Способ визуализации фазовых и слабопоглощающих объектов

 

Изобретение касается формирования оптического изображения. Целью изобретения является повышение контраста и визуализация деталей фазового или слабопоглощающего объекта с различной толщиной. Прозрачный объект освещается светом лазера, после чего свет фокусируется в нелинейную среду, поглощение которой зависит от интенсивности накачки. В Фурье-спектре объекта интенсивность наиболее яркой гармоники нулевого порядка должна достигать порога нелинейного поглощения. В этом случае поглощается только интенсивная фоновая составляющая, которая представляет собой свет, прошедший через объект без отклонения, а слабые гармоники высшего порядка, возникающие в результате дифракции света лазера и несуР1ие информацию об объекте, проходят через нелинейную среду без поглощения. При нелинейном поглощении нулевой компоненты Фурье-спектра в активной среде происходит не только ослабление ее интенсивности, но и изменениее ее фазы на Т/2. В результате после среды регистрируется изображение объекта с положительным фазовым контрастом. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. . (О (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

151) 4 G 01 N 21/41

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А8ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4054788/31-25 .(22) 10.04,86 (46) 15,10.89. Бюл. N - 38 (71) Физический институт им. П.Н.Лебедева и Институт общей и неорганической химии им, Н.С.Курнакова (72) Й.В.Чернега, А.И.Соколовская и Г.Л.Бреховских (53) 535 24 (088.8) (56) .Ландсберг Г.С. Оптика.

N.: Наука, 1967, с. 362 °

Авторское свидетельство СССР

Р 884423, кл. G 02 В 21/10, 1981. (54) СПОСОБ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ФАЗОВЫХ

И СЛАБОПОГЛОЩА1ОЩИХ ОБЪВКТОВ (57) Изобретение касается формирования оптического изображения. Целью изобретения является повышение контраста и визуализация деталей фазового или слабопоглощающего объекта с различной толщиной. Прозрачный объект освещается светом лазера, после чего свет фокусируется в неИзобретение относится к оптике и может быть использовано при наблюдении и исследовании прозрачных и слабопоглощающих объектов, а также неоднородностей отражающих поверхностей в биологии, кристаллографии, минералогии, физике, для оптической обработки информации, Целью изобретения является повышение контраста и визуализация деталей фазового объекта, отличающихся толщиной, снижение энергетического порога физического нелинейного процесса, используемого для фильтрации

„„SU„„1 67677 А1

2 линейную среду, поглощение которой зависит от интенсивности накачки.

В Фурье-спектре объекта интенсивность наиболее яркой гармоники нулевого порядка должна достигать порога нелинейного поглощения. В этом случае поглощается только интенсивная фоновая составляющая, которая представляет собой свет, прошедший через объект без отклонения, а слабые гармоники высшего порядка, возникающие в результате дифракции света лазера и несущие информацию об объекте, проходят через нелинейную среду без поглощения. При нелинейном поглощении нулевой компоненты Фурье-спектра в активной среде происходит не только ослабление ее интенсивности, но и изменениее ее фазы на я /2. В результате после среды регистрируется изображение объекта с положительным фазовым контрастом. 1 з,п. ф-лы, 1 ил. пространственных частот в спектре объекта. расширение класса активных сред, позволяющее испольэовать широко доступные, часто встречающиеся среды (вода, стекло).

На чертеже изображена схема устройства для реализации способа.

Устройство содержит лазер 1, светоделительную пластинку 2 и калиброванный измеритель 3 мощности лазерного излучения.

Лазер 1 освещает объект 4„ расположенный в переднем фокусе линзы 5.

1367677

Среда 6, поглощение которой нелинейно возрастает под действием лазерного импульса, располагается в Фурьеплоскости объекта. Линза 7, софокусная линзе 5, строит изображение объекта в плоскости фотопластинки 8.

Интенсивность освещающего объект излучения выбирают так, чтобы в нулевой наиболее интенсивной фоновой гармонике Фурье-спектра объекта она достигала порога нелинейного поглощения. В этом случае поглощается только интенсивная фоновая составляющая, а слабые по интенсивности высшие 15 порядки дифракции, несущие информацию об объекте, проходят через среду без поглощения.

