Физические основы построения сверхвысокочувствительных адаптивных измерительных систем на основе динамических голограмм

Решение современных исследовательских и технических задач в наукоемких областях деятельности человека (энергетика, авиа-, судои машиностроение, приборостроение, космонавтика, медицина и др.) не об" ходится без постоянного измерения множества физических параметров (вибраций, смещений, скоростей, ускорений, деформаций, напряженно-стей силовых полей, температуры, давления и мн. др.), которые характеризуют состояние исследуемых, контролируемых или управляемых объектов (инженерных сооружений, технических конструкций, живых организмов и прочих природных и искусственных объектов). Это требует создания высокоэффективных измерительных систем (ИС).

Современный уровень развития электроники, вычислительной техники, систем связи и телекоммуникаций позволяет создавать эффективные электронные измерительные системы [1−5]. Однако при решении некоторых классов практических задач их применение оказывается затруднительным или даже невозможным в силу целого ряда причин. В первую очередь это связано со значительной подверженностью электронных датчиков влиянию внешних электромагнитных помех [6, 7]. Так, мониторинг физических полей в таких областях науки как гидроакустика, гидрометеорология, геология, океанология и др., связан с проблемой сбора информации об исследуемой физической величине с крупномасштабных участков [8−11]. Применение электронных ИС в таких случаях неминуемо приводит к использованию большого количества отдельных датчиков физических величин, соединенных с системой обработки соответствующим количеством протяженных кабелей и требующих, кроме того, в ряде случаев использования мощных источников питания [12, 13]. В итоге такая измерительная система становится в значительной степени подверженной влиянию аддитивных неконтролируемых электромагнитных помех, а также громоздкой и дорогой.

Не меньшие трудности возникают при исследовании малых объектов микрои субмикрометровых размеров (МЕМБАЫЕМБ, молекулярные / атомарные структуры, и пр.), где применение электронных сенсоров также сопряжено с техническими трудностями, либо вовсе теряет смысл [1418].

Вероятность возникновения электрического разряда на контактах электронного датчика или в месте случайного разрыва соединительного кабеля не позволяет применять электронные ИС на пожарнои взрывоопасных объектах (топливных или нефтеналивных емкостях, газои нефтепроводах и т. п.) [19, 20]. Подверженность электрических элементов коррозии делает затруднительным их применение в условиях повышенной влажности и температуры, а также при наличии контакта с агрессивными средами (например, в морской воде) [21, 22].

Напротив, использование оптических и волоконно-оптических измерительных систем в ряде случаев оказывается более перспективным. Так, неразрушающие методы лазерного контроля [23−25] позволяют бесконтактно и дистанционно осуществлять измерение вибраций, деформаций и других параметров, что приобретает особую актуальность, если исследуемый объект в силу ряда причин является труднодоступным (высокая температура, высокое напряжение, повышенная радиоактивность, движущиеся объекты, малоразмерные объекты и пр.). В случае, когда использование лазерных измерительных систем на основе прямого лучевого зондирования оказывается малоэффективным (например, если исследуемый объект обладает значительной протяженностью или его области недоступны для прямого лазерного луча), продуктивным становится подход, основанный на применении волоконно-оптических сенсоров, в которых зондирующее излучение направляется по волоконным световодам по сколь угодно сложной траектории на значительные расстояния, что позволяет обеспечить сбор информации о состоянии исследуемых объектов (или их частей), не находящихся в прямой видимости [23, 27]. Огромную значимость при этом имеет тот факт, что к настоящему времени разработано и используется большое количество волоконно-оптических датчиков широкого спектра физических величин (температуры, давления, вибраций, силовых полей, биосенсоров, химических сенсоров и мн. других) [28, 29].

Нечувствительность к электромагнитным помехам, способность волоконно-оптических элементов (ВОЭ) выдерживать высокие температуры и работать в агрессивных средах обусловили широкий интерес к применению этой технологии в индустриальной науке, особенно в тех ее областях, которые связаны с неблагоприятными или опасными условиями. Малый удельный вес и размеры, а также высокая технологичность ВОЭ играют важную роль при разработке миниатюрных измерительных устройств, наличие которых имеет большое значение, например, для создания современных летательных аппаратов, морских судов, роботов и пр. [30−34]. Возможность внедрения волоконно-оптических чувствительных элементов в композитные материалы, железобетонные конструкции и т. п. без ухудшения или существенного изменения их механических свойств открывает перспективы создания «чувствительных» материалов и «интеллектуальных» конструкций [35−37]. К тому же кварцевые волоконные световоды могут быть использованы вместо армирующих волокон в композитных материалах [38, 39], выполняя тем самым двойную функцию-обеспечения прочности материала одновременно с приданием ему «чувствительности» [40, 41]. Возможность мультиплексирования отдельных волоконно-оптических элементов позволяет создавать распределенные и квази-распределенные измерительные системы, способные осуществлять мониторинг параметров физических полей, имеющих большую пространственную протяженность [26, 42, 43]. Особое значение имеет факт полной совместимости волоконно-оптических датчиков и измерительных систем с хорошо развитыми на сегодняшний день волоконно-оптическими коммуникационными сетями. Их объединение позволит создать в будущем мощные системы удаленного управления современным производством, охраны гражданских и военных объектов и прочее.

Применение интерферометрических принципов в построении оптических измерительных систем [44] открывает перспективы детектирования сверхмалых физических величин. Еще в 1932 году Остерберг [45], заменив одно из зеркал в интерферометре Майкельсона посеребренной пьезокварцевой пластинкой, наблюдал изменение контрастности интерференционной картины при гармонических колебаниях пластинки, что позволило измерить амплитуду колебаний, не превышающую длину световой волны. Появление же источников высококогерентного излучения — лазеров — позволило существенно повысить как точность измерений, доведя ее до Ю-9 радиан (теоретически порог чувствительности интерферометра составляет 1,5×10~9 рад (Вт/Гц)½ [46, 47], что делает возможным детектирование, например, колебаний исследуемого объекта с амплитудой о менее 10″ 5 А в полосе частот 1 Гц и при использовании оптического излучения на длине волны 500 нм мощностью в 10 мВт), так и увеличить дальность измерения [44, 48], сделав возможным, в частности, создание интерферометрических детекторов гравитационных волн, длина измерительной базы которых превышает несколько километров [49, 50].

Однако, для того, чтобы достичь такой высокой чувствительности и реализовать весь измерительный потенциал интерферометра, необходимо решить две ключевые проблемы- 1) обеспечить точное согласование волновых фронтов опорного и объектного световых пучков- 2) реализовать и поддерживать квадратурные условия, при которых разность фаз между интерферирующими волнами равна п 2.

