Акустооптический фильтр пространственных частот с минимальным потреблением акустической мощности

Котов В.М., Аверин С.В., Белоусова А.С., Карачевцева М.В., Булюк А.Н., Воронко А.И.

Ссылка для цитирования:

Котов В.М., Аверин С.В., Белоусова А.С., Карачевцева М.В., Булюк А.Н., Воронко А.И. Акустооптический фильтр пространственных частот с минимальным потреблением акустической мощности // Оптический журнал. 2025. Т. 92. № 6. С. 87–96. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-06-87-96

Kotov V.M., Averin S.V., Belousova A.S., Karachevtseva M.V., Bulyuk A.N., Voronko A.I. Acousto-optical spatial frequency filter with minimal acoustic power consumption [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2025. V. 92. № 6. P. 87–96. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-06-87-96

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Исследуются энергетические возможности тангенциальной геометрии акустооптической брэгговской дифракции для двумерной оптической фурье-обработки оптических изображений. Цель работы — разработать акустооптический фильтр пространственных частот из кристалла парателлурита ТеО₂, обеспечивающий максимальную разрешающую способность при минимальном потреблении акустической мощности. Метод. В основе метода лежит использование уникальных свойств кристалла парателлурита, в частности — аномально низкой скорости акустической волны. Для увеличения разрешающей способности используется брэгговская дифракция на очень низкой частоте звука. Оказалось, что дифракция на минимальной частоте реализуется в тангенциальной геометрии. Это даёт возможность наилучшим образом осуществлять двумерную фильтрацию изображений в процессе их оптической фурье-обработки. Таким образом, достигаются одновременно две цели — максимальное увеличение разрешающей способности фильтра и обеспечение наилучших условий для двумерной обработки изображений. Основные результаты. Разработан и создан экспериментальный макет акустооптического фильтра пространственных частот на основе кристалла парателлурита, предназначенный для двумерной обработки изображений, переносимых на длине волны оптического излучения 633 нм. Экспериментально получен двумерный контур изображения в первом дифракционном порядке на частоте звука 9,9 МГц. Практическая значимость. Разработанный фильтр позволяет обрабатывать двумерные изображения на минимальной частоте звука с минимально потребляемой акустической мощностью. При этом операции над двумерными изображениями выполняются с максимальной разрешающей способностью.

Ключевые слова:

акустооптическая дифракция, брэгговский режим, фильтр пространственных частот, обработка двумерного оптического изображения

Благодарность:

работа выполнена в рамках Гос. задания ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН № 075-00395-24-03 и 075-00395-25-00

Коды OCIS: 070.1060, 070.2615, 070.6110

Список источников:

1. Пожар В.Э. Методы и средства спектрального оптического анализа // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 7. С. 3–4. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-07-3-4

Pozhar V.E. Methods and tools for spectral optical analysis // Journal of Optical Technology. 2024. V. 91. № 7. P. 437–438. https://doi.org/10.1364/JOT.91.000437

2. Баландин И.А., Шарикова М.О., Батшев В.И., Варнавская Д.В., Козлов А.Б. Видеоспектрометр ближнего инфракрасного диапазона с использованием двойного акустооптического фильтра // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 7. С. 37–44. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-07-37-44

Balandin I.A., Sharikova M.O., Batshev V.I., Varnavskaya D.V., Kozlov A.B. Short-wave infrared imaging spectrometer based on a tandem acousto-optical tunable filter // Journal of Optical Technology. 2024. V. 91. № 7. P. 459–463. https://doi.org/10.1364/JOT.91.000459

3. Сударев А.А., Польщикова О.В., Зотов К.В. Оптическая система для эффективной перестраиваемой акустооптической фильтрации неполяризованного излучения суперконтинуума // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 7. С. 80–88. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-07-80-88

Sudarev A.A., Polschikova O.V., Zotov K.V. Optical system for efficient tunable acousto-optic filtering of unpolarized supercontinuum radiation // Journal of Optical Technology. 2024. V. 91(7). P. 485–489. https://doi.org/10.1364/JOT.91.000485

