Математическое моделирование оптических систем анализа и коррекция волнового фронта автореферат диссертации для написания диплома, курсовой работы, тема для доклада и реферата

Автор: misdoctor  :  Рубрика: Офтальмология
Математическое моделирование оптических систем анализа и коррекция волнового фронта автореферат диссертации для написания диплома, курсовой работы, тема для доклада и реферата

Каленков Сергей Геннадьевич, 1998, 01. 04. 04 Физическая электроника оптике пространственное распределение амплитуды изображения либо модуляция интенсивности-только одна из форм кодировки инфы. Фаза светового поля, и функция когерентности приходят также ценными информативными параметрами.

С внедрением в современную индивидуальных компов, тот или другой, по-существу, замерзли долею самой оптической порядка, возникли новейшие способности применять эти характеристики для целого линии практических употреблений. В нынешнее время определился круг задач, связанных с необходимостью пространственной модуляцией фазы. Сначала -это задачки компенсации фазовых искажений, возникающих в оптических порядках. Так, к примеру, при распространении лазерного в неоднородной среде волновой фронт испытывает приметные преломления.

При всем этом, в одних вариантах источником искажений приходит функциональная среда самого (к примеру, в массивных газодинамических ), а в остальных — оптический просвет меж излучателем и приемником. Поправить сходственного рода преломления можнож только методом корректировки фазы светового поля с поддержкою соответственной адаптивной оптической порядка. Обычный пример такового рода корректировки фазы линейной адаптивной порядком состоит в последующем. Плоская волна проходит спустя неоднородную атмосферу и попадает на точечную, тот или другой приходит источником сферических волн.

Опосля двухкратного прохождения спустя атмосферу начальная волна приметно искажается. Преломления фронта измеряются гетеродинным приемником. С поддержкою оптической порядка с обратной касательством сигнал с, пропорциональный фазе искаженной волны, подается на фазовращатели, сделанные на ячейках. Фазовращатели сформировывают волну, сопряженную искаженной волне.

Опосля еще одного прохождения спустя атмосферу переизлученная волна будет сходящейся на точечной мишени. Это правосудно лишь в том случае, иногда соответствующие эпохи атмосферных аберраций максимум преимущественно медли прохождения излучения спустя атмосферу до и обратно, а также медли обработки инфы о фазе волны. В множество этого быстродействие анализатора волнового фронта и его точность, решающим образом влияет на службу адаптивной порядка. Иной круг задач, связанный с анализом и корректировкой фазового фронта электромагнитного излучения, связан с лазерной техникой.

Отлично понятно, что неоднородность функциональной среды снутри лазерного приводит к существенному понижению мощности выходного излучения. Сразу происходит и резкое понижение направленности генерируемого лазерного излучения. В итоге его угловая граница. В крайние годы интенсивно разрабатываются способы функционального воздействия на процессы лазерной генерации,связанные, в частности, с обращением волнового фронта ( ) на глухом зеркале резонатора.

Развивающиеся на неод-нородностях функциональной среды преломления волнового фронта в критериях ОВФ компенсируются при обратном проходе резонатора. Идет особо отметить принципиальное превосходство применения ОВФ для формирования лазерных пучков по сопоставлению с вышеупомянутыми линейными адаптивными порядками. При употреблении ОВФ в порядку отсутствуют этакие компоненты, как корректор и анализатор волнового фронта. В множество этого этакие порядка владеют высочайшим разрешением и маленьким порой реакции, недосягаемым с поддержкою адаптивных установок линейного вида.

Совместно с тем операция ОВФ часто не оптимальна с точки зрения нужной компенсации весднородностей и, не считая того, что самое основное, надлежащие установки трудны в реализации и в неких вариантах не обеспечивают вероятность нужной корректировки искажений. В множество этого, развитие техники ОВФ не исключает употребление обычных управляемых оптических частей в порядках корректировки лазерного излучения. Внедрение идущих в ногу со временем компов в адаптивную оптику, привело к тому, что сам комп, действующий в режиме настоящего медли, стал неотъемлемой долею адаптивной порядка. Это прикладывает определенные запроса на аппаратурную реализацию способов и средств анализа волнового фронта: она обязана иметься совместимой с надлежащими вычислительными способами.

