Эффекты продольной когерентности оптических полей с широкими спектрами пространственных и временных частот в интерференционном эксперименте
Диссертация
Одними из самых ярких примеров практического использования явления интерференции частично когерентного оптического излучения являются методы Фурье-спектроскопии и оптической томографии. В тоже время современные представления о когерентных свойствах оптических полей во многом основываются на классических понятиях о временной и пространственной когерентности, в которых продольные корреляционные… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА 1. КОГЕРЕНТНОСТЬ ОПТИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР И ПОСТАНОВКА ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ ЗАДАЧИ)
- 1. 1. Классические представления о когерентности оптических полей
- 1. 1. 1. Временная когерентность. Интерферометр Майкельсона
- 1. 1. 2. Пространственная когерентность. Эксперимент Юнга
- 1. 1. 3. Спектральные представления оптических полей и функции когерентности
- 1. 1. 3. 1. Спектральное представление функции автокогерентности. Теорема Винера-Хинчина
- 1. 1. 3. 2. Спектральное представление функции взаимной когерентности. Теорема Ван-Циттерта-Цернике
- 1. 1. Классические представления о когерентности оптических полей
- 1. 2. Продольные корреляционные свойства оптических полей -нерешенные задачи
- 1. 3. Выводы
- 2. 1. Продольная когерентность световых полей
- 2. 1. 1. Продольная пространственно-временная когерентность
- 2. 1. 2. Продольная чисто пространственная когерентность
- 2. 2. Связь функции продольной пространственно-временной когерентности со спектрами пространственных и временных частот
- 2. 2. 1. Протяженный источник с узким спектром временных частот
- 2. 2. 2. Точечный источник с широким спектром временных частот
- 2. 3. Эффекты продольной пространственной когерентности в модельном и натурном интерференционных экспериментах
- 2. 3. 1. Моделирование функции продольной пространственной когерентности источника с широкими спектрами пространственных и временных частот
- 2. 3. 2. Пространственно-временные соотношения между интерферирующими полями на выходе интерферометра Майкельсона
- 2. 3. 3. Проявление продольной пространственной когерентности в интерферометре Майкельсона
- 2. 4. Выводы
- 3. 1. Схема автокорреляционного анализа низкокогерентного оптического поля, отраженного слоистым объектом
- 3. 2. Формирование сигнала в автокорреляционном низкокогерентном интерферометре
- 3. 2. 1. Дискретная модель формирования сигнала в автокорреляционном низкокогерентном интерферометре
- 3. 2. 1. 1. Общее выражение интерференционного сигнала для произвольного числа прозрачных, нерассеивающих слоев
- 3. 2. 1. 2. Частные случаи трех и четырех отражающих границ
- 3. 2. 2. Модель автокорреляционного сигнала от объекта с непрерывным распределением коэффициента отражения по глубине объекта
- 3. 2. 3. Результаты натурного эксперимента и моделирование выходного сигнала системы автокорреляционной низкокогерентной интерферометрии
- 3. 2. 1. Дискретная модель формирования сигнала в автокорреляционном низкокогерентном интерферометре
- 3. 3. Обсуждение
- 3. 4. Выводы
- 4. 1. Интерферометр с использованием оптического излучения с 125 широким угловым спектром и интегрирующей апертурой фотоприемника
- 4. 2. Оптическая схема системы трех связанных интерферометров
- 4. 2. 1. Интерферометр с использованием оптического излучения с широким спектром временных частот
- 4. 2. 2. Вспомогательный лазерный интерферометр
- 4. 2. 3. Алгоритм обработки сигнала системы трех связанных интерферометров и экспериментальные результаты
- 4. 3. Выводы
Список литературы
- Борн М, Вольф Э. Основы оптики: Пер. с англ. М.: Наука, 1973. 720 с.
- Мандель JL, Вольф Э. Оптическая когерентность и квантовая оптика: Пер. с англ. М.: Наука. Физматлит, 2000. 896 с.
- Гудмен Дж. Статистическая оптика: Пер. с англ. М.: Мир, 1988. 528с.
