RU184988U1 - Imaging device - Google Patents

Imaging device Download PDF

Info

Publication number
RU184988U1
RU184988U1 RU2018127776U RU2018127776U RU184988U1 RU 184988 U1 RU184988 U1 RU 184988U1 RU 2018127776 U RU2018127776 U RU 2018127776U RU 2018127776 U RU2018127776 U RU 2018127776U RU 184988 U1 RU184988 U1 RU 184988U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
refractive index
radiation
dielectric layer
study
dielectric
Prior art date
Application number
RU2018127776U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Владиленович Минин
Олег Владиленович Минин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ)
Priority to RU2018127776U priority Critical patent/RU184988U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU184988U1 publication Critical patent/RU184988U1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/64Imaging systems using optical elements for stabilisation of the lateral and angular position of the image

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

Использование: для построения радиоизображений различных объектов. Сущность полезной модели заключается в том, что устройство формирования изображения содержит источник электромагнитного излучения, устройство фокусировки излучения, приемник излучения, расположенный за объектом исследования, а пространство между устройством фокусировки и объектом исследования заполнено иммерсионной средой, при этом устройство фокусировки излучения выполнено в виде мезоразмерной диэлектрической частицы, размещенной в диэлектрическом слое с показателем преломления Nи формирующей фотонную струю непосредственно на задней поверхности диэлектрического слоя, а показатель преломления материала мезоразмерной частицы выбирают в диапазоне от 1.2Nдо 1.85N,при этом между диэлектрическим слоем и объектом исследования непосредственно располагается слой иммерсионной среды с показателем преломления Nне менее показателя преломления диэлектрического слоя N. Технический результат: обеспечение возможности регистрации и визуализации объектов со сверхдифракционным разрешением. 1 ил.Usage: for constructing radio images of various objects. The essence of the utility model lies in the fact that the imaging device contains an electromagnetic radiation source, a radiation focusing device, a radiation receiver located behind the object of study, and the space between the focusing device and the object of study is filled with an immersion medium, while the radiation focusing device is made in the form of a mesoscale dielectric particles placed in a dielectric layer with a refractive index N and forming a photon stream directly on the back surface of the dielectric layer, and the refractive index of the material of the mesoscale particle is selected in the range from 1.2 N to 1.85 N, while a layer of immersion medium with a refractive index N not less than the refractive index of the dielectric layer N is directly located between the dielectric layer and the object of study. Technical result: registration is possible and visualization of objects with super diffraction resolution. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к устройствам радиовидения в миллиметровом, терагерцевом, инфракрасном и оптическом диапазонах электромагнитного излучения и может быть использована для построения радиоизображений различных объектов, в том числе в оптически непрозрачных средах, например в устройствах радиовидения для диагностики биообъектов, дефектоскопии, интроскопии указанных диапазонов.The utility model relates to radio-vision devices in the millimeter, terahertz, infrared and optical ranges of electromagnetic radiation and can be used to construct radio images of various objects, including in optically opaque media, for example, in radio-vision devices for diagnosing biological objects, defectoscopy, and introscopy of these ranges.

Известны устройства формирования изображения различных объектов искусственного и естественного происхождения, являющиеся источниками электромагнитного излучения. [Экспериментальная радиооптика. / Под ред. В.А. Зверева и Н.С. Степанова. - М.: Наука, 1979; Зверев В.А. Физические основы формирования изображений волновыми полями. - Нижний Новгород: ИПФ РАН, 1998. - 252 с.]. Такие устройства включают в себя оптическую систему, осуществляющую пространственное преобразование поля излучения источников, источник электромагнитного излучения, приемное устройство и блок визуализации изображения. Типовым вариантом построения оптической системы является система, имеющая две фокальные плоскости. Идеальная оптическая система такого типа преобразует поле источников излучения, расположенных в одной фокальной плоскости, в электромагнитное поле (поле изображения) в другой фокальной плоскости. При этом преобразованное поле идентично исходному полю с точностью до линейного смещения и масштабирующего множителя, задающего сжатие или растяжение исходного поля. В неидеальной оптической системе существуют оптические искажения изображения (аберрации) и помехи шумовой и другой природы.Known devices for imaging various objects of artificial and natural origin, which are sources of electromagnetic radiation. [Experimental radio optics. / Ed. V.A. Zvereva and N.S. Stepanova. - M .: Nauka, 1979; Zverev V.A. Physical fundamentals of image formation by wave fields. - Nizhny Novgorod: IAP RAS, 1998. - 252 p.]. Such devices include an optical system that performs spatial conversion of the radiation field of sources, an electromagnetic radiation source, a receiving device, and an image visualization unit. A typical option for constructing an optical system is a system having two focal planes. An ideal optical system of this type converts the field of radiation sources located in one focal plane into an electromagnetic field (image field) in another focal plane. In this case, the transformed field is identical to the initial field with an accuracy of linear displacement and a scaling factor specifying the compression or extension of the initial field. In an imperfect optical system, there are optical image distortions (aberrations) and interference noise and other nature.

