en
Назад
DOI: 10.17586/1023-5086-2023-90-09-73-81
УДК: 535
Одноэтапный алгоритм подавления шумов для измерений комплексной амплитуды поля, формируемого лазерным излучением
Полный текст на elibrary.ru
Публикация в Journal of Optical Technology
Jing W., Wu X., Shen W., Feng X., Zhao Z. Low-noise suppression algorithm based on single-shot for laser complex amplitude measurements [in English] // Opticheskii Zhurnal. 2023. V. 90. № 9. P. 73–81. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-09-73-81
Jing W., Wu X., Shen W., Feng X., Zhao Z. Low-noise suppression algorithm based on single-shot for laser complex amplitude measurements [in English] // Opticheskii Zhurnal. 2023. V. 90. № 9. P. 73–81. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-09-73-81
Предмет исследования. Алгоритм измерения комплексной амплитуды поля, сформированного лазерным излучением. Цель работы. Совершенствование известного алгоритма измерения комплексной амплитуды поля, основанного на определении разности фаз. Метод. Совокупность метода углового спектра как способа моделирования волнового поля в сочетании с алгоритмом нелинейной оптимизации при улучшенной функции рассеяния точки оптической системы с использованием синхронно получаемых изображений с двух ПЗС[1] матриц. Основные результаты. Показана возможность измерения комплексной амплитуды поля, сформированного лазерным излучением, посредством использования одноэтапного алгоритма, включающего обработку синхронно получаемых кадров, определяющих интенсивность поля в двух его различных сечениях при уменьшении шумов вследствие оптимизации функции рассеяния точки приемного объектива в комбинации с методом углового спектра и алгоритмом нелинейной оптимизации. Практическая значимость. Предложенный одноэтапный алгоритм измерения комплексной амплитуды поля, сформированного лазерным излучением, имеет меньшую трудоемкость при большей точности и быстродействии по сравнению с известными алгоритмами.
лазерная комплексная амплитуда, подавление низкоуровневых шумов, одноэтапный алгоритм, функция рассеяния точки, параметры итерации
Благодарность:работа поддержана Министерством науки и технологий Китайской Народной Республики (2018YFB1107600), Программой научно-технического развития провинции Цзилинь (20160204009GX, 20170204014GX, 20200401066GX), также проектом 111 Китая (D21009)
Коды OCIS: 140.0140, 120.5050, 070.0070
Список источников:1. Smith C.S., Marinică R., den Dekker A.J., et al. Iterative linear focal-plane wavefront correction // JOSA A. 2013. V. 30(10) P. 2002. https://doi.org/10.1364/JOSAA.30.002002
2. Montrésor S., Memmolo P., Bianco V., et al. Comparative study of multi-look processing for phase map de-noising in digital Fresnel holographic interferometry // JOSA A. 2019. V. 36(2). P. A59. https://doi.org/10.1364/JOSAA.36.000A59
3. Matsushima K. Shifted angular spectrum method for off-axis numerical propagation // Opt. Exp. 2010. V. 18(17). P. 1845. http://dx.doi.org/10.1364/OE.18.018453
4. Meynadier L., Michau V., Velluet M.-T., et al. Noise propagation in wave-front sensing with phase diversity // Appl. Opt. 1999. V. 38(23). P. 4967. http://dx.doi.org/10.1364/AO.38.004967
5. Cheng Q., Li F., Tao X., et al. Wavefront error sensing based on phase diversity technology and image restoration // 6th Int. Symp. Adv. Opt. Manuf. Test. Technol. Opt. Test Meas. Technol. Equip. 2012. V. 8417(1). P. 84170R. http://dx.doi.org/10.1117/12.970394
6. Ehsan L. An adaptive fuzzy filter for Gaussian noise reduction using image histogram estimation // Adv. Digit. Multimed. 2013. V. 1(4). P. 190–193.