Первая проблема решается относительно просто, если обе волны — плоские или, например, сферические. Вместе с тем, в практических задачах объектная волна зачастую имеет сложный волновой фронт, который существенно отличается от фронта опорной волны. Это требование, в частности, делает затруднительным использование в интерферометрических ИС многомодовых волоконных световодов, волна на выходе которых имеет спекловый характер. То же относится и к волнам, полученным в результате диффузного рассеяния шероховатыми поверхностями. К настоящему времени созданы и развиты методы голографической и спекл-интерферометрии [44, 51], позволяющие использовать в качестве объектных волн световые пучки со сложным волновым фронтом. Так, в методах электронной спекл-интерферометрии (ЭСИ) [52, 53] на спекловую картину, полученную, например, при освещении исследуемого объекта, накладывается опорное оптическое поле, что обеспечивает возникновение т.н. корреляционной интерферограммы, расположение и ориентация полос которой дает информацию о профиле смещений поверхности исследуемого объекта. В методе сдвиговой электронной спекл-интерферометрии (СЭСИ) [54, 55], являющемся разновидностью метода ЭСИ, интерференция двух смещенных образов поверхности приводит к тому, что возникающие корреляционные полосы фактически прорисовывают пространственные изменения объекта. В методах ЭСИ интерферограмма обычно регистрируется с помощью ПЗС-камеры, типичная кадровая частота которой 25 Гц. Так как частота вибраций объекта в общем случае может оказаться много больше, в большинстве методик реализована процедура временного усреднения интерферограмм. В результате по уменьшению видимости (контраста) интерференционных полос, что является следствием вибрации, может быть определена амплитуды, однако информация о фазе колебаний теряется. Модифицированные методы ЭСИ, основанные на использовании двух и более освещающих пучков, в один из которых вводится дополнительная фазовая модуляция [56−58], позволили частично преодолеть эти трудности. Однако принципиальные проблемы, присущие измерительным системам на основе спекл-интерферометрии, остаются нерешенными. Так, контраст интерференционной картины и ее качество остаются в значительной степени зависящими от формы фронтов взаимодействующих волн и их поляризации. Кроме того, к недостаткам.

ИС на основе ЭСИ следует отнести необходимость обработки большого количества информации (спектгинтерферограмм), что ограничивает применение данного метода для регистрации быстро протекающих процессов (например, высокочастотных колебаний), либо требует применения скоростных ПЗС-камер и быстродействующей вычислительной электроники. В довершение следует отметить, что методы спекл-интерферометрии отличает невысокая чувствительность, не позволяющая регистрировать даже субмикронные колебания (характерная амплитуда колебаний, доступная в ЭСИ-системах составляет ~10 мкм [57]).

Применение голографических принципов при построении интерферометров позволяет объединять волны с абсолютно разными и при этом сколь угодно сложными волновыми фронтами [44]. При этом информация в такой голографической ИС может быть получена как из изменений фазы, так и интенсивности объектной волны, рассеянной или прошедшей сквозь объект [59]. В первом случае ИС будет представлять собой голо-графический интерферометр, во втором — голографический коррелятор. Помимо возможности согласования разных волновых фронтов существенным достоинством голографического интерферометра по сравнению с его классическим аналогом является свойство полной дифференциальности записи изменений, возникающих в объектной волне. Это качество обусловлено тем, что в классическом случае интерферируют световые волны, существующие в один и тот же момент времени, но разделенные в пространстве, а в голографическом интерферирующие волны проходят по одному и тому же пути, но в разное время. Такая особенность голографического интерферометра позволяет регистрировать только те изменения волнового фронта световой волны, которые возникли за счет изменений объекта исследований. Искажения, вносимые при этом деталями схемы интерферометра или смотровыми окнами, не регистрируются на интер-ферограмме, поскольку они присутствуют в обеих интерферирующих волнах. Свойство дифференциальности голографического интерферометра позволяет существенно повысить точность измерений и значительно снизить требования, предъявляемые к качеству используемых оптических элементов и стабильности в ходе эксперимента.

Вместе с тем интерферометрические ИС в силу своей рекордно высокой чувствительности оказываются в значительной степени подверженными влиянию внешних факторов, как-то: флуктуации температуры, атмосферного давления, случайных механических воздействий и пр. Дрейф рабочей точки интерферометра, вызванный этими факторами, приводит к известной нестабильности его работы, которая проявляется в стохастическом изменении величины детектируемого сигнала, что делают затруднительным или даже невозможным применение интерферометрических ИС на практике, и сводит к нулю все их достоинства. В этом заключается вторая ключевая проблема, без решения которой невозможна реализация потенциально высокой чувствительности интерферометрических ИС, в том числе голографических (на основе статических голограмм). Для решения указанной проблемы необходимо обеспечить выполнение и при этом, что крайне важно, поддержание (стабилизацию) квадратурных условий, при которых разность фаз между интерферирующими лучами равна к 12, а рабочая точка интерферометра находится на интерференционной кривой в области наибольшей крутизны. К настоящему времени разработан целый ряд методик активной стабилизации положения рабочей точки интерферометра, в основу которых положены принципы детектирования гармонических искажений при модуляции длины оптического волокна или длины резонатора Фабри-Перо [60], внесения дополнительной модуляции и контроля фазы сигнальной [61] или опорной [62, 63] волны, осуществления оптической обратной связи по интенсивности [64, 65], осуществления оптической обратной связи по частоте генерации лазера [66−68], с использованием перестраиваемых дифракционных решеток [69], использования в схеме интерферометра нескольких длин волн [70], в том числе в измерительном тракте с последующим спектральным анализом выходного сигнала [71]. Однако, применение в интерферометре электронных систем стабилизации приводит к значительному усложнению измерительной системы, которое заключается в необходимости организации электронных цепей обратной связи, включения дополнительных лазерных источников, создания систем обработки сигналов, включая разработку математических алгоритмов и программного обеспечения, что в свою очередь влечет необходимость использования компьютеров или специализированных вычислительных блоков, внедрения в систему актуато-ров, обеспечивающих подстройку рабочей точки интерферометра и т. п. Все это приводит к непропорциональному росту габаритов и стоимости системы, снижению ее надежности, мобильности и автономности, делает затруднительным или даже невозможным построение многоканальных интерферометрических схем, так как в каждом канале необходимо реали-зовывать схему стабилизации.

Общий подход к комплексному решению рассмотренных выше двух ключевых проблем заключается в построении интерферометрической ИС на основе голограммы и создании условий, при которых последняя могла бы автоматически изменяться (перезаписываться) вслед за дрейфом рабочих условий, исключая тем самым их влияние на результаты измерений. По всей видимости, впервые применение такого подхода для компенсации дрейфа рабочей точки волоконно-оптического интерферометра было предложено Холлом (Hall) с соавторами в 1980 году [72]. В работе было отмечено, что в качестве таких материалов могут быть использованы фоторефрактивные среды.

