Физика/7. Оптика

к.ф-м.н. Бубис Е.Л., к.ф-м.н. Гусев С.А., к.х.н. Ермолаев Н.Л.

Институт прикладной физики РАН, Институт физики микроструктур РАН, Россия

Использование теплового и термокапиллярного самовоздействия для визуализации фазовых объектов

В настоящее время исследуются фазоконтрастные схемы визуализации прозрачных (фазовых) объектов с использованием нелинейных ячеек (фильтров) Цернике. Это полностью оптические, адаптивные схемы, в существенно меньшей степени, по сравнению с классическими нуждающиеся в юстировке оптической системы. Хорошие визуализированные изображения были получены в схемах с ячейками, реализованными на основе фоторефрактивных кристаллов, пленок бактериородопсина, а также жидких кристаллов (см., например, [1-3] и имеющиеся там ссылки). В данной работе визуализация прозрачных объектов осуществлялась с ячейками, работающими на тепловом типе нелинейности, а также при отражении лазерного излучения от тонкого слоя поглощающей жидкости (термокапиллярной нелинейности), расположенного в фурье-плоскости оптической схемы, выполняющего роль не просто зеркала, но и эффективного фазового корректора, осуществляющего требуемый сдвиг фаз между нулевой и высшими пространственными частотами θ ≈ ± π/2, участвующими в формировании изображения исследуемого прозрачного объекта.

Во втором случае процесс также обусловлен поглощением света, однако необходимая разность хода и разбаланс фаз осуществляются за счет отражения пространственных гармоник от различных по глубине, вследствие различия их мощности, ими же индуцированных термокапиллярных углублений [4-5]. В обоих случаях эффективная визуализация происходит при субмилливатном уровнях падающего излучения. В качестве источника излучения использовался одномодовый He-Ne лазер (λ = 0,63 мкм; мощность 5 мВт) с линейной поляризацией. Для регулировки мощности использовалась призма Глана , поворачивающая вокруг своей оси. Мощность пучка измерялась калориметром. В плоскости изображения изображение объекта фотографировалось цифровым фотоаппаратом. В первом случае (тепловая нелинейность) в качестве нелинейной ячейки Цернике использовались кюветы с этиловым спиртом с добавлением поглотителя. Величина ≈ 0,5 ( подбиралась экспериментально). Здесь – коэффициент поглощения среды, – ее длина. На рис.1 показана фотография визуализированного изображения фазового микрообъекта, в виде фразы Fourier Optics, изготовленного нанесением субмикронной пленки ПММА на кварцевой подложке. Высота буквы F=100мкм.

Рис1 Рис2

На рис. 2 показана фотография визуализированного изображения перекрестия двух бипризм Френеля (использовалась термокапиллярная нелинейность при отражении света от тонкого слоя сильнополощающей жидкости ) в виде буквы X, что также как и в первом случаях указывает на возможность использования данного процесса в системах обработки информации.

Литература:

1.Чернега Н.В. и др. // Квант.электроника,1989, т.16, №12, с.2530-2538.

2. Liu J.et al // Appl Opt. 1995. V. 34. P. 4972–4975.

3. Yelleswarapu C.S.et al //Applied Physics Letters. 2006. V. 89. P. 211116.

4. Бубис Е.Л, Матвеев А.З. // Письма в ЖТФ, 2007, том 33, №11, с.8 – 12.

5. Бубис Е.Л. // Письма в Ж Т Ф. 2008, т.34, №12, с.29-33.