Способ анализа волновых фронтов светового поля Советский патент 1988 года по МПК G06G9/00 G01R23/17 

Изобретение относится к оптической -обработке информации, адаптивной оптике. Цель изобретения - повышение точности анализа волновых фронтов светового поля и обеспечение возможности анализа волнового фронта светового поля с произвольным амплитудным распределением. Устройство, реализующее способ, содержит последовательно расположенные оптически связанные линзу I, дифракционную решетку 2, амплитудно-фазовые транспаранты 3 и 9, расположенные в передней фокальной плоскости линз 4 и 10, устройства 5 , 8 и 11 регистрации интенсивности, блок 6 электронной обработки, линзу 7. Дополнительные по отношению к способу-прототипу операции линейного амплитудного преобразования Фурье- распределения светового поля по координатным направлениям, регистрация интенсивности преобразованного поля по тем же направлениям вместе с регистрацией интенсивности исходного светового поля с последующей обработкой по формулам снимают характерные для преобразования Гильберта, составляющего сущность прототипа, ограничения на вид амплитудного распределения исходного поля и повышают точность анализа в 5-6 раз. 2 ил. (Л

V

1U

Изобретение относится к оптичес- кой обработке информации, адаптивной оптике и предназначено для использования в задачах определения и коррекции волновых фронтов светового поля.

Целью изобретения является повышение точности анализа волновых фронтов светового поля и обеспечение возможности анализа волнового фронта светового поля с произвольньм амплитудным распределением.

На фиг. 1 и 2 представлены схематично устройства, реализуюпше способ анализа волновых фронтов светового поля.

Устройство фиг. содержит последовательно расположенные оптически связанные линзу 1 , дифракционнуго решетку 2, ра сположенную от линзы 1 на 20 ФУРье исходного распределения волне- расстоянии, меньшем ее фо-кусного рас- вого поля, дифракционная решетка 2 стояния, на трех оптических выходах дифракционной решетки образ-уются на фокусном расстоянии от линзы 1 три спектральных распределения, соответствующих преобразованию Фурье от исходного распределения, поступающего на вход устройства; первый оптический выход дифракционной решетки 2 на фокусном расстоянии от линзы связан с оптическим входом первого амплитудно-фазового транспаранта 3, расположенного в передней фокальнс й плоскости линзы 4, осуществляющей обратное преобразование Фурье, спти- ческий выход которой связан с оптическим входом первого устройства 5 регистрации интенсивности (УРИ), электрический выход которого связан

осуществляет расщепление преобразуемого по Фурье светового поля-на три канала, в двух из которых, соответ25 ствующих каналам Р.. Рч и , осуществляется операция дифференцирования по взаиа но-перпендикулярным координатньм направлениям с помощь о амплитудно-фазовых транспорантоз 3

30 и 9, в третьем канале Р, Р- осуществляется перенос распределения светового поля из плоскости Р. . в плоскость Р с коэффициентом ослабления, оиределяемьпг дифракционной эффектив е дифракционной решетки 2. Первое. 5s второе 8 и третье И устройст- ,ва регистрации интенсивности обеспечивают измерение, интенсивностей

I, (, ) - первое УРИ 8, I,

с первым электрическим входом блока 5 Qвторое УТИ 5 и 1(,,) - третье

электронной обработки (БЗО); вторейУРИ II, с помощью которых в блоке 6

оптический выход дифракционной решет-электронной обработки (ВЭО) вычисля.ки 2 через линзу 7, осуществляющуюются производные фазы {наклон волнообратное- преобразование Фурье, связан с оптическим входом второго yPJ l

(

TyJ

У

2с

где 1,(х,у-, ) - интенсивность исходного светового поля {(УРИ 8):

i(x,y.,)

- интенсивность преобрг зованного светового

5

8, электрический выход которого связан с вторым электр1- ческим входом БЭО 6; третий оптический выход дифракционной решетки 2 в плоскости спектрального распределения связан с оптическим входом второго амплитуд- но- фазового транспаранта 9, расположенного в передней фокальной плоскости линзы 10, осуществляющей обратное преобразование Фурье, оптический выход которой связан с оптическим входом третьего УРИ i 1 , электрически( выход которого связан с третьим электрическим входом БЭО 6.

Способ анализа волновых фронтов светового поля осуществляется в sTOiM устройстве следующим образом. Линза 1 осуществляет прямое преобразование

ФУРье исходного распределения волне- вого поля, дифракционная решетка 2

осуществляет расщепление преобразуемого по Фурье светового поля-на три канала, в двух из которых, соответствующих каналам Р.. Рч и , осуществляется операция дифференцирования по взаиа но-перпендикулярным координатньм направлениям с помощь о амплитудно-фазовых транспорантоз 3

и 9, в третьем канале Р, Р- осуществляется перенос распределения светового поля из плоскости Р. . в плоскость Р с коэффициентом ослабления, оиределяемьпг дифракционной эффективнос ью дифракционной решетки 2. Первое. 5s второе 8 и третье И устройст- ва регистрации интенсивности обеспечивают измерение, интенсивностей

ФУРье исходного распределения вол вого поля, дифракционная решетка

I, (, ) - первое УРИ 8, I,

второе УТИ 5 и 1(,,) - третье

вого фронта светового поля; по фор(2)

поля в случае ocyaje- ствления амплитудно- фазового преобразования по (5дчому координатному Hanp. JBj iefiFTO (УРИ 5) :,

1-(х,у,,) - интенсивность преобразованного светового поля в случае осуще- ствления амплитудно- фазового преобразования по другому натному направлению (УРИ 11);

с - постоянный -множитель, учитывающий амплитуд- ньш коэффициент передачи оптической системы.