Формирование голограммы происходит в фоторефрактивном кристалле (ФРК) непосредственно при попадании на него оптического излучения [73]. Дополнительная обработка (проявление, фиксация и т. п.) не требуется. Таким же образом, при помощи света голограмма может быть стерта. Свет вызывает внутри кристалла перераспределение зарядов, и в течение характерного времени (времени записи тк) устанавливается динамическое равновесие между распределениями интенсивности записывающего света и электрического заряда. Если параметры световых волн, формирующих голограмму, изменяются быстро, за времена меньше времени записи, то голограмма не успевает следовать за ними. К «быстрым» здесь следует отнести изменения, вызванные воздействием исследуемого объекта (или физической величины). Для таких изменений голограмма будет «заморожена» (аналог статической голограммы), что обеспечит преобразование на ней световых волн и получение информации об объекте.

В противном случае, если параметры световых волн меняются медленно (за время, превышающее время записи), что, как правило, характерно для большинства температурных влияний или, например, медленного накопления механических напряжений в исследуемом объекте, то в кристалле запишется новая голограмма, заменив старую. Как следствие, изменения параметров световых волн, а, следовательно, и отрицательное влияние внешних факторов на измерительную систему будут компенсированы изменениями, произошедшими в голограмме. В этом заключается общий принцип адаптивности измерительной системы на основе применения динамических голограмм (ДГ), формируемых в ФРК.

К настоящему времен разработан целый ряд схем адаптивных интерферометров (АИ) на основе динамических голограмм [59, 74−98]. При этом механизм формирования последних (диффузионный или дрейфовый) в значительной степени определяет принцип построения АИ, а также особенности его работы и метрологические характеристики [79]. Дрейфовая голограмма, формируемая в фоторефрактивном кристалле под действием сильного постоянного электрического поля, позволяет напрямую выполнить квадратурные условия благодаря записи несмещенной (локальной) или смещенной на полпериода решетки профиля показателя преломления по отношению к интерференционной картине [80]. Вследствие естественного выполнения квадратурных условий схема построения адаптивного интерферометра на основе дрейфовой голограммы оказывается очень простой. Для её реализации необходимо всего лишь «смешать» в ФРК два световых пучка с одинаковой поляризацией и измерять мощность любого из них на выходе из кристалла. Использование каких-либо дополнительных поляризационных элементов не требуется. Поэтому потери оптической мощности минимальны и сведены к неизбежным потерям при поглощении света в фоторефрактивном кристалле, что позволяет достичь очень высокой чувствительности интерферометра. Сильное внешнее электрическое поле обеспечивает эффективное взаимодействие волн в довольно тонком кристалле, что в свою очередь позволяет снизить потери оптической мощности на поглощение. Отмеченные достоинства делают двухволновое взаимодействие на дрейфовой голограмме одной из наиболее популярных конфигураций адаптивного интерферометра.

Вместе с тем использование внешнего постоянного электрического поля ведет к появлению целого ряда серьезных технических проблем. Так, основным недостатком дрейфовой записи является эффект экранирования внешнего электрического поля, который заключается в сильном ослаблении его напряженности в области взаимодействия световых пучков вследствие повышения фотопроводимости кристалла [80, 99, 100]. В результате взаимодействие оказывается очень сильно ослабленным. Эффекта экранирования можно избежать (или свести его к минимуму), если расширить световые пучки так, чтобы они перекрывали всю область между электродами. Другой способ заключается в использовании фоновой засветки кристалла дополнительным излучением [101]. Однако в первом случае неизбежно уменьшение интенсивности света внутри кристалла и, как следствие, понижение частоты отсечки, которая ей прямо пропорциональна. Во втором же случае уменьшается контраст интерференционной картины и, как следствие, эффективность взаимодействия волн. Более того, использование фоновой засветки, которая должна иметь гораздо более высокую интенсивность по сравнению с интенсивностью взаимодействующих пучков, значительно повышает энергозатраты измерительной системы.

Другая техническая проблема адаптивных интерферометров на основе дрейфовых голограмм — это перегрев кристалла, возникающий при протекании через него электрического тока, вызванного постоянным электрическим полем, прикладываемым к кристаллу [74, 93]. Данная проблема становится особенно ощутимой для быстрых фоторефрактивных кристаллов из-за их высокой фотопроводимости. Сильный нагрев кристалла в ряде случаев приводит даже к разрушению последнего. Для предотвращения перегрева кристалла электрическое поле прикладывают лишь в течение коротких интервалов времени (обычно порядка десятков миллисекунд), чередуя их периодами релаксации (обычно порядка десятков секунд) [81]. Как следствие, измерение может осуществляться лишь в импульсном режиме, что оказывается неприемлемым в ряде практических приложений. Более того, реализация такого режима требует использования специальной синхронизирующей электроники, что также усложняет измерительную систему в целом.

Несмотря на то, что голограммы, записываемые в присутствии внешнего электрического поля, демонстрируют, как правило, высокую дифракционную эффективность, которая в свою очередь позволяет достичь высокой чувствительности адаптивного интерферометра, во многих приложениях, тем не менее, оказывается более предпочтительным использование фоторефрактивных кристаллов без приложения к последним каких-либо электрических полей. Поэтому (а также в силу указанных выше недостатков дрейфовой записи) целым рядом исследователей были предприняты попытки реализации адаптивного интерферометра на основе диффузионных динамических голограмм. Последние, однако, в отличие от дрейфовых голограмм не поддерживают напрямую линейного преобразования фазы в интенсивность из-за нелокального отклика [80], что обуславливает необходимость использования дополнительных приёмов, позволяюгцих каким-либо образом линеаризовать процесс демодуляции фазы [79].

Сравнительно простое решение данной проблемы было предложено в одной из первых работ, посвященных адаптивным интерферометрам на основе взаимодействия волн в фоторефрактивном кристалле [72]. Суть метода заключается во введении посредством электрооптического модулятора в одну из интерферирующих волн дополнительного фазового сдвига, равного л/2. Четвертьволновое напряжение прямоугольной формы, подаваемое на модулятор, позволяет практически мгновенно сдвигать интерференционную картину на четверть её пространственного периода, что соответствует фазовому сдвигу в л/2. При этом, для того чтобы голограмма не успела перезаписаться и тем самым адаптироваться к вносимому фазовому сдвигу, частота прикладываемого напряжения должна быть выше, чем обратное время записи г¹. В то же время для того, чтобы исключить влияние переходных процессов, возникающих при переключении напряжения, его частота также должна быть выше, чем максимальная частота детектируемого сигнала. Тогда обыкновенный фильтр высоких частот, установленный после фотоприемника, позволит удалить из выходного сигнала присутствие внешней модуляции. Основным недостатком данного подхода является значительное снижение дифракционной эффективности голограммы вследствие ухудшения контраста интерференционной картины, вызванного её движением. Данного недостатка лишения системы, использующие фазовую модуляцию ступенчатой формы, однако получаемый в них сигнал демодуляции экспоненциально деградирует во времени [102]. Следует также отметить, что данный метод был описан в работе [72] лишь в качестве предложения без какой-либо практической реализации.

