Інтерферометричний метод передачі просторової фазової інформації за наявності нестаціонарних фазових завад
Наведено результати дослiдження щодо передачi iнтерферометричної iнформацiї через багатомодовий свiтловодний джгут, який пiддається випадковим деформацiям. Аналiзується можливiсть виключення впливу фазових змiн в джгутi на передачу оптичного сигналу. Приведены результаты исследования по передаче ин...
Saved in:
| Published in: | Доповіді НАН України |
|---|---|
| Date: | 2013 |
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2013
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/85773 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Інтерферометричний метод передачі просторової фазової інформації за наявності нестаціонарних фазових завад / О.В. Гнатовський, Л.А. Держипольська, Н.В. Медвідь, А.М. Негрійко // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2013. — № 6. — С. 80–85. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-85773 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Гнатовський, О.В. Держипольська, Л.А. Медвідь, Н.В. Негрійко, А.М. 2015-08-19T11:41:28Z 2015-08-19T11:41:28Z 2013 Інтерферометричний метод передачі просторової фазової інформації за наявності нестаціонарних фазових завад / О.В. Гнатовський, Л.А. Держипольська, Н.В. Медвідь, А.М. Негрійко // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2013. — № 6. — С. 80–85. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/85773 535.42 Наведено результати дослiдження щодо передачi iнтерферометричної iнформацiї через багатомодовий свiтловодний джгут, який пiддається випадковим деформацiям. Аналiзується можливiсть виключення впливу фазових змiн в джгутi на передачу оптичного сигналу. Приведены результаты исследования по передаче интерферометрической информации через многомодовый световодный жгут, который поддается случайным деформациям. Анализируется возможность исключения влияния фазовых изменений в жгуте на передачу оптического сигнала. The results of investigation of the transfer of interferometric information through a multimode lightguiding bundle subject to random deformations are presented. The possibility to avoid the effect of phase changes in a bundle on the transfer of an optical signal is analyzed. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Доповіді НАН України Фізика Інтерферометричний метод передачі просторової фазової інформації за наявності нестаціонарних фазових завад Интерферометрический метод передачи пространственной фазовой информации при наличии нестационарных фазовых помех Interferometric method of transmission of spatial phase information under unsteady phase distortions Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Інтерферометричний метод передачі просторової фазової інформації за наявності нестаціонарних фазових завад |
| spellingShingle |
Інтерферометричний метод передачі просторової фазової інформації за наявності нестаціонарних фазових завад Гнатовський, О.В. Держипольська, Л.А. Медвідь, Н.В. Негрійко, А.М. Фізика |
| title_short |
Інтерферометричний метод передачі просторової фазової інформації за наявності нестаціонарних фазових завад |
| title_full |
Інтерферометричний метод передачі просторової фазової інформації за наявності нестаціонарних фазових завад |
| title_fullStr |
Інтерферометричний метод передачі просторової фазової інформації за наявності нестаціонарних фазових завад |
| title_full_unstemmed |
Інтерферометричний метод передачі просторової фазової інформації за наявності нестаціонарних фазових завад |
| title_sort |
інтерферометричний метод передачі просторової фазової інформації за наявності нестаціонарних фазових завад |
| author |
Гнатовський, О.В. Держипольська, Л.А. Медвідь, Н.В. Негрійко, А.М. |
| author_facet |
Гнатовський, О.В. Держипольська, Л.А. Медвідь, Н.В. Негрійко, А.М. |
| topic |
Фізика |
| topic_facet |
Фізика |
| publishDate |
2013 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Доповіді НАН України |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Интерферометрический метод передачи пространственной фазовой информации при наличии нестационарных фазовых помех Interferometric method of transmission of spatial phase information under unsteady phase distortions |
| description |
Наведено результати дослiдження щодо передачi iнтерферометричної iнформацiї через
багатомодовий свiтловодний джгут, який пiддається випадковим деформацiям. Аналiзується можливiсть виключення впливу фазових змiн в джгутi на передачу оптичного сигналу.