- Сороко JI.M. Основы голографии и когерентной оптики. М.: Наука, 1971. 616с.
- Перина Я. Когерентность света. М.: Мир, 1974. 368 с.
- Ландсберг Г. С., Оптика. М.: Наука, 1976. 928 с.
- Steel Н. Interferometry. Cambridge: University Press, 1983.
- Гудмен Дж. Введение в фурье-оптику: Пер. с англ. М.: Мир, 1970. 364 с.
- Рытов С.М. Введение в статистическую радиофизику. 4.1. Случайные процессы. М.: Наука, 1966. 404 с.
- Рытов С.М., Кравцов Ю. А., Татарский В. И. Введение в статистическую радиофизику. Т.2. Случайные поля. М.: Наука, 1978. 473 с.
- Ахманов С.А., Дьяков Ю. Е., Чиркин А. С. Введение в статистическую радиофизику и оптику. М.: Наука, 1981. 640 с.
- Selected papers on coherence and fluctuations on light (1850−1966). Mandel L., Wolf E. eds. Bellingham, WA: SPIE Optical Engineering Press, 1990.
- Martienssen W., SpillerE. Coherence and fluctuation in light beams // American J. of Phys. 1964. — Vol. 32. — №. 12. — P. 919−926.
- Франсон M. Оптика спеклов. M.: Мир, 1980. 171 с.
- Франсон М., Сланский С. Когерентность в оптике. М.: Наука, 1967. 80 с.
- Hamilton W.A., Klein A.G. and OpatG.I. Longitudinal coherence and interferometry in dispersive media // Physical Review A. 1983. — Vol. 28. -№ 5.-P. 3149−3152.
- Скроцкий Г. В. Интерференция и когерентность // В кн. Материалы 6 Всес. Школы по голографии. JL: ЛИЯФ, 1974. С.37−45.
- Rosen J., Yariv A. General theorem of spatial coherence: application to three-dimensional imaging // JOS A A. 1996. — Vol. 13. № 10. P. 2091−2095.
- Wang W., Kozaki H., Rosen J., Takeda M. Synthesis of longitudinal coherence functions by spatial modulation of an extended light source: a new interpretation and experimental verifications // Appl. Opt. 2002. — Vol. 41. № 10.-P. 1962−1971.
- Gokhler M., Rosen J. General configuration for using the longitudinal spatial coherence effect // Opt. Commun. 2005. — Vol. 252. — P. 22−28.
- Rosen J., Yariv A. Longitudinal partial coherence of optical radiation // Opt. Com.- 1995.-Vol. 117.-P. 8−12.
- Walmsley I.A. and Malacara D. First-order parameters for a general two-beam interferometer // Appl. Opt. 1995. — Vol. 34. — P. 3571−3575.
- Friberg A.T., Wolf E. Relationships between the complex degree of coherence in the space-time and space-frequency domains // Opt. Lett. 1995. — Vol. 20 — № 6. — P. 623.
- ZarubinA.M. Three-dimensional generalization of Van Cittert-Zernike theorem to wave and particle scattering // Opt. Commun. 1993. — Vol. 100. -P. 491−507.
- ЛокшинГ.Р., УченовА.В., ЭнтинМ.А. Пространственная периодичность в когерентных, некогерентных и спекл-полях // Радиотехника и электроника. 2000. — Т. 45. — № 4. — С. 416−426.
- РябухоВ.П., ЛякинД.В., ЛобачевМ.И. Эффекты временной и продольной пространственной когерентности в неравноплечном интерферометре // Письма в ЖТФ. 2004. — Т. 30. — В. 2. — С. 52−60.
- Рябухо В.П., Лякин Д. В. Теорема Винера-Хинчина в теории пространственной когерентности в курсах статистической оптики и радиофизики // Физическое образование в вузах. 2005. — Т. 11. — В. 3. -С. 107−108.
- Рябухо В.П., Лякин Д. И., Лобачев М. И. Проявление продольных корреляций в рассеянных когерентных полях в интерференционном эксперименте // Оптика и спектроскопия. 2004. — Т. 97. — № 2. — С. 319 324.
