Модернизация технологии производства акустооптического монохроматора.

Актуальность работы. Не смотря на сумасшедший темп развития технологий на планете, существуют такие консервативные области знания, где любая новация может появиться только спустя десятилетия пристальных сравнительных экспериментов. Одна из таких областей - метеорология.

---

Не хотите писать диплом сами? Попробуйте заказать написание дипломной работы по химии у Work5! Мы выполним работу в соответсвии со всеми требованиями вашего ВУЗа.

---

. Плюсы и минусы такого положения на примере конкретного измерительного прибора - осадкомера. В основе метеорологических измерений лежат измерения основных физических величин - температуры, давления, относительной влажности, направления и скоростей ветра. Это основные характеристики, из которых с помощью различных преобразований и подчас не простых формул восстанавливают дополнительные (но не менее важные) метеопараметры: средние значения относительной влажности; упругость водяного пара; дефицит влажности; температура точки росы; интенсивности флуктуаций температуры и скорости ветра; вертикальные потоки тепла и импульса; характерные масштабы турбулентных флуктуаций температуры и скорости ветра и т.д. Все эти параметры необходимы для построения карт прогнозов и ведения трендов многолетних метеонаблюдений. Сбор данных идет уже более 150 лет и главный принцип, который действует в этой консервативной области — не торопиться менять средства измерений. Согласно принципа корректности метрологических измерений, все измерения должны быть четко регламентированы и осуществляться одним типом измеряемого датчика. К примеру, измерять необходимо температуру. Измеряем ее в специальном боксе, на определенной высоте, в одно и тоже время каждый день, одним и тем же термометром. Вышел термометр из строя — заменяем на метрологический поверенный той же марки или типа. А если вдруг мы хотим автоматизировать процесс? Поставить цифровой датчик! Более точный и не ошибающийся в отличие от метеоролога на станции. Нельзя. Необходимо обеспечить сходимость данных и не нарушить тренд многолетних наблюдений. Таким образом, для того чтобы заменить датчик на новый — необходимо снимать показания со старого и одновременно с нового, смотреть сходимость данных и разрывы в измерениях, делать специальные сравнительные тесты и, спустя, к примеру, пять лет таких экспериментов допустить (не допустить) датчик к таким измерениям. Степень разработанности темы представлена трудами таких авторов, как Б.Н. Бегунова, В.Б. Волошинова, И.С. Грузмана, А.С. Мачихина, М.М. Мазура, В.Э. Пожара и др. Цель работы – модернизация технологии производства акустооптического монохроматора. Задачи: - рассмотреть акустооптические спектральные устройства; - описать характеристику акустооптического монохроматора; - проанализировать технологии производства акустооптического монохроматора; - представить моделирование акустооптического монохроматора. Объект исследования – акустооптический монохроматор. Предмет исследования – модернизация монохроматора. Методы исследования – анализ, обобщение полученной информации. Теоретическая значимость работы заключается в исследовании акустооптических спектральных устройств. Практическая значимость работы заключается в исследовании технологии производства акустооптического монохроматора. Научная новизна исследования заключается в моделировании акустооптического монохроматора. Структура работы состоит из введения, двух глав, заключения, списка литературы.

