Способ визуализации фазовых и слабопоглощающих объектов Советский патент 1989 года по МПК G01N21/41 

Изобретение относится к оптике и может быть использовано при наблюдении и исследовании прозрачных и слабопоглощающих объектов, а также неоднородное тей отражающих поверхностей в биологии, кристаллографии, минералогии, физике, для оптической обработки информации.

Целью изобретения является повы- щение контраста и визуализация деталей фазового объекта, отличающихся толщиной, снижение знергетического порога физического нелинейного процесса, используемого для фильтрации

пространственных частот в спектре объекта, расширение класса активных сред, позволяющее использовать широко доступные, часто встречающиеся среды (вода, стекло).

На чертеже изображена схема устройства для реализации.способа.

Устройство содержит лазер 1, све- тоделительную пластинку 2 и калиброванный измеритель 3 мощности лазерного излучения.

Лазер 1 освещает объект 4 расположенный в переднем фокусе линзы 5,

00

о

О)

Среда 6, поглощение которой нелинейно возрастает под действием лазерного импульса, располагается в Фурье- плоскости объекта. Линза 7, софокус- ная линзе 5, строит изображение объекта в плоскости фотопластинки 8. Интенсивность освещающего объект излучения выбирает так, чтобы в нулевой наиболее интенсивной фоновой гармонике Фурье-спектра объекта она достигала порога нелинейно го поглощения . В этом случае поглощается только интенсивная фоновая составляющая, а слабые по интенсивности высшие порядки дифракции, несущие информацию- об объекте, проходят через среду без поглощения.

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

Энергетический порог наведенного поглощения (напрш-iep, двухфотонного) в большинстве известных сред на два порядка ниже порога вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР) свет Множество различных сред обнар-ужи- вает способность к нелинейному погло Г1,ению коротких (- 10 г с) световых импульсов. Среди них такие широко доступные среды, как водопроводная вода, стекло, ацетон и др. Использование-.- в качестве нелинейно- го элемента для фильтрации пространственных частот в спектре фазового или слабопоглощающего объекта среды с зависящим от интенсивности света нелинейньм поглощением, ослабляющей интенсивность нулевого порядка дифракции и меняющей его фазу, позвол ет получить увеличение контраста изображений. Достигается визуализация деталей объекта с разной оптической толщиной, использование для освещения объекта значительно меньших - (на два порядка) энергий лазерного излучения, расширение класса пригодных для фильтрации частот активных сред, позволягацее использовать широк доступные среды (вода, стекло),

Пример 1. В качестве среды с нелинейным (двухфотонным) поглощением использует ся водопроводная вода

10

15

0

5

30

35

40

45

50

55

Источником света сл-ужит импульсный рубиновый ОКГ (длина волны 6943 J.

А

длительность импульса 2-10 с). Фазовый объект - стеклянная пластина, V на которой прозрачным клеем нанесена сетка.

Введение в область Фурье-спектра кюв-еты 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 гармоники 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 случае составляло 0,02 Дж,

Пример 2, В качестве объекта- используется амплитудный.объект - сеточка (размер ячеек 0,2-0,2 мм, толщина проволоки 0,02 мм). Для Фурье-спектра такого объекта характерны узкие резкие максимумы интенсивности, отстоящие друг от друга на расстояние 1 мм, при концентрации энергии в нулевом порядке - 98%, 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 Яоследующим получением Фурье-спектра объекта в нелинейной среде, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и упрощения способа, Фурье- спектр объекта получают в среде с нелинейным поглощением, прн этом интенсивность освещающего излучения выбирают такой, чтобы в фоновой ком

гался порог нелинейного поглощения среды.

2. Способ по п., о т {I и чаю - щ и и с я тем, что в качестве среды с нелинейным поглощением используют

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

поненте Фурье-спектра объекта дости- воду.