Мезооптика и прямолинейные объекты в микроскопии

• Автор: Сороко, Лев Маркович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Дубна
• Количество страниц: 100 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
АННОТАЦИЯ
1. ВВЕДЕНИЕ
2. ОБРАЗУЮЩУЯ ЛИНИЯ МЕЗООПТИЧЕСКОГО ОБЪЕКТИВА
3. МЕЗООПТИЧЕСКИЙ ФУРЬЕ-МИКРОСКОГЕ ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
4. МЕЗООПТИЧЕСКИЙ ФУРЬЕ-МИКРОСКОП. ЧАСТЬ ВТОРАЯ
5. ЯВЛЕНИЕ КАУСТИКИ И ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ПРЯМОЛИНЕЙНЫЕ ОБЪЕКТЫ
6. ИНВЕРСНАЯ МЕЗООПТИКА
7. ПРОДОЛЬНАЯ ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА В МЕЗООПТИКЕ
8. ЛАЗЕРНАЯ МЕТРОЛОГИЯ
9. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
10. АПРОБАЦИЯ РАБОТ
11. ЛИТЕРАТУРА
12. БЛАГОДАРНОСТИ

АННОТАЦИЯ
Теоретически и экспериментально показано, что применение в микроскопии мезооптических элементов, впервые предложенных и изготовленных автором, позволяет полностью убрать процедуру перефокусировки по глубине в процессе наблюдения прямолинейных объектов. При этом сохраняется информация о глубине залегания такого объекта и о его ориентации в пространстве.
В диссертации приведены результаты исследований в области мезооитики, а также описаны действующие устройства с высокими метрологическими и информационными характеристиками.
Новизна исследований состоит в том, что впервые в микроскопии отрезок прямолинейного объекта стал восприниматься как единое целое, а сжатие информации о положении таких объектов в пространстве стало происходить до предельно высокой степени. Полная информация о каждом прямолинейном объекте содержится в положении двух точечных сигналов на выходе микроскопа. 11олностыо убрана стадия поэлементного считывания элементов прямолинейного отрезка, которая сохраняется до сих пор в любом традиционном оптическом микроскопе.
Впервые в мезооптике использовано явление каустики света, продольная интерференция света коаксиальных конических волновых полей, а также высшие днффракционные порядки при освещении прямолинейного объекта сходящимся пучком света. Развитие указанных подходов в метрологии позволяет в десятки раз повысить точность измерения поперечного размера прямолинейного объекта.
Результаты исследований, описанных в диссертации, опубликованы в фундаментальной монографии автора по мезооптике [1], изданной в Сингапуре на английском языке, в обзоре [2] серии Progress in Optics, в обзорах отечественных и зарубежных сборниках, в трудах конференций, симпозиумов и рабочих совещаний, в оригинальных научных статьях, а также в опубликованных описаниях изобретений автора. Всего по теме диссертации имеется 86 публикаций.
Диссертация состоит из Введения, 8 глав и Заключения, содержит 100 страниц машинописного текста, включая 82 иллюстрации.

1. ВВЕДЕНИЕ
АКТУАЛЬНОСТЬ. Толчком к проведению серии теоретических и экспериментальных исследований по мезооптнке в Лаборатории ядерных проблем имени В. П. Джслепова Объединенного Института Ядерных Исследований в Дубне послужила проблема, возникшая при наблюдении прямых следов заряженных частиц в блоке из слоев ядерной фотоэмульсии при проведении экспериментов на пучках нейтрино от ускорителей частиц. Объем блока из слоев ядерной фотоэмульсии в этих экспериментах равен 50-300 литров и массу до 1 тонны. Толщина каждого слоя ядерной фотоэмульсии равна 0,6 мм.
Чтобы различить элементы следа частицы в виде зерен серебра размером 0,3-0,5 мкм, используют оптические микроскопы с большой апертурой, когда глубина фокуса составляет 2 мкм. Поэтому число элементов разрешения в таком блоке равно 2-1017. При скорости считывания 10б элементов/сек сканирование всего блока будет продолжаться 64 О3 лет.
Экспериментальная установка с указанным блоком из слоев ядерной фотоэмульсии содержит также систему внешних детекторов частиц. В нее входят пузырьковые и стримерные камеры, камеры со сцинтиллирующими нитями и калориметры высокого разрешения. Подобный эксперимент весьма дорогостоек, и его могут выполнить только коллаборации из богатых стран.
Внешние экспериментальные устройства, расположенные на длине до 100 м, позволяют локализовать интересующее физиков событие из многих вторичных следов частиц с общей вершиной с погрешностью 2-Змм. В результате объем блока, подлежащий сканированию, удается сократить до 0,2 см3 или до 2-10м элементов разрешения.
До 1983 года были сделаны несколько экспериментальных попыток автоматизировать процессы поиска и обмера событий в ядерной фотоэмульсии. Первые модели решали проблему наблюдения и измерения следов частиц, но не решали проблему поиска событий. Проблему полной автоматизации процесса поиска следов частиц с заданной ориентацией в блоке со слоями ядерной фотоэмульсией решить не удалось до сих пор. Объективной причиной трудностей, встретившихся на этом пути, было то, что след частицы разбивался на отдельные составляющие элементы, в результате чего возникала необходимость работать с огромным массивом информации. Ми в одном из проектов не учитывался с самого начала факт сильной взаимной пространственной корреляции между отдельными

а=36 мкм. Линейное увеличение системы из двух цилиндрических линз (рис. 26) равно М=4:1 при угле захвата дифрагированного света Д0=27° и при угле ориентации оси системы из двух линз относительно оси МФМ с двойной фокусировкой сх 1/2 равном 30°.
Теперь рассмотрим методы подавления кома аберраций в МФМ и соответственно пути уменьшения общего размера мезооптического элемента с кольцевым откликом. На рис. 27 показан МФМ, в котором используется апланатическая мезооптическая голограмма с кольцевым откликом. Согласно теореме Вельфорда [54, 55, 56], радиус носителя голограммы выбирают из условия
— = —+ —, (12)
Я /, 12’х
где 1] и Ь - расстояния от точечного опорного источника до голограммы и от голограммы до точечного объекта на стадии изготовления голограммы, соответственно. При этом знаки 1| и В выбирают согласно правил, принятых в оптике. Поэтому для случая р—Ь, Я—>«, подложка голограммы становится плоской. Таким образом, полные размеры мезооптического элемента можно уменьшить с 160 мм до 40 мм.
В случае когда М велико, ^»Ь, и ЛМ], центр дуги образующей линии подложки мезооптической голограммы расположен практически в том же месте, где находится прямолинейный объект.
Новые методы уменьшения кома аберраций в МФМ обобщены в [57, 58]. Там же рассмотрены методы изготовления многоэлементного изопланатического зеркала с кольцевым откликом для МФМ.
По определению семейство таутохронных эллипсов, задающих форму образующей изопланатического мезооптического зеркала, задается двумя фокусами. При этом два соседних таутохронных эллипса отстоят друг от друга на расстояние атак, чтобы разность хода двух лучей света, отраженных от них, давали разность хода, равную длине волны света X (рис. 28). Пусть первый фокус находится в точке Р|, а второй фокус в точке Рз, а точки А и В на двух соседних таутохронных эллипсах, расположены на общем луче Р]АВ. По условию отрезки отраженных лучей света АС и ВБ должны отличаться на длину волны X. Отсюда получаем