В микроволновом и терагерцовом диапазонах длин волн радиоизображение, сформированное с помощью радиооптических квазиоптических систем (линз, зеркал, объективов), содержит всю информацию об объекте исследования и обеспечивает получение видимого изображения в образах, близких к естественным. Радиоизображение может быть получено как способом «на отражение», так и способом «на прохождение» или комбинированным способом.In the microwave and terahertz wavelength ranges, a radio image formed using quasi-optical radio optical systems (lenses, mirrors, lenses) contains all the information about the object of study and provides a visible image in images that are close to natural. The radio image can be obtained as a method of "reflection", and the method of "passing" or a combined method.

В качестве оптической системы могут использоваться зеркальные антенны. Известна оптическая система в виде двухзеркальной антенны Кассегрена (Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ. М.: Высшая школа, 1988). Она может быть сфокусирована как на конечном, так и на бесконечном расстоянии до источника излучения.As an optical system, mirror antennas can be used. Known optical system in the form of a two-mirror Cassegrain antenna (Sazonov D.M. Antennas and microwave devices. M .: Higher school, 1988). It can be focused on both the finite and the infinite distance to the radiation source.

Известны оптические системы на основе диэлектрических линз (Зелкин Е.Г., Петрова Р.А. Линзовые антенны. М.: Советское радио, 1974). Для построения оптических систем используются также более сложные линзы, например линза Ротмана и линза Люнеберга (Корнблит С. СВЧ-оптика, М.: «Связь», 1980).Known optical systems based on dielectric lenses (Zelkin E.G., Petrova R.A. Lens antennas. M .: Soviet radio, 1974). To construct optical systems, more complex lenses are also used, for example, the Rotman lens and the Luneberg lens (Kornblit S. Microwave optics, M .: Svyaz, 1980).

О качестве изображения, которое можно получить в любой изображающей системе, принято судить по числу наиболее мелких деталей в изображении. Этому соответствует широкий пространственный спектр [Зверев В.А. Физические основы формирования изображений волновыми полями. - Нижний Новгород: ИПФ РАН, 1998. - 252 с.]. Только два параметра определяют ширину пространственного спектра - это длина волны и тот максимальный угол, под которым волны входят в изображающее устройство. Эти два параметра определяют максимально возможное качество получаемого изображения. Таким образом, для улучшения возможного качества получаемого изображения существуют два пути - это либо укорочение длины волны, либо увеличение угла, под которым волны могут попасть в изображающую систему [Зверев В.А. Физические основы формирования изображений волновыми полями. - Нижний Новгород: ИПФ РАН, 1998. - 252 с.]. Других путей нет.The quality of the image, which can be obtained in any image system, is usually judged by the number of the smallest details in the image. This corresponds to a wide spatial spectrum [Zverev V.A. Physical fundamentals of image formation by wave fields. - Nizhny Novgorod: IAP RAS, 1998. - 252 p.]. Only two parameters determine the width of the spatial spectrum - this is the wavelength and the maximum angle at which the waves enter the imaging device. These two parameters determine the maximum possible quality of the resulting image. Thus, to improve the possible quality of the resulting image, there are two ways - either shortening the wavelength or increasing the angle at which the waves can get into the image system [Zverev V.A. Physical fundamentals of image formation by wave fields. - Nizhny Novgorod: IAP RAS, 1998. - 252 p.]. There are no other ways.

Диаметр пятна Эйри h определяется, так называемым, критерием Рэлея, который устанавливает предел концентрации (фокусировки) электромагнитного поля с помощью оптических систем. [Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М.: Наука, 1970]:The diameter of the Airy spot h is determined by the so-called Rayleigh criterion, which sets the limit of concentration (focusing) of the electromagnetic field using optical systems. [Bourne M., Wolf E. Fundamentals of optics. M .: Nauka, 1970]:

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

где λ - длина волны излучения, D - диаметр первичного зеркала или линзы оптической системы, F - фокусное расстояние оптической системы.where λ is the radiation wavelength, D is the diameter of the primary mirror or lens of the optical system, F is the focal length of the optical system.

Диаметр пятна Эйри h является важным параметром оптической системы, который определяет ее собственную разрешающую способность в фокальной плоскости и определяет качество получаемого изображения. Он показывает минимальное расстояние между полем точечных источников в фокальной плоскости, которое способна зарегистрировать данная оптическая система. Максимальное разрешение идеальной оптической системы не может превышать величины λ/2.The diameter of the Airy spot h is an important parameter of the optical system, which determines its own resolution in the focal plane and determines the quality of the resulting image. It shows the minimum distance between the field of point sources in the focal plane that this optical system can register. The maximum resolution of an ideal optical system cannot exceed λ / 2.

