Формирование пространственных распределений и коррекция аберраций световых полей методами адаптивной оптики (1097960), страница 7
Текст из файла (страница 7)
В приложении 3 приводитсясписок медицинских терминов, используемых автором в главе 4. В приложении4 приведены формулы и последовательность записи полиномов Цернике до 4го радиального порядка, принятые в офтальмологии. Приложение 5 содержитописание основных свойств полиномов Цернике.28Основные выводы и результаты работы:Проведенные исследования позволяют сделать следующие основные выводы:1. Разработана оригинальная методика расчета, позволяющая осуществлятьоптимизацию пространственных характеристик излучения различныхтипов лазеров внутрирезонаторным гибким зеркалом в любой выбраннойплоскости, в том числе в ближнем и в дальнем поле. Методика основана наиспользовании внутрирезонаторного гибридного алгоритма и применимакак к одномодовому, так и к многомодовому по поперечным индексамизлучению и позволяет итерационно определить сигналы управления,исходя из известных функций отклика зеркала, конфигурации резонатора итипа оптимизируемого параметра излучения.
С помощью предложеннойметодики численно показана возможность увеличения выходной мощностиизлучения и пиковой интенсивности в дальней зоне низшей поперечноймоды АИГ лазера на 39% и 44% соответственно с помощьювнутрирезонаторного гибкого 5-ти электродного корректора; показанавозможность формирования распределений интенсивности кольцевыхпучков в дальнем поле АИГ лазера при оптимизации отношениямаксимальной интенсивности к интенсивности в центре пучка иэффективное формирование супергауссовых пучков при оптимизациивыходной мощности; бессель-гауссовых в ближнем поле гелий-неоновоголазера. Методика апробирована экспериментально для управленияфокусировкой излучения с начальном М2, равным 56, мощностью 500 Втнепрерывного твердотельного керамического АИГ лазера с диоднойнакачкой. Управление по данной методике 18-ти электродным корректоромпозволило улучшить фокусировку на 10% без потерь мощности и улучшитьв 1,6 раза при потерях мощности 30%.2.Применение методики расчета формирования в ближнем поле заданныхраспределений интенсивности ТЕМ00 моды внутрирезонаторным гибкимуправляемым зеркалом, построенной на основе внутрирезонаторногофазового сопряжения, позволило рассчитать возможность формирования вближнем поле устойчивого телескопического резонатора твердотельногоАИГ лазера заданных распределений интенсивности низшей поперечноймоды внутрирезонаторным корректором.
Применение данной методики вразличных точках области устойчивости показало эффективноеформирование супергауссовых пучков в случае короткого резонатора(g1g2=0.83, N1=0,9, N2=95,5). При этом наиболее сильно увеличиваетсяселективность мод резонатора (от 2 до 50 раз), уменьшаются потерисупергауссовой низшей поперечной моды в 1.1-1.8 раз (по сравнению сгауссовой модой) при увеличении ее модового объема.3.Впервые для коррекции и формирования заданных параметров лазерногоизлучения предложена методика управления гибким внерезонаторнымзеркалом, сочетающая в себе генетический алгоритм с алгоритмом29покоординатного спуска.
Методика позволяет итерационно определитьоптимальные сигналы управления гибким корректором. Эффективностьданной методики подтверждена численно и экспериментально. С помощьюуказаннойметодикиуправлениячисленнопродемонстрированавозможность формирования заданного супергауссова распределенияинтенсивности излучения СО2 лазера в дальней зонеI = exp{(r 8)}0, 4многомодового пучка, содержащего 4 поперечные моды, имеющиесоответствующий вклад в суммарную мощность: ТЕМ00, - 17%. ТЕМ01(кольцевая)- 35%, ТЕМ10- 14%, ТЕМ02(кольцевая) - 34%.Экспериментально продемонстрировано с точностью 3% (RMS)формирование в дальней зоне супергауссова пучка порядка 4.3 и 4.1диодного лазера из гауссова пучка.
