Применение метода спектральной селекции для анализа пространственных неоднородностей в светорассеивающих и люминесцирующих средах

   Цель исследования. Апробация метода спектральной селекции с использованием узкополосных интерференционных фильтров для анализа пространственных неоднородностей в светорассеивающих и люминесцирующих средах на примере астрофизических объектов различной природы.

   Методы. Исследования проводились с использованием специализированного оптического комплекса на основе цветной охлаждаемой ПЗС-камеры QHY 533c и селективного интерференционного фильтра Svbony SV220 (линии Hα и OIII). Применялись две оптические схемы: широкопольная конфигурация с телеобъективом 200 мм f/4 для изучения крупномасштабной структуры и высокорешающая конфигурация с астрографом Askar FRA 500 (500 мм f/5,6) для детального анализа морфологии. Для обработки данных использовалось специализированное программное обеспечение с реализацией алгоритмов фотометрической калибровки и мозаичного сложения.

   Результаты. Для люминесцирующей среды (IC 1805) получено пространственное разрешение ~0,04 пк/пиксель, позволившее идентифицировать структуры протяженностью в десятки тысяч а. е. и оценить динамическое давление звёздного ветра (~10^-11 Па). Для светорассеивающей среды (LBN 667) достигнуто разрешение ~600 а. е./пиксель, что обеспечило выявление волокнистых структур субзвёздного масштаба (<0,1 пк). Показана способность метода к селективному картированию различных компонентов среды с контрастом > 90 %.

   Заключение. Метод спектральной селекции демонстрирует высокую эффективность для диагностики пространственных неоднородностей и может быть адаптирован для решения задач материаловедения, включая анализ люминесцирующих покрытий, контроль дефектов в прозрачных средах и неразрушающий контроль многослойных структур. Перспективным направлением является разработка специализированных интерференционных фильтров для конкретных технологических применений.

1. Третьяков В.В., Карпушкин С.В. Неразрушающий контроль микроструктуры композиционных материалов современными оптическими методами // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2021. Т. 87, № 3. С. 45–53. doi: 10.26896/1028-6861-2021-87-3-45-53.

2. Осколкова К.И., Фролов Д.Ю. Люминесцентные методы анализа дефектов в наноструктурированных покрытиях // Вестник Московского университета. Серия 2: Химия. 2020. Т. 61, № 4. С. 254–261. doi: 10.3103/S0027131420040067.

3. Smirnov A.N., Petrov V.G. Non-destructive testing of structural inhomogeneities in transparent ceramics using light scattering tomography // Journal of the European Ceramic Society. 2022. Vol. 42, is. 4. P. 1359–1367. doi: 10.1016/j.jeurceramsoc.2021.12.022.

4. Johnson K.L., Brown M.P. Imaging of phase boundaries and defect structures in functional nanomaterials // Materials Characterization. 2019. Vol. 158. P. 109–117. doi: 10.1016/j.matchar.2019.109117.

5. Иванов А.А., Сидоров Д.В. Методы подавления фонового излучения при люминесцентной микроскопии высокого разрешения // Оптика и спектроскопия. 2021. Т. 129, № 5. С. 612–619. doi: 10.21883/OS.2021.05.50988.34-21.

6. Macleod H.A. Thin-film optical filters. 4^th ed. CRC Press, 2010. 792 p. doi: 10.1201/9781420073027.

7. Волков П.В., Белов М.Л. Современные интерференционные светофильтры для задач спектральной селекции // Приборы и техника эксперимента. 2018. № 5. С. 112–118. doi: 10.7868/S0032816218050174.

8. Smith J., Johnson K. High-contrast imaging techniques for luminescent materials analysis // Materials Characterization. 2020. Vol. 165. P. 110–118. doi: 10.1016/j.matchar.2020.110118.

9. Fedorov A.V., Volkov P.V. Nanotechnology approaches in modern interference filters design // Journal of Nanomaterials. 2022. Vol. 15, no. 3. P. 112–125. doi: 10.1155/2022/4567891.

10. The One-hundred-deg² DECam imaging in narrowbands (ODIN): Survey design and science goals / K.-S. Lee, E. Gawiser, C. Park , Y. Yang, F. Valdes, D. Lang // The Astrophysical Journal. 2024. Vol. 962, no. 2. P. 163–178. doi: 10.3847/1538-4357/ad165e.

11. Narrowband Lyman-continuum imaging of galaxies at z ∼ 2.85 / R.E. Mostardi, A.E. Shapley, D.B. Nestor, C.C. Steidel, N.A. Reddy, R.F. Trainor // The Astrophysical Journal. 2013. Vol. 779, no. 1. P. 65–74. doi: 10.1088/0004-637X/779/1/65.

12. Chen L., Wang H., Zhang Y. Optical diagnostics of plasma streams in surface treatment technologies // Surface and Coatings Technology. 2021. Vol. 405. P. 126–134. doi: 10.1016/j.surfcoat.2020.126534.

13. Григорьев Е.И., Соколов А.С. Спектрально-люминесцентные методы исследования легированных оксидных наноматериалов // Журнал прикладной спектроскопии. 2019. Т. 86, № 2. С. 245–251. doi: 10.1007/s10812-019-00806-3.

14. Kuznetsov V.I., Fedorov A.A. Visualization of thermal fields in transparent media using Raman scattering spectroscopy // Quantum Electronics. 2017. Vol. 47, no. 9. P. 831–837. doi: 10.1070/QEL16345

15. Kuznetsova E.V., Smirnov I.P. Defect analysis in multilayer optical coatings using spectral imaging // Optical Materials Express. 2021. Vol. 11, no. 7. P. 2045–2058. doi: 10.1364/OME.424567.

16. Johnson M.K., Thompson R.L. Non-destructive testing of functional materials by spectral contrast enhancement // Materials Characterization. 2023. Vol. 195. P. 112532. doi: 10.1016/j.matchar.2022.112532.

17. Hubble space telescope WFPC2 Imaging of M16: Photoevaporation and emerging young stellar objects / J.J. Hester, P. Scowen, R. Sankrit, T.R. Lauer, E.A. Ajhar, W.A. Baum // The Astronomical Journal. 1996. Vol. 111. P. 2349–2357. doi: 10.1086/117968.

18. Predictions for mass-loss rates and terminal wind velocities of massive O-type stars / L.E. Muijres, J.S. Vink, A. de Koter, P.E. Mueller, N. Langer // Astronomy & Astrophysics. 2011. Vol. 526. P. 106–115. doi: 10.1051/0004-6361/201015712.

19. An optical and infrared photometric study of the young open cluster IC 1805 in the giant H II region W4 / H. Sung, M.S. Bessell, M.-Y. Chun, J. Yi, Y. Naze, B. Lim [et al.] // The Astrophysical Journal. 2017. Vol. 836, no. 1. P. 61–75. doi: 10.3847/1538-4357/836/1/61.

20. Petrov V.G., Sokolov A.A. Laser-matter interaction: from astrophysical processes to materials processing applications // Journal of Applied Physics. 2022. Vol. 131, no. 15. P. 150901. doi: 10.1063/5.0083456.

21. Compact strange stars with a medium dependence in gluons at finite temperature / M. Bagchi, S. Ray, M. Dey, J. Dey // Astronomy & Astrophysics. 2006. Vol. 450, no. 2. P. 431–435. doi: 10.1051/0004-6361:20053732.

22. Dobashi K. Atlas and catalog of dark clouds based on the 2 Micron All-Sky Survey // Publications of the Astronomical Society of Japan. 2005. Vol. 57, no. SP1. P. S1–S386. doi: 10.1093/pasj/57.sp1.S1.