7. Farriss W.E., Malhotra T., Vamivakas N.N., et al. Phase retrieval in generalized two-path interferometry // Opt. InfoBase Conf. Pap. 2016. V. 26(3). P. 2758–2769. https://doi.org/10.1364/COSI.2016.CT4C.3
8. Jurling A.S. and Fienup J.R. Extended capture range for focus-diverse phase retrieval in segmented aperture systems using geometrical optics // JOSA A. 2014. V. 31(3). P. 661. https://doi.org/10.1364/JOSAA.31.000661
9. Misell D.L. An examination of an iterative method for the solution of the phase problem in optics and electron optics: I. Test calculations // J. Phys. D. Appl. Phys. 1973. V. 6(18). P. 305. http://dx.doi.org/10.1088/0022-3727/6/18/305
10. Gonsalves R.A. Phase retrieval and diversity in adaptive optics // Opt. Eng. 1982. V. 21(5). P. 19–22. https://doi.org/10.1117/12.7972989
11. Mugnier L.M., Blanc A., and Idier J. Phase diversity: A technique for wave-front sensing and for diffraction-limited imaging // Adv. Imaging Electron Phys. 2006. V. 141(05). P. 1–76. https://doi.org/10.1016/S1076-5670%2805%2941001-0
12. Guo C., Tan J., and Liu Z. Precision influence of a phase retrieval algorithm in fractional Fourier domains from position measurement error // Appl. Opt. 2015. V. 54(22). P. 6940. https://doi.org/10.1364/AO.54.006940
13. Shen C., Bao X., Tan J., et al. Two noise-robust axial scanning multi-image phase retrieval algorithms based on Pauta criterion and smoothness constraint // Opt. Exp. 2017. V. 25(14). P. 16235. https://doi.org/10.1364/OE.25.016235
14. Guo C., Li Q., Wei C., et al. Axial multi-image phase retrieval under tilt illumination // Sci. Report. 2017. V. 7(1). P. 1–8. 10.1038/s41598-017-08045-3.
15. Fourmaux S., Payeur S., Alexandrov A., et al. Laser beam wavefront correction for ultra high intensities with the 200 TW laser system at the advanced laser light source // Opt. Exp. 2008. V. 16(16). P. 11987. http://dx.doi.org/10.1364/OE.16.011987
16. Jefferies S.M., Lloyd-Hart M., Hege E.K., et al. Sensing wave-front amplitude and phase with phase diversity // Appl. Opt. 2002. V. 41(11). P. 2095. https://doi.org/10.1364/AO.41.002095
17. Almoro P., Pedrini G., and Osten W. Complete wavefront reconstruction using sequential intensity measurements of a volume speckle field // Appl. Opt. 2006. V. 45(34). P. 8596–8605. https://doi.org/10.1364/AO.45.008596
18. Stark H. Image recovery: Theory and applications. Orlando, Fla: Acad. Press, 1987. 543 p. https://doi.org/10.1016/0022-2364%2889%2990311-9
19. Agour M., Almoro P.F., and Falldorf C. Investigation of smooth wave fronts using SLM-based phase retrieval and a phase diffuser // J. Eur. Opt. Soc. 2012. V. 7. P. 12046. http://dx.doi.org/10.2971/jeos.2012.12046
20. Thurman S.T. and Fienup J.R. Complex pupil retrieval with undersampled data // JOSA A. 2009. V. 26(12). P. 2640–2647. https://doi.org/10.1364/JOSAA.26.002640
21. Védrenne N., Mugnier L.M., Michau V., et al. Laser beam complex amplitude measurement by phase diversity // Opt. Exp. 2014. V. 22(4). P. 4575–4589. https://doi.org/10.1364/OE.22.004575
22. Pan S., Ma J., Zhu R., et al. Real-time complex amplitude reconstruction method for beam quality M2 factor measurement // Opt. Exp. 2017. V. 25(17). P. 20142–20155. https://doi.org/10.1364/OE.25.020142
23. Aisher P.L., Crass J., and Mackay C. Wavefront phase retrieval with non-linear curvature sensors // Mon. Not. R. Astron. Soc. 2013. V. 429(3). P. 2019–2031. http://dx.doi.org/10.1093/mnras/sts472