Диссертации и авторефераты Украины
Перейти на каталог
Каталог авторефератов

Я ищу:
Диссертация / Автореферат

По вопросу доставки диссертации по этой теме пишите на электронный адрес: info@disser.com.ua
Тема автореферата диссертации: Аналіз викривлень хвильового фронту лазерным диференційно-фазовим методом 2003 года.
Источник: Автореф. дис... канд. фіз.-мат. наук: 01.04.05 / Сергій Олександрович Колєнов; Київський національний ун-т ім. Тараса Шевченка. — К., 2003.
Аннотация:

Текст работы:

Київський національний університет імені Тараса Шевченка










Колєнов Сергій Олександрович






УДК 535.241.13:534






АНАЛІЗ ВИКРИВЛЕНЬ ХВИЛЬОВОГО ФРОНТУ ЛАЗЕРНИМ ДИФЕРЕНЦІЙНО-ФАЗОВИМ МЕТОДОМ






01.04.05 Оптика, лазерна фізика







Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата фізико-математичних наук.












Київ-2003



Дисертацією є рукопис.



Робота виконана на кафедрі квантової радіофізики радіофізичного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка



Науковий керівник: доктор фізико-математичних наук, професор

Данилов Вадим Васильович,

Київський національний університет імені Тараса Шевченка, професор кафедри квантової радіофізики.



Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор

Шайкевич Ігор Андрійович,

Київський національний університет імені Тараса Шевченка, професор кафедри оптики;


доктор фізико-математичних наук, професор

Полянський Петро Вячеславович,

Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича, професор кафедри кореляційної оптики.



Провідна установа: Інститут Фізики НАН України, м. Київ.




Захист відбудеться 24 листопада 2003 р. о 14 30 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.001.23 Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: 03022, м. Київ, проспект Глушкова 2, корпус фізичного факультету, ауд. 200.





З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: 01033, м. Київ, вул Володимирська 58.





Автореферат розісланий “ 21 ”  жовтня  2003 р.







Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,

доктор фiз.-мат. наук                                                                         Б.А. Охрiменко


ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Один з найбільш інформативних напрямків дослідження параметрів світлового променя, що надає інформацію про найдрібніші неоднорідності середовища, крізь яке розповсюджується електромагнітна хвиля, відноситься до фазової оптики. При цьому для дослідження фазових змін, що відбуваються зі світловою хвилею в середовищі, досить широко використовують диференційно-фазовий метод, який дозволяє розробити оптичну схему практично нечутливу до вібрацій, що суттєво відрізняє його від фазових чи інтерференційних методів. Цей метод полягає у отриманні інформації про локальну різницю в оптичній довжині шляху двох променів, з якої можна відтворити інформацію про локальні викривлення поверхні хвильового фронту шляхом її сканування та інтегрування виміряних даних. Однак, на шляху застосування диференційно-фазового метода постає питання достовірності фазової інформації, що відтворюється з отриманих диференційно-фазових даних. Тим більше, що застосування цифрової техніки для реєстрування та математичної обробки даних, що вимірюються, може призводити до похибок дискретизації, які впливатимуть на результати інтегрування. Це питання до цього часу практично не розглядалось і тому потребує додаткового дослідження у поєднанні з обґрунтуванням параметрів диференційно-фазової оптичної схеми. Крім того, раніше сканування поверхні хвильового фронту в диференційно-фазовому методі проводили механічним шляхом, що вимагало значного часу вимірювання. До того ж, усі подібні вимірювання були одновимірними, оскільки рознесення лазерних променів здійснювалось тільки в одному напрямку. З розвитком акустооптики та появою методів швидкісного та широкосмугового акустооптичного керування напрямком розповсюдження лазерного випромінювання зявилась можливість не тільки збільшити швидкість сканування, але і зробити диференційно-фазові вимірювання двовимірними. Однак, на цьому шляху виникає питання впливу акустооптичного керування лазерними променями на результати вимірювань викривлень хвильового фронту. Тому дослідження фазових процесів, що відбуваються з дифрагованими променями в анізотропному середовищі при акустооптичній взаємодії, та визначення спотворень хвильового фронту, що можуть виникати в оптичній схемі з акустооптичним скануючим елементом, є дуже актуальним.

