Лазерная диагностика аберраций человеческого глаза с использованием фазовой томографии, страница 4

В качествеисточника фазовых искажений в системе использовалось адаптивное зеркало.Измерения волнового фронта контролировались с помощью датчика ШакаГартмана, на который направлялась часть исходного излучения. В конце параграфаприведен пример восстановления карты волнового фронта датчиком на основефазового ножа, а также сравниваются передаточные функции датчика, полученныечисленным моделированием и экспериментально.В параграфе 3.5 представлены результаты численного и экспериментальногоисследования датчика с точечным опорным источником света. Исследованиевлияния модуляции интенсивности в сечении входного светового пучкаобнаружило малую чувствительность датчика на основе фазового ножа кпространственной амплитудной модуляции исследуемого излучения. Установлено,чтослучайная100%-наямодуляцияинтенсивностиприводиткошибкевосстановления волнового фронта не более 15%.

В эксперименте амплитуднаямодуляция создавалась шпальной мирой, имеющей 100% модуляцию пропускания.Результат восстановления профиля фазы при наличии амплитудной модуляции всравнении с результатом численного рассчета показан на рис. 4.17Рис. 4. Сравнение экспериментальных данных и численного моделированияпри работе датчика с пучком со 100%-ной модуляцией интенсивности в своёмсечении: распределение интенсивности в сечении пучка в эксперименте (а) ипри численном рассчете (б); изображения, полученные на выходе из системы вэксперименте (в) и при численном рассчете (г); восстановленный волновойфронт в эксперименте (д) и при численном рассчете (е).Также определены ошибки восстановления волнового фронта датчиком взависимости от амплитуды исходной фазовой модуляции и от количества пикселовПЗС-матрицыфотоприемника.Исследованитерационныйалгоритмвосстановления, а также метод сканирования, заключающийся в перемещенииизображения (спектрального отображения исходного сигнала) на поверхностиножа поперёк его кромки, и регистрации некоего среднего сигнала.

Методпозволяет получать более точное соответствие изображения на выходе системыпроизводной исходной функции фазового распределения и, таким образом,увеличить диапазон линейной работы датчика.В параграфе 3.6 представлены результаты численного и экспериментальногоисследованияИспользованиедатчикатакогосраспределеннымисточникаопорнымэквивалентноисточникомприменениюсвета.операциисканирования изображения по поверхности фазового ножа.

В экспериментах длясоздания распределенного источника на место полупроводникового лазера былустановлении светодиод с пиковой длиной волны 650нм. Размер квадратнойсветоизлучающей площадки диода составлял приблизительно 1.5 мм, чтосоответствовало угловому размеру источника 30 секунд. Эксперименты показали,что использование распределенного опорногоисточника света позволяет расширитьдиапазон линейной работы датчика более чем в 5 раз. В конце параграфа18обсуждается выбор оптимального размера и формы источника.

Исследованазависимость точности восстановления волнового фронта от углового размераопорного источника для аберраций различного порядка.В параграфе 3.7 обсуждаются особенности конструкции датчика, а такжепредложены две схемы его реализации: с пространственным и временнымразделением по кадрам, позволяющим получать на выходе оптической системычетыре изображения, необходимых для дальнейшего использования алгоритмавосстановления волнового фронта.В ЗАКЛЮЧЕНИИ сформулированы основные результаты и выводы,полученные в ходе выполнения диссертационной работы:1. Проведено экспериментальное исследование метода модальной фазовойтомографии аберраций человеческого глаза, основанного на анализе волновогофронта от нескольких опорных источников, формируемых на сетчатке глаза.Проведено сравнение результатов измерения аберраций, преднамеренно вносимыхв известные оптические модели глаза с их заданными значениями.

Экспериментывыполнены на установках с однопроходной и двухпроходной схемами. Проведеночисленное моделирование метода при различных параметрах измерительнойсистемы. Искажения в оптическую систему вносились с помощью фазовыхэкранов, имитирующих аберрации элементов глаза.2. Для разделения аберраций на двухэкранной модели глаза достаточно пятиопорных источников, равномерно расположеных по окружности с угловымразмером 5-10 градусов.3.

