Импульсная терагерцовая голография с разрешением во времени в дисперсионных средах
Балбекин Н.С., Куля М.С., Петров Н.В.

Университет ИТМО, Санкт-Петербург, Россия

Аннотация:
Рассмотрена математическая модель голографического восстановления рельефа фазового объекта из дифракционных картин импульсного терагерцового излучения, записанных в дисперсионной среде. Дополнены алгоритмы численного распространения волнового фронта для учёта дополнительного фазового набега на каждой частотной компоненте, возникающего из-за распространения в дисперсионной среде. Проведено сравнение восстановленных фазовых изображений для случаев учёта и неучёта дисперсии среды. Показано, что для суммированного по частотам двумерного изображения нормированное среднеквадратичное отклонение при неучёте дисперсии среды составляет 0,3 при распространении волнового фронта на расстояние 10 мм и увеличивается до 0,45 с увеличением расстояния до 70 мм.

Ключевые слова:
цифровая голография, терагерцовая оптика, формирование изображений, дисперсионные среды.

Цитирование:
Балбекин, Н.С. Импульсная терагерцовая голография с разрешением во времени в дисперсионных средах / Н.С. Балбекин, М.С. Куля, Н.В. Петров // Компьютерная оптика. – 2017. – Т. 41, № 3. – С. 348-355. – DOI: 10.18287/2412-6179-2017-41-3-348-355.

Литература:

