Оптическое детектирование величины отдельных аберраций при помощи многоканального фильтра, согласованного с фазовыми функциями Цернике

Оптическое детектирование величины отдельных аберраций при помощи многоканального фильтра, согласованного с фазовыми функциями Цернике

Автор: Хорин Павел Алексеевич, Волотовский Сергей Геннадьевич, Хонина Светлана Николаевна

Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics

Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии

Статья в выпуске: 4 т.45, 2021 года.

Бесплатный доступ

В данной работе исследуется применение многоканального датчика волнового фронта, согласованного с фазовыми распределениями в виде функций Цернике, для определения типа и величины аберрации в исследуемом волновом фронте. Подход основан на поэтапной компенсации аберраций волнового фронта на основе динамически перестраиваемого пространственного модулятора света. В качестве критериев успешного детектирования рассмотрены не только величина корреляционного пика, но и максимальная интенсивность, компактность и ориентация распределения в каждом дифракционном порядке. На основе численного моделирования показана работоспособность предложенного подхода для детектирования как слабых, так и сильных (до длины волны) аберраций волнового фронта.

Еще

Аберрации волнового фронта, функции цернике, датчик волнового фронта, многоканальный дифракционный оптический элемент

Короткий адрес: https://sciup.org/140290247

IDR: 140290247   |   DOI: 10.18287/2412-6179-CO-906

Список литературы Оптическое детектирование величины отдельных аберраций при помощи многоканального фильтра, согласованного с фазовыми функциями Цернике