По значениям производных фазы по обоим координатным направлениям определяется фазовое распределение светового поля.

Устройство по фиг. 2 отличается от устройства по фиг.1 тем, что рас- щепление светового пучка на три канала осуществляется с помощью двух полупрозрачных зеркал. Кроме того, световой пучок в канале, обеспечивающем измерение исходной интенсивности I ( ), не претерпевает прямого и обратного преобразований Фурье, а прямо попадает на первое устройство ре1:истрации интенсивности.

Устройство, изображенное на фиг.2 содержит оптически связанные первое полупрозрачное зеркало (ППЗ) 1, один оптический выход которого связан с оптически ; входом линзы 2, а второй с оптическим входом первого устройст

ва 3 регистрации интенсивности (УРИ) электрический выход которого связан с первым электрическим входом блока 4 электронной обработки (ВЭО). Оптический выход линзь 2 связан с опти- часким входом второго ППЗ 5, первый оптический выход которого связан с оптическим входом первого амплитудно- фазового транспаранта 6, расположенного в задней фокальной плоскости .линзы 2 и в передней фокальной плоскости линзы 7, осуществляющей обратное преобразование Фурье, оптический выход которой связан с оптическим входом второго УРИ 8, электрический выход которого связан с вторым электрическим входом БЭО 4. Второй оптический выход второго ППЗ 5 связан с оптическим входом второго амплитудно-фазового транспаранта 9, располо- женного в задней фокальной плоскости линзы 2 и в передней фокальной плоскости линзы 1 О, осуществляющей обратное преобразование Фурье, оптический

Q

5

0 5

о

5

Q g 0 g

2

выход которой свля;;н с оптическим входом третьего УРН 11, электрический выход которого соединен с третьим входом БЭО 4.

Способ в этом устройстве осуществляется следующим образом.

Исходное световое распределение попадает ка первое ППЗ 1, расщепляется на двг: пучка, один из которых попадает ) первое УРИ 3, фиксирующее распределение интенсивности I, (. ) с учетом коэффициента отражения первого ППЗ 1, а второй преобразуется по Фурье линзой 2 и проходит Heptes второе ППЗ 5, расщепляющее его на два пучка, один из которых в фокальной плоскости линзы 2 преобразуется первым амплитдуно-фазовым транспарантом 6, претерпевает обратное преобразование линзой 7 и полученное распределение интенсивности 1(у ) фиксируется вторым УРИ 8 (этот канал обеспечивает дифференцирование исходного светового поля по одному из координатных направлений), а второй в фокальной плоскости линзы 2 преобразуется вторым амплитудно-фазовым транспарантом 9, затем претерпевает обратное преобразование Фурье линзой 10 и полученное распределение интенсивности 1Лу.у) фиксируется v. с помощью третьего УРИ 11 (этот канал обеспечивает дифференцирование исходного светового поля по другому координатному направлению).

Электрические сигналы с первого 3, второго 8 и третьего 11 УРИ поступают на первый, второй и третий электрические входы БЭО 4, где по формулам (l) и (2) осуществляется расчет f«()) а по ним определяется фазовое распределение светового поля Cf, (x,yj.

Дополнительнь е по отношению к известному способу операции линейного амплитудного преобразования Фурье- распределения светового поля по координатным направлениям, регистрация интенсивности преобразованного поля по тем же направлениям вместе с регистрацией интенсивности исходного светового поля с последующей ьбра- богкой по формулам (1) и (2) снимают характерные для преобразования Гильберта, составляющего сущность прототипа, ограничения на вид амплитудного распределения исходного поля и повышают точность анализа в 5-6 раз.

ормула и

5

3 о

1443012

бретения

во пр ис рь ос Пр де ле

Способ анализа волновых фронтов светового поля, заключающийся в том, что осуществляют Фурье-преобразование светового поля, фазовое преобразование полученного спектрального распределения поля, регистрацию интенсив-ности преобразованного светового рас- ю ностей преобразованного светового

пределения/ отличающийся тем, что, с целью повышения точности анализа и расширения функциональных возможностей обеспечения анализа волполя осуществляют по этим же коорд натным направлениям, после чего на клоны волнового фронта светового п по координатным направлениям опред

новых фронтов.,светового поля с произ- 15 ляют по формулам

9tf(x«y )

Г я TZ 41Дх,2/-, )1(хгУ4)-с д 1,(х,у, )J

2с I.

41, (Х, у, )1}(Х2У4 )-С

2с 14 (х,у, )

де l ,(, ) г У-гУг

интенсивность исходного светового поля; интенсивность резулы тирующего светового поля, полученного в результате осуществления всех перечисленных операций с линейньм амплитудным и фазовым преобразованиями по одному координатному Направлению;

.) - интенсивность результирующего светового поля, полученного в

LLU

,-.

b

вольным амплитудным распределением, производят регистрацию интенсивности исходного светового поля, после Фу- , рье-преобразования светового поля осуществляют линейное амплитудное Преобразование спектрсшьного распределения поля по координатш 1м йаправ- лениям, причем регистрацию интенсивполя осуществляют по этим же координатным направлениям, после чего наклоны волнового фронта светового поля по координатным направлениям опреде2с I.

1

Дх,У, )

2с 14 (х,у, )

результате осуществления всех перечисленных операци1Й с линейньм амплитудным и фазовьп преобразованиями по другому координатному направлению;

с - постояшяый множитель, учитывающий амплитудный козсЬфициент пере-, дачи оптической сие- , темы,

а по наклонам определяют фазовое расределение светового поля.