В следствие этого разработка способов анализа волнового фронта и математическое моделирование соответственных им анализаторов волнового фронта непременно приходит принципиальной и актуальной задачей. содержится, как понятно, в исследовании процесса распространения электромагнитного излучения по данным источникам либо. Сответственно, обратная задачка в самой корпоративной постановке состоит в нахождении черт источников либо по предоставленным регистрируемого излучения. Вывод обратной задачки значит нахождение таковых функций источников, тот или другой бы подходили приобретенным начальным предоставленным и согласовались с так именуемой априорной информацией, исходящей, к примеру, из корпоративных физических законов, либо из экспериментальных предоставленных.

В сути, физическая база самой способности возобновления волнового фронта (пространственного распределения фазы) связана с тем, что величины объектного и полей соединены преображением Фурье, потому комплексная амплитуда волнового поля в фурье-штоскости приходит аналитической функцией. При всем этом объектное поле можнож разглядывать как некое граничное договор, влияющее на нрав распространения комплексной амплитуды волнового поля. Обычно, условно объектного поля можнож указать некую априорную информацию, тот или другой оказывается достаточной, для того чтоб определить класс функций,обрисовывающих волновое поле с однозначно взаимозависимыми амплитудой и фазой. В различное пора имелись предложены некие методы возобновления комплексной амплитуды и фазы объектного поля по его картине.

Это итерационные, рекурсивные, методы употребляющие амплитудно- фазовую касательство и остальные. Актуальность исследований связанных с данной неувязкой, несомненна, потому что во почти всех областях науки и техники таковых как рентгеноструктурный анализ, теория, астрономия, оптическая локация и целый класс задач возникает неувязка извлечения инфы о объекте по его дифракционной картине, зарегистрированной в некой плоскости регистрации. Благодаря новеньким способностям, явившимся в нынешнее время в отношения с развитием когерентной и вычислительной в данной области достигнут значимый прогресс. Главными параметрами, определяющими свойства полей, приходят длина волны, амплитуда, фаза, поляризация и когерентность.

Разные разделы физической оптики и бессчетные ее научно-технические прибавления, к примеру, этакие как спектроскопия, фотомет- рия и интерферометрия основаны на употреблении инфы, связанной с каждым из перечисленных выше характеристик. Но до реального медли когерентность как информативный физический параметр деятельно употреблялась лишь в Фурье-спектроскопии и астрономических наблюдениях (звездная интерферометрия). Функция когерентности покоряется уравнению, что в принципе, дозволяет рассчитывать на теория аналогов тех разделов физической оптики и оптико-физических измерений, в тот или другой проявляется природа света, а информативными параметрами приходят модуль и фаза комплексной функции временной и пространственной когерентности. Анализ литературных предоставленных указывает, что в ближайшее время возникают желая и немногочисленные публикации, в тот или другой предлагаются новейшие, нетрадиционные способы физической оптики и оптико-физических измерений и согласно новейшие области их внедрения, где когерентность света (либо комплексная функция когерентности светового поля) употребляется как главной информативный параметр.

Исследование фазовых объектов в отчасти света, этакие как, к примеру, образование спекл гула. Вследствие этого отчасти освещение объекта во почти всех вариантах существенно удобнее, потому разработка и исследование соответственных алгоритмов и способов, употребляющие когерентность как информативный параметр представляет из себя актуальную как в практическом, так и в теоретическом отношении задачку. Мишень диссертационной службы состояла в разработке и численном моделировании совокупы способов анализа и корректировки волнового фронта, тот или другой дозволили бы расширить многофункциональные способности когерентных оптических порядков регистрации и обработки инфы. В согласовании с поставленной целью в службе решаются последующие задачки: разработка и исследование способа анализа и синтеза волновых полей, основанного на разложении комплексной амплитуды поля по порядку ортогональных Уолш-транспарантов; разработка и исследование измененного итерационного метода возобновления фазы по знаменитому амплитудному распределению, оценка воздействия гулов разной природы на точность возобновления; разработка и исследование способа возобновления фазы, в тот или другой роль информативного параметра играет функция временной и пространственной когерентности; разработка и исследование оптически управляемых частей корректировки волнового фронта для адаптивных оптических порядков с оптической обратной касательством.