Приведены результаты исследования по передаче интерферометрической информации через многомодовый световодный жгут, который поддается случайным деформациям. Анализируется возможность исключения влияния фазовых изменений в жгуте на передачу
оптического сигнала.
The results of investigation of the transfer of interferometric information through a multimode lightguiding bundle subject to random deformations are presented. The possibility to avoid the effect of
phase changes in a bundle on the transfer of an optical signal is analyzed.
|
| issn |
1025-6415 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/85773 |
| citation_txt |
Інтерферометричний метод передачі просторової фазової інформації за наявності нестаціонарних фазових завад / О.В. Гнатовський, Л.А. Держипольська, Н.В. Медвідь, А.М. Негрійко // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2013. — № 6. — С. 80–85. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT gnatovsʹkiiov ínterferometričniimetodperedačíprostorovoífazovoíínformacíízanaâvnostínestacíonarnihfazovihzavad AT deržipolʹsʹkala ínterferometričniimetodperedačíprostorovoífazovoíínformacíízanaâvnostínestacíonarnihfazovihzavad AT medvídʹnv ínterferometričniimetodperedačíprostorovoífazovoíínformacíízanaâvnostínestacíonarnihfazovihzavad AT negríikoam ínterferometričniimetodperedačíprostorovoífazovoíínformacíízanaâvnostínestacíonarnihfazovihzavad AT gnatovsʹkiiov interferometričeskiimetodperedačiprostranstvennoifazovoiinformaciiprinaličiinestacionarnyhfazovyhpomeh AT deržipolʹsʹkala interferometričeskiimetodperedačiprostranstvennoifazovoiinformaciiprinaličiinestacionarnyhfazovyhpomeh AT medvídʹnv interferometričeskiimetodperedačiprostranstvennoifazovoiinformaciiprinaličiinestacionarnyhfazovyhpomeh AT negríikoam interferometričeskiimetodperedačiprostranstvennoifazovoiinformaciiprinaličiinestacionarnyhfazovyhpomeh AT gnatovsʹkiiov interferometricmethodoftransmissionofspatialphaseinformationunderunsteadyphasedistortions AT deržipolʹsʹkala interferometricmethodoftransmissionofspatialphaseinformationunderunsteadyphasedistortions AT medvídʹnv interferometricmethodoftransmissionofspatialphaseinformationunderunsteadyphasedistortions AT negríikoam interferometricmethodoftransmissionofspatialphaseinformationunderunsteadyphasedistortions |
| first_indexed |
2025-11-26T02:45:07Z |
| last_indexed |
2025-11-26T02:45:07Z |
| _version_ |
1850609209667747840 |
| fulltext |
УДК 535.42
О.В. Гнатовський, Л.А. Держипольська, Н.В. Медвiдь,
член-кореспондент НАН України А. М. Негрiйко
Iнтерферометричний метод передачi просторової
фазової iнформацiї за наявностi нестацiонарних
фазових завад
Наведено результати дослiдження щодо передачi iнтерферометричної iнформацiї через
багатомодовий свiтловодний джгут, який пiддається випадковим деформацiям. Аналi-
зується можливiсть виключення впливу фазових змiн в джгутi на передачу оптичного
сигналу.
Дослiдження просторових фазових характеристик об’єкта за допомогою методiв iнтерферо-
метрiї можливе як за умови безпосереднього розмiщення об’єкта в оптичнiй схемi приладу,
так i дистанцiйно — при значному вiддаленнi вимiрювального приладу вiд об’єкта дослiд-
жень. Вочевидь, другий випадок є бiльш ймовiрним i практичним. Але в цьому випадку буде
дослiджуватися хвилевий фронт вже не самого об’єкта, а якогось його зображення. Його
фаза може бути змiнена оптичним трактом системи. Найбiльш придатними для дослiджень
хвильових фронтiв полiв, що були розсiянi об’єктами складної форми i в складних умовах
експерименту, визнаються методи голографiчної iнтерферометрiї [1]. Вони дозволяють ви-
значати змiни в складних хвильових фронтах для двох голографiчних зображень дослiджу-
ваного об’єкта. Такi зображення, зокрема, можна одержати при використаннi свiтловодних
джгутiв [2], застосованих як зонди для передачi оптичної iнформацiї iз важкодоступних
i небезпечних мiсць.
