Введение к работе
Актуальность темы
Как известно, возможности традиционных оптических методов и инструментов, широко применяющихся как в различных областях фундаментальной физики, так и в ряде инженерно-технических приложений, определяются, прежде всего, техническими ограничениями. Так, например, чувствительность и пространственно-угловое разрешение фотоприемников, применяемых при регистрации изображений, определяются характерными для твердотельной электроники ограничениями (уровень тепловых шумов и шумов переноса, низкий ток насыщения), усиливающимися в многоэлементных фотоприемниках. Максимальное увеличение оптического микроскопа ограничено, как правило, допустимой интенсивностью подсвета объекта. Другой класс задач (оптическая локация, связь) связан с необходимостью эффективной транспортировки лазерного излучения через неоднородную среду. Применяемая для этого адаптивная многоэлементная оптика чрезвычайно сложна, дорогостояща и часто не обеспечивает достаточного быстродействия.
Новые возможности для решения различных задач проекционной оптики открываются при применении средств квантовой электроники и нелинейной оптики. Использование этих методов и устройств позволяет преодолеть ряд упомянутых выше ограничений. В частности, использование квантовых усилителей и ОВФ-зеркал, основанных на четырехволновом взаимодействии света с гиперзвуком, позволяет достичь уровня чувствительности и углового разрешения, определяемых такими фундаментальными
физическими характеристиками, как величина квантового шума среды и дифракционные ограничения, обусловленные волновой природой света.
Целью диссертационной работы является исследование возможностей применения ОВФ при ВРМБ и четырехволновом взаимодействии на электрострикционной нелинейности для решения основных задач проекционной оптики: прием оптических сигналов, регистрация изображений, формирование и концентрация электромагнитного излучения с заданными параметрами, обеспечение максимального углового разрешения при проецировании оптических сигналов, несущих изображение.
Научная новизна работы
-
Впервые экспериментально реализован панорамный (т.е. обладающий большим углом зрения) усилитель пространственно неоднородного (несущего изображение) оптического сигнала на основе четырехволнового взаимодействия света с гиперзвуком. Исследованы параметры такого усилителя: чувствительность, частотная полоса, поле зрения, угловое разрешение.
-
Впервые экспериментально подтверждена возможность эффективного усиления сложных, несущих изображение сигналов в лазерной проекционной системе (ЛПС), состоящей из четырехволнового гиперзвукового ОВФ-зеркала (ЧГОЗ) и предварительного квантового усилителя. Исследованы параметры' такой проекционной системы.
-
Экспериментально исследованы особенности генерации в адаптивных оптических резонаторах на основе ЧГОЗ.
-
Впервые предложен, теоретически обоснован и экспериментально подтвержден основанный на ОВФ способ компенсации аберраций широкоапертурных проекционных оптических элементов, позволяющий осуществлять формирование пучков с дифракционно-ограниченной расходимостью и проецирование изображений с дифракционным разрешением.
Практическая ценность работы
Полученные в диссертационной работе научные результаты позволяют разрабатывать устройства и системы для когерентного предельно узкополосного приема оптических сигналов, .несущих изображение, с предельно высокой чувствительностью. Благодаря
уникальному сочетанию характеристик, такие ЛПС могут быть широко применены для различных физических и инженерно-технических приложений:
голография и спекл-интерферометрия крупногабаритных и удаленных объектов, например, дистанционный контроль различных конструкций;
исследование пространственно-временных характеристик различных видов спонтанного рассеяния;
дистанционное измерение скорости различных объектов, в частности скорости воздушных потоков на основе спекл-интерферометрии спонтанно рассеянного излучения.
На основе адаптивных ОВФ-резонаторов возможно осуществление самонаведения и эффективной транспортировки интенсивного лазерного излучения через оптически неоднородную среду с минимизацией потерь энергии. Такая точная концентрация лазерного излучения на малоугловую мишень необходима, например, в лазерном термоядерном синтезе, оптической локации, связи и т.д.
В перечисленных выше и многих других приложениях, связанных с проецированием изображений при когерентном подсвете, необходимо предельное, т.е. дифракционно-ограниченное качество формирования изображения либо фокусировки лазерных пучков. Предложенные и исследованные в диссертации невзаимные схемы компенсации аберраций позволяют осуществлять такое проецирование с произвольным изменением масштаба, не прибегая к использованию широкоапертурных многокомпонентных оптических систем, обеспечивающих необходимое угловое разрешение, но чрезвычайно дорогостоящих При изготовлении и эксплуатации.
Апробация результатов. Материалы диссертации докладывались на международных конференциях по лазерам и электрооптике CLEO'89 и CLEO'90 (США), конференции по нелинейной оптике NLO'90 (США), на ХШ Международной конференции по когерентной и нелинейной оптике (Минск, 1988), на Всесоюзных конференциях "Оптика лазеров" (Ленинград, 1987) и "ОВФ-89" (Минск, 1989), на Европейской конференции по квантовой электронике EQEC89 (Дрезден, 1989), на научных семинарах в Рочестерском университете (США), ИПФ РАН и ФИ РАН.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Объем диссертации составляет 158 страниц, включая 53 рисунка и список литературы из 104 ссылок.