Френеля. Обширно употреблялись способы Фурье -анализа (разложение комплексной амплитуды волнового поля по гармоническим функциям), а также разложение комплексных амплитуд по ортогональной порядку бинарных функций Уолша. Математические модели оптической схемы возобновления фазы способом фазовых шагов представлены в безразмерной форме и выполнены на АТ386. Программы сочинены на алгоритмическом языке «Fortran-90″.

В програмках употреблялась обычная подпрограмма скорого дискретного Фурье-преображения (N. E. Brenner, MIT Linkoln Lab. , for Math.

Library R. E. Jones). Для измененного метода Гершбера-Сэкстона итерационная процедура возобновления фазы исследовалась на ЭВМтр » Сименс7.

536-20 производительностью 1 MIPS. Научная новизна службы состоит в разработке линии новейших и измененных алгоритмов и способов анализа и корректировки волнового фронта для когерентных оптических порядков. Непосредственно новейшие результаты состоят в последующем: предложен и численно изучен Уолш-анализ волновых полей, дозволяющий с поддержкою комплекта амплитудно-фазовых транспарантов представить комплексную амплитуда волнового поля в облике линии по функциям Уолша и дозволяющий комфортную аппаратурную ре- ализацию в линейных адаптивных оптических порядках, задачках определения образов, а также для синтеза разработан измененный итерационный метод возобновления фазы по знаменитому амплитудному распределению, изучена вероятность внедрения метода в оптическом анализаторе волнового фронта; предложен измененный способ фазовых шагов, для тот или другой изучена точность возобновления фазы, разрешающая способность, а также создано прикладное программное обеспечение для математического моделирования и его практического применения в интерферометрии; разработан способ исследования фазовых объектов, в тот или другой информативным параметром приходит функция временной и пространственной когерентности. Практическая ценность службы состоит в том, что развитая совокупа способов и алгоритмов анализа и корректировки волнового фронта значительно расширяет многофункциональные способности линейных адаптивных оптических порядков, а также порядков для обработки оптической инфы.

Так, в частности, один-одинешенек из принципиальных превосходств предложенного способа Уолш-анализа волновых полей приходит его комфортная аппаратурная реализация в адаптивных порядках корректировки волнового фронта. Главную прикладную направленность обладает численное моделирование адаптивной порядка, в тот или другой датчик и корректор волнового фронта однотипны и управляются от 1-го генератора функций Уолша. Это событие значительно увеличивает как точность корректировки порядка, так и ее быстродействие. Не считая того, предложенный и разработанный в службе метод Уолш-анализа волновых полей, в знаменитой мере, представляет из себя другой метод регистрации и следующего синтеза голограмм.

При всем этом качество записи таковым методом обусловливается теснее не регистрирующей средой (к примеру, фото оболочка, как в обыкновенной ), а качеством транспарантов. Метод может отыскать практическое употребление в тех вариантах, иногда для записи голограммы нет довольно чувствительных сред в предоставленном частотном спектре. Так, к примеру, анализируемое спектре, а синтез голограммы исполняется в видимой области. Важно также, что записанная информация о предметном поле (это массив комплексных коэффициентов разложения по функциям Уолта) может просто даваться по обыденным каналам отношения.

Результаты исследований по измененному итерационному методу возобновления фазы также могут отыскать практическое употребление для оптических порядков корректировки фазы, а также в оптических порядках обработки инфы. Принципиальным практическим результатом приходит также разработка измененного способа фазовых шагов для исследования фазовых объектов. Этот способ в особенности перспективен в разного рода интерферомет-рических задачках. Исследования фазовых объектов в отчасти когерентном свете, иногда функция когерентности приходит информативным параметром, непременно обладают как прикладное так и теоретическое значение.

В особенности перспективно употребление предоставленного способа в неких задачках томографии и определения образов, так как в предоставленном способе повышение масштабов источника приводит к убавлению области пространственной когерентности и согласно к повышению чувствительности. Не считая того, значительно понижаются запроса к оптическим компонентам, входящим в схему измерения. Главные положения, выносимые на охрану: 1. Предложен способ анализа волновых полей ортогональными Уолш-транспарантами.