В работе [82] был предложен и описан модифицированный метод внешнего фазового сдвига. В этом методе в один из интерферирующих пучков также вводится гармоническая фазовая модуляция низкой частоты (ниже частоты детектируемого сигнала, но выше обратного времени записи голограммы) и относительно большой амплитуды (~1Д рад). Эта модуляция используется как для активной стабилизации интерферометра через отрицательную обратную связь [83], так и для линеаризации отклика кристалла на малые флуктуации фазы. При этом на фотоприемнике появляется сигнал на повышенной (удвоенной) частоте. Такая схема адаптивного интерферометра также характеризуется уменьшенной дифракционной эффективностью динамической голограммы из-за больших колебаний интерференционной картины и, как следствие, пониженной чувствительностью. Тем не менее, в работе была продемонстрирована возможность измерения высокочастотных колебаний поверхности объекта о с амплитудой 1 А в полосе частот 10 Гц с использованием кристалла Bii2Ti02o и He-Ne лазера (X = 632,8 нм). Отметим также ещё одну модификацию метода внешнего фазового сдвига, предложенную в работе [84]. Оптимизация основных параметров, а именно частоты внешней фазовой модуляции (5 кГц), амплитуды (1,86 рад) и отношение мощностей опорного и объектного пучков, а также правильный выбор усиления объектного пучка позволили достичь чувствительности, эквивалентной детектированию низкочастотных (5 Гц) смещений с амплитудой 180 фм в полосе частот 1 Гц.

Общим недостатком методов линеаризации, использующих внешний фазовый сдвиг, является необходимость применения дополнительных электронных устройств как для внесения внешней фазовой модуляции, так и для обработки выходного сигнала, что усложняет измерительную систему и увеличивает её шумы.

По-видимому, впервые линейная демодуляция фазы за счет взаимодействия волн на диффузионной фоторефрактивной голограмме, но без использования внешнего фазового сдвига была экспериментально продемонстрирована в 1986 г. [85]. Взаимодействие опорного и объектного пучков осуществлялось в фоторефрактивном кристалле ВигТЮго в геометрии, поддерживающей анизотропную дифракцию [87, 103], при которой состояние поляризации дифрагировавшей волны ортогонально по отношению к состоянию поляризации считывающей волны. При этом до введения в кристалл оба пучка были линейно поляризованы в одной плоскости. К сожалению, авторы статьи [85] не объяснили механизм, который приводит к выполнению квадратурных условий. Наиболее вероятным объяснением наблюдавшейся в работе линейной демодуляции может служить наличие внутренних механических напряжений внутри кристалла, которые приводят к преобразованию линейного состояния поляризации светового пучка в эллиптическое, что делает возможным, как будет показано в настоящей диссертации, выполнение квадратурного условия при определенной ориентации поляризатора [59, 79].

В работе [88] был предложен адаптивный интерферометр, который также использует анизотропную дифракцию на диффузионной голограмме. В основу работы интерферометра были положены векторная природа света и анизотропные свойства динамической голограммы, формируемой в фоторефрактивном кристалле кубической симметрии. Дополнительный фазовый сдвиг между взаимодействующими в кристалле волнами в этом случае может быть получен за счет установки перед ним или после него четвертьволновой фазовой пластинки. При этом для того, чтобы заставить ортогонально поляризованные волны интерферировать между собой, перед фотоприемником помещался поляризатор, ориентированный так, чтобы спроецировать ортогональные поляризации на общую ось. Похожая конфигурация адаптивного интерферометра на основе анизотропной дифракции была также реализована в работе [89] с использованием кристалла ОаАэ, принадлежащего к группе симметрии 43ттг. Отличие предложенной схемы заключалось лишь в том, что опорный световой пучок, прошедший сквозь кристалл, был использован для освещения объекта и получения объектного пучка. В результате было достигнуто двукратное увеличение частоты отсечки при той же мощности лазера за счет потери 24% в чувствительности интерферометра.

Другой подход, позволяющий добиться выполнения квадратурных условий при двухволновом взаимодействии на диффузионной голограмме, был предложен в работе [90]. Авторами был использован двулучепре-ломляющий фоторефрактивный кристалл ВаТЮз в геометрии изотропной дифракции, т. е. дифракции, при которой свет не изменяет своего поляризационного состояния. Изначально оба луча — объектный и опорный — были поляризованы линейно. При этом плоскость поляризации опорного луча была ориентирована вдоль оптической оси кристалла с, а объектного — под 45° к ней. В силу разности в значениях электрооптических коэффициентов г 13 и гзз для кристалла ВаТЮз (группа симметрии 4тт) только поляризационные компоненты, совпадающие с осью с, фактически формируют голограмму в данной конфигурации, и только они испытывают дифракцию на ней. Ортогональные же компоненты приобретают лишь дополнительный фазовый набег из-за разности показателей преломления для обыкновенного и необыкновенного лучей. Последующая установка фазового компенсатора совместно с поляризатором позволяет добиться необходимой разности фаз (±-я72) между взаимодействующими волнами и обеспечить тем самым линейный режим фазовой демодуляции. Вместо поляризатора авторы использовали поляризационный куб, который делит световой пучок на две ортогонально поляризованные компоненты, что в данной схеме обеспечивает получение двух сигналов, модулированных в противофазе по интенсивности. Определение их разности с помощью дифференциального усилителя позволяло добиться удвоение результирующего сигнала. Схожая конфигурация адаптивного интерферометра была также предложена в работе [91]. Вместо кристалла ВаТЮз и аргонового лазера авторы использовали более быстрый фотопроводящий кристалл ОаАэ и более мощный Ыс1.'УАО лазер (Х= 1064 нм), что позволило им сократить время записи голограммы и повысить тем самым частоту отсечки.