Применение данной методикипозволило экспериментально получить улучшение фокусировки излучениятвердотельного и диодного лазеров в 2-3 раза при максимизациифункционала, обратно пропорционального диаметру фокального пятна ипрямо пропорционального пиковой интенсивности в фокусе линзы.4.В результате проведенного цикла экспериментальных и теоретическихисследований возможности внерезонаторного формирования вихревыхпучков была предложена оригинальная методика расчета сетки электродовгибкого биморфного зеркала для воспроизведения заданного волновогофронта с минимальной ошибкой. Методика основана на итерационнойпроцедуре, в основе которой лежит решение задачи нахождениярасположения электрода по заданной деформации зеркала. По даннойметодике рассчитан и изготовлен гибкий 8-ми электродный биморфныйкорректор, способный воспроизводить волновой фронт вихревого пучка.Расчетная ошибка формирования 8.25%. С помощью данного корректора,имеющегонепрерывныйпрофильповерхности,впервыепродемонстрировано экспериментальное формирование вихревого пучка вдальнем поле.
Экспериментально впервые получена генерация вихревыхпучков до 32 топологического заряда с помощью нематическогоуправляемогожидкокристаллическоготранспаранта,имеющегоразрешение 832х624, размер пикселя 32 мкм, максимальную фазовуюзадержку 2π на длине волны 532 нм. Продемонстрирована такжеэффективнаякоррекциянематическимжидкокристаллическиммодулятором вихревого пучка с разрывом волнового фронта в две длиныволны, сгенерированного спиральной фазовой пластинкой.5.На основании теоретических и экспериментальных исследований,направленных на изучение возможности использования двумерногоалгоритма Гершберга-Сакстона для внерезонаторного формированиязаданных распределений интенсивности, установлено, что сходимостьалгоритма может быть априорно определена по значению параметраβ =πω ⋅ω′.
Так, например, при β, лежащем в интервале 1.23<β<4.45, задачаλf30формирования супергауссова пучка 6-го и 12-го порядков из гауссова пучкадостигают точности формирования идеальным корректором, не хуже, чем10%. Экспериментальная реализация алгоритма Гершберга-Сакстона дляформирования заданных распределений интенсивности с помощьюжидкокристаллического модулятора (с разрешением 832х624, размеромпикселя 32 мкм) продемонстрировала возможность формированияразличныхраспределенийинтенсивности,имеющихширокийпространственный спектр.6.Экспериментальные исследования аберраций сильнофокусирующейвнеосевой оптики позволили сделать вывод о том, что коррекция такихаберраций эффективна 17-электродным биморфным зеркалом.
Так,например, для внеосевых параболических зеркал с фокуснымирасстояниями 150 мм и 50 мм, апертурой 50 мм и 20 мм управлениеадаптивным зеркалом позволило снизить амплитуду аберраций оптическихэлементов в 2÷3 раза. При этом установлено, что коррекция аберрацийтаких оптических элементов одинаково эффективна при использованииалгоритмовфазовогосопряженияипокоординатногоспуска.Использование метода фазового сопряжения для коррекции аберрацийуказанных параболических зеркал дает снижение амплитуды аберраций (PV) 1,96-2,9 раза, применение метода покоординатного спуска даетснижение амплитуды аберраций (P-V) в 2,26-2,4 раза.
Исследованиевлияния аберраций оптических элементов на М2-параметр пучка,отраженного или прошедшего сквозь него, позволило предложитьоригинальный метод юстировки сложных оптических элементов поминимизации М2-параметра пучка. Метод апробирован для юстировкивнеосевых параболических зеркал с фокусными расстояниями 150 мм и 50мм, апертурой 50 мм и 20 мм и дает точность выставления угловогоположения не хуже ±0,20.7.Проведенный цикл экспериментальных исследований внеосевых аберрацийи аберраций компонент человеческого глаза позволяет сделать вывод, чтоосновной спектр флуктуаций аберраций глаза лежит в диапазоне до 5 Гц,суммарные аберрации человеческого глаза не превышают по амплитудеаберрации отдельных оптических элементов глаза.
