ПРИМЕНЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ МОДУЛЯТОРОВ СВЕТА ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ЛАЗЕРНЫХ ПУЧКОВ СО СПИРАЛЬНЫМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ ФАЗЫ

Предмет исследования. Рассмотрено применение кватернионов для оптимизации параметров отражателей при автоколлимационных измерениях в сравнении с матричным методом. Приведены результаты компьютерных расчетов на кватернионных моделях, позволившие определить условия уменьшения погрешности измерения при наличии априорной информации о положении оси поворота. Рассмотрена практическая методика синтеза параметров тетраэдрического отражателя, использующая найденные соотношения. Метод. Первоначально полученные условияуменьшения погрешности измерения автоколлимационной системы определены с использованием матричного метода для задания углового положения объекта как совокупности трех эквивалентных последовательных поворотов относительно координатных осей. При реализации этих условий необходим неоднократный пересчет параметров ориентации между различными системами координат, что увеличивает трудоемкость и снижает результирующую точность автоколлимационной системы при практических измерениях. С использованием метода кватернионов, позволяющего анализировать изменение абсолютного углового положения в пространстве, находятся условия повышения точности вне зависимости от используемых систем координат. Основные результаты. Исследования на математической модели показали, что оптимальным по критерию уменьшения погрешности измерения является ортогональное расположение двух основных неизменных направлений тетраэдрического отражателя автоколлиматора при биссекторном расположении относительно них оси фактического поворота. Практическая значимость. На основе найденных соотношений между углами тетраэдрического отражателя и углами параметров его начальной ориентации разработана практическая методика синтеза отражающего контрольного элемента для автоколлимационных измерений в случае наличия априорной информации об оси фактического поворота при мониторинговых измерениях деформаций валов или трубопроводов.

1. Abramochkin E.G., Volostnikov V.G. Spiral-type beams // Optics Communication. 1993. V. 102. N 3–4. P. 336–350. doi: 10.1016/0030-4018(93)90406-U

2. Abramochkin E.G., Volostnikov V.G. Spiral type beams: optical and quantum aspects // Optics Communication. 1996. V. 125. N 4–6. P. 302–323.

3. Абрамочкин Е.Г., Афанасьев К.Н., Волостников В.Г., Коробцов А.В., Котова С.П., Лосевский Н.Н., Майорова А.М., Разуева Е.В. Формирование вихревых световых полей с заданной формой интенсивности для задач лазерной манипуляции микрообъектами // Известия РАН. Серия физическая. 2008. Т. 72. № 1. С. 76–79.

4. Kotlyar V.V., Almazov A.A., Khonina S.N., Soifer V.A., Elfstrom H., Turunen J. Generation of phase singularity through diffracting a plane or Gaussian beam by a spiral phase plate // Journal of the Optical Society of America A. 2005. V. 22. N 5. P. 849–861. doi: 10.1364/JOSAA.22.000849

5. Абрамочкин Е.Г., Волостников В.Г. Современная оптика гауссовых пучков. М.: Физматлит, 2010. 184 с.

6. Garces-Chavez V., McGloin D., Melville H., Sibbett W., Dholakia K. Simultaneous micromanipulation in multiple planes using a self-reconstructing light beam // Nature. 2002. V. 419. N 6903. P. 145–147. doi: 10.1038/nature01007

7. MacDonald M.P., Paterson L., Volke-Sepulveda K., Arlt J., Sibbett W., Dholakia K. Creation and manipulation of three-dimensional optically trapped structures // Science. 2002. V. 296. N 5570. P. 1101–1103.

8. Abramochkin E.G., Volostnikov V.G, Spiral light beams // Uspekhi Fizicheskikh Nauk. 2004. V. 174. N 12. P. 1273–1300.

9. Afanasiev K.N., Volostnikov V.G., Vorontsov E.N., Kotova S.P., Patlan V.V., Razueva E.V. Formation of the light field in the shape of curves on the base of spiral type beam optics: details // Physics and Electronics. 2009. V. 11. N 3. P. 71–75.

10. Volostnikov V., Kotova S., Kishkin S. Spiral light beams: characteristics and applications // Journal of Physics: Conference Series. 2014. V. 536. N 1. Art. 012001. doi: 10.1088/1742-6596/536/1/012001

11. Афанасьев К.Н., Коробцов А.В., Котова С.П., Лосевский Н.Н. Световые поля с ненулевым угловым моментом для лазерного микроманипулирования // Известия Самарского научного центра РАН. 2007. Т. 9. № 3. С. 615–619.

12. Kotlyar V.V., Khonina S.N., Skidanov R.V., Soifer V.A. Rotation of laser beam with zero of the orbital angular momentum // Optics Communication. 2007. V. 274. N 1. P. 8–14. doi: 10.1016/j.optcom.2007.01.059

13. Kotlyar V.V., Kovalev A.A. Hermite-Gaussian modal laser beams with orbital angular momentum // Journal of the Optical Society of America A. 2014. V. 31. N 2. P. 274–282. doi: 10.1364/JOSAA.31.000274

14. Павлов П.В., Петров Н.В., Малов А.Н. Определение параметров шероховатости и дефектация поверхностей деталей воздушного судна с применением спиральных пучков лазерного излучения // Научно- технический вестник СПбГУ ИТМО. 2011. № 6 (76). C. 84–88.

15. Волостников В.Г., Кишкин С.А., Котова С.П. Новый метод обработки контурных изображений на основе формализма спиральных пучков света // Квантовая электроника. 2013. Т. 43. C. 646–650.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License