Пустовойт В.И. «Об измерении спектрального распределения оптического излучения акустооптическими спектрометрами» Альманах современной метрологии, № 16, с. 15-32 (2018)

Предложен новый метод спектральных измерений входящего оптического излучения на основе коллинеарных акустооптических фильтров, основанный на последовательной дифракции падающего поляризованного оптического излучения на двух звуковых пакетах одинаковой частоты и с одинаковыми начальными фазами. Построена теория дифракции оптического излучения на двух последовательных пакетах звуковых волн, распространяющихся в кристалле, и найдена инструментальная функция АО спектрометра. Показано, что инструментальная функция такого акустооптического спектрометра становится зависящей от времени, причём частота этой зависимости, в свою очередь, зависит от интенсивности звуковой волны, от отстройки от условий синхронизма и других оптических и акустических свойств кристаллической среды. Измерение временной зависимости фототока позволяет определить спектральный состав подающего оптического излучения с большей точностью, поскольку шумы при таком методе измерений вносят меньший вклад в величину фототока. Найдена в явном виде зависимость измеряемого фототока от частоты для многократной последовательности звуковых пакетов, и показано, что измерение частотных зависимостей фототока позволяет определить не только спектральный состав падающего оптического излучения, но и некоторые свойства фотоприёмника.

Виноградов В.Ю., Анфиногентов В.И., Морозов О.Г. «Математическое моделирование и восстановление оптико-акустических параметров газовоздушного потока на срезе сопла турбомашины. результаты моделирования» Инженерный вестник Дона, 46, № 3, с. 26 (2018)

Статья посвящена моделированию газовоздушного потока на срезе сопла турбомашины для установившихся и неустановившегося режима работы, обозначена математическая модель, описывающая акустические процессы в проточной части турбомашин и пути их совершенствования. Определены принципы построения комплексных систем аэроакустической картографии, дополненных методами и средствами измерений газодинамических параметров потока в проточной части и на срезе сопла турбомашин, направленных на повышение информативности и уровня алгоритмизации неразрушающего контроля состояния рабочих лопаток и обеспечивающих получение данных в условиях параметрической и структурной неопределенности газовоздушного потока как по контролируемым внутренним сечениям проточной части, так и по выходному сечению на срезе турбомашины. Рассмотрены задачи размещения точек контроля и восстановления пространственного распределения поля по измерениям в дискретной совокупности точек по отдельности. Восстановление акустического поля турбомашин реализуется по данным измерений на выходе ВОД, только используя статистический подход. Восстановление поля представлено в виде непрерывных функций пространственных координат по результатам измерения в дискретной совокупности точек при наличии априорной информации о свойствах измеряемых полей. Использованы статистические подходы для определения координат датчиков и погрешности восстановления на примере одной модельной задачи контроля поля излучения, создаваемого непрерывным монопольным излучателем.

Орда-Жигулина Д.В., Орда-Жигулина М.В., Старченко И.Б. «Статистическая модель оптоакустического преобразования в движущейся жидкой среде в присутствии наночастиц для системы неинвазивного анализа крови» Инженерный вестник Дона, 46, № 3, с. 35 (2018)

Предлагается статистическая модель оптоакустического преобразования в движущейся жидкой среде в присутствии наночастиц для системы неинвазивного анализа крови, так как для повышения точности измерений следует учитывать вероятностный характер распределения наноразмерных объектов в качестве контрастных агентов в потоке крови в сердечно-сосудистой системе человека уже на этапе обработки первичных данных о параметрах крови пациента. Для определения статистических характеристик составляющей звукового сигнала, сформированного конгломератом наноразмерных объектов, было проведено моделирование по методу Монте-Карло, рассчитаны основные статические характеристики и определена плотность распределения вероятности нормированной амплитуды звукового сигнала для серий численных экспериментов.

Глушков Е.В., Глушкова Н.В., Фоменко С.И., Еремин А.А., Евдокимов А.А., Новиков О.И. «Программный комплекс WAVES-L для моделирования и визуализации волновых процессов в упругом слое» Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Математическое моделирование и программирование, 12, № 1, с. 110-121 (2019)

Приводится описание программного комплекса WAVES-L, предназначенного для быстрого и наглядного моделирования волновых полей, возбуждаемых заданными поверхностными нагрузками в упругом слое с тремя вариантами закрепления его нижней грани. В основу алгоритмов, реализованных в программном комплексе, положены явные интегральные представления решения соответствующих краевых задач и выведенные из них асимптотические представления для бегущих волн в дальней от источника зоне. В ближней зоне, в том числе и под источником, амплитудно-частотные характеристики суммарного волнового поля определяются с помощью численного интегрирования несобственных контурных интегралов. Реализована также возможность расчета дисперсионных характеристик и собственных форм каждой из возбуждаемых бегущих волн. Удобный графический интерфейс позволяет легко менять параметры модели и визуализировать частотные и пространственные зависимости волновых характеристик как для отдельных волн, так и для суммарного волнового поля. Программный комплекс может применяться при решении задач ультразвукового неразрушающего контроля и мониторинга состояния тонкостенных инженерных конструкций, а также использоваться в учебном процессе в рамках лабораторных занятий по профильным предметам. Приводятся снимки экрана программы и графики сравнения дисперсионных кривых с экспериментальными измерениями.

Салихов Т.Х., Ходжаев Ю.П. «Влияние температурной зависимости теплопроводности и степени черноты на температурное поле в фотоакустической камере с двухслойными пластинами» Теплофизика и аэромеханика, № 6, с. 923-930 (2018)

Ключевые слова: температурное поле, фотоакустика, двухслойные системы

Langemann D., Mikhaylov A.S., Mikhaylov V.S. «One dimensional inverse problem in photoacoustic. Numerical testing» Записки научных семинаров ПОМИ. Математические вопросы теории распространения волн, 471, с. 140-149 (2018)

Рассматривается задача о восстановлении начальных данных с компактным носителем для волнового уравнения на R¹ по измерениям решения на границе конечного интервала. Это одномерная модель многомерной задачи фотоакустики, ранее рассмотренной авторами. Модифицируется и упрощается, полученный в предыдущей работе, алгоритм решения на случай одномерной ситуации, и приводим результаты численного моделирования. Указываются возможные подходы для упрощения процедуры моделирования в двухмерном и трехмерном случаях.

Авсентьев О.С., Авсентьев А.О., Гудков Д.А. «Математическая модель оптимизации выбора средств защиты речевой информации от утечки по акустооптическому каналу» Вестник Воронежского института МВД России, № 1, с. 25-36 (2019)

Рассматриваются условия реализации процессов передачи речевой информации, ее перехвата злоумышленником, а также процессы защиты от утечки по акустооптическому каналу. Исследуются характеристики и особенности технического канала утечки информации рассматриваемого типа на объектах информатизации с учетом изменений материального носителя, обусловленных разнородностью форм представления перехватываемой информации на различных участках такого канала. Предложена математическая модель выбора оптимального варианта защиты речевой информации от перехвата.

Морозов Н.Ф., Муратиков К.Л., Индейцев Д.А., Вавилов Д.С., Семенов Б.Н. «О новой модели влияния электронного газа на термоакустику проводников при лазерном воздействии» Физическая мезомеханика: Международный журнал, 21, № 6, с. 17-22 (2018)

Рассмотрена новая модель динамического поведения проводящих материалов при лазерном воздействии, учитывающая давление электронного газа. Для описания и объяснения новых динамических термоупругих эффектов в проводниках предлагается двухкомпонентная модель, в соответствии с которой сплошная среда состоит из двух «взаимопроникающих континуумов», т.е. в каждой точке такой среды существуют частицы обеих сред, взаимодействующих между собой. Предлагаемая модель позволяет рассматривать электронный газ, состоящий не только из свободных электронов, но и связанных. Поведение свободных электронов описывается законами для идеальных металлов, в то время как связанные электроны подчиняются более сложным законам, для которых характерны процессы захвата на локализованных уровнях и перехода с одного уровня на другой – «прыжковая» диффузия и «прыжковая» проводимость. Впервые отмечается, что, в отличие от известной классической модели термоупругости, существенную роль в выражении для давления электронного газа играют разница температур решетки и электронного газа и изменение концентрации свободных электронов, вызванное переходом локализованных электронов в свободное состояние в соответствии с известным физическим явлением Мотта. Длительность акустических импульсов в решетке проводника принципиально зависит не только от времени действия лазерного воздействия, но также и от времени существования разности температур электронного газа и решетки. При этом наибольшая длительность акустического импульса достигается при определенной концентрации локализованных электронов. Полученные результаты моделирования сравниваются с экспериментальными данными.