Звязок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась в Київському національному університеті імені Тараса Шевченка на кафедрі квантової радіофізики радіофізичного факультету у відповідності з планами науково-дослідних робіт: 1) лазерні інформаційні технології в інтегрально-оптичних та обємних структурах (НДР № 97031, номер держреєстрації 0197U003331), 2) надвисокочастотні та лазерні інформаційні технології (НДР № 01БФ052-09, номер держреєстрації 0101U002970), 3) розробка лазерної мікроскопії та еліпсометрії біологічних обєктів для оцінки зміни їх функціональних станів та особливостей (НДР № 99008/5, номер держреєстрації 0100U004375), 4) дослідження взаємозвязку просторових спектрів профілю поверхні, отриманих за допомогою трипроменевого лазерного профілографа, з параметрами її шорсткості (НДР № 2000Д013, номер держреєстрації 0101U000038).

Мета і задачі роботи. Метою роботи є: побудова фізичної моделі узгодження хвильових фронтів лазерних променів в умовах нелінійної акустооптичної взаємодії та кінцево-різницевої дискретизації для аналізу викривлень поверхні хвильового фронту світла.

Зазначена мета досягається шляхом розвязання таких наукових задач:

1)  Розробка методу диференційно-фазового дослідження викривлень хвильового фронту шляхом аналізу існуючих методів диференційно-фазових досліджень та виявлення методу, придатного до удосконалення.

2)  Дослідження фазо-частотних характеристик двочастотної анізотропної бреггівської дифракції світла в схемі з оптичним гетеродинуванням дифрагованих променів та визначення відповідних залежностей з урахуванням параметрів оптичної схеми.

3)  Дослідження проблем, повязаних з достовірністю відтворення фазової інформації про викривлення хвильового фронту при кінцево-різницевій дискретизації в лазерних диференційно-фазових скануючих системах.

4)  Розробка нових методів двовимірного аналізу параметрів середовища за допомогою диференційно-фазового методу дослідження викривлення хвильового фронту світла цим середовищем.

Обєктом досліджень є процес перетворення функції викривлення поверхні хвильового фронту світла у функцію відгуку диференційно-фазової оптичної схеми з акустооптичною розгорткою та процес відтворення функції викривлення хвильового фронту з цього відгуку, а предметом досліджень фазові процеси, що відбуваються зі світловими променями в диференційно-фазовій системі з акустооптичною розгорткою по двох координатах, та параметри диференційно-фазової оптичної схеми, які повинні забезпечувати достовірне відтворення інформації про викривлення хвильового фронту.

Методи досліджень. Для розвязання поставлених задач в роботі використовуються положення геометричної та Фурє-оптики, теорії розповсюдження електромагнітних та пружних хвиль в анізотропних середовищах, теорії акустооптичної взаємодії, методи спектрального та кореляційного аналізу, а також цифрової обробки інформації.

Наукова новизна роботи полягає в тому, що вперше:

-  розроблена концепція узгодження хвильових фронтів лазерних променів при одночасному двокоординатному акустооптичному скануванні та розщепленні лазерного променя з метою реалізації диференційно-фазового методу дослідження викривлень поверхні хвильового фронту;

-  визначено залежність спотворення диференційно-фазової характеристики викривлення поверхні хвильового фронту світла від параметрів передаточної фазо-частотної характеристики оптичної схеми в умовах акустооптичної бреггівської дифракції світла на двох акустичних хвилях різної частоти;

-  показано, що інтермодуляційні ефекти при бреггівській дифракції світла на двох акустичних хвилях різної частоти в умовах сильного акустооптичного звязку в схемі з оптичним гетеродинуванням дифрагованих променів призводять до залежності амплітуди та фази інтерференційної картини в межах площини детектування від потужності акустичних хвиль;

