Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук

Основные результаты выполнения проекта

РНФ-19-19-00606

Разработка метода

одновременного получения информации

о спектральной, поляризационной и объемной структуре объектов

на основе акустооптического эффекта

 

   Полученные научные результаты делятся на 2 группы: основные и сопутствующие.

  1. Основные результаты, непосредственно направленные на разработку метода и средств одновременного получения информации о спектральной, поляризационной и объемной структуре объектов с помощью акустооптических технологий.

   A1. Путем анализа аберраций, вычисленных посредством моделирования 6-ти вариантов реализации 2-канальной ячейки определена оптимальная геометрия дифракции (среди широкоугольных/широкоапертурных геометрий) и определена соответствующая схема двухканальной АО ячейки, реализующая требования к разрабатываемой системе технического зрения.

   A2. Обоснована и спроектирована оптическая схема стереосистемы, включающей двухканальную АО ячейку, входную и сопрягающую оптические системы, обеспечивающая достаточно высокое качество спектральных изображений для получения стереоизображений. Получены оценки погрешности.

   A3. Построена математическая модель формирования изображения в спроектированной стереоскопической системе. Разработан математический аппарат для калибровки системы и вычисления трехмерной спектральной структуры наблюдаемых объектов.

   A4. Собран и протестирован макет базовой оптической стереосистемы на основе двух одноканальных АО фильтров.

   A5. Создан действующий образец двухканального АО фильтра.

   A6. Собран настольный макет спектральной стереосистемы на основе двухканального АО фильтра.

   A7. Определены характеристики двухканального АО фильтра и макета спектральной стереосистемы, в том числе показатели точности регистрации спектральных изображений и восстановления спектральных характеристик и стереоизображения (пространственных координат).

   A8. Разработаны алгоритмы калибровки спектральной стереосистемы.

   A9. Разработан метод одновременного получения информации о спектральной, поляризационной и объемной структуре объектов, основанный на одновременной фильтрации двух световых пучков, приходящих от объекта с двух разных ракурсов, в одной акустооптической ячейке на одном и том же акустическом столбе.

   A10. Создан макет компактной системы технического зрения для спектральной трехмерной пространственной визуализации наблюдаемых объектов с возможностью определения их поляризационных характеристик. Макет является прототипом спектральной стереосистемы, содержащей двухканальную входную оптическую систему, оригинальный двухканальный акустооптический фильтр и пару фотодетекторов.

   A11. Собран стенд для геометрической калибровки прототипа спектральной стереосистемы, содержащий оптические шаблоны различных цветов.

   A12. Разработано программно-методическое обеспечение, реализующее метод одновременного получения информации о спектральной, поляризационной и объемной структуре объектов, основанное на разработанных алгоритмах восстановления объемной формы наблюдаемых объектов и позволяющее отображать эту форму с разных углов зрения.

Цель работы достигнута.

 

  1. Результаты решения сопутствующих акустооптических проблем, имеющих самостоятельную научную значимость и имеющих отношение к цели проекта.

   B1. Теоретически и экспериментально исследованы методы управления характеристиками функции пропускания разработанного двухканального АО фильтра.

   B2. Выявлены особенности преломления и отражения акустических волн на границе АО ячейки из парателлурита и пластины из ниобата лития, в том числе возможность раздвоения пучка и его стабилизации путем выбора ориентации анизотропных сред.

   B3. Выявлены особенности акустооптической дифракции в двуосных кристаллах, рассчитаны характеристики АО фильтров в двух кристаллических средах в основных геометриях. Показано расширение числа различных типов геометрии дифракции в двуосных кристаллах по сравнению с одноосными.

   B4. Выявлены особенностей дифракции света в кристаллах при возбуждении ультразвука двухсекционным пьезоизлучателем и показаны возможности вариации формы акустического поля, в частности создания двух разнесенных дифракционных максимумов.

   B5. Разработан новый метод регистрации спектрально-пространственных распределений, позволяющий получать спектрально неискаженные изображения объекта в большом поле зрения. Показана возможности снижения вклада шумов и повышения быстродействия и производительности измерений на этой основе. Показана возможность преодоления классических ограничений накладываемые на входной угол АО фильтра без спектрального перемешивания разных угловых компонент и снижения спектрального разрешения.

