Обработка изображений с помощью акустооптических фильтров на основе двулучепреломляющих кристаллов (1104179), страница 2
Текст из файла (страница 2)
– Ustron, Poland, 2006;XIISimposiodetratamiento de señales, imágenes y visión artificial, “STSIVA 2007”, Barranquilla,Colombia 2007; XI Simposio de tratamiento de señales, imagines y visión artificial,“STSIVA 2006”, Bogotá, Colombia 2006; IX Encuentro Nacional de óptica, Medellín,Colombia 2005;ResumenXXCongresoNacionaldeFísica,Armenia,Colombia 2003; “Ultrasonics International 91”, Le Touquet, France, 1991; Втораявсесоюзная конференция «Оптическое изображение и регистрирующие среды»,Ленинград1990;Восьмаявсесоюзнаянаучно-техническаяконференция«Фотометрия и ее метрологическое обеспечение», Москва 1990.
Такжерезультаты исследований обсуждались на научных семинарах кафедр физикиколебаний физического факультета МГУ, радиофизики РУДН и опубликованы вработах, приведенных ниже.Структура и объем работыДиссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Общий объемработы составляет 130 страниц. Диссертация включает 55 рисунков и 5 таблиц.Библиография содержит 155 наименований, в том числе 13 авторскихпубликаций.8Содержание работыВо введении содержится обоснование актуальности темы диссертационнойработы, излагаются цели работы, сформулированы основные положения,выносимые на защиту, приводится краткое содержание диссертации, отмечаетсяновизна и практическая значимость проведенных исследований, приводятсясведения об апробации результатов работы.Первая глава диссертации содержит необходимые для последующегоизложения сведения из теории акустооптического взаимодействия в оптическианизотропных средах, а также посвящена теоретическому и экспериментальномуисследованиюусловийсинхронизмаРассмотреныоптическиесвойстваанизотропнойдифракциидвулучепреломляющихБрэгга.материаловипроанализированы зависимости брэгговского угла от акустической частотыθ B ( f ) дляакустооптической дифракции в оптически одноосной среде.Центральноеместоакустооптическогозанимаетанализвзаимодействия,широкоапертурнойприкоторойусловиегеометриибрэгговскогосинхронизма выполняется с высокой точностью в относительно большоминтервале углов падения оптического излучения на акустооптическую ячейку.Исследован вид частотных зависимостей брэгговского угла, а также параметрыширокоапертурной дифракции при различных направлениях ультразвука вкристалле,атакжевкристаллахсразличнымипоказателямидвулучепреломления.
Приведены результаты экспериментальных исследованийчастотных зависимостей угла Брэгга, характерных для широкоапертурнойдифракции.Измерениявыполненысиспользованиемкристаллическогопарателлурита (TeO2), а также кристаллов KDP (KH2PO4) и MgF2.На Рис. 1 показаны рассчитанные и измеренные на длине волны светаλ = 0,63 мкм зависимости брэгговского угла от акустической частоты θ B ( f ) ввыбранных для изучения материалах: в кристалле фторида магния (a),дигидрофосфата калия (б) и парателлурита9(в, г). Угол между волновымфронтом и осью Z кристалла MgF2 составлялα = 8°, в то время как длякристалла KDP этот угол был равен α = 9°.
Исследованные акустооптическиеячейки на кристалле парателлурита характеризовались углами среза α = 10° иα = αопт = 18,9°,гдеαопт–оптимальныйуголсреза,обеспечивающийнаибольшую угловую апертуру брэгговского акустооптического взаимодействияв главной оптической плоскости данного кристалла. Широкоугольный характердифракции подтверждается видом измеренных частотно-угловых характеристик.Наличие точки с вертикальной касательной на характеристике соответствуеттому, что условие фазового синхронизма в окрестности этой точки выполняетсяс большой точностью в широком диапазоне углов падения света, чтообеспечивает брэгговское акустооптическое взаимодействие с широкой угловойапертурой.
Теоретически и экспериментально показано, что оптимальнаяширокоапертурная геометрия в парателлурите наблюдается в том случае, когдаволновой вектор ультразвука в кристалле парателлурита составляет уголαопт = 18,9° с осью [110]. Соответствующая частотная зависимость угла Брэггапри этом имеет точку перегиба, в которой обращается в ноль вторая производнаяd 2 f / dθ B2 = 0 (Рис.
1, г).Показано, что величина оптимального угла среза αопт этого угла зависитот коэффициента относительного двулучепреломления материала δ, причем дляизвестных акустооптических кристаллов значения угла αопт заключены винтервале от αопт = 16,4° (Hg2Br2) до αопт = 20,6° (CaCO3).
Наименьшие значенияугла αопт наблюдаются для положительных кристаллов с максимальнымивеличинами коэффициента двулучепреломления δ ≈ 0,3, к которым относятсякристаллические соединения ртути Hg2Cl2 и Hg2Br2. Наибольшие величины углаαопт > 20° соответствуютотрицательнымоднооснымкристаллам,характеризующимся большой абсолютной величиной коэффициента |δ| ≈ 0,1.Для материалов, обладающих малым двулучепреломлением, таких как кварц илифторид магния, величина оптимального угла оказывается приблизительноравной αопт ≈ 19,5°.10θB °f [МГц]Рис. 1. Измеренные зависимости брэгговского угла падения от акустическойчастоты для кристалла MgF2 с углом среза α = 8° (а), KDP с углом α = 9° (б) иTeO2 с углами среза α = 10° (в) и α = 18,9° (г)Во второй главе диссертации рассмотрено явление широкоапертурнойакустооптическойфильтрациисвета.Проанализированаанизотропнаядифракция Брэгга при условии умеренного нарушения условий фазовогосинхронизмаиисследованвопрососпектральномразрешенииширокоапертурного акустооптического фильтра.
