Бубис Е.Л., Гусев С.А., Жеглов А.В.

ИПФ РАН, Нижний Новгород, Россия

Фазоконтрастная схема с оптически тонкой
и толстой фототермическими ячейками Цернике

Метод фазового контраста широко используется для визуализации прозрачных мелкомасштабных объектов и структур. В методе нелинейного фазового контраста расфазировка пространственных частот осуществляется в кубично-нелинейной среде. В данной работе приведены результаты экспериментального исследования визуализации прозрачных объектов в фазоконтрастной схеме с оптически тонкой и толстой фототермическими ячейками Цернике
(тепловая нелинейность). По сравнению с тонкой ячейкой [1-3], использование протяженной ячейки Цернике делает фазоконтрастное устройство полностью адаптивным. Кроме нечувствительности к угловым смещениям пучка как целого, теперь она еще нечувствительна к внесению внешней линзы и некритична к установке самой ячейки.

В эксперименте использовалась однолинзовая схема формирования изображения с нелинейной (фототермической) ячейкой, расположенной в фурье-плоскости системы ([1,2] и имеющиеся там ссылки). Объекты освещались гауссовым пучком одномодового линейно-поляризованного He-Ne лазера мощностью P ≤ 6 мВт, длиной волны λ = 0,63 мкм. Прошедшее через объект излучение фокусировалось объективом (F = 6 cм, D = 3.5см) в середину кюветы с этиловым спиртом с добавлением поглотителя.

На экране, расположенном на расстоянии до 10 метров от объектива изображение объекта фотографировалось цифровым фотоаппаратом. В отсутствии фазового объекта с тонкой ячейкой измерялась мощность света, прошедшая через маленькую диафрагму в дальней зоне. При перемещении ячейки наблюдалась характерная для Z-скана зависимость (рис. 1), перепад между вершиной и впадиной кривой позволяют оценить нелинейный набег фаз вдоль оси пучка. Для тепловой нелинейности в стационарном режиме разница между отнормированным пропусканием и нелинейным сдвигом фаз дается выражением:
и для данного графика этот сдвиг q ≈ 0,5.

Рис. 1. Интенсивность света на оси пучка.

На рис. 2 представлена зависимость сигнала на фотоприемнике (фазовая полоска) от положения оптически тонкой фототермической ячейки (f = 18 см,
l = 1 мм, α = 6,7 см ^-1, мощность P = 1,2 мВт). Cигнал снимался в маленькую диафрагму d = 1 мм на расстоянии 5 м.

Рис. 2. Зависимость сигнала на ФП

от положения ФТ ячейки (l = 1 мм , α = 6.7 см ^-1 , P = 1.2 мВт).

Из рис. 2 следует что настройка фильтра должна производится с точностью не хуже дифракционной длины пучка. В отличие от данного случая, для протяженной слабопоглощающей ячейки необходимым условием является нахождение перетяжки пучка в среде. В этом случае эффект визуализации объектов при свободном распростанении модулированных лазерных пучков, имеющий место в ограниченном диапазоне мощностей, является новым эффектом при распространении фазомодулированных световых пучков, например, в водной среде или атмосфере. Для примера, на рис. 3 показано визуализированное изображение газового микропотока.

Рис. 3. Визуализированное изображение газового микропотока.

Литература:

1. Бубис Е.Л., Матвеев А.З. Письма в ЖТФ, 2007, т.33, № 11, с. 8-12.

2. Бубис Е.Л. // Приборы и техника эксперимента. 2009, №1, с.119-120.