Способ анализа волновых фронтов светового поля

 

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 Фурьераспределения 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК йв нп (50 4 G 06 G 9/00 G Oi R 23/17

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ХОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬП ИЙ (21) 4240324/24-21

I (22) 05.05,87 (46) 07.12.88. Бюл. 1!р 45

{7!).Ленинградский электротехнический институт связи им, проф. М.А.БончБруевича (72) В.3. Гуревич, Э .И. Крупицкий, Т.А. Кудрина, С.В. Морозов и Т.Н. Сергеенко (53) 681.3(088.8) (56) Обратные задачи в оптике/Под ред. Г.П. Болтса. — М.: Машиностроение, 1984, с. 22.

Сороко Л.М. Основы голографии и когерентной оптики. — М.: Наука, 1971, с. 408. (54) СПОСОБ АНАЛИЗА ВОЛНОВЫХ ФРОНТОВ

СВЕТОВОГО ПОЛЯ

{57) 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 1, 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 Фурьераспределения светового поля по координатным направлениям, регистрация

I интенсивности преобразованного поля по тем же направлениям вместе с реги- Е страцией интенсивности исходного светового поля с последующей обработкой по формулам снимают характерные С» для преобразования Гильберта, составляющего сущность прототипа, ограни" чения на вид амплитудного распределения исходного поля и повышают точ" ность анализа в 5-6 раэ. 2 ил.!

443012

1О

1 ь 1, Д (- 1 47, (Л У4 ) -к .) У ) 1 1 (- 1 ) г — f . з

3x(; с .:.„;х,у, ) у у, ) поля з случае ссушествления амплитуднофазового преобразовав ния по одномp коордР— натнсГ1у напр;:зле",. Г. ю (УРИ 5):, Изобретение относится к оптической обработке информации, адаптивной оптике и предназначено для использования в задачах определения и коррек-ции волновых фронтон светового поля.

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

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

Устройство фиг.l содержит последовательно расположенные оптически связанные линзу 1, дифракционную решетку 2, расположенную от линзы 1 на расстоянии„ меньшем ее фокусного расстояния, на трех оптических выходах дифракционной решетки образуются на фокусном расстоянии от линзы 1 три спектральных распределения, соответствующих преобразованию Фурье от исходного распределения, поступающего на вход устройства; первый onòè÷åñкий выход дифракционной решетки 2 на фокусном расстоянии от линзы связан с оптическим входом первого амплитудно-фазового транспаранта 3, расположенного в передней фокальной плоскости линзы ч, осуществляющей обратное преобразование Фурье, сптический выход которой связан с оптическим входом первого устройства 5 регистрации интенсивности (УРИ), электрический выход которого связан с первым электрическим входом блок=. 6 электронной обработки (БЗО): второй оптический выход дифракционной решетки 2 через линзу 7, осуществляющую обратное преобразование Фурье, .вязан с оптическим входом второго УРИ где T„(x,ó,) — интенсивность исходного светового поля ,(УРИ 8) 1 (х у ) — интенсивность пре :бра зозанного светового

8, электрический выход которого связан с вторым электрическим входом

БЗО 6; третий оптический выход дифракционной решетки 2 з плоскости спектрального распределения связан с оптическим входом второго амплитудно фазового транспаранта 9, расположенного з передней фокальной плоскости линзы 10, осуществляющей обратное преобразование Фурье, оптический выход которой связан с оптическим входом третьего УРИ il, электрически выход которого связан с третьим электрическим входом БЗО 6.

Способ анализа волновых фронтов светового поля осуще= òâëÿåòñÿ з этом устройстве следующим образом. Линза

1 осуществляет прямое преобразование

Фурье исходного распределения волнозого поля, дифракционная решетка 2 осуществляет расшепление преобразуемого по Фурье светового поля-на три канала, з двух из которых, соответствующих каналам Р,, Р„ и Р„Р, осуществляется операция дифференцирования Но взаимно-перпендикулярным координатным направле..ням с noмощ:;: амплитудно-фазовых транс. .орантоз 3 и 9, в третьем канале ЄРосущестзляется;;åðåíîñ распределения светового поля из плоскости Р з плос1 кость Р с коэффициентом ослабления, определяемым дифракционной эффективностью дифракционной решетки 2. Пер— вое 5, второе 8 и третье ll устройства регистрации интенсивности обеспечивают измерение интенсивностей

I<(x у ) — первое УРИ 8, Т (и .; ) второе УРИ 5 и I (x.,у„) — третье

УРИ ll, с помощью которых з блоке 6 электронной обработки (БЗО) зь:числяются производные фазы (наклон золновогo фронта светового поля,. no форм/J4HM

:3

1443О1 и 2 (x у — интенсивность преобразованного светового поля в случае осуществления амплитудно5 фазового преобразования »о другому координатному направлению (УРИ ii); с — постоянный .множитель, учитывающий амплитудный коэффициент передачи оптической системы.