У роботi дослiджується вплив реального оптичного тракту з непередбачуваними змiна-
ми фази, зокрема свiтловодного джгута, на передачу просторової фазової iнформацiї. Також
розглядаються умови, при яких виключається негативний вплив випадкових змiн фази.
Голографiчний iнтерферометр зi свiтловодним джгутом. У роботi використо-
вується загальна схема голографiчного iнтерферометра з багатомодовим свiтловодним
джгутом, яка наведена на рис. 1.
Рис. 1. Схема голографiчного iнтерферометра на базi свiтловодного джгута
© О.В. Гнатовський, Л.А. Держипольська, Н.В. Медвiдь, А.М. Негрiйко, 2013
80 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2013, №6
Лазерний пучок Л розширюється телескопом T. Частина енергiї пiсля свiтлоподiль-
ного кубика С формує опорний пучок R, який дзеркалом Дз спрямовується на гологра-
му Г. Сигнальна частина пучка S потрапляє на об’єкт O. Вiдбите ним свiтло об’єкти-
вом Л1 проектується на вхiдний торець джгута Д. Зображення об’єкта з вихiдного торця
джгута об’єктивом Л2 проектується на екран Е. Голограма Г розташована мiж Л2 i екра-
ном Е.
Дослiджуються регулярнi джгути довжиною 20–50 см, вхiдна i вихiдна апертура 5–
10 мм. Торцi джгута жорстко закрiплялися в тримачах.
Схема застосовувалася за умови деформацiй джгута мiж моментами запису голограм
зображення об’єкта в двох порiвняльних станах. При цьому у другому станi об’єкт повер-
тається на невеликий кут α. Роль “генератора” фазових шумiв виконували випадковi набiги
фази в окремих волокнах при згинаннi джгутiв. Стрiла прогину для джгута довжиною
50 см досягала 7 см. При деформацiях, бiльших за 2 см, iнтерференцiйнi смуги вже не
спостерiгалися.
Оцiнювався випадковий вплив поля в межах окремих волокон джгута. Для цього реє-
струвався i оцифровувався розподiл енергiї на вихiдному торцi джгута до i пiсля експози-
цiй голограм. Масиви чисел, якi вiдповiдали значенням iнтенсивностi кожної точки торця
джгута в рiзних його станах, вiднiмалися поелементно один вiд одного. Отриманi такi данi.
Для незмiнного джгута: максимальне значення рiзницi до 44 в. о., середнє значення до 5,2
в. о. Дiапазон збереження смуг, вiдповiдно, 164 та 18,5 в. о. Дiапазон вiдсутностi смуг, вiд-
повiдно, 226 в. о. та 24.
На рис. 2 наведено фотографiї iнтерферограми об’єкта i розподiл нормалiзованої iнтен-
сивностi смуг для випадкiв: а) коли не було жодної деформацiї фазового джгута; б) була
легка деформацiя (вигин джгута на ∼2 см) вiдповiдно. Також показано волокна джгута i як
саме змiнюється оптичне поле мiж першою i другою експозицiями в iнтерферометрiї в ме-
жах окремого волокна. Як видно, iнтерференцiйнi смуги при такiй деформацiї ще досить
впевнено спостерiгаються.
Метод передачi сигналу через середовище iз випадковими змiнами фази.
Отриманi результати визначають межi застосовування багатомодових джгутiв для пере-
дачi iнформацiї про змiни фази оптичного сигналу, проте залишають задачу про передачу
повного оптичного сигналу через середовище iз випадковою змiною фази невирiшеною. Але,
обмежуючись задачею передачi тiльки певного iнформативного параметра сигналу (в на-
шому випадку — просторового розподiлу фази), її можна спростити. Для цього, в розвиток
мiркувань [3], ми пропонуємо пiд час запису голограм стану об’єкта i сигнальний i опор-
ний пучки пропускати строго в одному i тому ж напрямку через оптично неоднорiдний
тракт.
