Разработан новый метод оценки искажений в оптических системах

Новый метод измерения искажений, которые претерпевает свет в оптических системах с использованием голограмм разработан в Лаборатории фотоники и оптической обработки информации НИЯУ МИФИ совместно с коллегами из МГТУ им Баумана и ФИАН им. Лебедева.

Под оптической системой в данном случае понимается любой (но обычно — достаточно сложный) оптический прибор — например телескоп или объектив фотоаппарата. И любой оптический прибор не только пропускает через себя световой поток, но и вносит в него нежелательные аберрации. Любая линза, любое используемое в телескопе, перископе или фотоаппарате зеркало вносит свою лепту в общую сумму искажений.

В ряде случаев этими искажениями можно пренебречь. Однако там, где оптического прибора зависят тончайшие измерения (а это так, например, в астрономии или оптических вычислениях), там возникающие в оптической системе аберрации должны быть замерены и, по возможности, компенсированы. Эту задачу решает особая физико-техническая дисциплина — так называемая адаптивная оптика. Важнейшим элементом в системах адаптивной оптики являются специальные приборы — датчики волнового фронта, которые, собственно, и измеряют искажения в оптических устройствах. Именно новый поход к разработке такого рода датчиков и предлагается в НИЯУ МИФИ.

Как рассказал научный сотрудник лаборатории, доктор физико-математических наук Евгений Злоказов, особенность предлагаемого инновационного метода заключается в том, что для оценки оптических аберраций используются компьютерно-синтезированные голограммы. Ученые воспользовались тем, что голограмма очень информативна: её дифракционная структура содержит информацию о трехмерных объектах. Суть технологии заключается в следующем: рассчитанная на компьютере модель дифракционной структуры подается на так называемый пространствено-временной модулятор света (это устройство внешне напоминает небольшой полупрозрачный экран); затем на этот экран подается луч света (лучше всего лазера), пропущенный через оцениваемую оптическую систему — скажем, телескоп. Луч света рассеивается — или, как говорят ученые, дефрагирует, проходя через голограмму на экране. Оценивая характер этого рассеивания, и сравнивая его с рассеиванием эталонного (то есть не прошедшего чрез телескоп) лазерного луча, можно судить о характере аберраций, и соответственно, принять меры к их корректировке.

Важнейшая особенность новой технологии заключается в том, что новый метод реализуется с применением любого коммерчески доступного пространственно-временного модулятор света (амплитудного, фазового или бинарного)

По сравнению с существующими технологиями, данный метод обладает следующими преимуществами: во-первых, за счёт высокого пространственного разрешения современных образцов пространственно-временных модуляторов света (до 10 млн пикселей) возможно измерение аберраций с высокой точностью, во-вторых, метод реализуется в любой схеме, использующей пространственно-временной модулятор света, как, например, схемы когерентных Фурье-процессоров, без дополнительных усложнений.

В настоящее время учеными уже создан прототип нового устройства, которое называется «Голографический датчик волнового фронта с управляемым фазовым модулятором».

Результаты проведенных исследований уже опубликованы в ряде научных журналов, в ближайшее время готовится публикация в журнале Photonics.

Исследование проходит при поддержке программы Приоритет 2030.