Общий недостаток рассмотренных выше конфигураций на основе диффузионных голограмм заключается в типично невысокой эффективности взаимодействия волн, которая является следствием относительно слабого поля пространственного заряда, возникающего в фоторефрактив-ном кристалле в пропускающей геометрии в отсутствии внешнего электрического поля. Вместе с тем известно, что знакопеременное электрическое поле, приложенное к фотопроводящему кристаллу, обладающему высокой подвижностью фотоиндуцированных носителей зарядов, позволяет значительно увеличить поле пространственного заряда [92], причем при определенных условиях это увеличение может быть даже в несколько раз больше, чем при приложении постоянного электрического поля [93]. При этом переменное электрическое поле в отличие от постоянного не вызывает эффекта экранирования, а голограмма имеет такой же фазовый сдвиг относительно интерференционной картины, как и в случае чисто диффузионной записи (без внешнего электрического поля). Преимущество методики усиления диффузионной голограммы за счет переменного электрического поля заключается в отсутствии эффекта экранирования поля, что делает возможным уменьшить поперечный размер световых пучков, увеличив тем самым интенсивность и, как следствие, частоту отсечки, не увеличивая мощность лазера. В результате, более высокое быстродействие может быть достигнуто без перегрева кристалла. Основной же недостаток данного метода заключается в том, что напряжение, прикладываемое к кристаллу, должно иметь достаточно высокую частоту, которая должен быть больше обратного времени записи голограммы [92]. Так, например, для интерферометра с частотой отсечки в несколько кГц частота внешнего поля должна быть несколько десятков кГц [94]. Учитывая, что внешнее поле формируется высоковольтным напряжением, становится очевидным факт усложнения измерительной системы, который сохраняет актуальность поиска схем, не использующих никаких внешних электрических полей.

Все вышеперечисленное делает актуальной задачу поиска эффективных схем построения адаптивного интерферометра, которые бы позволили реализовать линейный режим фазовой демодуляции и обеспечить при этом высокую чувствительность интерферометра без приложения к ФР кристаллу каких-либо внешних электрических полей.

Кроме того, следует отметить, что во всех рассмотренных выше конфигурациях АИ в тракте одной или обеих волн используется один или два поляризатора (до и/или после кристалла), пропускание каждого из которых для циркулярно поляризованных или деполяризованных световых пучков не превышает 50%, что вносит значительные потери оптической мощности и приводит к соответствующему снижению чувствительности интерферометра. Кроме того, использование поляризационных фильтров может явиться источником появления дополнительного поляризационного шума, если состояние поляризации объектной волны нестабильно [95] или меняется под воздействием измеряемой величины [104, 105]. Таким образом, следующая задача, которая стоит на пути создания высокоэффективных ИС, заключается в разработке методов снижения поляризационного шума в АИ, а также поиске поляризационно-независимых схем адаптивных интерферометров, способных работать с использованием излучения, имеющего произвольное (в т.ч. нестабильное) состояние поляризации.

Другая не менее важная проблема заключается в обеспечении достаточно высокого «быстродействия» динамической голограммы, необходимого для эффективной компенсации результатов воздействия на ИС неконтролируемых шумовых внешних факторов. Известно, что время записи динамической голограммы в фоторефрактивном кристалле определяется помимо его материальных параметров интенсивностью светового излучения [106, 107], регулируя (повышая) в известной степени которую можно достичь нужной частоты отсечки. Повышение интенсивности может быть выполнено как за счет уменьшения поперечных размеров взаимодействующих пучков, так и за счет увеличения общей мощности излучения. Однако, в первом случае это приводит к нежелательному уменьшению эффективной длины взаимодействия пучков в кристалле и, как следствие, к снижению чувствительности АИ. Второй же подход ведет к непропорциональному росту как энергопотребления ИС, так и ее стоимости. Таким образом, несомненную актуальность представляет задача разработки эффективной и оптимальной системы формирования световых пучков, которая бы позволила обеспечить максимальную их фокусировку в толще кристалла при сохранении полного взаимного перекрытия, сделав возможной запись максимально эффективной динамической голограммы с минимальным временем отклика при использовании оптического излучения малой мощности.

Использование в оптических и волоконно-оптических интерферометрах динамических голограмм, формируемых в фоторефрактивных кристаллах, позволяет создавать адаптивные измерительные системы, способные в реальных (внелабораторных) условиях устойчиво регистрировать сверхмалые физические величины. Вместе с тем, при создании многомерных измерительных систем, состоящих из большого числа сенсоров (измерительных каналов) возникает необходимость в использовании соответствующего количества как фоторефрактивных кристаллов, так и опорных световых пучков, что влечет собой нежелательное усложнение измерительной системы. Одним из возможных решений данной проблемы является мультиплексирование набора динамических голограмм в одном фоторефрактивном кристалле. Запись нескольких голограмм в одном и том же объеме светочувствительного материала (мультиплексирование) широко применяется для уплотнения информации в системах голографи-ческой памяти [108−111], в т. ч. ассоциативной [112, 113], в системах корреляционной обработки образов и сцен [114, 115], в системах многоканальной оптической связи [116, 117] в многоканальных измерительных системах [118, 119] и пр. При этом отличительной особенностью формирования динамической голограммы является тот факт, что в большинстве случаев она появляется и существует в кристалле лишь в присутствии записывающих световых пучков. Таким образом, мультиплексирование множества динамических голограмм возможно лишь при их одновременной записи. Как следствие, помимо возможных перекрестных помех при опросе мультиплексированных голограмм появляется дополнительный источник перекрестного шума, связанный с возможным формированием перекрестных голограмм при парном взаимодействии двух произвольных сигнальных пучков.

Мультиплексирование динамических голограмм в фоторефрактив-ных кристаллах с целью создания многоканальных адаптивных измерительных систем было предпринято в работах [120, 121]. В первой из них разделение информационных каналов осуществлялось за счет создания условий, при которых перекрестные и основные голограммы оказываются по-разному ориентированы в кристалле, а внешнее электрическое поле, приложенное определенным образом к кристаллу, обеспечивает селективное усиление только основных голограмм. К недостаткам такой многоканальной системы (как и ряда одноканальных систем на основе дрейфовых голограмм, рассмотренных выше) следует отнести необходимость использования сильного внешнего электрического поля с вытекающими отсюда последствиями (эффект экранирования, перегрев кристалла и пр.). В основу системы, предложенной в работе [121], положен метод спектрального мультиплексирования динамических голограмм, в рамках которого голограммы записывались на разных, но близко расположенных длинах волн. Как следствие, каждая голограмма имеет уникальный пространственный период, что позволяет обеспечить выполнение условий брэгговского резонанса только для излучения с длиной волны соответствующего канала, делая его работу независимой от соседних каналов. Существенный недостаток данного подхода (помимо также используемой здесь дрейфовой записи голограмм) заключается в необходимости применения узкополосных спектральных фильтров для последующего разделения излучения разных каналов: флуктуации рабочей длины волны в канале отражаются на величине его выходного сигнала. Кроме того, количество реализуемых каналов в силу необходимости их спектрального разнесения оказывается ограниченным шириной спектральной чувствительности кристалла и шириной спектра источника излучения.