- Ryabukho V., Lyakin D. and Lobachev M. Influence of longitudinal spatial coherence on the signal of a scanning interferometer // Opt. Lett. 2004. -Vol. 29.-№ 7.-P. 667−669.
- Рябухо В.П., Лякин Д. В. Эффекты продольной пространственной когерентности света в интерференционном эксперименте // Оптика и спектроскопия. 2005. — Т. 98. — №. 2. — С. 309−320.
- Ryabukho V., Lyakin D. Longitudinal pure spatial coherence of a light field with wide frequency and angular spectra // Opt. Lett. 2005. — Vol. 30. — № 3. -P. 224−226.
- Лякин Д.В. Эффекты согласования оптических полей с широкими спектрами пространственных и временных частот в интерферометре продольного сдвига // Дисс. канд. физ.-мат. наук. 2004. — С. 161.
- Белл Р. Дж. Введение в фурье-спектроскопию: Пер. с англ. М.: Мир, 1975.
- Selected papers on optical low-coherence reflectometry and tomography. Masters B. ed. Bellingham, WA: SPIE Optical Engineering Press, 2001.
- Selected papers on coherence and radiometry. Friberg A. T. ed. Bellingham, WA: SPIE Optical Engineering Press, 1993.
- Selected papers on optical tomography: fundamentals and applications in medicine. MinetO., MullerG., BeuthanJ. eds. Bellingham, WA: SPIE Optical Engineering Press, 1998.
- Coherent-domain optical methods: Biomedical diagnostics, environmental and material science. TuchinV.V. ed. Boston: Kluwer Academic Publishers, 2004.
- DrexlerW., FujimotoJ.G., TuchinV.V. Optical coherence tomography: Technology and Applications. Berlin: Springer, 2007.
- Ангельский O.B. Корреляционная диагностика случайных пространственно-неоднородных оптических полей // Квант, электр. -1992.-Т. 19. -№. 12.-С. 1151−1158.
- Angelsky O.V., Maksimyak P.P., HansonS. The use optical-correlation techniques for characterizing scattering object and media. Bellingham, WA: SPIE Optical Engineering Press, 1999. 192 p.
- Власов Н.Г., Штанько A.E. О возможности развития интерференционных методов, основанных на пространственной корреляции интенсивности излучения тепловых источников // Оптика и спектроскопия. 1977. — Т. 43. — В. 1. — С. 192−194.
- Власов Н.Г., Пресняков Ю. П. Пространственная корреляция интенсивности в диффузно-когерентном излучении и интерференционные измерения на ее основе // В сб.: Современные проблемы прикладной голографии. М.: МДНТП, 1974. С. 13−32.
- Гуров И.П., Джабиев А. Н. Интерферометрические системы дистанционного контроля объектов. СПб.: СПб ГУ ИТМО, 2000. 190 с.
- Yamaguchi I. Fringe formations in deformation and vibration measurements using laser light // Progress in Optics. 1985. — Vol. 22. — Chap. 5. — P. 174 341.
- Asakura Т., Takai N. Dynamic laser speckles and their application to velocity measurement of the diffuse object // Appl. Phys. 1981. — Vol. 25. — P. 179 194.
- Rosen J. and TakedaM. Longitudinal spatial coherence applied for surface profilometry // Appl. Opt. 2000. — Vol. 39. — № 23. — P. 4107−4 111.
- Gokhler M., Duan Z., Rosen J., Takeda M. Spatial coherence radar applied for tilted surface profilometry // Opt. Eng. 2003. — Vol. 42. — № 3. — P. 830−836.
- Gokhler M., Rosen J. Synthesis of a multiple-peak spatial degree of coherence for imaging through absorbing media // Appl. Opt. 2005. — Vol. 44. — № 15. -P. 1−5.
- Токовинин A.A., Щеглов В. П. Проблема достижения высокого разрешения в наземной оптической астрономии // УФН. 1979. — Т. 129. -№ 4. — С. 645−670.
- LabeyrieA. High resolution techniques in optical astronomy // Progress in Optics. 1976. — Vol. 14. — P. 47−51.
