Асимметризация профиля тонкой динамической голограммы в реальном времени

• Автор: Ласкин, Виктор Александрович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 97 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1 Обзор литературы
1.1 Развитие методов коррекции искажений оптических сигналов от статических к динамическим
1.2 Применение тонкие голографических модуляторов на основе оптически-адресуемых жидких кристаллов для коррекции искажений
1.3 Методы повышения дифракционной эффективности рельефнофазовых структур
Г лава 2 Асимметризация профиля голографического корректора
методом компьютерной голографии
Глава 3 Алгоритм расчета эффективности дифракции
Глава 4 Применение оптической обратной связи для асимметризации
формы профиля голографического корректора
4.1 Теоретическое исследование схемы записи голографического корректора
4.2 Экспериментальное исследование схемы записи голографического корректора в петле оптической обратной связи с телевизонно-компьютерным замыканием
4.3 Экспериментальное исследование схемы записи голографического корректора в петле оптической обратной связи с использованием электрически-адресуемого жидкокристаллического модулятора
Глава 5 Исследование механизма самоассиметризации фазового
профиля жидкокристаллического голографического корректора
Заключение
Литература
Введение
Задача восстановления оптических сигналов, искаженных несовершенными элементами оптических схем, появилась практически с момента появления самых простых оптических систем. Решения этой задачи выделились в отдельное направление, названное адаптивной оптикой. Особенно интенсивное развитие эта область получила в связи с активной работой над увеличением разрешающей способности наземных телескопов (с помощью коррекции искажений вносимых атмосферой и оптическими элементами). В настоящее время практически на всех крупных телескопах используются такие системы, позволяющие довести угловую разрешающую способность телескопа до его дифракционного предела.
Решения задачи восстановления оптических сигналов не ограничивается только применениями, связанными с телескопами. Модули по адаптивной коррекции сигналов могут быть применены к практически любым системам с оптическим переносом информации. Начиная от восстановления формы фронта лазерных пучков, заканчивая улучшением качества фотоснимков. Задача получения подобных компактных и дешевых устройств, позволяющих нивелировать влияние некачественных оптических элементов и рассеивающих сред, является актуальной задачей.
Общий подход к процедуре адаптивной коррекции можно описать в несколько этапов:
• Регистрация искажённого изображения и анализ его искажений.
• Обработка полученной информации об искажениях.
• Вычисление требуемого оптического профиля фазового корректора и его воспроизведение с помощью некоторого специально управляемого оптического элемента, входящего в состав оптической системы.
• Получение восстановленного изображения за счет включения фазового корректора в оптическую схему.

Данная схема может работать в непрерывном режиме, обеспечивая коррекцию волновых фронтов в реальном времени (при условии, что каждый из шагов может быть реализован с необходимыми скоростными характеристиками).
В данной диссертации рассматривается один из методов адаптивной оптики - динамическая голографическая коррекция. В этом методе в качестве фазового корректора используется голограмма [1-4], записанная как картина интерференции плоской опорной волны и искаженной сигнальной волны точечного источника. При облучении такой голограммы пучком с искаженным волновым фронтом восстанавливается неискаженная световая волна [5,6].
Данный подход позволяет преодолеть недостатки классической линейной адаптивной оптики, основным корректирующим элементом которой является деформируемое зеркало на пъезокерамике. Это такие недостатки как, высокая сложность в изготовлении, ограничение по быстродействию, и дороговизна. Адаптивная голография относится к классу нелинейно-оптических методов, гораздо более дешёвых и быстродействующих, но она- также не лишена недостатков. Разработке и реализации методов по преодолению одного из этих недостатков (потеря мощности излучения) посвящена данная диссертация.
Проблема потери интенсивности возникает из-за того, что при обычных методах записи интерференционных картин формируется симметричный корректирующий профиль, дифракционная эффективность которого в рабочий (1-ый или -1-ый) порядок дифракции в пределе не может превышать 40%. Для решения этой проблемы используются методы асимметризации формы фазового профиля, целью которых является преобразование формы к пилообразному виду, дающему 100% дифракционной эффективности в первый порядок.
В настоящее время разработано 3 метода асимметризации:

Глава 2 Асимметризация профиля голографического корректора методом компьютерной голографии
В основе подхода к асимметризации фазового профиля динамического голографического корректора методом компьютерной голографии лежит регистрация интерференционной картины матричным фотоприемником (например, ПЗС-камерой) и полностью цифровое ее преобразование к пилообразному виду. То есть распределение локального периода и наклона полос по ее поверхности остаются неизменными, а синусоидальный профиль штриха заменяется пилообразным.
В [43, 44] были предприняты попытки лобового преобразования интерференционных картин методом анализа всего поля и поиска локальных градиентов. Такой подход требует большого количества вычислительных ресурсов для применения для коррекции в реальном времени, а также ведет к ошибкам определения направления спусков и подъемов.
В работе [7] был предложен и апробирован в модельном статическом эксперименте алгоритм поточечной асимметризации, оптимальный с точки зрения затрат компьютерного времени.
В основе этого алгоритма лежит регистрация не только картины интерференции, но и одновременная регистрация дополнительной интерференционной картины, где в одну из волн внесена постоянная по сечению пучка фазовая задержка, равная (-л/2). Распределение интенсивности в полученных сигналах можно описать функциями вида 1г(х,у) = /0[1 + соя(Д (р(х,уУ),
(2.1)
/гС*.У) = 7о[1 + соэСД<р(х,у) - гг/2)] = /0[1 + зт(Д(р(х,у))],
где х и у - поперечные координаты, а Д(р(х,у) - разность фаз интерферирующих пучков. Эта информация позволяет вычислить величину тангенса половины указанной разности фаз