Отже, пропонується така оптична схема (рис. 3). На нiй зробленi такi ж самi позна-
чення, як на рис. 1. Головна вiдмiннiсть мiж цими схемами полягає в тому, що поворотом
дзеркала Дз опорний пучок R спрямовується на свiтлоподiльник С i далi разом з предмет-
ним пучком S попадає на фазовий дифузор D з випадковими фазовими зсувами по його
перетину. Рiзнi розподiли фази (D1 та D2) в оптичному трактi моделюються поперечним
перемiщенням дифузора. Вплив дифузораD = exp(−iψ(x, y))) подамо як дiю транспаранта,
що має однорiдний розподiл амплiтуди поля по перетину пучка та довiльний i складний
просторовий розподiл фази [4].
За таких умов при записi рiвняння голограми використовуються позначення: SD — по-
ле предмета; RD — поле опорного пучка (R = b(x, y) = const). Амплiтудне пропускання
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2013, №6 81
Рис. 2. Випадок недеформованого джгута: iнтерферограма об’єкта, вiдповiднi змiни оптичного поля в ме-
жах окремих волокон та нормалiзована iнтенсивностi усереднена вздовж iнтерференцiйних смуг картини
(а, б, в); випадок деформованого джгута: iнтерферограма об’єкта, вiдповiднi змiни оптичного поля в ме-
жах окремих волокон та нормалiзована iнтенсивностi усереднена вздовж iнтерференцiйних смуг картини
(а ′, б
′, в
′)
82 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2013, №6
Рис. 3. Схема передачi сигналу крiзь середовища iз випадковими змiнами фази
голограми, яке вважається пропорцiйним просторовому розподiлу iнтенсивностi iнтерфе-
ренцiйного поля сигнального та опорного пучкiв, визначається виразом:
A ∼ |SD +RD|2 = |D|2|S +R|2 = |S|2 + |R|2 + S∗R+ SR∗. (1)
Видно, що за умови утворення iнтерференцiйних смуг рiвної товщини, коли випадковi змiни
фази дифузора є однаковими для обох пучкiв, наявнiсть дифузора D проявляється лише
як сталий коефiцiєнт |D|2, тобто випадковi змiни фази, що виникають на шляху поширення
сигналу, не впливають на отриманий вираз. Експериментально даний розподiл поля най-
кращим чином може бути реалiзований при запису голограми за схемою Габора [5], коли
i сигнальний, i опорний пучки поширюються в одному напрямку. Лише за таких умов буде
однаковим розподiл випадкових змiн фази для кожного з пучкiв, що пройшли дифузор D.
Проте при використаннi схеми Габора у виразi (1) всi доданки описують поля, якi поши-
рюються в однаковому напрямку. Цi поля будуть впливати одне на iнше, спотворюючи
кiнцевий результат.
При реєстрацiї на голограмах двох станiв об’єкта S1 та S2 (S1 = a exp(−iϕ), S2 =
= a exp(−i[ϕ + ∆])) маємо при вiдновленнi сумарної голограми iнтерференцiю двох полiв
зображень A1 та A2. Вiдповiдно можна записати:
G = A2 +A1 = |S1|
2 + |R|2 + S∗
1R+ S1R
∗ + |S2|
2 + |R|2 + S∗
2R+ S2R
∗ =
= · · · = 2|S|2 + 2|R|2 + 2aR{cos(ϕ) + cos(ϕ+∆)}. (2)
Вираз (2) мiстить три доданки. Головний — третiй, який описує промодульовану спекла-
ми iнтерференцiйну картина з конфiгурацiєю смуг, яка визначається фазовим набiгом ∆.
Другий доданок — пропорцiйний просторовому розподiлу iнтенсивностi зображення (яке
легко одержується при попереднiй зйомцi). Третiй є функцiєю однорiдного засвiтлення зо-
браження опорним пучком. Другий i третiй доданки спотворюють шуканий розподiл iн-
терференцiйних смуг. Оскiльки цi доданки є функцiями iнтенсивностi зображення i фону
i при цьому не мiстять спеклiв (гладкi), вони легко фiльтруються при електроннiй обробцi
зображення. До того ж гладкiсть цих функцiй порiвняно зi спекл-модуляцiєю дозволяє їх
неповне сумiщення при фiльтрацiї.