Известно устройство формирования радиоизображения объектов квазиоптического типа [Крылов К.И. Оптический интроскоп миллиметрового диапазона / К.И. Крылов, Н.А. Львова, С.А. Смирнов, А.С. Бабейкин // Тр. Всес. симп. по приборам, технике и распространению миллиметровых и субмиллиметровых волн в атмосфере. ИРЭ, Харьков, 1976. - С. 198-201], включающее источник электромагнитного излучения, фокусирующее устройство, приемное устройство и блок визуализации изображения. Основное отличие разработанного устройства от ранее существующих, заключается в использовании специальных объективов, позволяющих формировать изображение на миллиметровых и субмиллиметровых волнах, подобно тому, как это происходит в микроскопах светового диапазона. Сформированное в микроволновом диапазоне изображение, при помощи специального электронного устройства, трансформируется в изображение на экране электронно-лучевой трубки, которое непосредственно воспринимается глазом.A device for the formation of radio images of objects of a quasi-optical type [Krylov K.I. Millimeter-band optical introscope / K.I. Krylov, N.A. Lviv, S.A. Smirnov, A.S. Babeykin // Tr. All symp on instruments, equipment and the propagation of millimeter and submillimeter waves in the atmosphere. IRE, Kharkov, 1976. - S. 198-201], including a source of electromagnetic radiation, a focusing device, a receiving device and an image visualization unit. The main difference between the developed device and the previous ones is the use of special lenses that allow you to form an image on millimeter and submillimeter waves, similar to how it happens in light range microscopes. The image formed in the microwave range, using a special electronic device, is transformed into an image on the screen of a cathode ray tube, which is directly perceived by the eye.

Недостатком данного устройства является низкое пространственное разрешение, ограниченное дифракционным пределом формирующей системы.The disadvantage of this device is the low spatial resolution, limited by the diffraction limit of the forming system.

Известно устройство формирования радиоизображения объектов радиовидения [William Е. Baughman, Hamdullah Yokus, David Shawn Wilbert, Patrik Kung, Seongsin Margaret Kim. Observation of hydrofluoric acid burns on osseous tissues by means of terahertz spectroscopic imaging // IEEE Transaction on terahertz science and technology, v. 3, N 4, 2013, p. 387-394] в терагерцевом диапазоне длин волн применительно к исследованию биообъектов, включающее источник излучения в терагерцевом диапазоне длин волн, формирующую систему в виде линзы, приемник электромагнитного излучения для регистрации прошедшего излучения от объекта исследования, устройство преобразования принятого излучения в электрические сигналы и устройство визуализации воспринимаемого изображения объекта исследования.A device for the formation of radio images of objects of radio vision [William E. Baughman, Hamdullah Yokus, David Shawn Wilbert, Patrik Kung, Seongsin Margaret Kim. Observation of hydrofluoric acid burns on osseous tissues by means of terahertz spectroscopic imaging // IEEE Transaction on terahertz science and technology, v. 3, N 4, 2013, p. 387-394] in the terahertz range of wavelengths with respect to the study of biological objects, including a radiation source in the terahertz range of wavelengths, forming a system in the form of a lens, an electromagnetic radiation receiver for recording transmitted radiation from the object of study, a device for converting received radiation into electrical signals and a visualization device perceived image of the object of study.

Недостатком данного устройства является низкое пространственное разрешение, ограниченное дифракционным пределом формирующей системы.The disadvantage of this device is the low spatial resolution, limited by the diffraction limit of the forming system.

Известно устройство формирования изображения по патенту РФ №2631006, включающее источник электромагнитного излучения, формирующее устройство в виде линзы или зеркальной антенны, диэлектрическую мезоразмерную частицу, формирующую фотонную струю, с характерным размером мезоразмерной частицы не более поперечного размера области фокусировки формирующего устройства и не менее λ/2, где λ - длина волны используемого излучения, с показателем преломления материала мезоразмерной частицы, лежащем в диапазоне от 1.2 до 1.7, при этом мезоразмерная частица размещена в области фокусировки формирующего устройства, приемник излучения, систему визуализации изображения.A device for forming an image according to the patent of the Russian Federation No. 2631006, comprising a source of electromagnetic radiation, a forming device in the form of a lens or a mirror antenna, a dielectric mesoscale particle forming a photon stream, with a characteristic size of the mesoscale particle is not more than the transverse size of the focusing area of the forming device and not less than λ / 2, where λ is the wavelength of the radiation used, with a refractive index of the material of the mesosize particle lying in the range from 1.2 to 1.7, while the mesosize part It is located in the focusing area of the forming device, a radiation receiver, an image visualization system.

Недостатком способа является невысокое пространственное разрешение, ограниченное разрешением формируемой фотонной среды.The disadvantage of this method is the low spatial resolution, limited by the resolution of the generated photonic medium.