  • Camacho, L. Quantitative phase microscopy using defocus-ing by means of a spatial light modulator / L. Camacho, V. Mico, Z. Zalevsky, J. Garcia // Optics Express. - 2010. -Vol. 18. - P. 6755-6766.
  • Lombardo, M. Wave aberration of human eyes and new descriptors of image optical quality and visual performance / M. Lombardo, G. Lombardo // Journal of Cataract & Refractive Surgery. - 2010. - Vol. 36. - P. 313-320.
  • Zhao, Q. Effect of optical aberration of telescopes to the laser radar / Q. Zhao, H. Fan, S. Hu, M. Zhong, L. Baida // Proceedings of SPIE. - 2010. - Vol. 7656. - 76565Z.
  • Gonzalez-Nunez, H. Pupil aberrations in Offner spectrometers / H. Gonzalez-Nunez, X. Prieto-Blanco, R. De la Fuente // Journal of the Optical Society of America A. - 2011. -Vol. 29. - P. 442-449.
  • Khonina, S.N. Analysis of wave aberration influence on reducing focal spot size in a high-aperture focusing system / S.N. Khonina, A.V. Ustinov, E.A. Pelevina // Journal of Optics. - 2011. - Vol. 13, Issue 9. - 095702. - DOI: 10.1088/2040-8978/13/9/095702.
  • Booth, M. Aberrations and adaptive optics in superresolution microscopy / M. Booth, D. Andrade, D. Burke, B. Patton, M. Zurauskas // Microscopy. - 2015. - Vol. 64. -P. 251-261.
  • Khonina, S.N. Zernike phase spatial filter for measuring the aberrations of the optical structures of the eye / S.N. Khonina, V.V. Kotlyar, D.V. Kirsh // Journal of Biomedical Photonics & Engineering. - 2015. - Vol. 1, Issue 2. - P. 146-153. - DOI: 10.18287/jbpe-2015-1-2-146.
  • Хорин, П.А. Анализ аберраций роговицы человеческого глаза / П.А. Хорин, С.Н. Хонина, А.В. Карсаков, C.Л. Бранчевский // Компьютерная оптика. - 2016. -Т. 40, № 6. - С. 810-817. - DOI: 10.18287/0134-24522016-40-6-810-817.
  • Wilby, M.J. Designing and testing the coronagraphic modal wavefront sensor: A fast non-common path error sensor for high-contrast imaging / M.J. Wilby, C.U. Keller, S. Haert, V. Korkiakoski, F. Snik, A.G.M. Pietrow // Proceedings of SPIE. - 2016. - Vol. 9909. - 990921.
  • Клебанов, Я.М. Компенсация аберраций волнового фронта в телескопах космических аппаратов с регулировкой температурного поля телескопа / Я.М. Клебанов, A.В. Карсаков, С.Н. Хонина, А.Н. Давыдов, К.А. Поляков // Компьютерная оптика. - 2017. - Т. 41, № 1. - С. 30-36. -DOI: 10.18287/0134-2452-2017-41-1-30-36.
  • Расторгуев, А. А. Моделирование допустимых погрешностей расположения оптических элементов для космического гиперспектрометра, проектируемого по схеме Оффнера / А.А. Расторгуев, С.И. Харитонов, Н.Л. Казанский // Компьютерная оптика. - 2018. - Т. 42, № 3. - С. 424-431. -DOI: 10.18287/2412-6179-2018-42-3-424-431.
  • Абраменко, А.А. Калибровка взаимного расположения стереокамеры и трёхмерного сканирующего лазерного дальномера / А.А. Абраменко // Компьютерная оптика. - 2019. - Т. 43, № 2. - С. 220-230. - DOI: 10.18287/24126179-2019-43-2-220-230.
  • Martins, A.C. Measuring ocular aberrations sequentially using a digital micromirror device / A.C. Martins, B. Vohnsen // Micromachines. - 2019. - Vol. 10. - 117.
  • Baum, O.I. Control of laser-beam spatial distribution for correcting the shape and refraction of eye cornea / O.I. Baum, A.I. Omel'chenko, E.M. Kasianenko, R.V. Skidanov, N.L. Kazanskiy, E.N. Sobol', A.V. Bolshunov, S.E. Avetisov, V.Ya. Panchenko // Quantum Electronics. - 2020. - Vol. 50, Issue 1. - P. 87-93. - DOI: 10.1070/QEL17216.
  • Mu, Q. Adaptive optics imaging system based on a highresolution liquid crystal on silicon device / Q. Mu, Z. Cao, L. Hu, D. Li, L. Xuan // Optics Express. - 2006. - Vol. 14. - P. 8013-8018.
  • Ellerbroek, B.L. Inverse problems in astronomical adaptive optics / B.L. Ellerbroek, C.R. Vogel // Inverse Problems. -2009. - Vol. 25. - 063001.
  • Esposito, S. Large binocular telescope adaptive optics system: new achievements and perspectives in adaptive optics / S. Esposito, A. Riccardi, E. Pinna, A. Puglisi, F. Quiros-Pacheco, C. Arcidiacono, M. Xompero, R. Briguglio, G. Agapito, L. Busoni, L. Fini, J. Argomedo, A. Gherardi, G. Brusa, D. Miller, J.C. Guerra, P. Stefanini, P. Salinari // Proceedings of SPIE. - 2011. - Vol. 8149. - 814902.
  • Lukin, V.P. Adaptive optics in the formation of optical beams and images / V.P. Lukin // Physics-Uspekhi. - 2014. - Vol. 57, Issue 6. - P. 556-592.
  • Ji, N. Adaptive optical fluorescence microscopy / N. Ji // Nature Methods. - 2017. - Vol. 14. - P. 374-380.
  • Bond, C.Z. Adaptive optics with an infrared pyramid wave-front sensor / P. Wizinowich, M. Chun, D. Mawet, S. Lilley, S. Cetre, N. Jovanovic, J.-R. Delorme, E. Wetherell, S. Jacobson, C. Lockhart, E. Warmbier, J.K. Wallace, D.N. Hall, S. Goebel, O. Guyon, C. Plantet, G. Agapito, C. Giordano, S. Esposito, B. Femenia-Castella // Proceedings of SPIE. - 2018. - Vol. 10703. - 107031Z.