  1. Plusquellic, D.F. Applications of Terahertz Spectroscopy in Biosystems / D.F. Plusquellic, K. Siegrist, E.J. Heilweil, O. Esenturk // Journal de Chimie Physique et de Physico-Chimie Biologique. – 2007. – Vol. 8(17). – P. 2412-2431. – DOI: 10.1002/cphc.200700332.
  2. Цуркан, М.В. Исследование спектра ДНК методами ТГц спектроскопии / М.В. Цуркан, Н.С. Балбекин, Е.А. Со­бакинская, А.Н. Панин, В.Л. Вакс // Оптика и спектроскопия. – 2013. – Т. 114, № 6. – С. 981-986. – DOI: 10.7868/S0030403413060238.
  3. Смирнов, С.В. Экспериментальные исследования возможностей диагностирования кариеса в твердых тканях зуба с помощью терагерцового излучения / С.В. Смир­нов, Я.В. Грачёв, А.Н. Цыпкин, В.Г. Беспалов // Оптический журнал. – 2014. – Т. 81, Вып. 8. – С. 58-62.
  4. Kemp, M.C. Detecting hidden objects: Security imaging using millimetre-waves and terahertz / M.C. Kemp // 2007 IEEE Conference on Advanced Video and Signal Based Surveillance (AVSS 2007). – 2007. – P. 7-9. – DOI: 10.1109/AVSS.2007.4425277.
  5. Zeitler, J.A. Terahertz pulsed spectroscopy and imaging in the pharmaceutical setting – a review / J.A. Zeitler, P.F. Taday, D.A. Newnham, M. Pepper, K.C. Gordon, T. Rades // Journal of Pharmacy and Pharmacology. – 2007. – Vol. 59(2). – P. 209-223. – DOI: 10.1211/jpp.59.2.0008.
  6. Balbekin, N.S. Nondestructive monitoring of aircraft composites using terahertz radiation / N.S. Balbekin, E.V. Novoselov, P.V. Pavlov, V.G. Bespalov, N.V. Petrov // Proceedings of SPIE. – 2015. – Vol. 9448. – 94482D. – DOI: 10.1117/12.2180021.
  7. Zhang, X.C. Introduction to THz wave photonics / X.C. Zhang, J. Xu. – New York: Springer, 2010. – 246 p. – ISBN: 978-1-4419-0977-0.
  8. Lee, Y.S. Principles of terahertz science and technology / Y.S. Lee. – New York: Springer Science & Business Media, 2009. – 340 p. – ISBN: 978-0-387-09539-4.
  9. Hu, B.B. Imaging with terahertz waves / B.B. Hu, M.C. Nuss // Optics Letters. – 1995. – Vol. 20(16). – P. 1716-1718. – DOI: 10.1364/OL.20.001716.
  10. Mittleman, D.M. T-ray imaging / D.M. Mittleman, R.H. Jacobsen, M.C. Nuss // IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics. – 1996. – Vol. 2(3). – P. 679-692. – DOI: 10.1109/2944.571768.
  11. Mittleman, D.M. Recent advances in terahertz imaging / D.M. Mittleman, M. Gupta, R. Neelamani, R.G. Baraniuk, J.V. Rudd, M. Koch // Applied Physics B. – 1999. – Vol. 68(6). – P. 1085-1094. – DOI: 10.1007/s003400050750.
  12. Ahi, K. Advanced terahertz techniques for quality control and counterfeit detection / K. Ahi, M. Anwar // Proceedings of SPIE. – 2016. – Vol. 9856. – 98560G. – DOI: 10.1117/12.2228684.
  13. Ahi, K. Modeling of terahertz images based on x-ray images: a novel approach for verification of terahertz images and identification of objects with fine details beyond terahertz resolution / K. Ahi, M. Anwar // Proceedings of SPIE. – 2016. – Vol. 9856. – 985610. – DOI: 10.1117/12.2228685.
  14. Petrov, N.V. Application of terahertz pulse time-domain holography for phase imaging / N.V. Petrov, M.S. Kulya, A.N. Tsypkin, V.G. Bespalov, A.A. Gorodetsky // IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology. – 2016. – Vol. 6(3). – P. 464-472. – DOI: 10.1109/TTHZ.2016.2530938.
  15. Zhang, L. Terahertz multiwavelength phase imaging without 2π ambiguity / L. Zhang, Y. Zhang, C. Zhang, Y. Zhao, X. Liu // Optics Letters. – 2006. – Vol. 31(24). – P. 3668-3670. – DOI: 10.1364/OL.31.003668.
  16. Zhang, L. Terahertz wave focal-plane multiwavelength phase imaging / L. Zhang, H. Zhong, Y. Zhang, N. Karpowicz, C. Zhang, Y. Zhao, X.C. Zhang // Journal of the Optical Society of America A. – 2009. – Vol. 26(5). – P. 1187-1190. – DOI: 10.1364/JOSAA.26.001187.
  17. Zhang, Y. Terahertz digital holography / W. Zhou, X. Wang, Y. Cui, W. Sun // Strain. – 2008. – Vol. 44(5). – P. 380-385. – DOI: 10.1111/j.1475-1305.2008.00433.x.
  18. Gorodetsky, A.A. THz pulse time-domain holography / A.A. Gorodetsky, V.G. Bespalov // Proceedings of SPIE. – 2010. – Vol. 7601. – 760107. – DOI: 10.1117/12.843249.
  19. Беспалов, В.Г. Моделирование безопорной голографической записи и восстановления изображений с помощью импульсного терагерцового излучения / В.Г. Бес­палов, А.А. Городецкий // Оптический журнал. – 2007. – Т. 74, № 11. – С. 30-35.
  20. Semenova, V.A. Amplitude-phase imaging of pulsed bro­adband terahertz vortex beams generated by spiral phase plate / V.A. Semenova, M.S. Kulya, N.V. Petrov, Y.V. Gra­chev, A.N. Tsypkin, S.E. Putilin, V.G. Bespalov // 41st International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz waves (IRMMW-THz), 2016. – 2016. – 2 p.
  21. Naftaly, M. Dielectric constants of bulk ferroelectric PZT measured by terahertz time-domain spectroscopy / M. Naftaly, M.G. Cain, S. Lepadatu, T. Buchacher, J. Allam // Advances in Applied Ceramics. – 2016. – Vol. 115(5). – P. 260-263. – DOI: 10.1080/17436753.2015.1130199.
  22. Shi, L. Terahertz spectroscopy of brain tissue from a mouse model of Alzheimer’s disease / L. Shi, P. Shumyatsky, A. Ro­drí­guez-Contreras, R. Alfano // Journal of Biomedical Optics. – 2016. – Vol. 21(1). – 015014. – DOI: 10.1117/1.JBO.21.1.015014.
  23. Lee, S.H. Quinolinium-based organic electro-optic crystals: Crystal characteristics in solvent mixtures and optical properties in the terahertz range / S.H. Lee, M.J. Koo, K.H. Lee, M. Jazbinsek, B.J. Kang, F. Rotermund, O.P. Kwon // Materials Chemistry and Physics. – 2016. – Vol. 169. – P. 62-70. – DOI: 10.1016/j.matchemphys.2015.11.028.
  24. Chamorro-Posada, P. THz TDS study of several sp2 carbon materials: Graphite, needle coke and graphene oxides / P. Chamorro-Posada, J. Vázquez-Cabo, Ó. Rubiños-López, J. Martín-Gil, S. Hernández-Navarro, P. Martín-Ramos, F.M. Sánchez-Arévalo, A.V. Tamashausky, C. Merino-Sánchez, R.C. Dante // Carbon. – 2016. – Vol. 98. – P. 484-490. – DOI: 10.1016/j.carbon.2015.11.020.
  25. Balbekin, N.S. The modeling peculiarities of diffractive propagation of the broadband terahertz two-dimensional field / N.S. Balbekin, M.S. Kulya, P.Y. Rogov, N.V. Petrov // Physics Procedia. – 2015. – Vol. 73. – P. 49-53. – DOI: 10.1016/j.phpro.2015.09.120.
  26. Poon, T.C. Contemporary optical image processing with MATLAB / T.-C. Poon, P.P. Banerjee. – Amsterdam, London, New York, Oxford, Paris, Shannon, Tokyo: Elsevier Science Ltd., 2001. – 262 p. – ISBN: 978-0-08-043788-5.
  27. Grebenyuk, A.A. Numerical focusing in digital holographic microscopy with partially spatially coherent illumination in transmission / A.A. Grebenyuk; V.P. Ryabukho // Proceedings of SPIE. – 2014. – Vol. 9031. – 903119. – DOI: 10.1117/12.2052837.
  28. Dubois, A. Handbook of full-field optical coherence microscopy: Technology and applications / A. Dubois. – Singapure: Pan Stanford Publishing Pte. Ltd., 2016. – 767 p. – ISBN: 978-981-4669-16-0.
  29. Labiau, S. Defocus test and defocus correction in full-field optical coherence tomography / S. Labiau, G. David, S. Gigan, A.C. Boccara // Optics Letters. – 2009. – Vol. 34, Issue 10. – P. 1576-1578. – DOI: 10.1364/OL.34.001576.
  30. Налегаев, С.С. Численное обращение динамики распространения волнового фронта с учётом пространственного эффекта самовоздействия света / С.С. Налегаев, Н.В. Петров // Химическая физика. – 2015. – Т. 34, № 8. – С. 1-3. – DOI: 10.7868/80207401X15080154.
  31. Nalegaev, S.S. Numerical reconstruction of wave field spatial distributions at the output and input planes of nonlinear medium with use of digital holography / S.S. Nalegaev, N.V. Petrov, V.G. Bespalov // Journal of Physics: Conference Series. – 2014. – Vol. 536(1). – 012025. – DOI: 10.1088/1742-6596/536/1/012025.


© 2009, IPSI RAS
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: ko@smr.ru ; тел: +7 (846) 242-41-24 (ответственный секретарь), +7 (846) 332-56-22 (технический редактор), факс: +7 (846) 332-56-20