WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 16 |
ГОУ ВПО «Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского» Научно-образовательный институт оптики и биофотоники СГУ Международный научно-образовательный центр оптических технологий в промышленности и медицине СГУ КОГЕРЕНТНО-ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ В ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ И БИОФОТОНИКЕ Учебное пособие Под редакцией профессора В.П. Рябухо и профессора В.В. Тучина Саратов 2009 СОДЕРЖАНИЕ Предисловие................................................................................................................ 6  Интерференционный микроскоп для измерения микроструктуры поверхности.................................................... 9  ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.......................................................................................................... 9  Устройство интерференционного микроскопа...................................................................... 11  Формирование интерференционной картины........................................................................ 13  Математическое описание процессов формирования интерференционной картины в микроинтерферометре........................................................................................................... 16  Техническое устройство, внешний вид и органы управления интерференционного микроскопа Линника МИИ-4............................................................. 20  ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ........................................................................................... 22  Задание 1. Компьютерное моделирование интерференционной картины от плоского зеркала с изменением периода, ориентации и положения интерференционных полос...................................................... 22  Задание 2. Компьютерное моделирование интерференционной картины для зеркала с углублением в виде участка сферы и для ступенчатого рельефа........................................................................... 22  Задание 3. Настройка микроинтерферометра и калибровка окуляр-микрометра и окулярной видеокамеры с использованием объект микрометра............. 23  Задание 4. Определение периода интерференционных полос....................................... 23  Задание 5. Определение высоты микрорельефа поверхности образца......................... 24  Задание 6. Определение высоты макрорельефа поверхности образца......................... 24  Задание 7. Определение оптической толщины прозрачного слоя................................. 24  КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ............................................................................. 25  СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ........................................................................................................... 25  Спектральная оптическая когерентная томография...................................... 27  ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ........................................................................................................ 27  Устройство оптического когерентного томографа................................................................ 29  Пространственное разрешение оптической когерентной томографии............................... 33  Регистрация интерференционного сигнала в спектральной области.................................. 35  Эффекты дискретизации в спектральной ОКТ...................................................................... 39  ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ........................................................................................... 41  Задание 1. Определение оптической и геометрической толщин и показателя преломления прозрачных объектов........................................ 42  Задание 2. Определение функции отклика системы в продольном направлении в воздухе........................................................................................................... 42  Задание 3. Определение функции отклика системы в продольном направлении в прозрачной среде с показателем преломления n....................................... 42  Задание 4. Подавление шума в ОКТ-изображении методами покадрового усреднения и усреднения в поперечном направлении............................... 43  КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ............................................................................. 43  СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ........................................................................................................... 43  Содержание Оптический пинцет................................................................................................ 45  ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ........................................................................................................ 45  Импульс световой волны и давление света........................................................................... 47  Движение микрочастиц в пучке лазерного излучения......................................................... 51  Градиентная оптическая ловушка.......................................................................................... 54  Измерение малых сил и перемещений при помощи оптического пинцета........................ 59  Микроскоп................................................................................................................................ 61  Устройство оптического пинцета........................................................................................... 65  ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ............................................................................................ 71  Задание 1.



Настройка освещения по Келеру................................................................... 72  Задание 2. Сборка и юстировка оптического пинцета................................................... 74  КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ............................................................................. 76  СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ........................................................................................................... 77  Лазерный доплеровский анемометр................................................................... 78  ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ........................................................................................................ 78  Структура лазерного доплеровского анемометра................................................................. 79  Эффект Доплера в оптике........................................................................................................ 80  Доплеровский сдвиг частоты при рассеянии монохроматической волны на движущейся частице........................................................................................................... 83  Детектирование доплеровского сдвига частоты фотоприемником.................................... 85  Дискретное преобразование Фурье и построение оценок спектра мощности случайного сигнала.................................................................................................................. 87  Структура сигнала лазерного доплеровского анемометра................................................... 90  ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ............................................................................................ 94  Задание 1. Калибровка лазерного доплеровского измерителя скорости..................... 95  Задание 2. Измерение скорости течения жидкости на оси ламинарного потока в цилиндрическом канале.............................................................................. 95  Задание 3. Исследование поперечного профиля распределения скоростей ламинарного течения жидкости в трубе....................................................... 96  Задание 4. Разработка программы для цифрового спектрального анализа сигнала лазерного доплеровского анемометра............................................ 97  КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ............................................................................. 97  СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ........................................................................................................... 98  Цифровая Фурье–голография.............................................................................. 99  ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ........................................................................................................ 99  Запись и восстановление объектного поля в аналоговой голографии.............................. 101  Дифракционные преобразования волновых полей............................................................. 104  Запись цифровой голограммы и численная процедура восстановления изображения объекта............................................................................................................. 107  Пространственное разрешение изображения, восстановленного с цифровой фурье-голограммы.................................................................................................................. 111  ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.......................................................................................... 112  Задание 1. Разработка оптической схемы записи цифровой фурье-голограммы и расчет параметров схемы.......................................................................... 112  Задание 2. Запись цифровой фурье-голограммы объемного рассеивающего объекта и численное восстановление его изображения........................... 113  КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ........................................................................... 113  СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ......................................................................................................... 114  Содержание Цифровая голографическая интерферометрия.............................................. 115  ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ...................................................................................................... 115  Влияние спекл-модуляции восстановленного изображения.............................................. 119  Оптические схемы записи цифровых голограмм в методе голографической интерферометрии.................................................................................................................... 122  ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ......................................................................................... 124  Задание 1. Разработка оптической схемы записи цифровых фурье-голограмм для реализации метода цифровой голографической интерферометрии и расчет параметров схемы........................................... 125  Задание 2. Запись серии цифровых фурье-голограмм объекта, соответствующих различным пространственным положениям поверхности объекта, и численное восстановление голографических изображенийинтерферограмм............................................................................................ 125  Задание 3. Запись серии цифровых голограмм сфокусированного изображения объекта, соответствующих различным пространственным положениям объекта, и численное восстановление голографических изображений-интерферограмм....................................................................





126  КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ........................................................................... 126  СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ......................................................................................................... 127  СПИСОК ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.................................................................. 127  ПРЕДИСЛОВИЕ Когерентная оптика представляет собой обширный и динамично развивающийся раздел современной физики, включающий описание большого количества явлений, методов, инструментов и моделей так или иначе связанных с проявлением и использованием такого свойства оптических полей, как когерентность. Когерентно-оптические методы подразумевают изучение и использование на практике широкого класса объектов, под которыми могут пониматься как источники излучения, обладающие заданными когерентными свойствами (как правило, обладающие высокой степенью пространственной и/или временной когерентности), так и особый характер взаимодействия взаимнокогерентных оптических полей и их воздействия на сторонние объекты. Таким образом, совокупность методов и инструментальных средств, включающих в себя источники излучения, системы формирования изображений, устройства оптического гетеродинирования, передачи и регистрации оптических сигналов, а также теоретических моделей, описывающих когерентные свойства оптических полей, распространение, взаимодействие и трансформацию в процессе распространения, как самих полей, так и их когерентных свойств, определяет содержание термина «когерентно-оптические методы».

Оптические технологии получили широкое распространение в самых различных областях человеческой деятельности. Телекоммуникации, биомедицина, астрономические исследования, электронная промышленность, машиностроение – вот лишь неполный перечень отраслей, в которых успешно используются устройства, принцип действия которых основан на эффектах когерентности оптических полей.

Особое место в кругу научных и практических задач, решаемых средствами когерентной оптики, отведено задачам метрологического характера. Использование средств интерферометрии, голографии, доплеровской анемометрии позволяет производить высокоточные измерения большого числа размерных и динамических параметров различных объектов. Структурные параметры, такие как толщина пленок, высота микрорельефа, размеры неоднородностей, величина деформации, и динамические характеристики исследуемых объектов, такие как смещение, ускорение, направление движения, уверенно определяются с точностью до сотых долей длины волны используемого оптического излучения. Средства измерения, основанные на эффектах когерентности оптического излучения, незаменимы в качестве инструментов производственного контроля и составляют основу многих эталонных поверочных средств благодаря относительной простоте реализации, устойчивости, высокой точности и высокой чувствительности.

Настоящее пособие содержит теоретическое и практическое описание шести лабораторных работ, каждая из которых позволяет ознакомиться с базовыми представлениями о современных, наиболее актуальных когерентнооптических методах измерений и диагностики.

Предисловие Первая лабораторная работа «Интерференционный микроскоп для измерения микроструктуры поверхности» ориентирована на изучение физических принципов действия микроинтерферометра Линника с источником белого света и его использования для измерения толщины тонких пленок и микрорельефа поверхности. В основе микроинтерферометра, зарекомендовавшего себя в качестве уникального по своим возможностям средства измерения качества обработки поверхности, используется оптическая схема интерферометра Майкельсона в модификации удобной для проведения микроскопических исследований. В данной работе изучаются два режима работы интерферометра – с использованием визуального наблюдения интерференционного изображения с помощью системы окуляра-микрометра и с использованием камеры с возможностью записи цифрового изображения интерференционной картины и его апостериорной компьютерной обработки.

Физические принципы и технические основы практической реализации оптической когерентной томографии на примере промышленного серийно выпускаемого оптического томографа «Thorlabs OCP930SR» рассматриваются во второй лабораторной работе «Спектральная оптическая когерентная томография». Особенность схемного решения и принципов обработки интерференционного сигнала данного томографа заключаются в аналоговом спектральном преобразовании выходного оптического сигнала интерферометра и численном Фурье-преобразовании цифрового изображения этого сигнала для реконструкции изображения внутренней структуры рассеивающего объекта. В качестве образцов контроля в данной работе используются технические и биологические объекты со сложной поверхностной и объемной структурой. Использование таких сложных по структуре объектов позволяет более глубоко изучить и усвоить возможности современной оптической когерентной томографии.

Третья лабораторная работа «Оптический пинцет» ставит своей целью сборку простого оптического пинцета для трехмерной манипуляции микроскопическими объектами технического и биологического происхождения. Наряду с описанием физической природы давления света и принципов оптической манипуляции микрообъектами, работа включает в себя подробное обсуждение технических вопросов, связанных с разработкой и сборкой оптического пинцета на основе стандартных микроскопов различных типов.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 16 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.