Устройство для гильберт преобразования пучка излучения

175524 СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 5/50 р 50 О 2, 6 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ха К АВТОРСКОМУ ЕТЕЛ ый универ- арственный фазозцов, одер- лненетрия , име- обре,К:Л ше.: Наука Дифракц ый оптич ЯИ, Дубн Т 2 р де /р/ = 2, 3, 4,В данной дифракци ля, рассеянные двумя у ся на 180, что прив преобразования Гильб 21 р туре по- тличаютоннои стру астками, о дит к реа рта в р-ом зации ифракОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР(71) Харьковский государственнситет им. А.М.Горького и Госудинститут прикладной оптики(56) Сороко Л,М, Гильберт-оптика1981, с, 42.Авторское свидетельство ССМ 1601600, кл. О 01,3 5/50, 1988,Сороко Л.М, и Суетина В.А,онная решетка со сбоем как новский элемент - Сообщения ОИ1972, р, 13-6565. Изобретение относится к когерентной оптике и может использоваться для выполнения преобразования Гильберта волнового пучка в зоне Фраунгофера в теневых приборах для диагностики фазовых объектов, классификации образов.Известно устройство для реализации преобразования Гильберта, выполненное в виде фазового ножа, создающего скачок фазы на 180 между двумя областями, Благодаря высокому контрасту формируемого изображения Гильберта, устройство может . использоваться при визуализации слабых фазовых неоднородностей. Фазовый нож позволяет получить значительную информацию об исследуемом фазовом обьекте, так как не затеняет склоны фазового рельефа,Однако граница раздела полуплоскостей фазового ножа всегда имеет конечную ширину, что приводит к ослаблению контраста изображения в области низких пространственных частот, Фазовый нож также(57) Использование: при диагностикевых объектов и классификации обрСущность изобретения:устройствожит дифракционную структуру, выпоную в виде фазовой решетки, геомкоторой задается бинарной функциейющей вид, приведенный в формуле итения. 3 ил,подвержен влияйию вйешних климатических условий, например, влажности воздуха. Существенным недостатком данного устройства является невозможность формирования Гильберт-образа за пределами ос- ф новного пучка, что необходимо в проходных Д теневых приборах для контроля фазовых (Л объектов, . . О 3Известно устройство, которое Содержит дифракционную структуру, выполненную в виде двух участков, имеющих одинаковую ширину и различные значения отношения поперечных размеров д и Оз штрихов х периоду Т их расположения, определяемые из следующих соотношений62 3Указанные значения 1/Ь мальное значение интенсив дифракционном порядке, структуры, у которой ЛТ= ние ширины перегородок б расположения выбрано раен лицы следует, что относите интенсивности дифракцио где 1 О - макси- ости в нулевом получены дляэ отношек периоду Т их ым 0,5. Иэ табьное значение ных порядков ционном порядке. Такая дифракционная структура не чувствительна к вариациям температуры, влажности окружающего воздуха. Описанная структура не создает пограничных эффектов, которые возникают при использовании фазового ножа, Достоинством дифракционной структуры, состоящей из двух разнородных участков, является также возможность использования в проходных теневых приборах для контроля параметров фазовых обьектов, так как Гильберт-образ формируется в дальней зоне за пределами основного пучка.Недостатком устройства является невозможность получения Гильберт-образа с максимальным значением интенсивности в заданном дифракционном порядке,Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее дифракционную структуру, в центре которой имеется сбой периода, такой, что расстояние ЬТ между двумя центральными штрихами выбрано из следующего соотношенияд, Х 2 п-.1,.2где Т - период расположения штрихов структуры, и = 1, 2. 3,При этом поля, рассеянные двумя разделенными местом сбоя властями дифракционной структуры, отличаются на 180, При освещении структуры когерентным пучком света в дифракционных порядках формируется Гильберт-образ излучения.