- Labeyrie A. Attainment of diffraction limited resolution in large telescopes by Fourier analyzing speckle patterns in star images // Astron. Astrophys. -1970.-Vol. 6.-P. 85−92.
- Оптические телескопы будущего. Под ред. ПачиниФ.: Пер. с англ. М.: Мир, 1981.432 с.
- Анисимов В.В., Козел С. М., Локшин Г. Р. О пространственно-временных статистических свойствах когерентного излучения, рассеянного движущимся диффузным отражателем // Опт. и спектр. 1969. — Т. 27. -В. 3.-С. 484−491.
- Козел С.М., Локшин Г. Р. Продольные корреляционные свойства когерентного излучения, рассеянного шероховатой поверхностью // Опт. и спектр. 1972. — Т. 33. — В. 1. — С. 165−168.
- Глущенко Л.А., Попов И. А. Корреляционные свойства рассеянного когерентного излучения в широком диапазоне освещения и наблюдения // Опт. и спектр. 1992. — Т. 72. — В. 2. — С. 474−478.
- Иванов А.П., Чайковский А. П., КумейшаА.А. Интерференционный метод исследования рассеивающих объектов // ДАН БССР. 1979. — Т. 23, — № 6. -С. 503−506.
- Власов Н.Г., Семенов Э. Г., Соколова М. Э. Исследование рассеивающих сред и визуализация фазовых объектов в частично когерентном излучении // В кн. Голография и ее применение. Труды XVII Всес. Школы по голографии. Л.: ЛИЯФ, 1986. С.184−197.
- Youngquist R.C., CarrS., Davies D.E.N. Optical coherence domain reflectometry: A new optical evaluation technique // Opt. Lett. 1987. — Vol. 12. — № 3. — P. 158−160.
- FercherA.F., MengedohtK., Werner W. Eye-length measurement by interferometry with partially coherent light // Opt. Lett. 1988. — Vol. 13. — № 3.-P. 1867−1869.
- Hitzenberger C.K. Measurement of corneal thickness by low-coherence interferometry //Appl. Opt. 1992. — Vol. 31. — № 31. — P. 6637−6642.
- Fercher A.F., Hitzenberger C.K., Kamp G., El-Zaiat S.Y. Measurement of intraocular distances by backscattering spectral interferometry // Opt. Commun. 1995. — № 117. — P. 43−48
- FercherA.F., HitzenbergerC.K., DrexlerW. Ocular partial coherent interferometry // Proc. SPIE: CIS Selected Papers «Coherent-Domain Methods in Biological Optics» Ed. V.V. Tuchin. 1996. — Vol. 2732. — P. 210 228.
- Morgner U., Drexler W., Kartner F.X., Li X.D., Pitris C., Ippen E.P. and FujimotoJ.G. Spectroscopic optical coherence tomography // Opt. Lett. -2000.-Vol. 25.-№ 2.-P. 111−113.
- Wojtkowski M., Leitgeb R., Kowalczyk A., Bajraszewski Т., Fercher A. F. In vivo human retinal imaging by Fourier domain optical coherence tomography // Journal of Biomedical Optics. 2002. — Vol. 7. — № 3. — P. 457−463.
- Fercher A.F., Drexler W., Hitzenberger C.K., LasserT. Optical coherence tomography principles and applications // Report Prog. Phys. — 2003 — Vol. 66 — P. 239−303.
- Иванов В.В., Маркелов В. А., Новиков М. А., Уставщиков С. С. Дифференциальная низкокогерентная интерферометрия для in situ диагностики прозрачных микроструктур // Письма в ЖТФ. 2004. — Т. 30. — В. 9. — С. 82−87.
- Гладкова Н.Д., Сергеев A.M. Руководство по оптической когерентной томографии. М.: Физматлит, 2007.
- Коломийцов Ю.В. Интерферометры. Основы инженерной теории. Применения. Л.: Машиностроение, 1976.
- Wyant J.C. Interferometric optic metrology: basic principles and new systems // Laser Focus 1982. — Vol.18. — P.65−71.
