Введение к работе
Актуальность темы.
Во многих областях науки и техники, таких как рентгеност-руктурный анализ, теория рассеяния, астрономия, оптическая локация и ряде других возникает проблема извлечения информации об объекте по его дифракционной картине (под дифракционной картиной понимается рассеяное объектом световое поле, зарегистрированное в дальней зоне дифракции), возникновение данной проблемы сбясняется тем, что в некоторых ситуациях для получения сфокусированного изображения интересующего объекта не всегда имеются технические возможности, либо неоднородность среды распространения электро-магнитных волн вызывает искажения, которые на дифракционную картину влияют в меньшей степени, чем на сфокусированное изображение. Благодаря возможностям, появившемся в связи с развитием когерентной и вычислительной оптики, данная задача представляет большой интерес у исследователей в нашей стране и зарубежом.
В основе подхода , позволяющего восстановить информацию об объекте по дифракционной картине, лежат следующие положения. Величины объектного и дифракционного полей связаны преобразованием фурье. Объектное же поле рассматривается как некоторое граничное условие, влияющее на характер распределения рассеяного излучения. Относительно него может быть указана некоторая априорная информация наиболее общего вида, подходящая под описание физического объекта Этого оказывается достаточным, чтобы установить класс функций, описывающих дифракционное поле, амплитуда и фаза которых не являются независимыми величинами.
В разное время были предложены некоторые алгоритмы восстановления изображения (распределение поля на объекте) по дифракционной картине. Это итерационные, рекурсивные, алгоритмы использующие амплитудно-фазовую связь и другие. Все указанные методы реализуются сложной вычислительной процедурой, из-за чего алгоритмы могут быть неустойчивы, чувствительны к шумам и сходимость алгоритмов сильно зависит от начального приближения, что осложняет их практическое применение. Поэтому в работах, посвященных данной проблеме, за исключением единиц, приводятся результаты только численных экспериментов.
Для проверки алгоритмов использовались плоские модельные
объекты. В качестве априорной информации выдвигалось требование ограниченности и положительной определенности объектного ПОЛЯ. В реальной ситуации выполнить эти требования достаточно трудно. В работах, посвященных исследованию работоспособности алгоритмов при невьшолнении некоторых ограничений на объектное по-» ле, указывалось на их невысокую эффективность. Без апробации же методов восстановления изображения с дифракционной картины, полученной экспериментальным путем, нельзя говорить о возможности решения поставленной задачи.
Кроме того, значительная часть объектов, встречающихся в практических задачах, имеют неплоские диффузно отражающие поверхности. До сих пор в литературе не появлялись работы, где бы ставилась задача с учетом всех особенностей формирования дифракционных картин при рассеянии на трехмерном объекте.
Дель работы состоит в исследовании методов получения информации об объекте по зарегистрированному амплитудному распределению в дальней зоне как для двумерного,, так и для наиболее важного для оптических применений трехмерного случаев, а также экспериментальное подтверждение полученных результатов.
Научная новизна работы состоит в следующем:
1. Разработан метод восстановления изображения двумерного
объекта по дифракционной картине, основанный на совместном
применении амплитудно-фазовых соотношений и итерационных алго
ритмов Фьенапа.
-
Разработана методика восстановления объектного поля по экспериментальным данным и осуществлена экспериментальная проверка метода.
-
Исследованы условия формирования и свойства дифракционных картин, формируемых объемными объектами. Показано, что по дифракционной картине, зарегистрированной в условиях приближения Фурье, восстанавливается объемный автокорреляционный образ объекта. При регистрации дифракционной картины в приближении Фраунгофера автокорреляционный образ восстанавливается плоским.
-
Разработана методика масштабного моделирования натурных систем наблюдения за удаленными объектами, позволяющая в. лабораторных условиях получать дифракционные поля, формируемые в крупногабаритных системах. Используя предварительное моделирование можно делать заключение о применимости методов восста-2
новления параметров объекта по дифракционной картине в реальных условиях.
Эти ке основные поломения выносятся на защиту.
Практическая ценность работы связана с выяснением ряда физических закономерностей при получении информации об объекте по дифракционной картине в услозиях оптического эксперимента, которые могут найти применение в задачах наблюдения за удаленными объектами, при измерения еолнового фронта когерентного излучения, тогда другие методы (Тальбота, Гартмана, интерференционные) неэффективна
Реализация.
Разработанная экспериментальная методика была использована для исследования параметроз выходного излучения ОКГ на ионах аргона в КБ "Салют".
Разработанная методика масштабного моделирования крупногабаритных оптических систем была использована в работах РНИИ
Апробация работа
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуядались ка XIII и XIV Всесогоных школах по голографии, на XXXIV конференции МФТИ, на республиканском научно-практическом семинаре "Голография в промышленности и научных исследованиях" и на XV конференции молодых ученых и специалистов ЕНИИ-Маш.
Публикации. По ' результата!.» выполненых исследований опубликовано 7 статей, выпущена 1 монография, получено 1 авторское свидетельство.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитированной литературы.
Объем работы составляет 81 страницу машинописного текста и 51 страницу иллюстраций, список литературы віслючает 76 наименования.
