Дисертаційна робота присвячена вирішенню наукової задачі підвищення ефективності когерентних оптичних спектроаналізаторів, які входять до складу оптичних систем обробки інформації, шляхом узгодження параметрів їх компонентів. Підвищення ефективності досягається за рахунок використання в когерентних оптичних спектроаналізаторах вхідного транспаранта у вигляді просторово-часового дискретного модулятора світла і матричного приймача випромінювання. Узгодження параметрів модулятора, фур’є-об’єктива і матричного приймача випромінювання дозволили покращити технічні характеристики когерентних оптичних спектроаналізаторів. Критерієм ефективності є запропоновані параметри (технічні характеристики) когерентних оптичних спектроаналізаторів: робочий діапазон просторових частот; просторова смуга пропускання; просторове спектральне розділення.
У дисертації на основі скалярної теорії дифракції Френеля проведено аналіз поширення когерентного світла через узагальнену оптичну систему когерентного оптичного спектроаналізатора, яка складається із лазера, вхідного транспаранта, фур’є-об’єктива і матричного приймача випромінювання. Проведені дослідження методичної похибки вимірювання просторової частоти спектра сигналу за допомогою когерентного спектроаналізатора показали, що відомі формули, які застосовуються для визначення просторової частоти, справедливі тільки для параксіальної області. Розроблено новий метод розрахунку відносної похибки, застосування якого на прикладі заданого спектроаналізатора показало, що наближення Френеля в межах кута дифракції від 0° до 10° забезпечує відносну похибку меншу за 1,5% .
Обґрунтовано, що використання у цифрових когерентних оптичних спектроаналізаторах матричних пристроїв вводу і виводу оптичних сигналів дозволяє досліджувати і обробляти двовимірні оптичні сигнали, які змінюються в просторі і часі. Однак це вимагає перетворення вхідного і вихідного сигналу в дискретну цифрову форму, що спотворює просторовий спектр сигналу на виході цифрових когерентних оптичних спектроаналізаторів. Для дослідження таких спотворень було розроблено фізико-математичну модель цифрових когерентних оптичних спектроаналізаторів і запропоновано моделі окремих їх компонентів. Обґрунтовано вибір основних характеристик когерентних спектроаналізаторів та розроблено методи розрахунку цих характеристик.
Розглянуто методи розрахунку характеристик когерентних оптичних спектроаналізаторів, коли у якості вхідного тест-об’єкта обрано непрозорий екран з прямокутним отвором. Дослідження характеристик когерентних оптичних спектроаналізаторів показало, що робочий діапазон просторових частот обмежується параметрами оптичної системи когерентних оптичних спектроаналізаторів. На основі розробленої фізико-математичної моделі цифрових когерентних оптичних спектроаналізаторів обґрунтовано особливості використання матричних модуляторів світла, а саме:
1. Розподіл амплітуди поля у площині спектрального аналізу когерентних оптичних спектроаналізаторів являє собою результат суми дифракційних максимумів, які залежать від просторового спектра зображення, що спотворений імпульсним відгуком спектроаналізатора. Положення максимумів визначається періодом матричної структури просторового-модулятора світла, їх ширина – розміром модулятора.
2. Мінімальні спотворення при вимірюванні спектра зображення будуть у тому випадку, коли у формуванні розподілу амплітуди поля в площині аналізу приймає участь тільки максимуми нульового порядку
Для підтвердження результатів проведених теоретичних досліджень когерентних оптичних спектроаналізаторів було розроблено і створено лабораторний стенд оптичного спектроаналізатора, який дозволив провести такі дослідження: вимірювання розподілу інтенсивності світла в дифракційній картині, яка сформована тест-об’єктом; визначення відповідності положення дифракційних максимумів в площині спектрального аналізу їх просторовій частоті; вимірювання спектрів тест-об’єктів, отриманих з використанням двох лазерів з різними довжинами хвиль; вимірювання узагальнених характеристик когерентних оптичних спектроаналізаторів. Наведені експериментально отримані дифракційні картини від тест-об’єктів у вигляді щілини, круглої діафрагми, дифракційної гратки, вимірювання інтенсивності яких підтвердили результати теоретичного моделювання. Отримано просторові спектри прозорої двовимірної структури, дослідження яких дозволяє визначити середні розміри і дисперсію розмірів комірок тканини. Такий метод може знайти широке використання у текстильній промисловості. Отримані у дисертації результати досліджень були використані на КП СПБ «Арсенал», що підтверджується актом впровадження.
