Ученые разработали метод измерения искажений волнового фронта, который важен для улучшения качества изображений в оптических системах. Метод позволяет точно оценивать аберрации в широком диапазоне и открывает новые возможности для их коррекции в астрономии, микроскопии, офтальмологии и других областях. Исследование поддержано грантом РНФ.
Волновые аберрации – искажения волнового фронта света, возникающие из-за турбулентности атмосферы, дефектов оптики или несовершенства оптических систем, таких как телескопы и микроскопы. Они ухудшают качество изображения, что критично для астрономии. Для измерения аберраций используют интерферометрию, оценивая узоры из световых полос. Однако этот метод ограничен для сильных искажений и систем без виброизоляции, а также требует сложного оборудования и длительной обработки данных.
Исследователи из Самарского университета и Института систем обработки изображений разработали гибридный дифракционный оптический элемент. Это линза, сочетающая обычную оптику и дифракционную, работающую за счет микрорельефа. Устройство определяет искажения световой волны в диапазоне от 5% до 50% длины волны.
Дифракционный оптический элемент преобразует искаженный волновой фронт в картину световых пятен, позволяя определить тип и степень аберраций. При слабых искажениях (до 10% длины волны) появляется нежелательный засвет в центре узора. При более выраженных аберрациях (10-50% длины волны) важны смещения и изменения формы пятен. Этот элемент служит «переводчиком», преобразуя оптические искажения в визуальные сигналы для измерения и коррекции.
Для создания оптического элемента можно использовать современные технологии. Например, кварцевые подложки подходят для синтеза многоуровневых дифракционных структур, которые представляют собой микроскопические «ступени». Чтобы упростить обработку данных, ученые разработали алгоритм, позволяющий быстро и точно определять тип и величину аберраций даже при сложных искажениях или шумах.
Эти разработки открывают возможности для быстрого внедрения в оптические системы. Например, дифракционный оптический элемент может быть использован для коррекции искажений в телескопах, обеспечивая четкое изображение далеких объектов. Он также улучшает качество изображений в высокоточных микроскопах и применяется в офтальмологии для диагностики и коррекции аберраций роговицы глаза.
«Наш гибридный оптический элемент способен измерять и корректировать широкий спектр искажений волнового фронта, оставаясь при этом простым в использовании. Такие дифракционные линзы могут стать важным компонентом современной оптики, обеспечивая высокое качество изображений как космических объектов, так и микроскопических образцов. В будущем мы планируем использовать передовые технологии искусственного интеллекта для определения типа и величины аберраций по специфическим паттернам интенсивности света, а также изготовить этот оптический элемент для его дальнейшего применения», – рассказал руководитель проекта Павел Хорин, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П. Королева.
Источник: inscience.news
распечатать статью