Кулак Г.В., Крох Г.В., Ропот П.И., Николаенко Т.В. «Коллинеарная акустооптическая фильтрация полихроматических бесселевых световых пучков в одноосных кристаллах» Проблемы физики, математики и техники, № 4, с. 30-34 (2018)

Исследованы особенности коллинеарной акустооптической фильтрации квазибездифракционных бесселевых световых пучков о- и е-типа в одноосных кристаллах. С использованием метода интегралов перекрытия найдено выражение для эффективности дифракции в зависимости от параметров акустооптического взаимодействия, а также от значений интегралов перекрытия. Показано, что для моды нулевого порядка бесселевого светового пучка для кристалла ниобата лития в условиях поперечного фазового синхронизма и в диапазоне оптического спектра 0,4–0,7 мкм достижима полоса пропускания фильтра ∼0,2 нм; с увеличением порядка моды m≥1 увеличение полосы пропускания незначительно и составляет ∼0,23–0,24 нм.

Мороков Е.С., Левин В.М. «Пространственное разрешение акустической микроскопии при визуализации границ раздела в объеме твердого материала» Акустический журнал, 65, № 2, с. 190-196 (2019)

Одной из активных областей применения длиннофокусных высокочастотных пучков является объемная визуализация материалов и внутренних границ соединения. Визуализация осуществляется пучками, прошедшими через границу иммерсия–образец и изменившими свою геометрию вследствие различий в преломлении лучей, падающих под разными углами на границу раздела. Структура пучка при преломлении существенно искажается и трансформируется в каустику. Оказывается актуальным вопрос пространственного разрешения при формировании акустических изображений микроструктуры в объеме материала. В данной работе приводится теоретический анализ пространственного разрешения с учетом рефракционных аберраций при формировании изображений границ раздела, расположенных на значительной глубине в объеме образца. Приводятся результаты экспериментальной визуализации границы соединения материалов. Показано, что теоретическая оценка хорошо согласуется с экспериментальной величиной разрешения сходящихся в объеме образца пучков продольных волн.

Жаринов А.Н., Карабутов А.А., Миронова Е.А., Пичков С.Н., Саватеева Е.В., Симонова В.А., Шишулин Д.Н., Черепецкая Е.Б. «Лазерно-ультразвуковое исследование остаточных напряжений в трубах из аустенитной стали» Акустический журнал, 65, № 3, с. 372-381 (2019)

Статья посвящена исследованию методом акустоупругости остаточных напряжений и связанных с ними структурных изменений в тонкостенных трубах из аустенитной стали. Пробный ультразвуковой пучок формируется за счет термоупругого эффекта при поглощении лазерного импульса в оптико-акустическом преобразователе. Использовалось нормальное и наклонное (с углом, близким к критическому) падение УЗ-пучка на контролируемый объект. Построены карты распределения вариаций скорости УЗ по поверхности объекта и распределения неоднородностей структуры металла в его объеме. Даны оценки остаточных напряжений в образце при его нестационарном термическом нагружении. Показано соответствие распределения остаточных напряжений, неоднородностей структуры металла и распределения нагружающих термических источников. В работе обсуждается возможность оценки остаточного ресурса и определения зон зарождения макротрещин.

Карабутов А.А., Соколовская Ю.Г. «Лазерный оптико-акустический метод измерения объемной концентрации эпоксидной смолы в углепластиковых композитах» Вестник Московского университета. Серия 3: Физика. Астрономия, № 6, с. 45-49 (2018)

Предложен и реализован лазерный оптико-акустический метод, позволяющий определять объемную концентрацию полимерного связующего и углеродного наполнителя в углепластиковых композитных материалах. Исследовались композиты, изготовленные методом вакуумной инфузии. Измерены объемные концентрации эпоксидной матрицы для серии углепластиковых образцов. Показано, что в полученных образцах имеются области с избытком и с недостатком эпоксидной смолы. Разработанная методика может быть использована как для тестирования контрольных образцов, так и для контроля реальных композитных конструкций.

Юсупов В.И., Чудновский В.М., Баграташвили В.Н. «Лазероиндуцированный режим сверхинтенсивного пузырькового кипения» Журнал технической физики, 89, № 1, с. 32-34 (2019)

Реализован режим сверхинтенсивного пузырькового кипения (СПК) в необезгаженной воде на торце лазерного волокна под действием 100 ns импульсного лазерного излучения. В качестве источника излучения использовался волоконный тулиевый лазер умеренной мощности с длиной волны 1.94 mum. Процесс генерации пузырьковых микроструй вблизи торца лазерного волокна изучен с помощью скоростной съемки и акустических методов. Показано, что в режиме СПК, переход к которому носит пороговый характер, основная энергия сигнала акустической эмиссии находится в звуковом диапазоне от 10 до 30 kHz. При этом генерация акустического сигнала происходит по механизму термокавитации. В режиме СПК достигнуты рекордные значения тепловых потоков до 0.16 MW/cm². Определены параметры образующихся конвективных потоков, микропузырьков и генерирующихся широкополосных акустических колебаний. DOI: 10.21883/JTF.2019.01.46958.114-18