4. Batshev V.I., Pozhar V.E., Kananykhin O.A. Quality assessment of stereoscopic images under acousto-optic diffraction in paratellurite crystal // Journal of Optical Technology. 2024. V. 90 (11). P. 654–659. https://doi.org/10.1364/JOT.90.000654

5. Beliaeva A.S., Romanova G.E., Sharikova M.O. Estimation of color reproduction accuracy using a tunable source based on an acoustic-optical tunable filter // Journal of Optical Technology. 2024. V. 90. № 11. P. 660–666. https://doi.org/10.1364/JOT.90.000660

6. Balakshy V.I. Acousto-optic visualization of optical wave fronts [invited] // Appl. Optics. 2018. V. 57. № 10. P. C56–C63. https://doi.org/10.1364/AO.57.000C56

7. Porokhovnichenko D.L., Voloshinov V.B., Dyakonov E.A., Komandin G.A., Spektor I.E., Travkin V.D. Application potential of paratellurite and iodic acid crystals for acousto-optics in the Terahertz range // Physics of Wave Phenomena. 2017. V. 25. P. 114–118. https://doi.org/10.3103/S1541308X17020066

8. Балакший В.И., Парыгин В.Н., Чирков Л.Е. Физические основы акустооптики. М.: Радио и связь, 1985. 280 c.

Balakshy V.I., Parygin V.N., Chirkov L.E. Physical principles of acousto- optics. Moscow: “Radio i Svyaz” Publisher, 1985. 280 p.

9. Xu J., Stroud R. Acousto-optic devices: Principles, design and applications. NY.: John Wiley and Sons. Inc., 1992. 652 p.

10. Yablokova A.A., Machikhin A.S., Batshev V.I., Pozhar V.E., Boritko S.V. Analysis of transfer function dependence on configuration of acousto-optic interaction in uniaxial crystals // Proc. SPIE 2019. P. 11032: 1103215. https://doi.org/10.1117/12.2520803

11. Balakshy V.I., Voloshinov V.B., Babkina T.M., Kostyuk D.E. Optical image processing by means of acousto-optic spatial filtration // J. Modern Optics. 2005. V. 52. № 1. P. 1–20. https://doi.org/10.1080/09500340410001669408

12. Молчанов В.Я., Китаев Ю.И., Колесников А.И., Нарвер В.Н., Розенштейн А.З., Солодовников Н.П., Шаповаленко К.Г. Теория и практика современной акустооптики. М.: Изд. Дом МИСиС, 2015. 458 с.

Molchanov V.Ya., Kitaev Yu.I., Kolesnikov A.I., Narver V.N., Rozenshtein A.Z., Solodovnikov N.P., Shapovalenko K.G. Theory and practice of modern acoustooptics. Moscow: MISiS Publisher, 2015. 458 p.

13. Котов В.М., Аверин С.В., Карачевцева М.В., Яременко Н.Г. Акустооптический фильтр пространственных частот, оперирующий в промежуточной области акустооптического взаимодействия // Оптический журнал. 2022. Т. 91. № 1. С. 54–62. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-01-54-62

Kotov V.M., Averin S.V., Karachevzeva M.V., Yaremenko N.G. Acousto-optic spatial frequency filter operating in the intermediate region of acousto-optic interaction // Journal of Optical Technology. 2022. V. 89(1). P. 38–43. https://doi.org/10.1364/JOT.89.000038

14. Балакший В.И. Акустооптическая ячейка как фильтр пространственных частот // Радиотехника и электроника. 1984. Т. 29. № 8. С. 1610–1616.

Balakshy V.I. Acousto-optic cell as a filter of spatial frequencies // Radiotechnika I Electronika. 1984. V. 29. № 8. P. 1610–1616.

15. Warner A.W., White D.L., Bonner W.A. Acoustooptic light deflectors using optical activity in paratellurite // J. Appl. Phys. 1972. V. 43. P. 4489–4495. https://doi.org/10.1063/1.1660950

16. Кизель В.А., Бурков В.И. Гиротропия кристаллов. М.: Наука, 1980. 304 с.

Kizel’ V.A., Burkov V.I. Gyrotropy of crystalls. Moscow: “Nauka” Publisher, 1980. 304 p.

17. Stark H. Applications of optical Fourier transforms. N.-Y.: Acad. Press, 1982. 535 p.