В результате проделанной работы решены следующие задачи: рассмотрены акустооптические спектральные устройства; описана характеристика акустооптического монохроматора; проанализированы технологии производства акустооптического монохроматора; представлено моделирование акустооптического монохроматора. Акустооптический (АО) фильтр для фильтрации изображений содержит акустооптическую ячейку, заключенную между двумя скрещенными поляризаторами, т.е. поляризаторами, оптические оси которых взаимно перпендикулярны, так что свет в отсутствие управляющего высокочастотного ВЧ-сигнала не проходит через систему. АО ячейка представляет собой одноосный кристалл, к которому присоединен высокочастотный (ВЧ) излучатель ультразвуковых волн, позволяющий возбуждать в кристалле ультразвуковую волну регулируемой частоты. Одна из компонент светового пучка, падающего на кристалл, длина волны которой соответствует условию дифракции Брэгга на звуковой волне, изменяет в результате дифракции направление своего распространения и свою поляризацию. Вследствие того, что направления поляризации продифрагировавшего и падающего световых пучков взаимно ортогональны, только указанный продифрагировавший световой пучок проходит через АО фильтр при наличии управляющего ВЧ-сигнала, чем и обеспечивается спектральная фильтрация света, т.е. взаимнооднозначное соответствие между частотой управляющего ВЧ-сигнала и длиной волны продифрагировавшего светового пучка. Плоскость, задаваемая оптической осью кристалла и направлением распространения волнового вектора ультразвуковой волны, является плоскостью дифракции, поскольку именно в этой плоскости лежат падающий и продифрагировавший световые лучи. Основным недостатком указанного АО видеомонохроматора является наличие дисперсионных искажений изображения, вызванных преломлением продифрагировавшего светового пучка на выходной грани кристалла АО ячейки, что проявляется в зависимости пространственного положения продифрагировавшего пучка от длины волны излучения. Это приводит к смещению и изменению масштабов изображения на разных длинах волн. Смещение видеоизображения усложняет его последующую регистрацию и обработку фотоприемной матрицей (или другим регистрирующим оборудованием), поскольку требует применения дополнительной подстройки для совмещения регистрируемых кадров на разных длинах волн, а изменение масштабов требует последующей обработки изображения для воссоздания истинных пропорций объекта. Наиболее близким техническим решением является акустооптический видеомонохроматор для фильтрации оптических изображений, содержащий неколлинеарный акустооптический фильтр и элемент для компенсации дисперсии, установленный по ходу светового пучка за акустооптическим фильтром, причем выход акустооптического фильтра оптически связан с оптическим входом элемента для компенсации дисперсии. Решаемая задача - упрощение и удешевление конструкции видеомонохроматора. Техническим результатом предлагаемого изобретения является разработка акустооптического видеомонохроматора с возможностью увеличения спектрального интервала компенсации дисперсионных искажений. Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в акустооптическом монохроматоре для фильтрации оптических изображений, содержащем неколлинеарный акустооптический фильтр, в качестве элемента для компенсации дисперсии использована выходная грань кристалла акустооптической ячейки, повернутая в плоскости дифракции акустооптического фильтра на угол φ по отношению к входной грани кристалла акустооптической ячейки фильтра.

1. Бегунов Б.Н. Теория оптических систем / Б.Н. Бегунов. - 3-е изд., перераб. и дополн. - М.: Машиностроение, 2017. - 448 с. 2. Волошинов В.Б. Влияние параметров широкоапер-турного акустооптического фильтра на качество обработанных изображений / В.Б. Волошинов, Д.В. Богомолов // Квантовая электроника. - 2016. - Т. 36, № 5. – С. 45-99. 3. Грузман И. С. Цифровая обработка изображений в информационных системах / И.С. Грузман, В.С. Киричук, В.П. Косых, Г.И. Перетягин, А.А. Спектор. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2016. - 168 с. 4. Мачихин А. С. Получение спектральных стереоизображений с электронной перестройкой по спектру и с поляризационным разделением / А.С. Мачихин, В.Э. Пожар // Письма в ЖТФ. - 2016. - № 18. - С. 28-105. 5. Мачихин А. С. Искажения изображения, возникающие при передаче через двойной акустооптический монохроматор // Электромагнитные волны и электронные системы. 2009. № 11. С. 23-108. 6. Мачихин А.С. Передача изображений при широкоугольном акустооптическом взаимодействии / А.С. Мачихин, В.Э. Пожар // Квантовая электроника. -2018. - Т. 40, № 9. - С. 27-141. 7. Мазур М.М. Физические и технологические основы разработки акустооптических приборов: дис. ... докт. техн. наук: 01.04.01. - М.: НТЦ УП РАН, 2017. - 212 c. 8. Мазур М. М. Двойной акустооптический монохроматор на СаМоО4 // Оптика и спектроскопия. 2009. № 3. С. 26-137. 9. Мазур М. М. Спектрометр с двойным акустооптическим монохроматором // Оптика и спектроскопия. 2006. № 3. С. 21-123. 10. Пожар, В.Э. Акустооптические спектральные технологии / В.Э. Пожар, В.И. Пустовойт // Известия РАН. Серия физическая. - 2018. - № 10. - С. 13-180.