Таким образом, задача разработки новых эффективных методов мультиплексирования диффузионных динамических голограмм в фото-рефрактивных кристаллах без использования внешних электрических полей и спектральных элементов и построения на их основе многоканальных адаптивных измерительных систем также сохраняет свою актуальность.

В связи с вышеизложенным целью настоящей диссертационной работы явилось исследование процессов векторного взаимодействия двух и более когерентных световых волн в фоторефрактивных кристаллах кубической симметрии, поиск принципиально новых схем построения адаптивных интерферометров на основе диффузионных динамических голограмм, разработка и изучение физических принципов организации сверхвысокочувствительных помехоустойчивых многоканальных измерительных систем на их основе.

Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:

1. Исследование процессов векторного взаимодействия когерентных световых волн с разным типом поляризации на динамических диффузионных голограммах, формируемых в фоторефрактивных кристаллах кубической симметрии (групп 23 и 43 т.) в условиях изотропной и анизотропной дифракции.

2. Разработка принципов построения адаптивных корреляционных и интерферометрических измерительных систем на основе динамических голограмм, формируемых в фоторефрактивных кристаллах без приложения внешних электрических полей.

3. Поиск оптимальных значений параметров кристалла (ориентация, концентрация ФР центров, коэффициент поглощения, размеры) и взаимодействующих волн (соотношение интенсивностей, состояние поляризации), позволяющих обеспечить наибольшую чувствительность адаптивного интерферометра на основе отражательной динамической диффузионной голограммы.

4. Исследование процессов распространения в ФРК сильно сфокусированных световых пучков для оптимизации формирования в кристалле максимально эффективной динамической голограммы с минимальным временем записи при использовании оптического излучения малой мощности.

5. Разработка методов снижения поляризационных шумов в адаптивном волоконно-оптическом интерферометре.

6. Разработка принципов организации поляризационно-независимых схем адаптивных интерферометров, способных работать с использованием (в качестве объектной волны) излучения с произвольным, в т. ч. нестабильным состоянием поляризации, а также деполяризованного излучения.

7. Исследование процессов многоволнового взаимодействия в фото-рефрактивном кристалле кубической симметрии, сопровождающих мультиплексную запись диффузионных динамических голограмм, с целью определения схем взаимодействия, которые исключают появление перекрестных помех при считывании мультиплексируемых голограмм.

8. Разработка принципов организации многоканальных сверхчувствительных адаптивных измерительных систем, свободных от перекрестных шумов, на основе мультиплексирования в фоторефрактивном кристалле самосогласованных, отражательных и ортогональных голограмм.

На защиту выносятся следующие результаты, впервые полученные в настоящей работе.

1. Результаты исследования процессов векторного взаимодействия когерентных световых волн с разным типом поляризации на отражательных, в том числе самосогласованных, диффузионных динамических голограммах, формируемых в фоторефрактивных кристаллах кубической симметрии и разработанные на их основе новые принципы организации адаптивных сверхчувствительных интерферометров и адаптивной корреляционной фильтрации для обработки интерференционных сигналов, реализуемые без приложения внешнего электрического поля к кристаллам.

2. Физико-математическая модель схемы оптимальной фокусировки когерентных световых волн, формирующих в фоторефрактивном кристалле отражательную динамическую голограмму, позволяющая для конкретного кристалла, рабочей длины волны и доступной мощности лазерного излучения, а также заданного предела допустимого расхождения световых пучков в кристалле обеспечить максимальную плотность мощности интерферирующих световых пучков и полное их перекрытие на всей длине кристалла, создав тем самым необходимые условия для записи динамической голограммы с максимальной дифракционной эффективностью и минимальным временным откликом.

3. Новый принцип организации адаптивных интерферометров, основанный на ортогональном взаимодействии когерентных световых волн в фоторефрактивном кристалле, открывающий возможность использования в измерительном плече полностью деполяризованных объектных волн, в том числе прошедших через многомодовые волоконные световоды. Впервые предложена и обоснована ассиметричная схема ортогонального взаимодействия световых волн в фоторефрактивном кристалле интерферометра, в которой опорная волна претерпевает чисто анизотропную дифракцию на динамической голограмме, тогда как объектная волна не испытывает дифракции, что позволяет существенно повысить чувствительность и уменьшить поляризационный шум адаптивного интерферометра.

4. Принцип создания поляриз ационно — нез ависимого адаптивного интерферометра на основе впервые предложенного трехволнового ортогонального ЗБ-взаимодействия когерентных световых волн в фоторефрак-тивном кристалле, позволяющий использовать в плече объектной (сигнальной) волны излучение с произвольным типом поляризации и нестабильными поляризационными параметрами.

5. Схемы записи использующих общую опорную волну мультиплексированных отражательных и ортогональных диффузионных динамических голограмм в кубическом фоторефрактивном кристалле среза (100), исключающие возникновение перекрестного шума в измерительных каналах, вследствие создания условия запрета взаимодействия объектных волн между собой.

6. Принципы организации защищенных от воздействия перекрестных шумов сверхчувствительных многоканальных адаптивных волоконно-оптических интерферометрических измерительных систем, основанных на мультиплексировании самосогласованных, отражательных и ортогональных голограмм, записываемых в фоторефрактивном кристалле.

Научная и практическая значимость диссертации заключается в том, что представленные в работе исследования закладывают фундамент для создания сверхвысокочувствительных адаптивных измерительных систем, предназначенных для детектирования сверхмалых физических величин (вибраций, колебаний, деформаций, перемещений нанои субна-нометрового диапазона, динамических напряжений, параметров сверхслабых динамических силовых полей и так далее) в условиях неконтролируемого влияния внешних шумовых факторов (дрейф температуры, промышленные или технические вибрации и пр.).

Решения, найденные в результате выполненных исследований, позволяют.

— предельно упростить схему адаптивного интерферометра за счет устранения необходимости приложения к фоторефрактивному кристаллу внешнего электрического поля!

— повысить чувствительность АИ за счет записи динамических голограмм на высоких пространственных частотах, реализуемых в отражательной геометрии"'.

— снизить поляризационные шумы за счет использования ортогональной геометрии двухволнового взаимодействия, которая позволяет устранить из схемы АИ поляризационные фильтры!

— обеспечить полную поляризационную независимость АИ, что открывает перспективы использования в качестве объектного светового пучка излучения с произвольным типом поляризации!

