Применение акустооптической фильтрации света для решения задач неразрушающего контроля

  • Александр [Aleksandr] Сергеевич [S.] Мачихин [Machikhin]
  • Витольд [Vitold] Эдуардович [E.] Пожар [Pozhar]
Ключевые слова: видеоспектрометрия, акустооптическое взаимодействие, спектральная фильтрация, неразрушающий контроль

Аннотация

Оптические методы получения информации являются одними из наиболее эффективных при решении задач неразрушающего контроля (НК) различных технических объектов. Подход, основанный на использовании акустооптического (АО) эффекта — явления дифракции света на звуке, качественно расширяет возможности классических методов визуально-измерительного контроля. Проанализированы возможности создания новых мультимодальных информационно-измерительных систем для НК на базе АО фильтрации излучения. Показано, что они позволяют реализовать различные аналитические методы на единых элементной и методической базах. Описаны возможные практические применения систем на основе АО перестраиваемых фильтров для различных задач НК. Представлен видеоспектрометрический модуль для жестких и гибких эндоскопов. Он основан на двойной АО монохроматизации света, обеспечивает произвольную спектральную адресацию в видимом диапазоне длин волн и прецизионное измерение спектров отражения в произвольных точках. Описан прибор для трехмерной визуализации объектов в произвольных спектральных интервалах. Он базируется на одновременной АО фильтрации двух стереоскопических пучков, переносящих изображения. Подобный прибор может быть выполнен в виде законченного модуля и перспективен для многих приложений. Даны схемы оптической когерентной микроскопии, основанной на АО фильтрации световых пучков в приемном канале интерферометра Майкельсона, и мультиспектральной цифровой голографической микроскопии на основе АО фильтрации широкополосного излучения в интерферометре Маха-Цендера. По сравнению с известными решениями данный подход обеспечивает большее число спектральных каналов, увеличение спектрального контраста, уменьшение чувствительности к внешним засветкам и повышение стабильности функционирования.

Сведения об авторах

Александр [Aleksandr] Сергеевич [S.] Мачихин [Machikhin]

Учёная степень:

кандидат физико-математических наук

Место работы

кафедра Электротехники и интроскопии НИУ «МЭИ»; Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН

Должность

доцент; ведущий научный сотрудник

Витольд [Vitold] Эдуардович [E.] Пожар [Pozhar]

Учёная степень:

доктор физико-математических наук

Место работы

научно-технологический центр уникального приборостроения РАН

Должность

заведующий отделом

Литература

1. Mix P. Introduction to Nondestructive Testing: A Training Guide. John Wiley & Sons, 2005.

2. Клюев В.В., Соснин Ф.Р., Ковалев А.В. Неразрушающий контроль и техническая диагностика. М.: Машиностроение, 2003.

3. Zhu Y., Tian G., Lu R., Zhang H. A Review of Optical NDT Technologies // Sensors. 2011. V. 11. Pp. 7773—7798.

4. Goutzulis A, Rape D. Design and Fabrication of Acousto-optic Devices. N.-Y.: Dekker, 1994.

5. Молчанов В.Я. и др. Теория и практика современной акустооптики. М.: МИСИС, 2015.

6. Магдич Л.Н. Аппаратная функция акустооптического фильтра при перестройке частоты // Оптика и спектроскопия. 1980. Т. 49. №. 2. С. 387—390.

7. Пожар В.Э., Пустовойт В.И. Акустооптические спектральные технологии // Известия РАН. Серия «Физическая». 2015. Т. 79. № 10. С. 1375—1380.

8. Фадеев А.В., Пожар В.Э. Построение адаптивных спектроанализаторов на основе акустооптических спектрометров // Оптический журнал. 2013. Т. 80. № 7. С. 50—57.

9. Chang C. Hyperspectral Imaging: Techniques for Spectral Detection and Classification. Springer Science & Business Media, 2003.

10. Hagen N., Kudenov M.W. Review of Snapshot Spectral Imaging Technologies // Optical Eng. 2013. V. 52 (9). Pp. 090901—090901.

11. Stratis D. е. а. Comparison of Acousto-optic and Liquid Crystal Tunable Filters for Laser-Induced Breakdown Spectroscopy // Appl. Spectroscopy. 2001. V. 55 (8). Pр. 999—1004.

12. Bubion L., Miller P., Hayden A. Comparison of AOTF, Grating, and FTS Imaging Spectrometers for Hyperspectral Remote Sensing Applications // Proc. SPIE. 2000. V. 4049. Pр. 239—249.

13. Denes L., Gottlieb M., Kaminsky B., Metes P. AOTF Polarization Difference Imaging // Proc. SPIE. 1999. V. 3584. Pp. 106—115.

14. Balakshy V.I., Kostyuk D.E. Acousto-optic Image Processing // Appl. Optics. 2009. V. 48. No. 7. Pp. 24—32.

15. Котов В.М. Акустооптика. Брэгговская дифракция многоцветного излучения. М.: Янус-К, 2016.

16. Voloshinov V.В., Molchanov V.Ya., Mosquera J.C. Spectral and Polarization Analysis of Optical Images by Means of Acousto-optics // Optics & Laser Technology. 1996. V. 28. No. 2. Pp. 119—127.

17. Molchanov V.Ya. e. a. Acousto-optical Imaging Spectropolarimetric Devices: New Opportunities and Developments // Proc. SPIE. 2014. V. 9147. Pp. 91472—92480.

18. Huth J.F. History and Background of Acoustooptical Tunable Filters (AOTFs) for Imagery Intelligence Applications // Proc. SPIE. 1999. V. 3584. Pp. 136—141.

19. Мачихин А.С. и др. Акустооптический модуль для визуального и спектрометрического эндоскопиче ского контроля // Труды НПО Энергомаш им. академика В.П. Глушко. 2016. Т. 33. С. 227—238.

20. Мачихин А.С. и др. Акустооптический видеоспектрометр для измерения пространственного распределения температуры микрообъектов // Приборы и техника эксперимента. 2017. № 3. С. 100—105.

21. Zhang C., Zhang Z., Wang H., Yang Y. Spectral Resolution Enhancement of Acousto-optic Tunable Filter by Double-filtering // Optics Express. 2008. V. 16 (14). Pp. 10234—10239.

22. Machikhin A.S., Batshev V.I, Pozhar V.E. Aberration Analysis of AOTF-based Spectral Imaging Systems // J. Opt. Soc. Am. A. 2017. V. 34 (7). Pp. 1109—1113.

23 Епихин В.М. и др. Акустооптические спектрометры изображения видимого и ближнего ИК диапазонов // Физические основы приборостроения. 2013. Т. 2. № 4 (9). С. 116—125.

24. Machikhin A.S, Pozhar V.E. Single-AOTF-based Stereoscopic 3-Dimensional Spectral Imaging Systems Based on a Single Acousto-optical Tunable Filter // J. Phys.: Conf. Ser. 2015. V. 661. P. 012041.

25. Мачихин А.С., Батшев В.И., Пожар В.Э., Мазур М.М. Акустооптический стереоскопический спектрометр полного поля для восстановления объемной структуры объектов в произвольных спектральных интервалах // Компьютерная оптика. 2016. № 6. С. 871—877.

26. Forsyth D.A., Ponce J. Computer Vision: a Modern Approach. Upper Saddle River: Prentice-Hall, 2012.

27. Drexler W., Fujimoto J. Optical Coherence Tomography. Technology and Applications. Springer, 2008.

28. Dubois A. Handbook of Full-field Optical Coherence Microscopy: Technology and Applications. CRC Press, 2016.

29. Мачихин А.С., Бурмак Л.И., Пожар В.Э. Расчет интерференционной картины, формируемой переносящими изображения световыми пучками после дифракции на акустической волне в одноосном кристалле // Компьютерная оптика. 2017. Т. 41. № 2. С. 169—174.

30. Machikhin A.S. е. а. Acousto-optical Tunable Filter for Combined Wideband, Spectral and Optical Coherence Microscopy // Appl. Optics. 2015. V. 54 (25). Pр. 7508—7513.

31. Мачихин А.С., Бурмак Л.И., Пожар В.Э. Визуализация фазовой структуры оптически прозрачных объектов на основе акустооптической фильтрации интерференционных изображений // Приборы и техника эксперимента. 2016. № 6. C. 57—61.

32. Machikhin A.S., Polschikova O.V., Ramazanova A.G., Pozhar V.E. Multi-spectral Quantitative Phase Imaging Based on Filtration of Light via Ultrasonic Wave // J. Optics. 2017. V. 19. P. 075301.
---
Для цитирования: Мачихин А.С., Пожар В.Э. Применение акустооптической фильтрации света для решения задач неразрушающего контроля // Вестник МЭИ. 2018. № 6. С. 120—127. DOI: 10.24160/1993-6982-2018-6-120-127.
#
1. Mix P. Introduction to Nondestructive Testing: A Training Guide. John Wiley & Sons, 2005.

2. Klyuev V.V., Sosnin F.R., Kovalev A.V. Nerazrushayushchiy Kontrol' i Tekhnicheskaya Diagnostika. M.:

Mashinostroenie, 2003. (in Russian).

3. Zhu Y., Tian G., Lu R., Zhang H. A Review of Optical NDT Technologies. Sensors. 2011;11:7773—7798.

4. Goutzulis A, Rape D. Design and Fabrication of Acousto-optic Devices. N.-Y.: Dekker, 1994.

5. Molchanov V.Yа. i dr. Teoriya i Praktika Sovremennoy Akustooptiki. M.: MISIS, 2015. (in Russian).

6. Magdich L.N. Apparatnaya Funktsiya Akustoopticheskogo Fil'tra pri Perestroyke Chastoty. Optika i Spektroskopiya. 1980;49; 2:387—390. (in Russian).

7. Pozhar V.E., Pustovoyt V.I. Akustoopticheskie Spektral'nye Tekhnologii. Izvestiya RAN. Seriya «Fizicheskaya». 2015;79;10:1375—1380. (in Russian).

8. Fadeev A.V., Pozhar V.E. Postroenie Adaptivnyh Spektroanalizatorov na Osnove Akustoopticheskih Spektrometrov. Opticheskiy Zhurnal. 2013;80;7:50—57. (in Russian).

9. Chang C. Hyperspectral Imaging: Techniques for Spectral Detection and Classification. Springer Science & Business Media, 2003.

10. Hagen N., Kudenov M.W. Review of Snapshot Spectral Imaging Technologies. Optical Eng. 2013;52 (9):090901—090901.

11. Stratis D. е. а. Comparison of Acousto-optic and Liquid Crystal Tunable Filters for Laser-Induced Breakdown Spectroscopy. Appl. Spectroscopy. 2001;55 (8):999—1004.

12. Bubion L., Miller P., Hayden A. Comparison of AOTF, Grating, and FTS Imaging Spectrometers for Hyperspectral Remote Sensing Applications. Proc. SPIE. 2000;4049:239—249.

13. Denes L., Gottlieb M., Kaminsky B., Metes P. AOTF Polarization Difference Imaging. Proc. SPIE. 1999;3584:106—115.

14. Balakshy V.I., Kostyuk D.E. Acousto-optic Image Processing. Appl. Optics. 2009;48;7:24—32.

15. Kotov V.M. Akustooptika. Breggovskaya Difraktsiya Mnogotsvetnogo Izlucheniya. M.: Yanus-K, 2016. (in Russian).

16. Voloshinov V.В., Molchanov V.Ya., Mosquera J.C. Spectral and Polarization Analysis of Optical Images by Means of Acousto-optics. Optics & Laser Technology. 1996;28. No. 2:119—127.

17. Molchanov V.Ya. e. a. Acousto-optical Imaging Spectropolarimetric Devices: New Opportunities and Developments. Proc. SPIE. 2014;9147:91472—92480.

