Лазерная диагностика аберраций человеческого глаза с использованием фазовой томографии, страница 3

Для внесения аберраций воптическую систему использовались тестовые сферические и цилиндрическиелинзы оптической силой от –6 до 6 дптр. Для каждой комбинации линзпроводилось 5 измерений волнового фронта: по центральной оси глаза, и приповоротах на ±7 градусов по осям X и Y.В параграфе представлены результаты экспериментов по восстановлениюаберраций,внесенныхтестовымилинзами,методоммодальнойфазовойтомографии.В параграфе 1.5 содержатся описание двух экспериментальных установок,построенных по двухпроходной схеме. Измерения проводились с помощьюаберрометра.. В первом случае, в качестве рассеивателя в модели глазаиспользовалась стекловолоконная шайба с передней вогнутой гранью, а в качествеисточников аберраций в оптической системе глаза - тестовые сферические ицилиндрические линзы оптической силой от –6 до 6 дптр.

Во втором случае, вкачестве рассеивателя использовалась матовая стеклянная поверхность, а вкачестве источников аберраций в оптической системе глаза – фазовая пластина исферическая преломляющая поверхность.Впараграфепредставленырезультатыэкспериментов(рис. 1)повосстановлению аберраций, внесенных в оптическую систему, методом модальнойфазовой томографии.аРис. 1. а) Интерферограммы исходных ивносимых двумя линзами.

б) Интерферограммыаберраций, вносимых фазовой пластинкой иповерхностью. Эксперименты проведены насхемой.12бвосстановленных аберраций,исходных и восстановленныхсферической преломляющейустановке с двухпроходнойВТОРАЯ ГЛАВА посвящена исследованию спекл-структуры, возникающейпри рассеянии лазерного излучения на сетчатке человеческого глаза и методов еёподавления.В параграфе 2.1 содержится описание методики измерений аберраций глаза сиспользованием аберрометров с датчиками волнового фронта Шака-Гартмана. Приэтом, из-за наличия спекл-структуры в рассеяном сетчаткой глаза излучении,значительно уменьшается точность измерения волнового фронта. В параграфепредставлено краткое описание двух методов подавления спекл-структуры:пространственного и спектрального усреднения. Оба метода основаны нанекогерентном суммировании множества реализаций спекл-поля.В параграфе 2.2 описаны особенности строения сетчатки глаза, рассеиваниясвета на слое фоторецепторов и возникновения спекл-структуры в излучении,выходящем из оптической системы глаза.

Также обсуждаются особенностимоделированиясвойствсетчаткиприпроведениичисленногоиэкспериментального исследований.Параграф 2.3 посвящен численному моделированию процесса возникновенияспеклов при рассеянии света на сетчатке глаза и методов их подавления.Представлено описание компьютерной модели, использующей упрощенную схемурассеяния лазерного излучения на сетчатке глаза человека. Микроструктурасетчатки задавалась матрицей гексагональных элементов, моделирующих мозаикуфоторецепторов. Вычисление контраста спекл-структуры проводилось согласноформуле:γ =σII,(1)где σI – среднеквадратичное отклонение флуктуаций интенсивности в сечениипучка, <I> - средняя интенсивность. Характерный размер спеклов рассчитывалсяисходя из ширины автокорреляционной функции интенсивности светового поля.Представлены результаты исследования эффективности подавления спеклструктуры методом пространственного усреднения.

В этом случае происходитнекогерентное суммирование множества реализаций спекл-поля, получаемых присмещении опорного источника по поверхности сетчатки. На практике такой метод13реализуется внесением в измерительную систему специального сканера, привращении которого фокальное пятно на сетчатке описывает окружность.Приведенызависимостиконтрастаамплитудной(рис. 2)ифазовойсоставляющих спекл-структуры от диаметра контура сканирования.

Такжепредставлена зависимость дисперсии флуктуации фазы излучения, от количестваусредняемых реализаций. Также представлена зависимость ошибки измеренияволновогофронтадатчикомШака-Гартманнаотдиаметраокружностисканирования. Результаты моделирования сравниваются с оценками, полученымитеоретически.Рис. 2. Зависимость контраста спекл-структуры γ от диаметра сканирования d.Представлены результаты исследования эффективности подавления спеклструктуры методом спектрального усреднения. В этом случае происходитнекогерентное суммирование множества реализаций спекл-поля, получаемых наразличных длинах волн излучения.