Антонов С.Н. «Акустооптическая коммутация волоконно-оптических каналов» Журнал технической физики, 89, № 2, с. 274-279 (2019)

Предложен и cоздан акустооптический коммутатор волоконно-оптических каналов на базе ТеО₂ двухкоординатного дефлектора. Коммутатор реализует переключение оптического излучения из одного выходного световода в двумерную входную матрицу световодов, либо обратное --- из любого световода матрицы в один выходной световод. Получены значения для основных взаимосвязанных параметров. Установлено, что коммутатор обеспечивает высокое быстродействие – 2^–10 mus, большое число переключаемых каналов --- до несколько сотен, небольшие вносимые потери – 2–5 dB, значительную величину развязки между каналами -35–60 dB. Экспериметы проведены для выходной матрицы с 19 световодами. Показана возможность работы коммутатора в режиме мультипликации каналов – одновременной передачи сигнала из выходного световода в заданное число световодов входной матрицы.

Никитин П.А. «Уравнения связанных мод для акустооптической дифракции расходящегося светового пучка в поглощающей среде» Известия РАН. Серия физическая, 83, № 2, с. 264-268 (2019)

Исследовано акустооптическое взаимодействие в оптически изотропных средах. Получены векторные дифференциальные уравнения, описывающие дифракцию света на ультразвуке в поглощающей среде в режиме Рамана–Ната. Особое внимание уделено учету расходимости пучка излучения вследствие его поперечной ограниченности.

Соколовская Ю.Г., Жаринов А.Н., Карабутов А.А. «Применение лазерно-ультразвукового метода для контроля неоднородностей распределения полимерной матрицы в углепластиковых конструкциях» Контроль. Диагностика, № 9, с. 48-53 (2018)

Предложена методика выявления неоднородностей, образующихся в процессе производства композитных конструкций, с помощью лазерно-ультразвукового метода. Показан способ определения локального объемного содержания матрицы и наполнителя в углепластиковых конструкциях. Получены распределения объемных концентраций в выбранных областях композитной конструкции – стрингерной панели. Показано, что в стрингерной панели имеются области как с избытком, так и с недостатком эпоксидной матрицы. Получены изображения производственных дефектов – зазоров между лентами углеродной ткани.

Антонов С.Н. «Акустооптическое сложение мощностей импульсных некогерентных лазеров» Оптика и спектроскопия, 125, № 3, с. 383-386 (2018)

Предложен и экспериментально обоснован метод сложения мощностей импульсных некогерентных однотипных (одинаковых) лазеров, основанный на временном уплотнении импульсов. Метод базируется на использовании акустооптического дефлектора, который переключает излучение из различных источников в один выходной канал синхронно с излучением в данном канале. Существенно, что мощность итогового выходного излучения принципиально равна сумме мощностей входных излучателей, а угловые и координатные характеристики выходного луча равны исходным источникам. Эксперименты проводились с одномодовыми полупроводниковыми лазерами на длине волны 1.3 μm с помощью дефлектора на базе кристалла ТеО₂. Метод применим для сложения волоконно-оптических, полупроводниковых и твердотельных лазеров. Проведена оценка основных взаимосвязанных параметров.

Мазур М.М., Мазур Л.И., Судденок Ю.А., Шорин В.Н. «Повышение выходного оптического сигнала акустооптического монохроматора при частотной модуляции управляющего сигнала» Оптика и спектроскопия, 125, № 4, с. 572-576 (2018)

Впервые экспериментально проведено исследование угловой апертуры акустооптического фильтра при линейно частотно модулированном управляющем сигнале. Результаты исследований спектральных и угловых зависимостей передаточной функции фильтра при частотной модуляции демонстрируют возможность радикального увеличения выходного оптического сигнала. При выбранной конструкции акустооптического фильтра величина оптического сигнала была увеличена в 2000 раз. Это позволяет получить выигрыш по времени измерения или по величине регистрируемого оптического сигнала. Такое увеличение сигнала при ЛЧМ обеспечивается за счет увеличения угловой апертуры и расширения спектральной полосы пропускания и требуемым для этого расширения полосы пропорциональным увеличением мощности управляющего сигнала.