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

Устройство по фиг, 2 отличается от устройства по фиг.1 тем, что расщепление светового пучка на три канала осуществляется с помощью двух пблупрозрачных зеркал. Кроме того, световой пучок в канале, обеспечивающем измерение исходной интенсивности 25

? (х,у, ), не претерпевает прямого и обратного преобразований Фурье, а прямо попадает на первое устройство регистрации интенсивности.

Устройство, изображенное на фиг.2, Зп содержит оптически связанные первое полупрозрачное зеркало (ППЗ) 1, один оптический выход которого связан с оптическим входом линзы 2, а второй— с оптическим входом первого устройст- 3 ва 3 регистрации интенсивности (УРИ), электрический выход которого связан с первым электрическим входом блока

4 электронной обработки (БЭО). Оптический выход линзы 2 связан с оптическим входом второго ППЗ 5, первый оптический выход которого связан с оптическим входом первого амплитуднофазового транспаранта 6, расположенного в зад ей 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 SO 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- 55 женного в задней фокальной плоскости линзы 2 и в передней фокальной плоскости линзы 1О, осуществляющей обратное преобразование Фурье, оптический

4 выход которой связан с <-:»тическим входом третьего УРИ 11, электрический выход которого соединен с третьим входом БЭО

Способ в этом устройстве осуществляется следу-ющим образом.

Исходное световое распределение попадает на первое ППЗ 1, расщепляется на дв. : пучка, один из которых попадаея в: 1ервое УРИ 3, фиксирующее распределение интенсивности Т<(х у ) с учетом коэффициента отражения первого ППЗ 1, а второй преобразуется по

Фурье линзой 2 и проходит через 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 Фурье линзой 7 и полученное распределение интенсивности I (x у ) фиксируется вторым УРИ 8 (этот канал обеспечивает дифференцирование исходного светоього поля по одному из координатных направлений), а второй

nó÷oê в фокальной плоскости линзы 2 преобразуется вторым амплитудно-фазовым транспарантом 9, затем претерпевает обратное преобразование Фурье линзой iО и полученное распределение интенсивности I (õ ó ) фиксируется с помощью третьего УРИ 1! (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 форму1 лам (1) и (2} осуществляется расчет с, (x, y, ), а по ним определяется фазовое распределение светового поля

q,(х,у,}.

Дополнительные по отношению к известному способу операции линейного амплитудного преобразования Фурьераспределения светового поля по координатным направлениям, регистрация интенсивности преобразованного поля по тем же направлениям вместе с регистрацией интенсивности исходного светового поля с последующей Ьбрабогкой 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.

4Х, (х, У, } Хг(хгУг ) -с (j- (х У ) дх, 2с Х1 x4,ó, где Х,(х1у1)—

Хг(хгуг ) Х.(ху ) ВНИИПИ Заказ 6386/46: Тираж 704 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная„ 4

5 144301

Формула изобретения

Способ анализа волновых фронтов светового поля, заключающийся в том, что осуществляют Фурье-преобразование б светового поля, фаэовое преобразование полученного спектрапьного распределения поля, регистрацию интенсивности преобразованного светового рас- g

;пределения, отличающийся тем, что, с целью повьппения точности анализа и расширения функциональных возможностей обеспечения анализа волновых фронтов .светового поля с произ- 15 интенсивность исходно- 26

ro светового поля; интенсивность резуль-. тирующего светового поля, полученного в результате осуществления всех перечисленных операций с линейным амплитудным и фазовьгм преобразованиями по одному координатному направлению; интенсивность резуль- " тирующего светового поля, полученного в

2 6 вольным амплитудным распределением, производят регистрацию интенсивности исходного светового поля, после Фурье-преобразования светового поля осуществляют линейное амплитудное

Преобразование спектрального распределения поля по координатным направлениям, причем регистрацию интенсивностей преобразованного светового поля осуществляют по этим же координатным направлениям, после чего наклоны волнового фронта светового поля по координатным направлениям определяют по формулам результате осуществления всех перечисленных операций с линейным амплитудным и фазовьп преобразованиями по другому координатному направлению, с - постоянный множитель, учитывающий амплитудный коэффициент пере-, дачи оптической системы, а по наклонам определяют фаэовое распределение светового поля °