На практике такой метод реализуетсяиспользованием широкополосного источника излучения.Приведены зависимости контраста спекл-структуры от ширины спектрарассеянного излучения (рис. 3), построеные для различных значений показателя ∆G,характеризующего полный диапазон значений разности хода лучей, участвующих вформированииспекл-картины.Результатытеоретическими рассчетами.14моделированиясравниваютсясРис. 3. Зависимость контраста спекл-структуры γ от произведения шириныспектра рассеянного излучения ∆λ/λи показателя ∆G в сравнении стеоретической зависимостью.В параграфе 2.4 представлена схема и описание экспериментальнойустановки. В качестве источника излучения использовался полупроводниковыйлазер λ=630 нм сопряженный с одномодовым волокном.

Для моделированиярассеивающих свойств сетчатки использовалась стекловолоконная шайба сдиаметром волокон 6 мкм. Крепление шайбы позволяло изменять расстояниемежду ней и линзой, внося расфокусировку в рассеянное излучение. Дляосуществлениясканированиявоптическуюсистемупомещалсясканер,представляющий собой прозрачную клиновидную пластинку, отклоняющую световойпучок от первоначального направления распространения.

При вращении пластинки,опорный источник на рассеивателе описывал окружность диаметром 0.15 мм. Приисследованииспектральногоусреднениялазерзаменялсянасуперлюминесцентный диод СЛМ-825-02М с длиной волны излучения λ=825 нм,шириной спектра ∆λ=17 нм и значением ∆λ/λ=0.02.Параграф 2.5 посвящен экспериментальному исследованию спекл-структурыи эффективности методов её подавления. Представлена зависимость характерногоразмера спеклов в рассеянном свете от расфокусировки падающего излучения.Представлены результаты исследования эффективности подавления спеклструктуры методом пространственного усреднения.

Приведены зависимостиконтраста спекл-структуры и коэффициента подавления спекл-структуры прииспользованиисканированияотрасфокусировки15падающегоизлучения.Результатыэкспериментасравниваютсясрезультатамичисленногомоделирования.Представлены результаты исследования эффективности подавления спеклструктуры методом спектрального усреднения. Приведены зависимости контрастаспекл-структуры и коэффициента подавления спекл-структуры при использованииширокополосного источника света от расфокусировки падающего излучения.Результатыэкспериментасравниваютсясрезультатамичисленногомоделирования.Представленырезультатыэкспериментасглазомчеловекаприпространственном усреднении с использованием сканера. Изображение зрачка соспекл-структурой излучения, рассеянного сетчаткой глаза, получено с помощьюаберрометра, использующего лазер малой мощности (λ=785 нм).

Определенкоэффициент подавления спекл-структуры рассеянного излучения при диаметреокружности сканирования фокального пятна по поверхности сетчатки 0.2 мм.Результат эксперимента совпадает с оценками, полученными при численноммоделировании.ТРЕТЬЯ ГЛАВА посвящена исследованию оптической системы с фазовымножом для регистрации формы волнового фронта оптического излучения.В параграфе 3.1 приведен обзор существующих методик измеренияволнового фронта. В частности, описаны датчики кривизны, Шака-Гартмана,интерферометрические устройства, в том числе интерферометры поперечного ирадиального сдвига, теневые приборы, а также их преимущества и недостатки.В параграфе 3.2 теоретически описана работа фазового ножа в оптической 4fсистеме.

Для теоретического описания применялся аппарат Фурье-оптики. Расчетыпроводились с использованием двух подходов: приближения малых фазовыхмодуляций, а также модуляции, заданой гармонической функцией. Получить навыходе 4-f системы интенсивность линейно зависящую от производной функциифазового распределения входного светового поля позволяет смещение кромкифазового ножа в поперечном направлении. При этом дифференцирование будетпроводиться по направлению, перпендикулярному кромке ножа.

Таким образом16распределение интенсивности в сечении пучка будет пропорционально локальнымнаклонам волнового фронта, по которым, используя метод наименьших квадратов,проводится количественное измерение распределения фазы входной световойволны. В конце параграфа обсуждается дополнительный алгоритм обработкивыходного изображения, использующий четыре изображения с выхода оптическойсистемы, полученных при смещении ножа по разные стороны относительнонулевого порядка дифракции по обеим осям.В параграфе 3.3 описана компьютерная модель, используемая для численногомоделирования работы датчика. Модель позволяла производить необходимыеманипуляции с пространственным спектром заданного на вход системы излучения,имитируя тем самым работу различных фазово-амплитудных транспарантов,являющихся ключевыми элементами системы.В параграфе 3.4 описана экспериментальная установка, используемая дляфизической реализации датчика и проверки его работоспособности при различныхрежимахработы.Вкачествеисточникаизлученияиспользовалсяполупроводниковый лазер сопряженный с одномодовым волокном.