Недостатком устройства является невозможность получения Гильберт-образа с максимальным значением интенсивности поля в третьем дифракционном порядке. В данной структуре интенсивнрсть формируемого Гильберт-образа падает с увеличением номера дифракционного порядка, Зависимость относительного значения интенсивности Гильберт-образа от номера и дифракционного порядка приведена в таблице. уменьшается с увеличением номера порядка, В то же время в теневых приборах существует необходимость формированияГильберт-образа с концентрацией интен 5 сивности рассеянного поля в одном из дифракционных порядков с номером и Ф 1, вчастности в третьем порядке,Цель изобретения - получение Гильберт-образа с максимальным значением ин 10 тенсивности поля в третьемдифракционном порядке.Поставленная цель достигается тем,что, в устройстве, содержащем дифракционную структуру, со( (асно изобретению ука 15 занная структура выполнена в виде фазовойрешетки, геометрия которой задается бинарной функцией ЧЧап (х), имеющей вид 2 о аЪ(х=(врп(в 1 п( "-)1-О х 1где х - координата в плоскости расположения дифракционной структуры;.хе 2 2 ; и = 113, 225,449,112 р+ 1;25р = 2, 4, 6, ; (т( - ранг двоичного представления и, и = 2 дп(+ 2 дп(-1+ 2 дв++ 2 О 9; х 1 - ширина структуры.Работа устройства основана на установлечной нами возможности получения Гиль 30 берт-образа, имеющего максимальноезначение интенсивности излучения в третьем дифракционном пооядке, структурами,геометрии которых представляются функциями Уолша 113-го, 225-го, 449-го (112 р+ 1)-го порядков, Для доказательства рассмотрим фазовую структуру, геометрия которой показана на фиг. 1 и описываетсяфункциями Уолша аида40 в 9( йВ/а 1 (х) = П к(х), = П 1 з 19 пз 1 п2 к кх ч к" к-огде Вк(х) - функция Радемахера к-го порядка, принимающая значения+1 или -1 и имеющая периодбк= 2 х 1,х 6 - -- , и=Х 1 Х 12 2= 113, 225, 449.112 р+ 1, р = 2, 4, 6 в -ранг двоичного представления и, и = 2 дпф50 +2 да+2 дв++2 9,Тогда выражение для комплексной амплитуды дифрагированного поля в зоне Фраунгофера запишется следующим образомХз55 Й, 11 Е Е С,.х, к( ммируется Гильберт-обраэ пучка. По сравнению с известным предлагаемое устройство позволяет получить Гильберт-образ с максимальным значением интенсивности в третьем дифракционном порядке.При формировании Гильберт-образа пучка диаметром 40 мм на длине волны А = =10,6 мкм дифракционная структура выполнена с геометрией, соответствующей функции О/аЦх), Глубина прямоугольных канавок выбрана равной 2,5 мкм. Указанная структура изготовлена следующим образом. На подложку структуры нанесено двухслойное покрытие, наружный слой которого выполняет защитные функции, Путем зонной нарезки штрихов на делительной машине, сопряженной с ЗВМ, разрушается за цитный слой в местах расположения канавок дифракционной структуры. В результате химической обработки рабочего покрытия в зонах с разрушенным при нарезке защитным слоем оно полностью удаляется и, таким образом, формируется требуемый фазовый рельеф дифракционной структуры в виде прямоугольных канавок,Формула изобретения Устройство для Гильберт-преобразова ния пучка излучения, содержащее дифракционную структуру, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью получения Гильберт-образа с максимальным значением интенсивности в третьем дифракционном порядке, 10 указанная структура выполнена в виде фа-.зовой решетки, фазовая функция которой задается бинарной функцией Юа 1 п(х), имеющей видВа(х) = П (эдпэ 1 п( ,Ьо хгде х - координата в плоскости расположения дифракционной структуры, хх х2 2и = 113, 225, 449, 112 р+ 1;р=2,4, 6, ;а - ранг двоичного представления и; п=2 да+2 д+2 д 2+2дрх - ширина структуры.25-2,5 -2,0 -1,5 -,0 "05 0Ри Заказ 2892 . Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по изо 113035, Москва, Ж, РПодписноеетениям и открытиям пришская наб 4/5