В начале 80-х годов была опубликована группа работ, в которых описывалось использование излучения с ограниченной длиной когерентности для диагностики частично рассеивающей среды - морской воды. Так, в работе [Иванов И.П. и др., 1978] излучение направлялось в интерферометр Майкельсона, в одном из плеч которого находилась вода с рассеивающими частицами. Интерференционная картина создавалась только частью излучения, рассеянного в обратном направлении в достаточно тонком слое, для которого изменение оптического пути  было меньше длины когерентности lk, что позволяло определять статистические и оптические свойства воды на данной глубине. Изменение задержки опорного волнового поля относительно объектного, регулируемое смещением зеркала в опорном плече интерферометра, давало возможность получать интерференционную картину, образованную освещающим излучением, рассеянным в обратном направлении с различных глубин. B [Иванов И.П. и др., 1978] отмечалось также, что по своим диагностическим свойствам частично когерентное излучение эквивалентно излучению импульсного лазера с длительностью импульса  , где c скорость света. Так, при lk= 100 мкм эквивалентная длительность импульса  с, что выделяет информацию, усредненную только по малой толщине исследуемой среды.
Отметим, однако, что зондируемое излучение, рассеянное на не исследуемых, промежуточных глубинах, создавало значительный аддитивный шум, затруднявший проведение измерений. Естественными путями преодоления указанной трудности являлось введение либо временной, либо пространственной модуляции частично когерентного излучения, рассеянного выбранным сечением исследуемой среды. Так, в [Иванов И.П. и др., 1979] описанный в работе [Иванов И.П. и др., 1978] метод был обобщен на случай среды с подвижными рассеивателями, т.е. фактически были рассмотрены доплеровские измерения о частично когерентном излучении. Было получено соотношение, аналогичное по структуре уравнению лазерной локации, позволяющее восстановить, профиль показателя ослабления и обратного рассеяния, а при наличии некоторой априорной информации о среде и некоторые ее информационные характеристики.
Естественный вариант устранения аддитивного шума за счет пространственной модуляции заключается в применении голографии. Вероятно, впервые данная идея была высказана в кратком сообщении [Coalfield H.J., 1968], где предложено применять голографию для получения изображения объекта, отделенного от наблюдателя частично рассеивающей средой. В [Гурский И.М., Иванов А.П., 1978] было отмечено, что длина когерентности излучения, применяемого при записи голограммы, определяет глубину резко изображаемого пространства на восстановленном изображении, а его расстояние до голограммы совпадает с длиной оптического пути опорного излучения, что в значительной мере позволяет устранить размытие изображения, вызванное расположением рассеивающих микрочастиц между голограммой и записываемым на нее объектом.
Указанное обстоятельство позволило авторам работы [Гурский И.М., Иванов А.П., 1978] применить голографическую запись в частично когерентном излучении для получения восстановленного изображения слоя рассеивающей жидкости на заданной глубине, регулируя ее задержкой между опорным и волновым полем. В [Гурский И.М., Иванов А.П., 1978] использовался лазер с длиной когерентности lk=6 см, в связи с чем максимальное изменение разности оптических путей опорного и объектного волновых полей по голограмме  можно не рассматривать.
Оригинальная схема записи голограмм Ю.Н. Денисюка, позволяющая получать томографические сечения частично рассеивающей среды, состоящей из микрочастиц, предложена в работе [Власов Н.Г., Цитович В.А., 1984]. При помощи цилиндрического коллиматора в исследуемом объекте освещается слой порядка одного миллиметра в направлении, перпендикулярном оси оптической системы. Схема получения голограммы построена так, что из всего освещенного объекта на нее записывается только тонкий слой толщиной - lk.
Впечатляющие успехи вразвитии компьютерной обработки оптических изображений и сопутствующей элементной базы: высокоразрешающих устройств ввода и дисплеев стимулировали в последние годы новый интерес к рассматриваемой тематике, обусловленный также перспективной биомедицинской областью применения.
Дело в том, что для ближнего инфракрасного диапазона (0.8 -1.2 мкм) ткани человеческого тела являются частично рассеивающими и прозрачными средами, что позволяет рассчитывать на замену рентгеновской и ЯМР-томографии на безвредную существенно более простую ИК - томографию при некоторых видах медицинской диагностики: рака кожи, маммографии, в офтальмологии и т.д. Помимо перехода в безопасный для человеческого организма диапазон длин волн зондирующего излучения, упрощение достигается за счет того, что оказывается достаточным одно направление зондирования, а выделение томографического сечения происходит не при помощи сложной математической обработки, а в силу самой природы частично когерентного излучения. Само устройство состоят из суперлюминесцентного диода, обладающего излучением с длиной когерентности 5 - 20 мкм, и интерферометра Майкельсона, в объектном плече которого находится конфокальный микроскоп, а в опорном - блок временной модуляции, позволяющий отстроиться от аддитивного шума. Интересно отметить, что в устройствах названного типа продольное пространственное разрешение может превышать классический предел и определяется только длиной когерентности. Подробнее с этой тематикой, получившей в зарубежной литературе названия "оптическая когерентная томография" и "низкокогерентная интерферометрия", можно ознакомиться в обзоре [Fcrcher A.F., 1996] и в двух специализированных выпусках SPIE [Proc. SPIE, 1996, Proc. SPIE, 1997].
Назад | Вперед
Написать комментарий
|