18. Huth J.F. History and Background of Acoustooptical Tunable Filters (AOTFs) for Imagery Intelligence Applications. Proc. SPIE. 1999;3584:136—141.

19. Machihin A.S. i dr. Akustoopticheskiy Modul' dlya Vizual'nogo i Spektrometricheskogo Endoskopicheskogo Kontrolya. Trudy NPO Energomash im. Akademika V.P. Glushko. 2016;33:227—238. (in Russian).

20. Machihin A.S. i dr. Akustoopticheskiy Videospektrometr dlya Izmereniya Prostranstvennogo Raspredeleniya Temperatury Mikroob′ektov. Pribory i tekhnika eksperimenta. 2017;3:100—105. (in Russian).

21. Zhang C., Zhang Z., Wang H., Yang Y. Spectral Resolution Enhancement of Acousto-optic Tunable Filter by Double-filtering. Optics Express. 2008;16 (14):10234—10239.

22. Machikhin A.S., Batshev V.I, Pozhar V.E. Aberration Analysis of AOTF-based Spectral Imaging Systems. J. Opt. Soc. Am. A. 2017;34 (7):1109—1113.

23 Epihin V.M. i dr. Akustoopticheskie Spektrometry Izobrazheniya Vidimogo i Blizhnego IK Diapazonov.. Fizicheskie Osnovy Priborostroeniya. 2013;2;4 (9): 116—125. (in Russian).

24. Machikhin A.S, Pozhar V.E. Single-AOTF-based Stereoscopic 3-Dimensional Spectral Imaging Systems Based on a Single Acousto-optical Tunable Filter. J. Phys.: Conf. Ser. 2015;661:012041.

25. Machihin A.S., Batshev V.I., Pozhar V.E., Mazur M.M. Akustoopticheskiy Stereoskopicheskiy Spektrometr Polnogo Polya dlya Vosstanovleniya Ob′emnoy Struktury Ob′ektov v Proizvol'nyh Spektral'nyh Intervalah. Komp'yuternaya Optika. 2016;6:871—877. (in Russian).

26. Forsyth D.A., Ponce J. Computer Vision: a Modern Approach. Upper Saddle River: Prentice-Hall, 2012.

27. Drexler W., Fujimoto J. Optical Coherence Tomography. Technology and Applications. Springer, 2008.

28. Dubois A. Handbook of Full-field Optical Coherence Microscopy: Technology and Applications. CRC Press, 2016.

29. Machihin A.S., Burmak L.I., Pozhar V.E. Raschet Interferentsionnoy Kartiny, Formiruemoy Perenosyashchimi Izobrazheniya Svetovymi Puchkami Posle Difraktsii na Akusticheskoy Volne v Odnoosnom Kristalle. Komp'yuternaya Optika. 2017;41;2:169—174. (in Russian).

30. Machikhin A.S. е. а. Acousto-optical Tunable Filter for Combined Wideband, Spectral and Optical Coherence Microscopy. Appl. Optics. 2015;54 (25):7508—7513.

31. Machihin A.S., Burmak L.I., Pozhar V.E. Vizualizatsiya Fazovoy Struktury Opticheski Prozrachnyh Ob′ektov na Osnove Akustoopticheskoy Fil'tratsii Interferentsionnyh Izobrazheniy. Pribory I Tekhnika Eksperimenta. 2016;6:57—61. (in Russian).

32. Machikhin A.S., Polschikova O.V., Ramazanova A.G., Pozhar V.E. Multi-spectral Quantitative Phase Imaging Based on Filtration of Light via Ultrasonic Wave. J. Optics. 2017;19:075301.
---
For citation: Machikhin A.S., Pozhar V.E. Acousto-Optic Filtration of Light for Non-Destructive Testing Applications. MPEI Vestnik. 2018;6:120—127. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2018-6-120-127.
Опубликован
2018-12-01
Раздел
Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий (05.11.13)