З застосуванням описаної теоретичної моделi проводився модельний експеримент, для
якого використовувалась схема рис. 3. Створювалися масиви чисел (матрицi), якi вiдпо-
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2013, №6 83
Рис. 4. Результат обробки зображення об’єкта на ПК: а — зареєстроване зображення; б — видалений за-
гальний фон |R|2; в — видалена iнтенсивнiсть зображення |S(x, y)|2
вiдають комплексним амплiтудам полiв R, S1, S2 (вiдповiдно до наведених у роботi фор-
мул). Потiм розраховувалися матрицi, якi чисельно описують iнтенсивностi зображень A1
i A2, тi, що записуються на голограмi. Далi цi матрицi додаються поелементно. Резуль-
татом є матриця G — суперпозицiя двох голограм станiв об’єкта, яка, вiдповiдно до (2),
мiстить як iнтерферометричну iнформацiю, так i неiнформативнi доданки. Продовженням
є фiльтрацiя неiнформативних доданкiв (вiд матрицi G поелементно вiднiмалися матрицi
|R|2 i |S(x, y)|2).
Результати експерименту наведенi на рис. 4, з якого видно, що фiльтрацiя отриманого
за запропонованою методикою зображення дозволяє зафiксувати змiни в дослiджуваному
хвильовому фронтi, незалежно вiд випадкових фазових змiн в оптичному трактi.
Таким чином, в роботi дослiджено дiапазон можливих деформацiй багатомодового джгу-
та при використаннi в iнтерферометричних схемах. Розроблено кiлькiсний метод для ви-
значення такого дiапазону. Запропоновано новий голографiчний метод передачi iнформацiї
про стан хвильового фронту зображення пiсля його проходження крiзь оптичне середовище
з випадковими змiнами фази. Метод виключає наслiдки випадкової змiни фази в оптичному
трактi i є перспективним при використаннi свiтловодних джгутiв для iнтерферометричних
дослiджень у важкодоступних мiсцях.
1. Вест Ч. Голографическая интерферометрия. – Mосква: Мир, 1982. – 504 с.
2. Zolochevkaja О.V., Gnatovskij C.O. A holographic interferometer on the basis of multimode lightguiding
bundles // Proceedings SPIE. – 1995. – 2648. – P. 694–697.
3. Goodman J.W. et al. Wavefront-reconstruction imaging through random media // Appl. Phys. Lett. –
1966. – 8. – P. 311–315.
4. Ангельский О.В., Магун И.И., Максимяк П.П. Исследование статистики фазово-неоднородных
объектов корреляционно-оптическими методами // Оптика и спектр. – 1989. – 67, вып. 5. – С. 1173–
1177.
5. Gabor D. Microscopy by reconstructed wavefronts // Proc. Phys. Soc. Ser. B. – 1951. – 64. – P. 449.
Надiйшло до редакцiї 12.12.2012Iнститут фiзики НАН України, Київ
84 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2013, №6
О.В. Гнатовский, Л.А. Держипольская, Н.В. Медведь,
член-корреспондент НАН Украины А. М. Негрийко
Интерферометрический метод передачи пространственной фазовой
информации при наличии нестационарных фазовых помех
Приведены результаты исследования по передаче интерферометрической информации че-
рез многомодовый световодный жгут, который поддается случайным деформациям. Ана-
лизируется возможность исключения влияния фазовых изменений в жгуте на передачу
оптического сигнала.
O.V. Gnatovskyi, L.A. Derzhypolska, N.V. Medvid,
Corresponding Member of the NAS of Ukraine A.M. Negriyko
Interferometric method of transmission of spatial phase information
under unsteady phase distortions
The results of investigation of the transfer of interferometric information through a multimode light-
guiding bundle subject to random deformations are presented. The possibility to avoid the effect of
phase changes in a bundle on the transfer of an optical signal is analyzed.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2013, №6 85
|