных свойств как точечных, так ипротяженных объектов.Как показано в диссертации, акустооптические устройства на основеодноосных кристаллов являются уникальными приборами, которые позволяютодновременно выполнить как спектральный, так и поляризационный анализизображений.
Работа таких спектрально-поляризационных акустооптическихсистем исследована в данной работе теоретически и экспериментально. Крометого,продемонстрированрядвозможныхпрактическихпримененийакустооптических систем анализа изображений. Проведенные исследованияпоказали, что акустооптические фильтры изображений, благодаря своимсовершенным характеристикам и простоте использования, могут стать высоковостребованными устройствами в современной науке, технике и производстве.Цели диссертационной работыЦелью диссертационной работы являлось исследование закономерностейбрэгговского широкоапертурного рассеяния оптического излучения на пучкеультразвука в оптически анизотропной одноосной среде, в том числе изучениеявленияширокоапертурнойакустооптическойфильтрацииизлученияоптического диапазона.
В работе были поставлены следующие задачи:1. Определениеоптимальногоугланаклонаакустическойгранидвулучепреломляющего кристалла, обеспечивающего наибольшую угловуюапертуру брэгговского акустооптического взаимодействия.52. Исследование влияния оптических параметров кристаллической среды нахарактеристикиширокоапертурногоакустооптическоговзаимодействия,например, на угловую апертуру акустооптического фильтра, а также на егоспектральное разрешение.3. Экспериментальная реализация акустооптического метода спектрального иполяризационного анализа изображений, а также изучение практическихвозможностей данного метода.Научная новизна работы1.
Найденаоптимальнаяобеспечивающаягеометриянаибольшуюширокоапертурнойугловуюдифракции,апертурубрэгговскогоакустооптического взаимодействия. Теоретически исследована зависимостьвеличины оптимального угланаклона акустической грани кристалла отоптических параметров одноосных анизотропных сред.2.
Теоретически и экспериментально изучены параметры широкоапертурнойакустооптической фильтрации в зависимости от направления ультразвука вкристалле акустооптической ячейки, а также от двулучепреломлениякристалла. Доказано, что факторами, ограничивающим угловую апертуруширокоугольногоакустооптическогофильтра,являютсявеличиныдопустимого угла дифракции, а также угол пространственного разделенияпучков на выходе фильтра. Угол разделения пучков обычно оказываетсясущественно меньше допустимой угловой апертуры акустооптическоговзаимодействия.3. Исследованрежимвзаимодействия,придвойногобрэгговскогокоторомдифракцияакустооптическогоБрэггаодновременноосуществляется в +1 и –1 порядки дифракции.
Показано, что данный режимдифракции позволяет получать в первых дифракционных максимумахизображения исходного объекта, выделенные по двум ортогональнымсостояниямполяризации.Этопозволилоосуществитьполяризационный анализ изображений ряда тестовых объектов.6спектрально-Практическая значимость работыПолученные научные результаты могут быть использованы при созданииширокоапертурныхакустооптическихфильтровнаосновеодноосныхдвулучепреломляющих кристаллов. Такие фильтры могут успешно применятьсядля спектрального анализа изображений объектов различного происхождения имогут найти многочисленные применения в различных областях науки итехники.Теоретическииэкспериментальнообоснованавозможностьиспользования двойной анизотропной дифракции Брэгга для поляризационногоанализа оптических изображений с помощью акустооптических устройств.Примечательно, что акустооптические фильтры, использующие режим двойнойанизотропнойдифракцииБрэгга,позволяютанализироватьизображения одновременно как по спектральномуоптическиесоставу, так и пополяризации.Основные положения, выносимые на защиту1.
Показано, что величина оптимального угла наклона волнового фронтаультразвука относительно оптической осиαопт,обеспечивающегонаибольшую угловую апертуру дифракции, зависит от коэффициентадвулучепреломления материала. Значения оптимального угла наклона αоптзаключены в интервале от αопт = 16,4° (для кристалла Hg2Br2) до αопт = 20,6°(в кристалле CaCO3). Наименьшие значения угла αопт наблюдаются вположительных кристаллах с максимальным двулучепреломлением, анаибольшие величины оптимального угла соответствуют отрицательнымоднооснымкристалламсбольшойабсолютнойвеличинойдвулучепреломления.2.
Доказано, что главными факторами, ограничивающими угловую апертуруширокоугольногоакустооптическогофильтра,являютсявеличинадопустимой угловой апертуры дифракции и угол пространственногоразделения пучков. Показано, что угол пространственного разделения7возрастает с увеличением параметра относительного двулучепреломленияматериала.3. Обнаружено,чтоакустооптическоговодноосныхвзаимодействия,кристаллахприсуществуеткоторомрежимдифракцияБрэггаосуществляется одновременно в +1 и –1 порядки дифракции. Данный видакустооптического взаимодействия обеспечивает возможность обработкипроизвольно поляризованных пучков, несущих изображение, а также анализоптического излучения по поляризации.Апробация работыПо результатам проведенных исследований были сделаны доклады навсесоюзных, международных и национальных конференциях: 35th Winter Schoolon Wave and Quantum Acoustics.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