— многократно снизить мощность источника излучения в АИ (понизив тем самым уровень энергопотребления и повысив автономность ИС) без потери чувствительности и быстродействия за счет оптимальной фокусировки световых пучков в ФРК;

— обеспечить эффективное применение методов адаптивной интерферометрии при создании многомерных/многоканальных оптических и волоконно-оптических измерительных систем, расширив области практического применения последних.

Созданы макеты адаптивных волоконно-оптических интерферомет-рических сенсоров на основе динамических голограмм, формируемых в кристаллах ВцгТЮго и СсГГе’У, способных обеспечить широкополосное де-тектрфование (в полосе 100 кГц) малых динамических воздействий, эквивалентных акустическим колебаниям диффузно-рассеивающих объектов с амплитудой ~ 20 пм при мощности сигнального пучка в 1 мВт.

Результаты, полученные в диссертационной работе, могут найти применение'.

— в системах контроля микрои нано-электромеханических систем (MEMS / NEMS), а также элементов обычных систем с субнанометровым разрешением;

— в системах неразрушающего исследования и тестирования элементов конструкций и материалов, в т. ч. в системах диагностики на основе лазерного ультразвука (обнаружение дефектов, измерение толщин, и пр.);

— в ждущих детекторах сверхслабых динамических физических величин, характеризующихся кратким проявлением на длительных временных интервалах;

— в детекторах сверхслабых полей, в том числе акустических, гидроакустических, электрических, магнитных, гравитационных, а также в сейсморазведке;

— в биологических и биомедицинских исследованиях (детектирование вирусов, бактерий, молекул ДНК, других сверхмалых частиц с массой до нескольких аттограмм);

— при исследовании квантово-механических флуктуаций вакуума, светового давления и др. слабых эффектов.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на IV Всероссийском семинаре «Люминесценция и сопутствующие явления» (Иркутск, 1998 г.), XXXXII Всероссийской научно-технической конференции «Фундаментальные и прикладные вопросы физики и математики» (Владивосток, 1999 г.), Байкальской научной молодежной школе по фундаментальной физике БШФФ-99 (Иркутск, 1999 г.), 3-м Международном студенческом конгрессе стран Азиатско-Тихоокеанского региона (Владивосток, 1999 г.), Международной конференции по фотонике «Photonics ODS'2000″ (Украина, Винница,^ 2000 г.), Азиатско-тихоокеанских конференциях по фундаментальным проблемам опто» и микроэлектроники АРСОМ (Владивосток, 2000, 2002, 2003, 2005, 2007, 2009 г. г.- Хабаровск, 2004 г.- Япония, Токио, 2008 г.), 13*ой Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях ММТТ-2000» (Санкт-Петербург, 2000 г.), Международной конференции по оптическим методам в сенсорике и нанотехнологии ICOSN'2001 (Япония, Йокогама, 2001 г.), Региональных научных конференциях по физике полупроводниковых, диэлектрических и магнитных материалов ППДМ-2000 и ППДМ-01 (Владивосток, 2000, 2001 г. г.), Международном семинаре по оптои микроэлектронике и преобразованию световых пучков IWBT (Владивосток, 2001 г.), VII Международной конференции Optics within Life Sciences OWLS'02, (Швейцария, Люцерн, 2002 г.), Международных научно-практических конференциях «Электронные средства и системы управления» (Томск, 2003, 2004 г. г.), IV Школе-семинаре «Современные проблемы физики, технологии и инноваций СФТИ-2003» (Томск, 2003 г.), Международной конференции «Фундаментальные проблемы оптики — 04» (Санкт-Петербург, 2004 г.), Международных конференциях по разработке систем оптики и фотоники ODF'04, ODF'06, ODF'08 (Япония, Токио, 2004 г., Япония, Нара, 2006 г.- Тайвань, Тайпэй, 2008 г.), XII и XIII Научных школах «Нелинейные волны» (Нижний Новгород, 2004, 2006 г. г.), Международных конференциях по фото-рефрактивным эффектам, материалам и устройствам PR-05, PR-09 (Китай, Санья, 2005 г.- Германия, Бад Хоннеф, 2009 г.), Европейских конгрессах по лазерам, электрооптике и квантовой электронике «CLEO/Europe-EQEC» (Германия, Мюнхен, 2005, 2007, 2009 г. г.), Международных симпозиумах по фотонике и лазерам PALS'05, PALS'09 (Финляндия, Кайани, 2005 г.- Финляндия, Тампере, 2009 г.), 4-ой Международной конференции молодых ученых и специалистов «0птика-2005» (Санкт-Петербург, 2005 г.), Международном конгрессе по оптике ICO-20 (Китай, Чанчунь, 2005 г.), 8-ом Международном симпозиуме по современным технологиям фотоники СРТ-2005 (Япония, Токио, 2005 г.), 7-ой Международной конференции по лазерным методам измерения вибраций (Италия, Анкона, 2006 г.), Международной конференции по мощным лазерным пучкам (Нижний Новгород, 2006 г.), Научных сессиях МИФИ.

Москва, 2006, 2007, 2008, 2010 г. г.), Международной конференции «Northern Optics 2006» (Норвегия, Берген, 2006 г.), 8'й Международной конференции по микро и нанофотонике ROMOPTO-2006 (Румыния, Си-биу, 2006 г.), 5-ой Тематической конференции по оптоэлектронным системам измерения расстояний и перемещений ODIMAP V (Испания, Мадрид, 2006 г.), Международных конференциях по волоконно-оптическим датчикам OFS-18, OFS-19 (Мексика, Канкун, 2006 г.- Австралия, Перт,.

2008 г.), Всероссийском семинаре «Нанофотоника» (Черноголовка, 2007 г.), 3-й Международной конференции по оптической и лазерной диагностике ICOLAD-2007 (Великобритания, Лондон, 2007 г.), Всероссийском семинаре «Юрий Николаевич Денисюк — основоположник отечественной голографии» (Санкт-Петербург, 2007 г.), Международных симпозиумах по измерительным технологиям и интеллектуальным приборам ISMTII'2007, ISMTII'2009 (Япония, Сендай, 2007 г.- Санкт-Петербург,.

2009 г.), Международных конференциях «Optics Days» (Финляндия, Лап-пеенранта, 2007 г.- Финляндия, Куопио, 2008 г.), 16-ом Международном симпозиуме «Наноструктуры: физика и технология» (Владивосток, 2008 г.), 15-ой Международной конференции по оптоэлектронике и оптической связи (Южная Корея, Пусан, 2008 г.), 2-ой Тематической конференции по оптической сенсорике и системам технического зрения OSAV08 (Санкт-Петербург, 2008 г.), а также на научных семинарах в ИАПУ ДВО РАН, Тихоокеанском океанологическом институте ДВО РАН (Владивосток), Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники (Томск), Университете г. Куопио (Финляндия, Куопио), Корейском институте электронных технологий (KETI, Южная Корея, Сёнгнам), Электромеханическом институте Самсунг (SEM, Южная Корея, Суон).