Известно устройство формирования изображения, приведенное в работе (Nikita V. Chernomyrdin, Aleksander O. Schadko, Sergey P. Lebedev, Viktor L. Tolstoguzov, Vladimir N. Kurlov, Igor V. Reshetov, Igor E. Spektor, Maksim Skorobogatiy, 5 Stanislav O. Yurchenko,1 and Kirill I. Zaytsev. Solid immersion terahertz imaging with sub-wavelength resolution // APPLIED PHYSICS LETTERS 110, 221109 (2017)), включающее источник электромагнитного излучения, устройство фокусировки излучения, установленное на пути сфокусированного луча перед объектом, а пространство между пластиной и объектом заполнено иммерсионной средой, приемник излучения расположенный за объектом. В качестве устройства фокусировки использовалась асферическая линза с показателем преломления 1.54, иммерсионная среда с показателем преломления 3.42.Known device imaging shown in the work (Nikita V. Chernomyrdin, Aleksander O. Schadko, Sergey P. Lebedev, Viktor L. Tolstoguzov, Vladimir N. Kurlov, Igor V. Reshetov, Igor E. Spektor, Maksim Skorobogatiy, 5 Stanislav O Yurchenko, 1 and Kirill I. Zaytsev. Solid immersion terahertz imaging with sub-wavelength resolution // APPLIED PHYSICS LETTERS 110, 221109 (2017)), including an electromagnetic radiation source, a radiation focusing device mounted on the path of the focused beam in front of the object, and the space between the plate and the object is filled with an immersion medium, a radiation receiver located behind the object. An aspherical lens with a refractive index of 1.54 and an immersion medium with a refractive index of 3.42 were used as a focusing device.

Применение иммерсионного слоя уменьшает длину волны излучения в среде в λ/N раз и в соответствии с критерием Рэлея во столько же раз повышает пространственное разрешение устройства.The use of an immersion layer reduces the radiation wavelength in the medium by a factor of λ / N and, in accordance with the Rayleigh criterion, increases the spatial resolution of the device by the same amount.

Недостатком данного устройства является низкое пространственное разрешение, ограниченное дифракционным пределом формирующей системы и показателем преломления иммерсионной среды.The disadvantage of this device is the low spatial resolution, limited by the diffraction limit of the forming system and the refractive index of the immersion medium.

Это устройство взято в качестве прототипа.This device is taken as a prototype.

Задачей, решаемой предлагаемым устройством, является повышение качества получаемого изображения исследуемого объекта, за счет повышения разрешающей способности фокусирующей системы.The problem solved by the proposed device is to improve the quality of the image obtained by the studied object, by increasing the resolution of the focusing system.

Технический результат, который может быть получен при выполнении заявленного устройства - получение возможности регистрации и визуализации объектов со сверхдифракционным разрешением.The technical result that can be obtained by performing the claimed device is the ability to register and visualize objects with ultra-diffraction resolution.

Поставленная задача решается благодаря тому, что устройство формирования изображения содержит источник электромагнитного излучения, устройство фокусировки излучения, приемник излучения, расположенный за объектом исследования, а пространство между устройством фокусировки и объектом исследования заполнено иммерсионной средой, согласно полезной модели устройство фокусировки излучения выполнено в виде мезоразмерной диэлектрической частицы, размещенной в диэлектрическом слое с показателем преломления N1 и формирующей фотонную струю непосредственно на задней поверхности диэлектрического слоя, а показатель преломления материала мезоразмерной частицы выбирают в диапазоне от 1.2N1 до 1.85N1, при этом между диэлектрическим слоем и объектом исследования непосредственно располагается слой иммерсионной среды с показателем преломления N2 не менее показателя преломления диэлектрического слоя N1.The problem is solved thanks to the fact that the imaging device comprises a source of electromagnetic radiation, radiation focusing device, the radiation receiver positioned behind the subject of research, and the space between the device the focus and the object of study filled immersion medium, according to the utility model radiation focusing device is a mezorazmernoy dielectric particles are placed in the dielectric layer with a refractive index N 1 and forming a photonic jet directly on the rear surface of the dielectric layer and the refractive index of the material mezorazmernoy particles are selected in the range of 1.85N to 1.2N 1 1, wherein the layer between the dielectric layer and the object of study is directly immersion medium with a refractive index N 2 is not less than the refractive index of the dielectric layer N 1 .