Петров Н.И., Пустовойт В.И. «Акустооптические свойства гетерогенных сред с неоднородным распределением наночастиц» Письма в ЖЭТФ, 109, № 1, с. 19-24 (2019)

Продемонстрирована возможность эффективного использования метаматериалов в акустооптике. Исследованы дифракционные кривые отражения и пропускания метасред с неоднородным пространственным распределением наночастиц с учетом поглощения света. Показано влияние размерных (геометрических) эффектов наночастиц на дифракционные кривые отражения и пропускания. В частности, с помощью изменения концентрации диэлектрических наночастиц в среде достигается полное устранение побочных осцилляций и подавление “хвостов” кривой дифракционного отражения. Показана возможность управления аппаратной функцией акустооптических устройств с помощью изменения материала, концентрации, размера, формы и пространственной ориентации включений, а также поляризации падающего излучения.

Кравчук Д.А., Старченко И.Б. «Математическая модель формирования оптоакустического сигнала для оценки уровня агрегации эритроцитов» Вестник новых медицинских технологий: Теоретический и научно-практический журнал, 26, № 1, с. 119-123 (2019)

Исследование посвящено изучению механизмов целенаправленной деятельности у больных фокальной эпилепсией на основе анализа показателей электроэнцефалографии, вариабельности сердечного ритма и технологии искусственных нейронных сетей. В исследование включено 75 практически здоровых лиц (контрольная группа) и 153 больных с фокальной эпилепсией сопоставимых по полу и возрасту. У пациентов с эпилепсией оценены ретроспективно (в течение 1 года) и проспективно (4 месяца) тип и частота приступов, форма заболевания, когнитивные и эмоциональные нарушения. Целенаправленной деятельность моделировалась при помощи теста Шульте. До выполнения теста у пациентов регистрировалась 19-канальная электроэнцефалограмма со спектральным анализом и анализом кросскорреляционной функции, а также исследовалась вариабельность сердечного ритма. Разделение пациентов на подгруппы основывалось на результатах кластерного анализа, сравнительный анализ проводился при помощи критерия Краскелла–Уоллиса и Манна–Уитни. Создавались, обучались и тестировались искусственные нейронные сети для решения задачи классификации пациентов с эпилепсией на группы на основе физиологических показателей. Методом кластерного анализа группа больных эпилепсией разделена на результативную и низко результативную группу. Низко результативная группа пациентов с эпилепсией характеризовалась большим уровнем эмоциональных нарушений, когнитивных нарушений. В данной группе преобладали пациенты с симптоматической (структурной) эпилепсией. В целом группа больных эпилепсией характеризовалась увеличением мощности тета-колебаний, увеличение внутриполушарной кросскорреляции, а также снижением вариабельности R-R интервалов и мощности спектральных составляющих вариабельности сердечного ритма. Создана искусственная нейронная сеть, с удовлетворительной эффективностью решающая задачу классификации испытуемых в группы на основе физиологических показателей. Наибольшее значение в прогнозировании результативности деятельности у больных эпилепсией имели показатели вегетативного обеспечения деятельности. Феномены избыточной активации симпатических механизмов вегетативной регуляции, увеличение кросскорреляции электроэнцефалографического сигнала при низкой результативности деятельности в соответствующей группе больных эпилепсией указывают на избыточную мобилизацию регуляторных физиологических ресурсов.

Базыкин С.Н Информационно-измерительные системы на основе интерферометров (2014). 132 с.

Изложены задачи измерения сверхмалых перемещений в различных областях техники. Рассмотрены вопросы использования информационно-измерительных систем на основе лазерных акустооптических интерферометров для измерения линейных перемещений подвижных объектов. Даны основные расчетные соотношения для определения мощности лазерного оптического пучка в зависимости от конструктивных особенностей оптической схемы информационно-измерительной системы.

Михеенко А.В. Генерация звука в жидкости под действием лазерного излучения (2017). 80 с.

В монографии изложены результаты исследования генерации звука микрочастицами, взвешенными в воде и в моторном масле под действием лазерного излучения. В работе также приводятся результаты по генерации звука при различной фокусировке непрерывного излучения в чистой и солёной воде, и генерации звука в дистиллированной воде под действием периодической последовательности импульсов лазерного излучения. Приводятся формы акустических сигналов и зависимости амплитуды сигналов от интенсивности лазерного излучения. При работе в условиях оптического пробоя, определялось изменение интенсивности лазерного излучения, прошедшего через область фокусировки лазерного пучка, и порог оптического пробоя при различных режимах работы. Издание адресовано специалистам в области оптики и акустики.