Проведено численное моделирование предложенного способа, изучена зависимость свойства восстановленного изображения от числа транспарантов. 2. Предложена адаптивная оптическая схема с обратной касательством. В схеме корректор и анализатор фазы представляет из себя зеркала поршневого вида, с поддержкою тот или другой исполняется модуляция и корректировка волнового фронта.

Численными тестами изучена точность возобновления в зависимости от гулов разной природы. 3. Изучен адаптивный очертание с оптическим управлением, в тот или другой в модулятором излучения приходит оптически абсолютный оболочка с выраженным диапазоном экситонных состояний. 4.

Предложен и разработан численный итерационный метод возобновления волнового фронта, употребляющий эффект обращения волнового фронта. Для предложенного метода заработаны оценки свойства возобновления фазы, изучена сходимость метода в зависимости от ватерпаса гулов. 5. Численным моделированием изучен измененный способ фазовых шагов, дозволяющий восстанавливать фазу но нескольким амплитудным распределениям, зарегистрированным опосля фильтрации волнового поля в Фурье плоскости.

6. Разработан способ исследования амшштудно-фазовых объектов отчасти излучением, в тот или другой роль информативного параметра играет функция временной и пространственной когерентности. Численными способами изучено разрешение способа в зависимости от вида объекта. РАН, МГУ (Радиофизический семинар A.

C. ), ВНИИОФИ, а также на научных конференциях Казанского физико-технического института и 7-th International conference on infrared and millimeter waves. Marseille, 14-18 Fev, 1983, — 4-th International Workshop on Laser Physics (LPHYS’95). Moscow-Jaroslavl, Augest 4-9, 1995.

По мат-лам диссертационной службы размещено 20 служб, из их три авторских свидетельства на изобретения. Подводя итоги диссертационной службы, можнож коротко сконструировать приобретенные результаты последующим образом: 1. Предложен и изучен Уолш- анализ и синтез полей, основанный на разложении поля по порядку ортогональных Уолш-транспарантов. Предложенный способ может отыскать употребление для теории адаптивных оптических порядков, а также в порядках оптической обработки инфы.

2. Проведено численное моделирование адаптивной оптической порядка, основанной на предоставленном методе анализа фронта. Изучена точность корректировки фазы в зависимости от числа циклов корректировки и точности позиционирования поршневых зеркал корректора и модулятора. 3.

Предложен итерационный метод возобновления фазы по знаменитому амплитудному распределению. Для предоставленного метода численным моделированием изучено в воздействие гулов разной природы на точность возобновления фазы, а также пороговое значение гула, при тот или другой метод утрачивает устойчивость. 4. Разработан измененный метод фазовых шагов для анализа волнового фронта.

Метод основан на обработке пары распределений интенсивности оптического сигнала, приобретенных опосля фильтрации волнового поля в Фурье плоскости. Проведенные численные опыты по проверке стойкости предоставленного метода при наличии гулов разной природы проявили, что метод владеет достаточной для практического внедрения стойкостью. 5. Способ фазовых шагов изучен для варианта отчасти света, что дозволяет недопустить образование спекл гула и согласно существенно точность возобновления фазы.

6. Предложен и разработан способ исследования фазовых обьектов, в тот или другой информативным параметром приходит функция пространственной и временной когерентности, значительлно расширяющий измерений в видимом участке оптического диапазона. 7. Предложен оптически управляемый корректор волнового фронта, дозволяющий повысить быстродействие адаптивной оптической порядка.

— анализ и корректировка волнового фронта. Приобретенные в службе результаты, на наш взор, могут отыскать употребление для теории быстродействующих адаптивных оптических порядков, порядков оптической обработки инфы, а также для исследования фазовых обьектов. 1. Н.

Н. Дмитриев, С. Грам. Каленков, Грам.

И.. Метод спектрального анализа и регистрации волновых полей. -Авт.

свид. 1202425 от 1. 09. 1985г.

2. Н. Н. Дмитриев, С.

Грам. Каленков, Грам. И..

Уолш анализ волновых полей. — В сб. Физические и прикладные вопросцы голографии. -Ленивград,изд.

ФТИД984, с. 19-26 3. Н. Н.

Дмитриев, С. Грам. Каленков, Грам. И.

. Регистрация и синтез голограмм ортогональными транспарантами. — Автометрия, 1987, 2,с. 24-28 4.