Найдено, что в случаеширокоапертурного взаимодействия в среде с оптической и акустическойанизотропией интервал длин волн брэгговской дифракции может быть вычисленпо приближенной формуле:∆λ ≈0,8 λ 2 (1 + t gθ B t gΨ )∆n l cos θ B sin 2 (θ B + α )11,(1)где λ – центральная длина волны оптического излучения, θ B – угол Брэгга, Ψ –угол между векторами фазовой и групповой скорости акустической волны, ∆n –величинадвулучепреломлениякристалла.Приэтомобнаружено,наибольшая величина спектрального разрешения R = λ/∆λчтодостигается вматериалах с большим двулучепреломлением при углах среза, соответствующихоптимальному углу α = αопт для данного кристалла.Приведены результаты экспериментального исследования частотнойполосы и угловой апертуры широкоугольной дифракции, полученные длякристаллов парателлурита, дигидрофосфата калия и фторида магния.
Измерениечастотной полосы дифракции ∆f позволяет сделать вывод о величинеспектральной полосы ∆λ, так при ∆f /f << 1 выполняется соотношение∆λ /λ ≈ ∆f /f, где f – центральная частота дифракции, соответствующая фазовомусинхронизму акустооптического взаимодействия.
Выполненные измеренияподтвердили правильность теоретического анализа.Показано, что величина угла пространственного разделения пучков навыходе фильтра ∆θ прямо пропорциональна коэффициенту относительного∆n / no ( no – показатель преломления обыкновенной волны в кристалле):∆θ = (∆n / no ) sin 2 (θ B + α ) cot θ B .Теоретическииэкспериментально(2)исследованрежимдвойнойанизотропной дифракции в различных кристаллах и определена его угловаяапертура. При двойной дифракции свет одновременно рассеивается из нулевогопорядка дифракции в +1 и –1 максимумы.
Пример зависимостей нормированнойинтенсивности света в дифракционных порядках от угла падения света наакустооптическуюячейку,наблюдавшихсяпридвойнойанизотропнойдифракции, приведен на Рис. 2. Данные графики построены по результатамизмерений на длине волны света λ = 0,67 мкм в кристалле парателлурита с угломсреза α = 8,0º. Частота ультразвука в ходе измерений была фиксированной,f = 85 МГц, и соответствовала геометрии двойной дифракции.12∆θout ≈ 16ºРис.
2. Перекрытие угловых зависимостей интенсивности дифракции для двухоптических мод (TeO2, α = 8,0º, λ = 0,67 мкм, f = 85 МГц).Один из графиков на Рис. 2 соответствует дифракции необыкновеннополяризованного пучка. Этот процесс дифракции обозначен на рисунке «eo».Второй график соответствует дифракции оптического пучка с ортогональнойполяризацией («oe»-дифракция). При этом дифрагированные пучки отклоняютсяв различные дифракционные порядки, в плюс первый и в минус первый.Эффективность дифракции обеих поляризационных компонент света составлялаоколо 80 % при весьма небольшой мощности ультразвука, P = 0,5 Вт.Одновременноеоптическогоотклонениеизлученияразличныхпозволяетполяризационныхобрабатыватькомпонентнеполяризованноеилипроизвольно поляризованное излучение.
Таким образом, на основе двойногорежимабрэгговскойдифракциимогутбытьсозданыэффективныеакустооптические устройства, нечувствительные к поляризации падающегосвета. С другой стороны, режим двойной дифракции позволяет разделять13падающее излучение по ортогональным поляризационным компонентам.Поэтомуданныйэффектможетлежатьвосновеработысистемполяризационного анализа света.
Графики, приведенные на Рис. 2, показывают,что режим двойной дифракции, исследованный в эксперименте, характеризуетсятакже большой угловой апертурой, около 16º. Однако, угол отклонениядифрагированного пучка при этом оказывается меньше, ∆θ = 9º. Именно этавеличина и определяет угловую апертуру фильтра. Вместе с тем, она являетсядостаточной для обработки оптических изображений.Втретьейакустооптическогоглавеобсуждаетсяметодаэкспериментальнаяспектральногоиреализацияполяризационногоанализаоптических изображений, который основывается на физических явлениях,рассмотренных в первой и второй главах диссертации. Приводятся результатыспектральногоиполяризационногоанализаразличныхприродныхиискусственных объектов, полученные с помощью акустооптических фильтров накристаллах парателлурита.
Описан эксперимент, при котором с помощью однойакустооптической ячейки, работающей в режиме двойной анизотропнойдифракции, осуществлен одновременно спектральный и поляризационныйанализизображенийтестовыхобъектов.Тестовыйспектрально-поляризационный анализ изображений был выполнен с помощью АО фильтра накристалле TeO2, характеризующимся оптимальным углом среза, α = 18,9º.Изображения, полученные в результате эксперимента, приведены на Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