-  визначено звязок між співвідношенням амплітуд спектральних складових дифрагованого світла при бреггівській дифракції на двох акустичних хвилях різної частоти в умовах сильної акустооптичної взаємодії та похибкою при здійсненні диференційно-фазових вимірювань;

-  проведено обґрунтування вибору параметрів диференційно-фазової системи при кінцево-різницевій дискретизації даних, що вимірюються, і визначено вплив цієї дискретизації на достовірність відтвореної фазової інформації про викривлення поверхні хвильового фронту;

-  введено поняття про двовимірний параметр шорсткості поверхні та знайдено звязок між цим параметром та двовимірним просторовим спектром кінцево-різницевої функції викривлення хвильового фронту світла обєктом, яка визначається диференційно-фазовим методом.

Практичне значення одержаних результатів. Результати роботи представляють інтерес для розробки і створення швидкодіючих диференційно-фазових вимірювальних систем з акустооптичною розгорткою, що мають високу роздільну здатність і нечутливість до вібрацій, з метою дослідження та відтворення двовимірної інформації про фазові обєкти. Розроблені диференційно-фазові методи вимірювань можуть знайти застосування в медицині та біології для дослідження швидкоплинних процесів, а також в метрології та триботехніці для дослідження поверхонь. Одержані результати були використані при створенні макету трьохпроменевого лазерного диференційно-фазового скануючого мікроскопа та лазерного скануючого профілографа-профілометра.

Особистий внесок автора в роботи, що повністю або частково увійшли до складу дисертації, полягає в розробці концепції двовимірного диференційно-фазового методу вимірювань викривлень хвильового фронту на основі лазерних акустооптичних систем та теоретичному моделюванні фазових процесів, що відбуваються при бреггівській дифракції світла в анізотропному середовищі та впливають на точність диференційно-фазових вимірювань; теоретичному обґрунтуванні умов достовірного відтворення інформації про локальні викривлення хвильового фронту з даних отриманих диференційно-фазовим методом; проведенні експериментальних досліджень, обробці отриманих результатів та їх теоретичному обґрунтуванні; у створенні програмного забезпечення та деяких вузлів електронної апаратури для автоматизації експерименту та обробки даних; у написанні та налагодженні програм для численних розрахунків, а також їх виконання. Автором запропоновані та практично застосовані нові методики двовимірного аналізу викривлень хвильового фронту, які дозволяють за даними диференційно-фазових вимірювань визначати параметри шорсткості поверхонь та оптичну силу заломлюючих поверхонь. Також автор брав активну участь в обговореннях по матеріалах досліджень, підготовці публікацій та представленні результатів на семінарах та конференціях.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертаційної роботи доповідались та обговорювались на науково-технічних конференціях: Всеукраїнській конференції молодих науковців “Інформаційні технології в науці та освіті” (Черкаси, 1997 р.), VI Сесії Російського акустичного товариства (Москва, 1997 р.), Щорічній Науковій Сесії Київського університету імені Тараса Шевченка (Київ, 1997 р.), IХ міжнародній конференції "Применение лазеров в медицине и биологии" (Ялта, 1997 р.), 12 Міжнародній конференції SPIE Laser Radar Technology and Applications (Orlando, USA, 1998 р.), ІІІ Міжнародному симпозіумі “Электрические машины в новом столетии” (Москва, 2000р.), ІІІ Міжнародній науково-технічній конференції “Авіа-2001” (Київ, 2001 р.), І Міжнародній конференції молодих науковців з прикладної фізики (Київ, 2001 р.), IV Міжнародній конференції молодих науковців з електроніки та телекомунікацій “SECON-2001” (Warsaw, Poland, 2001 р.).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 14 робіт, в тому числі 5 статей у фахових наукових журналах і 1 патент Російської Федерації.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів, висновків та списку літератури, що містить 133 бібліографічних посилання. Дисертація викладена на 157 сторінках основного тексту та містить 67 ілюстрацій. Загальний обсяг роботи