Метод позволяет восстанавливать параметры тестовых линз, вносящихаберрации второго порядка (дефокус, астигматизм) с точностью до 0.25 дптр.Аберрации более высокого порядка, вносимые фазовыми пластинами совместно сосферической преломляющей поверхностью восстанавливаются с точностью до0.4 мкм (что на зрачке диаметром 4 мм соответствует 0.2 дптр.

дефокуса).4. Проведено численное моделирование двух методов подавления спеклструктуры: метода сканирования опорного пучка по поверхности рассеивающегообъекта и метода, использующего немонохроматический источник света. На19известной оптической модели глаза проведено экспериментальное сравнение двухописаныхметодов.Проведеноэкспериментальноеисследованиеметодасканирования для подавления спекл-структуры рассеяного сетчаткой глазаизлучения in vivo.5.

Среднеквадратичная ошибка измерения волнового фронта датчиком ШакаГартмана и дисперсия флуктуации фазы излучения прямо пропорциональныконтрасту интенсивности спекл-структуры светового поля.6. Метод сканирования по поверхности рассеивающего объекта при диаметреокружности сканирования 0.15 мм позволяет добиться снижения контраста спеклсчтруктуры более чем в 10 раз (что сответствует уменьшению дисперсиифлуктуаций фазы с 0.6λ до 0.05λ). При этом не наблюдается существеннойзависимости от расфокусировки исходного излучения.7.Метод,использующийнемонохроматическоеизлучение,длясуперлюминисцентного диода с ∆λ/λ=0.02, при диапазоне значений разности ходалучей, участвующих в формировании спекл-картины равном равном 16.7 λ,позволяет добиться снижения контраста спекл-структуры в 1.5 раза (чтосответствует уменьшению дисперсии флуктуаций фазы с 0.6λ до 0.4λ).

При этом ненаблюдается существенной зависимости от расфокусировки исходного излучения.8. Проведено экспериментальное исследование датчика волнового фронта наоснове фазового ножа. Числено исследованы характеристики датчика приразличных параметрах его конструкции и характеристиках светового поля.Проведено сравнение результатов эксперимента с результатами численногомоделирования.9. Датчик позволяет проводить измерения в условиях сильной модуляцииинтенсивности при сохранении достаточной точности измерений.

Установлено, чтослучайная 100%-ная модуляция интенсивности исследуемого сигнала приводит кошибке восстановления волнового фронта не более 15%.10. Использование протяженного источника света с угловым размером 0.5градусов повышает диапазон линейной работы датчика более чем в 5 раз.20Список публикаций по теме диссертации1. Гончаров А.С., Ларичев А.В., Датчик волнового фронта на основе фазовогоножа // Квантовая Электроника. – 2005. – т.35, №1, с.91.2.

Гончаров А.С., Ларичев А.В. Ирошников Н.Г., Метод томографии аберрацийчеловеческого глаза // Вестник Московского университета. – 2007. - 1, с.43-47.3. A.S.Goncharov, A.V.Larichev, N.G.Iroshnikov, V.Yu.Ivanov and S.A.Gorbunov,Modal tomography of human eye aberrations // Laser Physics. – 2006. - V.16, N12,p.1689.4. A.S.Goncharov and A.V.Larichev, Speckle Structure of a Light Field Scattered byHuman Eye Retina // Laser Physics.

– 2007. - V.17, N9, p.1157-1165.5. A.S.Goncharov and A.V.Larichev, Specialized modal tomography of human eyeaberrations (Proceedings Paper) // International Conference on Lasers, Applications,and Technologies 2007: Laser Technologies for Medicine. – 2007. - 67341V.6. Гончаров А.С., Ларичев А.В., Датчик волнового фронта на основе фазовогоножа // Труды третьей международной конференции «Фундаментальныепроблемы оптики», Санкт-Петербург, 18-21 октября 2004 г., с. 239.7.

Гончаров А.С., Ларичев А.В., Модальная томография аберрацийчеловеческого глаза // Сборник научных трудов по материалам конференции«Лазеры 2005», Адлер, 19-23 сентября 2005 г., М.: МНТОРЭС им. А.С. Попова,2005, с.133-138.21.