Высокочувствительная интерферометрия в задачах фундаментальной и прикладной оптики

• Автор: Геликонов, Валентин Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 347 с. : ил.

ГЛАВА 1. ВЫСОКОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ

ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ (ОБЗОР РАБОТ)

ГЛАВА 2. НЕ-ЦЕ ЛАЗЕР НА ВОЛНЕ 0,63 МКМ КАК ДАТЧИК

КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ОПТИЧЕСКОГО ПУТИ НАНОАНГСТРЕМНОГО УРОВНЯ

2.1. Естественные флуктуации частоты Не-№ 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 флуктуаций в Не-№ лазерах

2.3. Одночастотный Не-№ лазер с большим превышением порога генерации при

селекции продольного типа колебаний. Методы измерения естественных флуктуаций частоты лазера Не-Ые лазера на волне 0,63 мкм

2.4. Результаты измерения естественных флуктуаций частоты Не-Ке 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 Не-Ие лазере при реализации "резервов" повышения естественной монохроматичности
2.7. Заключение ко второй главе
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ ОБРАЗОВАНИЯ ДИХРОИЗМА И
ДВОЙНОГО ЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЯ ПРИ РЕЗОНАНСНОМ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ ВСТРЕЧНЫХ ПУЧКОВ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С ГАЗООБРАЗНЫМ МЕТАНОМ
3.1. Экспериментальная установка для исследования поляризационных
резонансов
3.2. Феноменологический расчёт интенсивности пробного излучения на выходе
"скрещенного" поляризатора
3.3. Результаты экспериментального исследования поляризационных резонансов
в метане и их интерпретация
3.4. Заключение к третьей главе..'
ГЛАВА 4. КОМПЕНСАЦИЯ ДВУЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЯ В АНИЗОТРОПНЫХ
СРЕДАХ НА ОСНОВЕ ДВУПРОХОДНЫХ СХЕМ И ФАРАДЕЕВСКИХ ЗЕРКАЛ (ОБРАЩЕНИЕ ПОЛЯРИЗАЦИИ)
4.1. Оптическая анизотропия в одномодовых оптических волноводах при
двойном прохождении и методы компенсации ее влияния, "фарадеевское зеркало"
4.2. Фарадевский компенсатор влияния взаимной оптической анизотропии на
основе поляризационного кольцевого интерферометра

4.3. Метод компенсации поляризационного фединга в оптических
интерферометрах
4.4. Заключение к четвертой главе
ГЛАВА 5. НИЗКОКОГЕРЕНТНАЯ ВОЛОКОННАЯ КОЛЬЦЕВАЯ
ИНТЕРФРОМЕТРИЯ
5.1. Флуктуационные характеристики цельноволоконного интерферометра
Саньяка на волну 0,85 мкм
5.2. Исследование работы автокомпенсационной схемы, реализующей "нулевой"
метод регистрации сигнала вращения волоконного кольцевого интерферометра (ВКИ)
5.3. Нестационарные поляризационные эффекты как причина дрейфа сигнала

5.4. Метод определения поляризационной невзаимности в волоконном
кольцевом интерферометре Саньяка
5.5. Цельноволоконный двухполяризационный ВКИ на одномодовом волокне на
волну 0,85 мкм
5.6. Функциональные возможности ВКИ при измерении малых взаимных
сдвигов фазы
5.7. Заключение к пятой главе
ГЛАВА 6. ОПТИЧЕСКАЯ КОГЕРЕНТНАЯ ТОМОГРАФИЯ
6.1. Методы низкокогерентной интерферометрии для оптической когерентной
томографии
6.2. Особенности низкокогерентной оптической интерферометрии на
поляризационно-сохраняющем волокне
6.3. Исследование распространения низкокогерентного излучения в волоконном
оптическом тракте с дефектами анизотропии методом корреляционновременного анализа
6.4. Снижение влияния паразитной нерегулярной связи ортогональных мод волокна на ОКТ изображения за счет эффекта поляризационной дисперсии
6.5. Широкополосный интерферометр с максимально эффективным
использованием мощности источника излучения
6.6. Экспериментальная реализация базовых исследовательских комплексов ОКТ на основе волоконно-оптического интерферометра Майкельсона
6.6.1. Функциональная схема томографа
6.6.2. Однополяризационная схема интерферометра с поляризатором и
компенсатором разности задержек на входе
6.6.3. Структура волоконного интерферометра ОКТ с минимальным влиянием
паразитной нерегулярной связи ортогональных мод
6.6.4. Метод устранения абберационных искажений при построении двухмерных
и трехмерных ОКТ изображений по временным задержкам
6.7. Двухволновая оптическая когерентная томография

6.7.1. Принцип действия двухволновой ОКТ на основе единого оптического интерферометра на анизотропном волокне на волны 0,83 мкм и 1,28 мкм
6.7.2. Компенсация неравенства материальной и волновой дисперсий в едином интерферометре одновременно на двух далеко разнесенных длинах волн
6.7.3. Результаты наблюдений методом двухволновой ОКТ
6.8. Разработка оптических элементов интерферометров на основе одномодового волокна
6.8.1. Расчет параметров 3-х децибельного направленного ответвителя с промежуточным слоем в произвольной конфигурации
6.8.2. 3-х децибельный направленный ответвитель
6.8.3. Оптический волоконный мультиплексор на волны 1,3 мкм и 0,64 мкм
6.8.4. Одномодовый волоконный ответвитель с Зх децибельным разделением света одновременно на волнах 0,83 мкм и 1,3 мкм
6.8.5. Управляемый высокоэффективный пьезо-волоконный модулятор оптической задержки (линия задержки)
6.9. Заключение к шестой главе
ГЛАВА 7. ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ОКТ
7.1. Реализация волоконно-оптических поляризационныхметодов ОКТ с ортогональными каналами приема на анизотропном волокне при линейной поляризации зондирующей волны
7.2. Обратная реакция на СЛД в поляризационном интерферометре с низкокогерентным излучением при доплеровском приеме
7.3. Принципы определения двулучепреломления при двухполяризационном приеме в интерферометре на анизотропном волокне с низкокогерентным излучением
7.4. Сравнительные изображения образцов биотканей в прямой и в ортогональной поляризации
7.5. Новая реализация кроссполяризационной оптической когерентной томографии, основанная на ортогональных, произвольно поляризованных модах
7.6. Заключение к седьмой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ II
ПРИЛОЖЕНИЕ III
ПРИЛОЖЕНИЕ IV
ЛИТЕРАТУРА

лосой анализа 1 Гц и исходной мощности около 1 мВт дает потенциально динамический диапазон около 140 дБ. Со стороны больших интенсивностей увеличение динамического диапазона возможно за счет более полного использования оптической мощности, что требует разработки оптимальных оптических схем. Разработка интерференционных методов видения маскируемых рассеянием внутренних структур биоткани, которые основаны на использовании низкокогерентного излучения, представляет большой интерес для современной оптики.
Оказалось также, что ОКТ-изображения слоистых структур биологической ткани, которые отличаются уровнем оптического рассеяния, очень похожи на изображения паразитных когерентных волн [135]. Появление этих волн главным образом обусловлено паразитной связью ортогональных мод в оптическом волокне и элементах интерферометра, а также поляризационной модовой дисперсией (ПМД) волокна [94, 136]. Поиск причин появления паразитных когерентных волн, которые снижают динамический диапазон приема, и разработка методик их устранения представляет собой самостоятельную важную задачу.
Не менее важной проблемой для метода ОКТ является улучшение параметров кросс-корреляционной функции интерферометра с целью приближения ее к идеальной - гауссовской. Причиной отклонений являются отклонения формы оптического спектра источника света от гауссовской [137], а также наличие крупномасштабных флуктуаций волноводных параметров и дисперсии материала. Меры, в частности, сводятся к компенсации разности дисперсии в плечах интерферометра, что при спектральной ширине, составляющего единицы процентов от несущей длины волны, представляет сложную задачу. В интерферометрах оптических когерентных томографов необходима компенсация первого и второго (а в оптической когерентной микроскопии и третьего) порядков материальной и волноводной дисперсии в оптических волоконных плечах интерферометра [138]. Проблема существенно усложняется при использовании нескольких рабочих длин волн.
Большой проблемой, также, оказалось отсутствие оптических волоконных элементов, адекватных задачам сверхширокополосной волоконной оптики.
Вопросам создания методов ОКТ на основе оптоволоконных схем посвящены шестая глава. В седьмой главе рассмотрены поляризационные методы ОКТ.
11. Среди многочисленных направлений физических исследований с использованием достижений высокочувствительной интерферометрии на основе излучения с узкой лазерной линией большой интерес представляет, в частности, проблема развития методов нелинейной поляризационной лазерной спектроскопии. Изменение состояния поляризации пробной волны света при прохождении газовой среды с резонансным переходом и при условии сильной встречной волны был предсказан Якубовичем [1] и впервые наблюдался в