Исследование динамикифлуктуаций аберраций человеческого глаза позволило предложитьуникальный имитатор аберраций глаза, основанный на гибком биморфномкорректоре, воспроизводящем волновой фронт человеческого глаза вдинамике со среднеквадратичной ошибкой, не превышающей величинуλ/10 мкм (λ=780 нм), а для отдельных аберраций λ/20 мкм.
Исследованиестатических аберраций позволило впервые предложить модели глаза,объясняющие характер поведения осевых и внеосевых аберрацийизмеряемых глаз пациентов, а также распределение аберраций междуоптическими элементами глаза. Такие модели отличаются отсуществующих моделей глаза значениями смещений, углов поворота31оптических элементов, положением зрачка, кривизной поверхностейсферических элементов.8.На основе экспериментального исследования аберраций впервые определенразмер зоны изопланатизма человеческого глаза.
В соответствии спринятой оценкой размера зоны изопланатизма, как площади, гдеостаточная среднеквадратичная ошибка коррекции не превышает 1 рад2,размер такой зоны составляет для измеренных пациентов 1.5°- 2.8°. Размерзоны изопланатизма для модели глаза Гульстранда-Наварро равен 3.4°.Различие между размером зоны изопланатизма модельного и реальногоглаза объясняется наличием разъюстировок оптических элементов инеидеальной формой поверхности элементов в оптической системереального глаза. Разработана и исследована на эффективность методикарасширения зоны изопланатизма человеческого глаза.
Методикарасширения зоны изопланатизма человеческого глаза по средней фазепозволяет расширить размер зоны в 1.2-1.5 раза при увеличении остаточнойошибки коррекции в центре глазного дна до 1 рад. Для идеальной моделиГульстранда-Наварро размер зоны изопланатизма был расширен до 4.8°.Методика, использующая два тонких корректора, расположенных вплоскостях, сопряженных с хрусталиком и роговицей, не даетзначительного расширения угла изопланатизма, что объясняется, тем, чтоглаз является системой, состоящей из «толстых» линз.
Методиканейтрализации преломляющей силы слоя роговицы иммерсионнойжидкостью позволяет расширить зону изопланатизма в 1.5-1.9 раза безувеличения остаточной ошибки коррекции в центре глазного дна. Длямодели Гульстранда-Наварро применение данной методики позволилорасширить зону изопланатизма до 6.1°.Список цитируемой литературы1. Технологическиелазеры. т.1.//Под ред. Г.А.Абильсиитова. -М:Машиностроение, 1991, - 432c.2. N.A.Generalov, N.G.Solov’yov, M.Yu.Yakimov, V.P.Zimakov. Beam qualityimprovement by means of unstable resonator with variable reflectivity outputcoupler.// In Laser Resonators, Alexis Kudryashov, Pierre Galarneau, Editors,Proc. SPIE v.
3267, pp.226-234, (1998).3. D.L.Fried. Branch point problem in adaptive optics// JOSA A, v.15, №10,pp.2759-2786, (1998).4. S.R.Seshadri. Scalar modified Bessel-Gauss beams and waves// JOSA A, v.24,№9, pp. 2837-2842 (2007).5. С.А.Ахманов, М.А.Воронцов, В.П.Кандидов, А.П.Сухоруков, С.С.Чесноков.Тепловое самовоздействие световых пучков и методы его компенсации.Известия высших учебных заведений// Сер.
Радиофизика, т.ХХIII, сс.1-37,(1980).326. М.И.Калиниченко, В.А.Трофимов. О возможности аномального ростаконцентрации продукта лазероиндуцированной обратимой химическойреакции вблизи боковой поверхности кюветы// ЖТФ, т.63, сс.195-198,(1993).Публикации по теме диссертации:1. T.Yu.Cherezova, A.V.Kudryashov. Chapter 6 in Laser Beam Shaping byMeans of Flexible Mirrors// Laser Beam Shaping Applications, Fred Dickey,Scott Holswade, David Shealy Editors (Published by Taylor & Fransis Group),pp.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