- Батраков А.С., Бутусов M.M., Гречка Г. П. и др. Лазерные измерительные системы. М.: Радио и связь, 1981.
- Дубнищев Ю.Н., Ринкевичус Б. С. Методы лазерной доплеровской анемометрии. М.: Наука, 1982.
- Коронкевич В.П., Соболев B.C., Дубинцев Ю. Н. Лазерная интерферометрия. Новосибирск: Наука, 1983.
- Аблеков В.К., Колядин С. А., Фролов А. В. Высокоразрешающие оптические системы. М.: Машиностроение, 1985.
- Чудов В.А. Измерения в машиностроении // Измерительная техника. -1990. -№ 3.-С.61−62.
- Васильев В.Н., Гуров И. П. Оптическая интерферометрия и информационные технологии. Системы прецизионного технологического контроля // Известия вузов. Приборостроение, 1996. -№ 5−6.-С. 13−20.
- Васильев В.Н., Гуров И. П. Технология бесконтактного контроля объектов на основе когерентного и спектрального радаров в биомедицинских исследованиях и промышленности, в кн.: Оптические и лазерные технологии. СПб.: СПб ГУ ИТМО, 2002.
- Гуров И.П., Джабиев А. Н. Интерферометрические системы дистанционного контроля объектов. СПб.: СПб ГУ ИТМО, 2000.
- Wilson Т., Sheppard C.J.R. Theory and Practice of Scanning Optical Microscopy. London: Academic Press, 1984.
- Wilson T. ed. Confocal Microscopy. London: Academic Press, 1990.
- Ченцов Ю.В. Конфокальная лазерная сканирующая микроскопия в биологии и медицине // Оптический журнал. 1994. — № 12. — С. 18−23.
- Лужнев Э.И., Попова И. П., Кузьмин С. В., Слащев С. М. Конфокальная лазерная сканирующая микроскопия: принципы, устройство, применение (Часть 1) // Научное приборостроение. 2001. — Т. 11. — № 2.- С. 3−20.
- Hamilton D.K., Sheppard C.J.R. A Confocal Interference Microscope // Optica Acta. 1982.-Vol. 29.-№ 12.-P. 1573−1577.
- Matthews H.J., Hamilton D.H., Sheppard C.J.R. Surface profiling by phase-locked interferometry // Applied Optics. 1986. — Vol. 25. — № 14. — P. 23 722 374.
- GuM. Time-resolved three-dimensional imaging based on confocal interferometry under ultrashot pulsed illumination // Optik 1996. — Vol. 104.- № 1. P. 32−34.
- Fercher A.F. Optical coherence tomography // J. Biomed. Opt. 1996. — Vol. l.-P. 157−173.
- Schmitt J.M. Optical coherence tomography: a review // IEEE J. Select Topics Quant. Electron. 1999. — Vol. 5. — P. 1205−1215.
- Bouma B.E. and Tearney G.J. eds. Handbook of optical coherence tomography. NY: Marcel Dekker Inc., 2002.
- Гуров И.П. Оптическая когерентная томография: принципы, проблемы и перспективы // Проблемы когерентной и нелинейной оптики. Под ред. Гурова И. П. и Козлова С. А. СПб.: СПб ГУ ИТМО. 2004. — С. 6−30.
- Рябухо В.П., Хомутов В. Л., Лякин Д. В., Константинов К. В. Лазерный интерферометр с остросфокусированными пучками для контроля пространственного положения объекта // Письма в ЖТФ 1998. — Т. 24. -В. 4.-С. 19−24.
- Kempe М., Rudolph W. Scanning microscopy through thick layers based on linear correlation// Opt. Lett. 1994. — Vol. 19. — № 23. — P. 1919−1921.
- Давенпорт В.Б., РутВ.Л. Введение в теорию случайных сигналов и шумов: Пер. с англ. М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1960. 468 с.
- Бендат Дж., ПирсолА. Прикладной анализ случайных данных: Пер. с англ. М.: Мир, 1989. 540 с.
- Бендат Дж. Основы теории случайных сигналов и шумов: Пер. с англ. М.: Наука, 1965.464 с.