Известно, что фундаментальный рэлеевский критерий разрешения оптических систем заключается в том, что минимальный размер различимого объекта несколько меньше длины волны используемого излучения и принципиально ограничен дифракцией этого излучения. [Борн М., Вольф Э. Основы оптики. - М.: Мир, 1978]. Невозможность сфокусировать свет в свободном пространстве в пятно с размерами меньше некоторого дифракционного предела следует и из соотношения типа соотношения неопределенностей Гейзенберга [Minin I.V., Minin O.V. Experimental verification 3D subwavelength resolution beyond the diffraction limit with zone plate in millimeter wave // Microwave and Optical Technology Letters, Vol. 56, No. 10, October 2014, 2436-2439].It is known that the fundamental Rayleigh criterion for resolving optical systems is that the minimum size of a distinguishable object is slightly less than the wavelength of the radiation used and is fundamentally limited by the diffraction of this radiation. [Bourne M., Wolf E. Fundamentals of optics. - M.: Mir, 1978]. The inability to focus light in free space into a spot with dimensions less than a certain diffraction limit also follows from a relationship such as the Heisenberg uncertainty relation [Minin I.V., Minin O.V. Experimental verification 3D subwavelength resolution beyond the diffraction limit with zone plate in millimeter wave // Microwave and Optical Technology Letters, Vol. 56, No. 10, October 2014, 2436-2439].

Преодолеть дифракционный предел в оптике можно различными способами, например с помощью эффекта «фотонной наноструи» (например, см. A. Heifetz et al. Experimental confirmation of backscattering enhancement induced by a photonic jet // Appl. Phys. Lett., 89, 221118 (2006); Минин И.В., Минин О.В. Фотонные струи в науке и технике // Вестник СГУГиТ 2017, т.22, №2, с. 212-234). Поперечный размер фотонной струи составляет 1/3…1/4 длины волны излучения, что меньше дифракционного предела классической линзы. При этом мезоразмерные диэлектрические частицы могут иметь различную форму (сфера, куб, эллипс, цилиндр, пирамида, конус и т.д.). Параметры фотонной струи (продольный и поперечный размеры), могут регулироваться формой мезоразмерной частицы, ее показателем преломления, размером. Одним из параметров, с помощью которого можно управлять характеристиками фотонной струи, является размещение на мезочастице центрального блокирующего излучение слоя [Патент РФ 153686 Устройство для формирования фотонной струи с увеличенной глубиной фокуса; патент РФ №178616 Устройство для формирования фотонной струи].The diffraction limit in optics can be overcome in various ways, for example, using the “photon nanostructure” effect (for example, see A. Heifetz et al. Experimental confirmation of backscattering enhancement induced by a photonic jet // Appl. Phys. Lett., 89, 221118 (2006); Minin I.V., Minin O.V. Photonic jets in science and technology // Bulletin of SSUGiT 2017, v.22, No. 2, pp. 212-234). The transverse size of the photon stream is 1/3 ... 1/4 of the radiation wavelength, which is less than the diffraction limit of a classical lens. In this case, the mesoscale dielectric particles can have a different shape (sphere, cube, ellipse, cylinder, pyramid, cone, etc.). The parameters of the photon stream (longitudinal and transverse dimensions) can be controlled by the shape of the mesoscale particle, its refractive index, and size. One of the parameters by which you can control the characteristics of the photon stream is the placement on the mesoparticle of the central blocking radiation layer [RF Patent 153686 Device for forming a photon stream with an increased focus depth; RF patent No. 178616 Device for forming a photon stream].

При относительном коэффициенте преломления материала мезоразмерной частицы менее 1.2 поперечный размер локальной области концентрации поля становится порядка и более дифракционного предела и не обеспечивает значительного повышения интенсивности электромагнитного поля на ее границе. При относительном коэффициенте преломления материала мезоразмерной частицы примерно более 1.85 локальная концентрация электромагнитного поля возникает внутри частицы.With a relative refractive index of the material of the mesoscale particle less than 1.2, the transverse size of the local region of the field concentration becomes of the order of and more than the diffraction limit and does not provide a significant increase in the intensity of the electromagnetic field at its boundary. With a relative refractive index of the material of the mesoscale particle of approximately more than 1.85, a local concentration of the electromagnetic field occurs inside the particle.

В результате проведенных исследований было обнаружено, что диэлектрическая частица, например, в форме кубика или шарика, или усеченного шарика, или кругового конуса, или цилиндра, формирующая непосредственно на своей теневой границе фотонную струю, в зависимости от характерного размера частицы (от λ до примерно 200λ), относительного коэффициента преломления (примерно от 1.2 до 1.85), возможно получение увеличения интенсивности оптического излучения на образце от 10 до, примерно, 150 раз. При этом повышение усиления интенсивности оптического излучения увеличивается с увеличением характерного размера частицы, при пространственном разрешении превышающим дифракционный предел. Поперечный размер фотонной струи составляет 1/3…1/4 длины волны излучения.As a result of the studies, it was found that a dielectric particle, for example, in the form of a cube or ball, or a truncated ball, or a circular cone, or cylinder, which forms a photon stream directly at its shadow boundary, depending on the characteristic particle size (from λ to about 200λ), the relative refractive index (from about 1.2 to 1.85), it is possible to obtain an increase in the intensity of optical radiation on the sample from 10 to about 150 times. In this case, the increase in the gain in the intensity of optical radiation increases with an increase in the characteristic particle size, with a spatial resolution exceeding the diffraction limit. The transverse size of the photon stream is 1/3 ... 1/4 of the radiation wavelength.