  • Mahajan, V.N. Zernike circle polynomials and optical aberration of system with circular pupils / V.N. Mahajan // Applied Optics. - 1994. - Vol. 33, Issue 34. - P. 8121-8124.
  • Love, G.D. Wavefront correction and production of Zernike modes with a Liquid crystal spatial light modulator / G.D. Love // Applied Optics. - 1997. - Vol. 36. - P. 1517-1525.
  • Khonina, S.N. Decomposition of a coherent light field using a phase Zernike filter / S.N. Khonina, V.V. Kotlyar, V.A. Soifer, Y. Wang, D. Zhao // Proceedings of SPIE. -1998. - Vol. 3573. - P. 550-553. - DOI: 10.1117/12.324588.
  • Neil, M.A.A. New modal wave-front sensor: a theoretical analysis / M.A.A. Neil, M.J. Booth, T. Wilson // Journal of the Optical Society of America A. - 2000. - Vol. 17. - P. 1098-1107.
  • Booth, M.J. Direct measurement of Zemike aberration modes with a modal wavefront sensor / M.J. Booth // Proceedings of SPIE. - 2003. - Vol. 5162. - P. 79-90.
  • Sheppard, C.J.R. Zernike expansion of pupil filters: optimization of the signal concentration factor / C.J.R. Sheppard // Journal of the Optical Society of America A. - 2015. -Vol. 32, Issue 5. - P. 928-933.
  • Porfirev, A.P. Experimental investigation of multi-order dif-fractive optical elements matched with two types of Zernike functions / A.P. Porfirev, S.N. Khonina // Proceedings of SPIE. - 2016. - Vol. 9807. - 98070E. - DOI: 10.1117/12.2231378.
  • Wilby, M.J. The coronagraphic Modal Wavefront Sensor: a hybrid focal-plane sensor for the high-contrast imaging of circumstellar environments / M.J. Wilby, C.U. Keller, F. Snik, V. Korkiakoski, A.G.M. Pietrow // Astronomy & Astrophysics. - 2017. - Vol. 597. - A112.
  • Degtyarev, S.A. Zernike basis-matched multi-order diffrac-tive optical elements for wavefront weak aberrations analysis / S.A. Degtyarev, A.P. Porfirev, S.N. Khonina // Proceedings of SPIE. - 2017. - Vol. 10337. - 103370Q. - DOI: 10.1117/12.2269218.
  • Khonina, S.N. Wavefront aberration sensor based on a multichannel diffractive optical element / S.N. Khonina, S.V. Karpeev, A.P. Porfirev // Sensors. - 2020. - Vol. 20, Issue 14. - 3850. - DOI: 10.3390/s20143850.
  • Gerchberg, R. Phase determination for image and diffraction plane pictures in the electron microscope / R. Gerchberg, W. Saxton // Optik. - 1971. - Vol. 34. - P. 275-284.
  • Fienup, J.R. Reconstruction of an object from the modulus of its Fourier transform / J.R. Fienup // Optics Letters. -1978. - Vol. 3, Issue 1. - P. 27-29.
  • Elser, V. Phase retrieval by iterated projections / V. Elser // Journal of the Optical Society of America A. - 2003. -Vol. 20, Issue 1. - P. 40-55.
  • Marchesini, S. A unified evaluation of iterative projection algorithms for phase retrieval / S. Marchesini // Review of Scientific Instruments. - 2007. - Vol. 78, Issue 1. - 011301.
  • Zhang, C. Two-step phase retrieval algorithm using single-intensity measurement / C. Zhang, M. Wang, Q. Chen, D. Wang, S. Wei // International Journal of Optics. - 2018. - Vol. 2018. - 8643819.
  • Tokovinin, A. DONUT: measuring optical aberrations from a single extrafocal image / A. Tokovinin, S. Heathcote // Publications of the Astronomical Society of the Pacific. -2006. - Vol. 118, Issue 846. - P. 1165-1175.
  • Guo, H. Wavefront reconstruction with artificial neural networks / H. Guo, N. Korablinova, Q. Ren, J. Bille // Optics Express. - 2006. - Vol. 14, Issue 14. - P. 6456-6462.
  • Paine, S.W. Machine learning for improved image-based wavefront sensing / S.W. Paine, J.R. Fienup // Optics Letters. - 2018. - Vol. 43, Issue 6. - P. 1235-1238.
  • Rivenson, Y. Phase recovery and holographic image reconstruction using deep learning in neural networks / Y. Rivenson, Y. Zhang, H. Gunaydin, D. Teng, A. Ozcan // Light: Science & Applications. - 2018. - Vol. 7, Issue 2. - 17141.
  • Dzyuba, A.P. Optical phase retrieval with the image of intensity in the focal plane based on the convolutional neural networks / A.P. Dzyuba // Journal of Physics: Conference Series. - 2019. - Vol. 1368, Issue 2. - 022055.
  • Nishizaki, Y. Deep learning wavefront sensing / Y. Nishizaki, M. Valdivia, R. Horisaki, K. Kitaguchi, M. Saito, J. Tanida, E. Vera // Optics Express. - 2019. -Vol. 27, Issue 1. - P. 240-251.
  • Родин, И.А. Распознавание типов аберраций волнового фронта, соответствующих отдельным функциям Церни-ке, по картине функции рассеяния точки в фокальной плоскости с применением нейронных сетей / И.А. Родин, С.Н. Хонина, П.Г. Серафимович, С.Б. Попов // Компьютерная оптика. - 2020. - Т. 44, № 6. - С. 923-930. - DOI: 10.18287/2412-6179-Ш-810.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp