Институт в фотографиях

Научные и прикладные результаты тем. группы 05-2

2021 г.

Изучение процессов доплеровского послойного кодирования и коллинеарной гетеродинной обработки восстановленных и референтных волновых фронтов путем компьютерного моделирования. Разработка действующего прототипа лазерного гетеродинного томографа и его программного обеспечения

На примере послойного анализа рассеивающих свойств оптических материалов (толстых решеток) в режиме прохождения двух когерентных световых пучков показано, что при применении многоэлементного гетеродинного приемника матричного типа возможно проводить послойное восстановление поля рассеянного излучения в виде двумерного изображения, измерять амплитуду и фазу рассеянного излучения в каждом из пикселей таких изображений и наблюдать динамику изменения рассеянного поля во времени. Разработана структурная схема прототипа (макета) лазерного гетеродинного томографа с матричным ПЗС-фотоприемником размера 744 × 576. Созданы аппаратные и программные средства автоматизации процессов: проверки (тестирования) готовности элементов к работе; установки, перемещения и юстировки исследуемых образцов; генерации, частотной модуляции, пространственного перемещения освещающих лазерных пучков; послойного анализа внутренних рассеивающих свойств образцов; обработки и отображения результатов томографического анализа. (Отв. исполнитель – к.т.н. Ю.А. Щепеткин)

Исследование механизма записи объемных микрорешеток в толстых фотополимерных материалах на основе синглет-триплетного поглощения красителя при мощном импульсном возбуждении

Совместно с НИОХ СО РАН проведено исследование механизма записи объемных микрорешеток в толстых (100 – 150 мкм) слоях фотополимерного материала (ФПМ) в режиме экспонирования мощными наносекундными импульсами света. ФПМ представлял собой новый полимерный раствор органических компонент в матрице поливинилацетата. Запись микрорешеток проводилась в ФПМ на глубине 40 – 60 мкм одним световым импульсом (λ = 532 нм) при нескольких значениях интенсивности интерферирующих пучков, считывание – на длине волны 660 нм. Размер микрорешетки в плоскости среды составлял X × Y = 0,8 × 1,2 мкм2, а по глубине – Z = 4,5 мкм. Было показано, что: полимеризация в ФПМ проходила в режиме одноступенчатого синглет-триплетного поглощения; чувствительность материала, определяемая как отношение амплитуды модуляции показателя преломления к суммарной световой энергии записывающих пучков, в 10 раз выше чувствительности известных ФПМ с двухфотонным катионным раскрытием цикла и в 60 раз выше, чем у ФПМ с двухфотонной свободнорадикальной полимеризацией; изменение показателя преломления достигало Δn = 1,3 × 10-3. (Отв. исполнитель – к.т.н. И.Ш. Штейнберг)

Создание тестовых объёмных отражательных решёток

Предложены методы голографической записи на толстых (~ 50 мкм) фотополимерных материалах тестовых объёмных отражательных решёток с периодами от 100 до 500 нм, предназначенных для исследования процессов лазерной гетеродинной томографии в отражающих пучках. Увеличение периода решеток обеспечено за счет применения призм ввода излучения в регистрирующую среду. Получены: 1) образцы тестовых одночастотных решёток с периодами 283 нм и 500 нм и амплитудой модуляции показателя преломления ~ 0,006; 2) образцы с наложением двух решёток с периодами 283 и 290 нм и амплитудой модуляции показателя преломления соответственно ~ 0,0035 и ~ 0,0017; 3) образцы со сложной пространственной структурой, сформированной путём интерференции референтной волны и излучения, рассеянного поверхностью диффузного предмета (с периодами в диапазоне от 120 до 500 нм и амплитудами модуляции показателя преломления – от 0,0015 до 0,006). Характеризация толстых тестовых решеток проведена с помощью современных высокоразрешающих спектральных приборов, позволяющих установить длины волн и степень отражения главных рефлексов, обнаружить их гармоники, оценить величину эффективной усадки фотополимерных материалов, а также идентифицировать характер искажений пространственной структуры решёток. (Отв. исполнитель – к.т.н. Е.Ф. Пен)

Создание образцов тестовых тонких решеток пропускающего типа для исследования аппаратной функции томографа

Созданы образцы тонких (0,5 мкм) высококачественных дифракционных решеток с синусоидальным фазовым профилем. Параметры решеток: период – 2 мкм, толщина регистрирующего слоя – 0,5 – 5 мкм, подложка – оксидное стекло К-8 толщиной 1,5 мкм, дифракционная эффективность от 1% до 30%, уровень паразитного рассеяния на длине волны 650 нм – 5 × 10-6. Решетки предназначены для тестирования оптической передаточной функции лазерных гетеродинных томографов в проходящих пучках. Это стало возможным благодаря использованию в качестве регистрирующей среды халькогенидных слоев состава As2S3 c показателем преломления ~ 2,5 и его высоким фотоиндуцированным изменением ~ 10%, а также автоматизации процесса напыления слоев и стабилизации интерференционного светового поля при голографической записи таких решеток. (Отв. исполнитель – к.ф.-м.н. В.И. Наливайко)

 

2020 г.

Экспериментальное исследование процессов коллинеарного гетеродинного детектирования света, рассеянного в мутных средах

Созданы макет лазерного «томографа» с двухканальным гетеродинным фотодетектором, предназначенный для послойного исследования рассеивающих свойств мутных сред, и соответствующая методика обработки экспериментальных данных. Предложена и апробирована методика определения аппаратной функции лазерного «томографа» и дана оценка его разрешающей способности по толщине исследуемых тестовых образцов. При выбранных параметрах оптико-электронной системы расчетное значение разрешающей способности «томографа» находятся на уровне 12,2 мкм, а экспериментально подтвержденное – 13,8 мкм. (Отв. исполнитель – к.т.н. Ю.А. Щепеткин)

Восстановление внутренней структуры объемной фазовой решетки путем глубинного лазерного гетеродинного микрозондирования

Путем лазерного гетеродинного микрозондирования решена задача восстановления внутренней структуры объемной голографической решетки в кристалле фторида кальция (CaF2) и измерения (оценки) её характеристик на микроскопическом уровне. Получены 3D изображения фрагмента такой решетки размером Δx × Δy × Δz = 20 × 7 × 60 мкм3, а также 2D изображения её продольных и поперечных сечений. Установлены несинусоидальный характер профиля решетки и значительная продольная неоднородность интерференционных полос. Даны оценки значений периода и полуширины полос. Используемый метод гетеродинного микрозондирования может быть использован при оптимизации процессов записи объемных голографических решеток в различных светочувствительных материалах (преимущественно фазовых). (Отв. исполнитель – к.т.н. И.Ш. Штейнберг)

Экспериментальное исследование динамики одновременной записи наложенных голографических решёток в толстослойных фотополимерных материалах

Получены новые экспериментальные данные о процессах одновременной записи наложенных объёмных отражательных голографических решёток в толстых слоях фотополимерных материалов, что позволило уточнить существующие уравнения кинетики фотополимеризации. (Отв. исполнитель – к.т.н. Е.Ф. Пен)

Разработка проекционного ИК объектива из халькогенидного стекла

Получены тонкие халькогенидные слои (~ 5 мкм) с прецизионной однородностью по толщине и на них реализована прямая лазерная запись зонных пластинок с фазовым профилем глубиной до 15 длин волн оптического диапазона. На основе объёмной халькогенидной линзы и халькогенидной фазовой зонной пластинки с разными знаками дисперсии продемонстрирована возможность создания малогабаритного ИК-объектива-ахромата. Дальнейшая оптимизация конструкции объектива может быть проведена путем записи зонной структуры на поверхности объёмной линзы. (Отв. исполнитель – к.ф.-м.н. В.И. Наливайко)