Обнаружено, что при формировании фотонной струи в материале иммерсионного слоя, уменьшается длина волны излучения в среде в λ/N раз и в соответствии с критерием Рэлея во столько же раз повышается пространственное разрешение устройства.It was found that when a photon stream is formed in the material of the immersion layer, the radiation wavelength in the medium decreases by a factor of λ / N and, in accordance with the Rayleigh criterion, the spatial resolution of the device increases by the same amount.

На Фиг. 1 показан пример блок - схемы устройства формирования изображения.In FIG. 1 shows an example block diagram of an image forming apparatus.

Обозначения: 1 - источник излучения, 2 - электромагнитное излучение, 3 - мезоразмерная диэлектрическая частица, 4 - диэлектрический слой, 5 - фотонная струя, 6 - иммерсионный слой, 7 - объект исследования, 8 - приемник излучения.Designations: 1 - radiation source, 2 - electromagnetic radiation, 3 - mesoscale dielectric particle, 4 - dielectric layer, 5 - photon stream, 6 - immersion layer, 7 - object of study, 8 - radiation receiver.

Устройство, работает следующим образом. Источник излучения 1, например, лазер, диод Ганна, лампа обратной волны, генерирует электромагнитную волну 2 которая освещает мезоразмерную диэлектрическую частицу 3, расположенную в диэлектрическом слое 4. Диэлектрический слой 4 служит для закрепления мезоразмерной частицы 3, при этом показатель преломления мезоразмерной частицы 3 должен превышать показатель преломления диэлектрического слоя 4 примерно в 1.2-1.85 раз для формирования фотонной струи 5. Частица 3 преобразует падающую электромагнитную волну в локальную область, формируемую непосредственно у ее внешней границы по направлению распространения электромагнитного излучения, с поперечными размерами порядка λ/3 - λ/4 и протяженностью не более 10 λ, формирующих фотонную струю 5, при этом фотонная струя формируется непосредственно на задней поверхности диэлектрического слоя, что может быть обеспечено выбором толщины диэлектрического слоя 4. Между диэлектрическим слоем 4 и объектом исследования 7 непосредственно располагается слой иммерсионной среды 8 с показателем преломления N2 не менее показателя преломления диэлектрического слоя N1. При этом уменьшается длина волны излучения в среде в λ/N2 раз и в соответствии с критерием Рэлея во столько же раз повышается пространственное разрешение устройства.The device operates as follows. A radiation source 1, for example, a laser, a Gunn diode, a backward wave lamp, generates an electromagnetic wave 2 which illuminates a mesosized dielectric particle 3 located in the dielectric layer 4. The dielectric layer 4 serves to fix the mesosized particle 3, while the refractive index of the mesosized particle 3 should exceed the refractive index of the dielectric layer 4 by about 1.2-1.85 times for the formation of a photon jet 5. Particle 3 converts the incident electromagnetic wave into a local region formed by directly at its outer boundary in the direction of propagation of electromagnetic radiation, with transverse dimensions of the order of λ / 3 - λ / 4 and a length of not more than 10 λ, forming a photon jet 5, while the photon jet is formed directly on the rear surface of the dielectric layer, which can be provided the choice of the thickness of the dielectric layer 4. Between the dielectric layer 4 and the object of study 7 is directly located a layer of immersion medium 8 with a refractive index of N 2 not less than the refractive index of the dielectric Cesky layer N 1. In this case, the radiation wavelength in the medium decreases by λ / N 2 times and, in accordance with the Rayleigh criterion, the spatial resolution of the device is increased by the same amount.

Предлагаемое устройство формирования изображения может работать как в режиме на «пропускание» излучения, так и в режиме на «отражение» излучения.The proposed device imaging can work both in the mode of "transmission" of radiation, and in the mode of "reflection" of radiation.

Предельное разрешение, обеспечиваемое дифракционно-ограниченными системами равно λ/2. Устройства, формирующие фотонную струю, обеспечивают разрешение в 1.5 - 2 раза выше и таким образом, при одинаковых параметрах иммерсионной среды, обеспечивается увеличение разрешения в 1.5 - 2 раза.The limiting resolution provided by diffraction-limited systems is λ / 2. The devices forming the photon stream provide a resolution of 1.5–2 times higher and thus, with the same parameters of the immersion medium, an increase in resolution of 1.5–2 times is provided.