Работа проводилась при поддержке ряда Российских и международных фондов и организаций: РФФИ, Министерства науки и образования РФ, ДВО РАН, ОФН РАН, Совета при Президенте РФ по поддержке молодых ученых, ШТАБ, Академии Финляндии, Федерации научных обществ Южной Кореи.

Результаты исследований, представленные в диссертационной работе были отмечены:

— Премией имени профессора В. П. Вологдина за разработку адаптивных распределенных оптоэлектронных измерительных систем (Владивосток, ДВГТУ, 1999 г.).

— Дипломом за лучший доклад на IV Международной конференции молодых ученых и специалистов «0птика-2005» (Санкт-Петербург, 2005 г.).

— Дипломом за лучший доклад на Международном симпозиуме по измерительным технологиям и интеллектуальным приборам 13МТ1Г2007 (Япония, Сендай, 2007 г.).

— Первой премией в номинации «Нанотехнологии» за проект «Сверхчувствительный адаптивный интерферометр для нано-метрологии», представленный на 1-ой Приморской Венчурной Ярмарке (Владивосток, 2009 г.).

Копии дипломов приведены в Приложениях 1−4.

Внедрение результатов. Результаты работы используются в КБ ОАО «Дальприбор» (г.Владивосток) при проектировании и создании адаптивных волоконно-оптических гидроакустических приёмников.

Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс подготовки специалистов квантовой и оптической электроники в Дальневосточном государственном техническом университете (г.Владивосток), Морском государственном университете им. Г. И. Невельского (г.Владивосток) и Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники.

Акты внедрения и справки об использовании приведены в Приложениях 5−8.

Публикации. По теме диссертации опубликована 100 печатных работ [59, 79, 122−219], в том числе 39 статей в отечественных и зарубежных изданиях (15 из которых входят в Перечень ВАК РФ), 1 монография, получено 3 патента РФ.

Личный вклад автора. Содержание диссертации отражает персональный вклад автора в опубликованные работы. На начальном этапе диссертационной работы постановка задачи осуществлялась совместно с доктором физико-математических наук, членом-корреспондентом РАН, профессором Ю. Н. Кульчиным. Ряд работ выполнен в соавторстве с сотрудниками Томского университета систем управления и радиоэлектроники (группа д.ф.-м.н., профессора С.М.Шандарова) и Института автоматики и процессов управления ДВО РАН, а также в творческом сотрудничестве с коллективами ряда зарубежных организаций: Университета г. Куопио (Финляндиягруппа професоора А.А.Камшилина) и Института химии твердого тела при Французском национальном центре научных исследований CNRS (Франция, г. Бордо,* группа Dr. J.-C.Launay, предоставившая образцы кристаллов). В ходе работы над диссертацией автором выполнены все теоретические расчетывсе экспериментальные исследования проведены им лично или под его руководством. В коллективной монографии [59] лично автором написаны главы 5, 6 и 8.

Автором диссертации выполнен комплекс экспериментальных исследований, позволивший подтвердить гипотезу о возможности линейной демодуляции фазы на диффузионной отражательной голограмме при векторном взаимодействии волн с разным типом поляризации, а также найти оптимальный набор параметров взаимодействующих волн и кристалла, позволивший значительно повысить чувствительность адаптивного интерферометра на основе динамической фоторефрактивной отражательной голограммы.

Автор явился инициатором и основным исполнителем исследования распространения сильно сфокусированных световых пучков, результаты которого позволили существенно снизить мощность лазерного излучения, требуемого для формирования в кристалле эффективной голограммы, обладающей вместе с тем быстрым откликом. Экспериментальная часть исследования выполнена под руководством автора.

По инициативе и при непосредственном участии автора выполнены экспериментальные исследования поляризационных шумов в адаптивном интерферометре на основе отражательной динамической голограммы и многомодового волоконного световода, результатом которых стал метод, позволивший повысить отношение сигнал/шум и значительно приблизить экспериментальный порог детектирования к теоретическому пределу.

Автором предложена схема мультиплексирования динамических отражательных голограмм в фоторефрактивном кристалле кубической симметрии, практически исключающая возможность возникновения перекрестных шумов. Выполненные им экспериментальные исследования подтвердили возможность формирования многоканальной адаптивной системы фазовой демодуляции, отличающейся высоким отношением сигнал/шум на канал.

Автором дано теоретическое объяснение возможности линейной демодуляции фазы деполяризованной спекловой волны в адаптивном интерферометре на основе ортогональной геометрии взаимодействия пучков, экспериментально обнаруженной членами научной группы Университета г. Куопио (Финляндия), совместно с которой проводились дальнейшие экспериментальные исследования.

Автором предложена и исследована схема трёхволнового ортогонального взаимодействия, позволившая реализовать полностью поляризаци-онно-независимый адаптивный интерферометр.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы из 283 наименований, включая работы автора. Работа содержит 102 рисунка, 11 таблицполный объем работы, включая приложения, 309 страниц.

Основные результаты настоящей работы подробно отражены в заключениях к главам, а наиболее существенные из них сводятся к следующему:

1. Выполнено исследование процессов векторного взаимодействия когерентных световых пучков с разным типом поляризации на динамических диффузионных голограммах, формируемых в фоторефрактивных кристаллах кубической симметрии (групп 23 и 43т). Впервые показано, что в коллинеарной геометрии попутного или встречного взаимодействия волн в случае чисто диффузионной записи динамической голограммы линейный режим фазовой демодуляции может быть реализован за счет использования эллиптически поляризованной и линейно поляризованной волн в условиях анизотропной дифракции.

2. Определены основные параметры адаптивных интерферометров. Даны теоретические основы расчета относительного порога детектирования фазы в адаптивном интерферометре, как критерия его чувствительности.

3. Впервые разработаны и экспериментально и теоретически обоснованы принципы построения адаптивных корреляционных и интерфе-рометрических измерительных систем на основе динамических отражательных голограмм, формируемых в фоторефрактивных кристаллах без.

Заключение

:

Комиссия предлагает внедрить адаптивный интерферометр в ходе выполнения НИОКР.

25″ января 2010 г г. Владивосток.

Настоящий акт составлен комиссией в составе:

1. Председатель Главный конструктор Ламека А. П. Члены комиссии:

2. Старший научный сотрудник Алюшин Д.А.

3. Ведущий инженер-конструктор Яцуткин В.Г.

Председатель комиссии: