Обработка изображений с помощью акустооптических фильтров на основе двулучепреломляющих кристаллов

• Автор: Москера Москера Хулио Сесар
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 130 с. : ил.

Глава I. ШИРОКОАПЕРТУРНОЕ АКУСТООПТИЧЕСКОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ
ПРИ ФАЗОВОМ СИНХРОНИЗМЕ
§1.1. Оптические волны в двулучепреломляющих кристаллах
§ 1.2. Анизотропная акустооптическая дифракция Брэгга
§ 1.3. Зависимость параметров оптимальной широкоапертурной дифракции от двулучепреломления кристалла
§ 1.4. Экспериментальное исследование широкоапертурной дифракции в
! 1 ' ’
двулучепреломляющих кристаллах
Выводы к Г лаве
Глава II. ШИРОКОАПЕРТУРНАЯ АКУСТООПТИЧЕСКАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ
§ 2.1. Акустооптическая дифракция при фазовом рассогласовании
§ 2.2. Спектральное разрешение широкоапертурного фильтра
§ 2.3. Экспериментальное исследование частотной полосы и угловой
апертуры широкоугольной дифракции
§ 2.4. Широкоапертурная двойная анизотропная дифракция
при фазовом рассогласовании в кристалле парателлурита
Выводы к Главе II
Глава III. ПРИМЕНЕНИЯ АКУСТООПТИЧЕСКОГО МЕТОДА
ДЛЯ СПЕКТРАЛЬНО-ПОЛЯРИЗАЦИОННОГО АНАЛИЗА
ИЗОБРАЖЕНИИЙ
§3.1. Экспериментальные установки
§3.2. Спектральный,анализ изображений
§ 3.3. Поляризационный и спектрально-поляризационный
анализ изображений
Выводы к Г лаве III
Заключение
Литература
Список публикаций автора

Актуальность темы исследования
В настоящее время создан широкий спектр различных типов акустооптиче-ских приборов, позволяющих управлять интенсивностью светового пучка, его направлением распространения, поляризацией, спектральным,составом и пространственной структурой [1—12]. Особенно важная область применения акустооптиче-ских устройств — системы обработки информации [1, 3, 6-12]. В последнее время исключительно актуальной областью исследований являются методы оптической обработки информации, предполагающие, что носителем сигнала является оптический пучок. Существенная роль в системах оптической обработки информации принадлежит акустооптическим приборам, которые позволяют производить операции в реальном времени. В частности, акустооптические устройства применяются для спектральной и пространственной фильтрации оптических пучков, в том числе несущих изображение [14-40]. Кроме того, акустооптические устройства используются для анализа сверхвысокочастотных радиосигналов, для визуализации акустических полей, для химического анализа и т.д. [6-8, 10-11].
Данная диссертационная работа посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию акустооптических фильтров, которые позволяют обрабатывать оптические пучки, несущие изображения [А1-А12]. С помощью рассмотренных акустооптических устройств можно осуществлять спектральный и поляризационный анализ изображений [13-15, 17-29, А1—А12]. Известно, что спектральные приборы играют исключительно важную роль в современной науке и технике. Они являются одним из основных инструментов исследования химических и физических свойств веществ. При этом к характеристикам современных фильтров предъявляются весьма жесткие требования. По сравнению с различными типами «классических» спектрометров, акустооптические фильтры, представляющие собой новый класс спектральных приборов, обладают рядом неоспоримых достоинств. Акустооптические устройства не содержат движущихся частей, а их перестройка осуществляется за счет полностью электронного управления, которое, в частности, может обеспечиваться компьютером. Акустооптические фильтры изображений характеризуются хорошим спектральным разрешением, вплоть до нескольких ангстрем, а также быстрой, в реальном времени, перестрой-

кой по спектральному диапазону [10-29]. Спектральные системы на основе акустооптических приборов являются компактными и обладают высокой надежностью.
В основе работы акустооптических фильтров лежит эффект дифракции света на фазовой дифракционной решетке, созданной ультразвуком [1-40]. Аку-стооптические явления изучаются уже несколько десятков лет. Можно считать, что начало физике акустооптического взаимодействия положил в 1921 году Л. Бриллюэн, который предсказал возможность рассеяния света на тепловых акустических колебаниях (фононах) [41]. Первое экспериментальное обнаружение акустооптического рассеяния относится к 1932 году, оно связано с именами П. Дебая и Ф. Сирса [42], а также Р. Люка и П. Бикара [43]. В 60-х годах XX века произошел всплеск интереса к физике акустооптических явлений, вызванный появлением лазеров. С этого времени начинает интенсивно развиваться прикладная акустооптика - создаются акустооптические приборы, управляющие различными параметрами оптических пучков, прежде всего, лазерных [1-40, 44—59].
В конце 60-х годов XX века начался новый этап развития акустооптики, связанный с изучением акустооптического эффекта в анизотропных средах [1,3, 10-12, 59-81]. В настоящее время интерес исследователей к проблеме акустооптического взаимодействия в кристаллах исключительно велик. Среди работ в области акустооптики, опубликованных в течение последних десяти лет, более половины посвящены именно дифракции в анизотропных средах или непосредственно связанны с практическими применениями акустооптического взаимодействия в кристаллах [3, 13, 19-29, 32, 38]. Большой интерес к акустооптическому рассеянию в анизотропных средах в значительной мере вызван хорошими перспективами акустооптических приборов на основе кристаллов. Такие приборы обладают существенно более высокими характеристиками по сравнению со своими аналогами, использующими изотропные материалы.
Особенная роль в современной физике акустооптических взаимодействий, а также в акустооптической технике принадлежит двулучепреломляющим кристаллам. Только в оптически анизотропных средах можно наблюдать ряд специфических режимов акустооптического взаимодействия, которые невозможны в жидкостях и стеклах. К одному из таких режимов относится так называемая широкоапертурная дифракция Брэгга, исследованию которой в одноосных кристаллах посвящена основная часть диссертационной работы [1, 6, 10-37, 40]. Именно

V 2л
j — — (2.17)
= Jna2 — nf cos2 0B + n; cos вв cos *F — |д - Ak cos lP j .
Так как при дифракции Брэгга А к« к (к = 2 я/ 2), то последнее слагаемое под знаком корня в правой части выражения (2.17) много меньше остальных слагаемых под корнем и им можно пренебречь. Тогда выражение (2.17) можно представить в следующей форме:
П1 sin 9В — ~~~ —~~ Ak sin Т2!
V 2 п
п/ -п* cos2 9В +п, cosffa|^^ j cos ТА
С учетом условия (2.10) выражение (2.18) преобразуется к виду
. „ 2,/ 0,82, tgf
п, sm 9., —1 ! и
(2.18)
I 2 2 ТАГ L п, cos Он Л (ДА / л) cos Т
-п] COS2 0В 1 +-! ^
(2.19)
и —и, COS
Разложив правую часть формулы (2.19) в ряд по степеням и ограничиваясь только линейными членами (л/Г+д; и 1 + 0,5л:) равенство (2.19) можно преобразовать следующим образом:
._Л 2,/ 0,82, tgT
и, sm 0В-^
2 2 а , 0,8 и, cos 9В 2,
cos 9„ +-
~п! cos2 9В или, учитывая, что к = А — А2,
(2.20)