Мезоразмерную частицу, формирующую фотонную струю, диэлектрический и иммерсионный слои, можно изготовить из твердых диэлектрических материалов [Валитов Р.А., Дюбко С.Ф., Макаренко Б.И. и др. Измерения на миллиметровых и субмиллиметровых волнах: Методы и техника - М.: Радио и связь, 1984. - 296 с], например, для фторопласта - 4 при плотности материала d=0.4-2.7 г/см3 имеет место соотношение для показателя преломления материала N=1+0.196d, для полиэтилена и полипропилена вера зависимость

Figure 00000002
, керамических материалов, например, кварц N=1.916, нитрид бора N=1.728, поликор N=3.099, 22ХС N=3.072, композитных материалов [Патенты РФ 2307432, 1014856], обеспечивающих показатель преломления материала на частоте 1010 Гц в диапазоне от 1.55 до 4.The mesoscale particle forming the photon stream, the dielectric and immersion layers can be made of solid dielectric materials [Valitov R.A., Dubko S.F., Makarenko B.I. et al. Measurements on millimeter and submillimeter waves: Methods and technique - M .: Radio and communications, 1984. - 296 s], for example, for fluoroplastic - 4 with a material density of d = 0.4-2.7 g / cm 3 there is a relation for the refractive index of the material N = 1 + 0.196d, for polyethylene and polypropylene faith dependence
Figure 00000002
ceramic materials, for example, quartz N = 1.916, boron nitride N = 1.728, polycor N = 3.099, 22XC N = 3.072, composite materials [RF Patents 2307432, 1014856], providing a refractive index of the material at a frequency of 10 10 Hz in the range from 1.55 up to 4.

Иммерсионный слой может быть жидким, например, в оптике можно использовать иммерсионное масло по ГОСТ 13739-78 с показателем преломления 1.515 в спектральном диапазоне 400-720 нм, кедровое масло с показателем преломления 1.515, глицерин с показателем преломления 1.4739, физиологический раствор с показателем преломления 1.3346, воду дистиллированную с показателем преломления 1.3329. В миллиметровом и терагерцовом диапазонах длин волн возможно применение неполярных жидкостей с показателями преломления: октан - 1.396, нонан - 1.405, декан - 1.407, циклогексан - 1.424 [Валитов Р.А., Дюбко С.Ф., Макаренко Б.И. и др. Измерения на миллиметровых и субмиллиметровых волнах: Методы и техника - М.: Радио и связь, 1984. - 296 с].The immersion layer can be liquid, for example, in optics you can use immersion oil according to GOST 13739-78 with a refractive index of 1.515 in the spectral range 400-720 nm, cedar oil with a refractive index of 1.515, glycerin with a refractive index of 1.4739, physiological saline with a refractive index of 1.3346, distilled water with a refractive index of 1.3329. In the millimeter and terahertz wavelength ranges, it is possible to use non-polar liquids with refractive indices: octane - 1.396, nonane - 1.405, decan - 1.407, cyclohexane - 1.424 [Valitov R.A., Dubko S.F., Makarenko B.I. et al. Measurements on millimeter and submillimeter waves: Methods and technique - M .: Radio and communications, 1984. - 296 s].

Достигаемый в таком устройстве формирования изображения положительный эффект заключается в повышении качества получаемого изображения исследуемого объекта, за счет повышения разрешающей способности выше дифракционного предела, по сравнению с прототипом и таких же параметров иммерсионного слоя в 1.5-2 раза.The positive effect achieved in such an imaging device is to improve the quality of the obtained image of the studied object by increasing the resolution above the diffraction limit, compared to the prototype and the same parameters of the immersion layer by 1.5-2 times.

Claims (1)

Устройство формирования изображения, содержащее источник электромагнитного излучения, устройство фокусировки излучения, приемник излучения, расположенный за объектом исследования, а пространство между устройством фокусировки и объектом исследования заполнено иммерсионной средой, отличающееся тем, что устройство фокусировки излучения выполнено в виде мезоразмерной диэлектрической частицы, размещенной в диэлектрическом слое с показателем преломления N1 и формирующей фотонную струю непосредственно на задней поверхности диэлектрического слоя, а показатель преломления материала мезоразмерной частицы выбирают в диапазоне от 1.2 N1 до 1.85 N1, при этом между диэлектрическим слоем и объектом исследования непосредственно располагается слой иммерсионной среды с показателем преломления N2 не менее показателя преломления диэлектрического слоя N1. An imaging device containing an electromagnetic radiation source, a radiation focusing device, a radiation receiver located behind the object of study, and the space between the focusing device and the object of study is filled with an immersion medium, characterized in that the radiation focusing device is made in the form of a mesoscale dielectric particle placed in a dielectric refractive index layer Noneand forming a photon stream directly on the back surface of the dielectric layer, and the refractive index of the material of the mesosize particle is selected in the range from 1.2 None up to 1.85 None, while between the dielectric layer and the object of study is directly located a layer of immersion medium with a refractive index N2not less than the refractive index of the dielectric layer None.
RU2018127776U 2018-07-27 2018-07-27 Imaging device RU184988U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018127776U RU184988U1 (en) 2018-07-27 2018-07-27 Imaging device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018127776U RU184988U1 (en) 2018-07-27 2018-07-27 Imaging device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU184988U1 true RU184988U1 (en) 2018-11-15