С. Грам. Каленков, А. Мтр.

Смолович, Грам. И. Соломахо. О точности записи и возобновления волновых полей ортогональными транспарантами.

-В сб. Голография: теоретические и прикладные вопросцы, Литр.. ,1988г, с.

4-14 5. Н. Н. Дмитриев, С.

Грам. Каленков, Грам. И..

О способности регистрации волновых полей с поддержкою ортогональных транспарантов. -Лазерная интерферометрия. Междуведомственный сборник научных произведений,, Мтр. ,1989 6.

С. Грам. Каленков, Е. А.

Чинаева. Корректировка фазы адаптивной оптической порядком. — Оптические поля и оптические способы обработки инфы. Междуведомственный сборник научных произведений, МФТИ, Мтр.

,1991,с. 45-66 7. С. Грам.

Каленков, И. А. Сидоров. О методе возобновление комплексного светового поля по единственному распределению интенсивности.

-Лазерная интерферометрия. Междуведомственный сборник научных произведений. МФТИ, Мтр. , 1989, с.

19-25 8. С. Грам. Каленков, И.

А. Сидоров. Метод возобновления комплексного светового поля по единственному распределению интенсивности. -Голография: трудности теории и практики.

Сб. научных статей АН, Литр.. , 1990, с.

41-47 9. С. Грам. Каленков, И.

А. Сидоров. О методе возобновления комплексного светового поля по единственному распределению интенсивности в критериях аддитивных гулов. -Голография:трудности теории и практики.

Сб. научных статей АН СССР, Литр.. ,1991 с.

123-130 10. С. Грам. Каленков, И.

А. Сидоров. Употребление метода возобновления комплексного светового поля по единственному распределению интенсивности в критериях аддитивных гулов. -В сб.

научных статей ВНИИПТУГрам, Мтр. ,1991 с. 21-29 11. В.

П. Андреев, В. В. Давыдов, С.

Грам. Каленков, Мтр. Н. Крымский, Т.

В. Мосина. Адаптивная оптическая порядок,- Авт. свид.

191545 от 02. 08. 1983 12. Грам.

К. Власов, С. Грам. Каленков.

Источники когерентного CdS. -Internation Jemal of Infrared and millimeter waves. vol4, part 6, 1983 13. Грам.

К. Власов, С. Грам. Каленков, Литр.

. Д. Сагинов. Диапазоны инфракрасного излучения кристаллов CdS при оптическом возбуждении.

-В кн. Спектроскопия молекул и. 6 Республиканская школа- семинар. Киев, Наука.

1980 14. Грам. К. Власов, С.

Грам. Каленков, А. А. Фомичев, Мтр.

А.. Метод возбуждения стимулированного субмиллиметрового излучения. — Авт.

св. 1077098 от 08. 11. 1983 15.

И. А. Горн, С. Грам.

Каленков, Э. Н. , В. Ф.

Харсика. Природа субмиллиметрового излучения кристаллов CdS при возбуждении их электронов,- Неорганические мат-лы, РАН, т. 32,9, 1996, с. 1061-1065 16.

Н. Грам. Власов, С. Грам.

Каленков, А. В. Сажин. О фотографировании фазовых объектов.

-Журнальчик научной и прикладной фото, Мтр. ,т. 40, 2,1995, с. 47-48 17.

Н. Грам. Власов, С. Грам.

Каленков, А. В. Сажин. Вывод фазовой трудности на базе измененного способа фазовых шагов.

— : теоретические и прикладные вопросцы. МФТИ, Физический институт им П. Н. Лебедева, Мтр.

, 1995 18. Н. Грам. Власов, С.

Грам. Каленков, А. В. Сажин.

О выводе фазовой задачки. Препринт 1 ВНИИОФИ, Станкин, Москва, 1995 19. N. G.

Vlasov, S. G. Kalenkov, A. V.

Sazhin. Solution of the phase problem by means of the modified method of the phase steps. — Laser Physics, 1996,v 6, 2, p 401-403 20. Н.

Грам. Власов, С. Грам. Каленков.

Исследования фазовых объектов в отчасти свете. -Препринт 1, ВНИИОФИ, Москва, 1998



Оставить комментарий

Вы должны войти для комментирования записи.