При пространственном распределении интенсивности в виде Фурье-спект20 ра фазового объекта в среде с нелинейным поглощением происходит не только ослабление интенсивности нулевой составляющей, но изменение ее фазы на Т/2 так, что после среды полу-25 чается изображение с положительным фазовым контрастом.

Энергетический порог наведенного поглощения (например, двухфотонного) в большинстве известных сред на два порядка ниже порога вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР) света.

Множество различных сред обнаруживает способность к нелинейному поглощению коротких (- 10 — 10 с ) световых импульсов, Среди них такие широко доступные среды, как водопроводная вода, стекло, ацетон и др.

Использование, в качестве нелинейно- го элемента для фильтрации простран40 ственных частот в спектре фазового или слабопоглощающего объекта среды с зависящим от интенсивности света нелинейным поглощением, ослабляющей интенсивность нулевого порядка ди«45 фракции и меняющей его фазу, позволяет получить увеличение контраста изображений. Достигается визуализация деталей объекта с разной оптической толщиной, использование для осве50 щения объекта значительно меньших .(на два порядка) энергий лазерного .излучения, расширение класса пригодных для фильтрации частот активных сред, позволяющее использовать широко

55 доступные среды (вода, стекло) .

Пример 1. В качестве среды с нелинейным (двухфотонным ) поглощением используется водопроводная вода, Источником света служит импульсный рубиновый ОКГ (длина волны % =6943 длительность импульса 2 ° 10 с). Фазовый объект — стеклянная пластина,,на которой прозрачным клеем нанесена сетка. .Введение в область Фурье-спектра кюветы с водой при энергии излучения, освещающего объект, 0,02 Дж, приводит к возникновению в области

-наиболее интенсивной нулевой фоновой компоненты двухфотонного поглощения.

В результате интенсивность нулевой компоненты ослабляется и она меняет фазу. Слабые пространственные rapMoники высшего порядка проходят среду без изменения, так как активная среда для них сохраняет прозрачность.

В результате интерференции в плоскости изображения ослабленного нулевого порядка с измененной фазой и гармоник высшего порядка изображение контрастируется с положительным фазовым контрастом, Становятся видны детали объекта с разной оптической толщиной.

Эффект сохранялся при увеличении энергии до 0,25 Дж (максимальной для используемого ОКГ) и уменьшении фокуса линзы до 50 мм. Пороговое значение энергии процесса в этом слу" чае составляло 0,02 Дж.

Пример 2. В качестве объекта. используется амплитудный. объект— сеточка (размер ячеек 0,2 0,2 мм, толщина проволоки 0,02 MM), Дпя

Фурье-спектра такого объекта характерны узкие резкие максимумы интенсивности, отстоящие друг от друга на расстояние 1 мм, при концентрации энергии в нулевом порядке 987. В область Фурье-спектра вводится кювета с ацетоном толщиной 5 мм.

Наблюдались ослабление интенсивности фона и оконтуривание — визуализация слабых пучков, дифрагировавших на краях объекта-сеточки, при достижении энергии накачки 0,05 Дж.

Формула изобретения

1. Способ .визуализации фазовых и слабопоглощающих объектов, включающий освещение объекта лазерным излучением с последующим получением

Фурье-спектра объекта B нелинейной среде, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительСоставитель Ю.Гринева

Редактор Т.Клюкина Техред И.Моргентал

Корректор Э.Лончакова

Заказ 6867 Тираж 788 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãoðîä, ул. Гагарина, 101

5 )3676 ности и упрощения способа, Фурьеспектр объекта получают в среде с нелинейным поглощением, при этом интенсивность освещающего излучения выбирают такой, чтобы в фоновой компоненте Фурье-спектра объекта дости77 6 гался порог нелинейного поглощения среды, 2. Способ по и.) о т д и ч а ю— шийся тем, что в качестве среды с нелинейным поглощением используют воду.