   Эти результаты представляют альтернативные подходы к улучшению характеристик не только разработанной АО спектральной стереосистемы, но и всего семейства АО устройств.

   В частности, возможность радикального расширения поля зрения АО спектральной системы позволяет пересмотреть классические подходы к проектированию АО фильтров и спектральных устройств на их основе.

 

Перечень публикаций по проекту за весь срок выполнения проекта 

  1. Machikhin A.S., Batshev V.I., Pozhar V.E., Naumov A.A. Single-volume dual-channel acousto-optical tunable filter // Optics Express (2019)  
  1. Slinkov G.D., Mantsevich S.N., Balakshy V.I., Magdich L.N., Machikhin A.S. Control of acousto-optic mode locker by means of electronic matching circuit // IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control (2019)  
  1. D.Slinkov, S.N.Mantsevich, V.I.Balakshy, L.N.Magdich. Effects of electric matching circuit parameters on the acousto-optic mode locker functioning  // Proc. SPIE, 2019, v.11210, pp.1121009-1:9;  doi:10.1117/12.2540932 
  1. Machikhin A.S., Batshev V.I., Pozhar V.E., Mazur M.M., Naumov A.A., Gorevoy A.V. Development of dual-channel AOTF-based system for 3D imaging spectroscopy // Proceedings of SPIE (2020) doi:10.1117/12.2540886
  1. V. Batshev, A. Machikhin, V. Pozhar. Quality assessment of stereoscopic spectral images obtained with use acousto-optic diffraction in a single TeO2 crystal // Proceedings of Meetings on Acoustics (2020)
  1. Поликарпова Н.В. Характеристики акустических волн при преломлении на границе раздела ниобат лития — парателлурит в акустооптических устройствах // Известия РАН. Серия физическая (2020)
  1. Balakshy V., Kupreychik M., Mantsevich S., Molchanov V. Acousto-optic cells with phased-array transducers and their application in systems of optical information processing Materials (2021)
  1. A. Gorevoy, A. Machikhin, G. Martynov, V. Pozhar Spatiospectral transformation of noncollimated light beams diffracted by ultrasound in birefringent crystals // Photon. Res. 9, 687-693 (2021) https://doi.org/10.1364/PRJ.417992(2021)
  1. A. Gorevoy, A. Machikhin, G. Martynov, D. Khokhlov, V. Pozhar Spatio-spectral Characterization of Acousto-optical Imagers // OSA Technical Digest OSA Technical Digest (Optical Society of America, 2021), paper HTh4H.4 doi:10.1364/HISE.2021.HTh4H.4 (2021)
  1. V. Batshev, A. Gorevoy, V. Pozhar, A. Machikhin Aberration analysis of AOTF-based stereoscopic spectral imager using optical design software // J. of Physics: Conference Series (2021)
  1. G.Martynov, A. Gorevoy, A. Machikhin, V. Pozhar On inherent spatio-spectral image distortion in AOTF-based imagers // Proc. SPIE 11782, Optical Measurement Systems for Industrial Inspection XII, 1178219  https://doi.org/10.1117/12.2592557(2021)
  1. Alexander Machikhin, Alexey Gorevoy, Vladislav Batshev and Vitold Pozhar. Modes of wide-aperture acousto-optic diffraction in a uniaxial birefringent crystal. Journal of Optics, 23 (2021) 125607 https://doi.org/10.1088/2040-8986/ac3368
  1. A. Naumov Optical system of 3D AOTF-based microscopic imager // Journal of Physics: Conference Series (2021)
  1. V. Pozhar, A. Machikhin Acousto-Optical Imaging Spectroscopy // IEEE Xplore (2021)
  1. N. Polikarpova, I. Chizh Acousto-optic devices using acoustic waves refraction // Journal of Physics: Conference Series (2021)

 

Результаты интеллектуальной деятельности 

  1. Мачихин А.С., Батшев В.И., Пожар В.Э. Способ одновременной спектральной фильтрации пары световых пучков с перестройкой по спектру18.05.2020 / Патент 2721170. Правообладатель: НТЦ УП РАН
  1. Наумов А.А., Пожар В.Э. Программный комплекс для управления акустооптическими устройствами: 29.04.2021 / Свидетельство о государственной регистрации № 2021617559. Правообладатель: НТЦ УП РАН