Family

ID=64325331

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018127776U RU184988U1 (en) 2018-07-27 2018-07-27 Imaging device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU184988U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU192565U1 (en) * 2019-04-18 2019-09-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ) Laser welding device with laser radiation

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4549204A (en) * 1981-11-26 1985-10-22 The Secretary Of State For Defence In Her Britannic Majesty's Government Of The United Kingdom Of Great Britain And Northern Ireland Diffraction limited imaging systems
RU153686U1 (en) * 2014-12-30 2015-07-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ) DEVICE FOR FORMING A PHOTON JET WITH AN INCREASED FOCUS DEPTH
RU155915U1 (en) * 2014-12-30 2015-10-20 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий " (ФГБОУ ВО "СГУГИТ") DEVICE FOR PHOTON JET FORMATION
WO2016020831A1 (en) * 2014-08-06 2016-02-11 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) System for optical detection and imaging of sub-diffraction-limited nano-objects
RU171360U1 (en) * 2016-12-12 2017-05-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ) Scanning device based on Nipkov disk with subdiffraction resolution in millimeter, terahertz, infrared and optical wavelength ranges
RU2631006C1 (en) * 2016-10-26 2017-09-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ) Method for forming image of objects with subdiffraction resolution in millimetric, terahertz, infrared and optical ranges of wave lengths

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4549204A (en) * 1981-11-26 1985-10-22 The Secretary Of State For Defence In Her Britannic Majesty's Government Of The United Kingdom Of Great Britain And Northern Ireland Diffraction limited imaging systems
WO2016020831A1 (en) * 2014-08-06 2016-02-11 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) System for optical detection and imaging of sub-diffraction-limited nano-objects
RU153686U1 (en) * 2014-12-30 2015-07-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ) DEVICE FOR FORMING A PHOTON JET WITH AN INCREASED FOCUS DEPTH
RU155915U1 (en) * 2014-12-30 2015-10-20 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий " (ФГБОУ ВО "СГУГИТ") DEVICE FOR PHOTON JET FORMATION
RU2631006C1 (en) * 2016-10-26 2017-09-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ) Method for forming image of objects with subdiffraction resolution in millimetric, terahertz, infrared and optical ranges of wave lengths
RU171360U1 (en) * 2016-12-12 2017-05-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ) Scanning device based on Nipkov disk with subdiffraction resolution in millimeter, terahertz, infrared and optical wavelength ranges

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU192565U1 (en) * 2019-04-18 2019-09-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ) Laser welding device with laser radiation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wu et al. Non–line-of-sight imaging over 1.43 km
RU2631006C1 (en) Method for forming image of objects with subdiffraction resolution in millimetric, terahertz, infrared and optical ranges of wave lengths
Yue et al. A millimetre-wave cuboid solid immersion lens with intensity-enhanced amplitude mask apodization
Niu et al. Diffractive elements for zero-order Bessel beam generation with application in the terahertz reflection imaging
CN107421910B (en) Terahertz strong field system of ultrashort pulse pump based on wave surface inclination method
O'Hara et al. Quasi-optic synthetic phased-array terahertz imaging
KR20130064684A (en) Terahertz continuous wave system and three dimension imaging abtainning method thereof
Shi et al. High-resolution underwater single-photon imaging with Bessel beam illumination
Wang et al. Tomographic imaging with a terahertz binary lens
RU184988U1 (en) Imaging device
RU2694123C1 (en) Method of forming images of objects with sub-diffraction resolution in millimeter, terahertz, infrared and optical wavelength ranges
Minin et al. Improvement of a point-contact detector performance using the terajet effect initiated by photonics
Jennewein et al. Propagation of light through small clouds of cold interacting atoms
RU182458U1 (en) Device for imaging objects with subdiffraction resolution in the millimeter, terahertz, infrared and optical wavelength ranges
CN106707288A (en) Terahertz difference frequency source remote active detection system
RU171360U1 (en) Scanning device based on Nipkov disk with subdiffraction resolution in millimeter, terahertz, infrared and optical wavelength ranges
RU163674U1 (en) DEVICE FOR SEWERAGE AND SUBWAVE FOCUSING OF ELECTROMAGNETIC WAVES
RU2570055C1 (en) Infrared catadioptric lens
RU2777709C1 (en) Method for forming images of objects with subdiffraction resolution and high contrast
Sua et al. Quantum 3D imaging through multiscattering media of 10 optical depth
JP2020166061A (en) Optical scanning device
KR100876359B1 (en) Optical imaging system based on coherence frequency domain reflectometry
Volkov et al. Aspherical single-lens objective for radio-vision systems of the millimeter-wavelength range
Cartwright Defeating diffraction
CN206411268U (en) Terahertz difference frequency source remote distance active detection system