Акустическое воздействие на распространение бесселевых световых пучков в рассеивающих средах

Белый В.Н., Казак Н.С., Ропот П.И., Хило Н.А.

Ссылка для цитирования:

Белый В.Н., Казак С.Н., Ропот П.И., Хило Н.А. Акустическое воздействие на распространение бесселевых световых пучков в рассеивающих средах // Оптический журнал. 2024. T. 91. № 7. С. 5–12. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-07-5-12

Belyi V.N., Kazak N.S., Ropot P.I., Khilo N.A. Acoustic impact on the Bessel light beams propagation in scattering media [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2024. V. 91. № 7. P. 5–12. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-07-5-12

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Распространение бесселевых световых пучков в рассеивающих средах в условиях акустического воздействия. Цель работы. Подавление спекл-структуры («просветление» рассеивающей среды) в бесселевых световых пучках, распространяющихся в рассеивающей среде, при определенном акустическом воздействии на данную среду. Метод. Подавление спекл-структуры путем создания множества статистически независимых реализаций поля за счет акустического воздействия на рассеивающую среду. Основные результаты. Исследовано влияние свойств рассеивающей среды и параметров акустического воздействия на эффект просветления. Предложено теоретическое обоснование возможности проявления указанного эффекта. Оно исходит из наличия в поле бесселева светового пучка, распространяющегося в рассеивающей среде, когерентной компоненты и аддитивного шума. При этом когерентная компонента возникает вследствие эффекта самореконструкции бесселева светового пучка. Показано, что подавление спекл-структуры достигается при таких условиях акустического воздействия, когда за время регистрации изображения реализуется максимальное число статистически независимых состояний спекл-поля. Тем самым продемонстрировано, что и импульсное, и непрерывное акустические воздействия могут быть эффективным методом подавления шумовой компоненты в бесселевом световом пучке. представлены результаты экспериментального исследования эффекта просветления в условиях распространения бесселевых световых пучков в жидких рассеивающих средах. Практическая значимость. Обнаруженный эффект акустически индуцированного просветления рассеивающих сред представляет практический интерес для передачи через них оптических изображений, для увеличения глубины томографического видения, а также для оптической связи в открытом пространстве.

Ключевые слова:

бесселев световой пучок, аксикон, акустическое воздействие, подавление спекл-структуры

Коды OCIS: 100.0100, 260.0260, 290.0290

Список источников:

1. Goodman J. Speckle phenomena in optics: Theory and applications. Bellingham, Washington, USA: SPIE Press, 2020. 468 p.

2. Kubota S., Goodman J.W. Very efficient speckle contrast reduction realized by moving diffuser device // Appl. Opt. 2012. V. 49. Р. 4385–4391. https://doi.org/10.1364/AO.49.004385

3. Tu S.Y., Lin H.Y., Lin M.C. Efficient speckle reduction for a laser illuminating on a micro-vibrated paper screen // Appl. Opt. 2014. V. 53. Р. E38–E46. https://doi.org/10.1364/AO.53.000E38

4. Trisnadi J.I. Speckle contrast reduction in laser projection displays // Proc. SPIE. 2002. V. 4657. Р. 131–138. https://doi.org/10.1117/12.463781.

5. Bashkansky M., Reintjes J. Statistics and reduction of speckle in optical coherence tomography // Opt. Lett. 2000. V. 25. Р. 545–547. https://doi.org/10.1364/ol.25.000545

6. Rawson E.G., Nafarrate A.B., Norton R.E., et al. Speckle-free rear-projection screen using two close screens in slow relative motion // JOSA. 1976. V. 66. Р. 1290–1294.

7. Yoon Y., Breshike Ch.J., Kendziora Ch.A., et al. Reduction of speckle noise and mitigation of beam wander in tunable external cavity quantum cascade lasers using rotating diamond/KBr pellet coupled with multimode fiber // Opt. Exp. 2019. V. 27. P. 8011–8020. https://doi.org/10.1364/OE.27.008011

8. Mahmoud M., Qianli M.A., Flannigan L., et al. Laser speckle reduction utilized by lens vibration for laser projection applications // Eng. Res. Exp. 2019. V. 1. № 1. P. 015036. https://doi.org/10.1088/2631-8695/ab42eb

9. Kumar V., Usmani K., Singh V., et al. Laser speckle reduction using spatially structured and temporally varying beams using double diffractive optical elements // Laser Phys. Lett. 2020. V. 17. № 3. P. 036003. https://doi.org/10.1088/1612-202X/ab723a

10. Kompanets I., Zalyapin N. Methods and devices of speckle-noise suppression (review) // Opt. Photonics J. 2020. V. 10. № 10. P. 219–250. https://doi.org/10.4236/opj.2020.1010023

11. Xue J., Tong Z., Ma Y., et al. Fabrication of volume scattering diffusers by spin-coating SiO₂ microspheres and SU-8 photoresist for speckle reduction investigation // Opt. Mater. Exp. 2022. V. 12. P. 479–488. https://doi.org/10.1364/OME.449136

12. Xin J., Zhou W., Wang W., et al. Laser speckle reduction using polymer-stabilized liquid crystals doped with Ag nanowires // Heliyon. 2023. V. 9. № 10. P. e20934. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e20934

13. Deng Q.-L., Lin B.-S., Wu P.-J., et al. A hybrid temporal and spatial speckle suppression method for laser displays // Opt. Exp. 2013. V. 21. P. 31062–31071. https://doi.org/10.1364/OE.21.031062

14. Pan J.-W., Shi Ch.-H. Speckle noise reduction in the laser mini-projector by vibrating diffuser // J. Opt. (United Kingdom). 2017. V. 19. № 4. P. 045606. https://doi.org/10.1088/2040-8986/aa608d

15. Mizushima T., Furuya H., Mizuuchi K., et al. L-9: Late-news paper: Laser projection display with low electric consumption and wide color gamut by using efficient green SHG laser and new illumination optics // SID Symp. Digest of Technical Papers. 2006. V. 37. № 1. P. 681. https://doi.org/10.1889/1.2433329

16. Bouchal Z., Wagner J., Chlup M. Self-reconstruction of a distorted nondiffracting beam // Opt. Commun. 1998. V. 151. Р. 207–211. https://doi.org/10.1016/S0030-4018(98)00085-6

17. Vyas S., Kozawa Y., Sato S. Self-healing of tightly focused scalar and vector Bessel–Gauss beams at the focal plane // JOSA. A. 2011. V. 28. № 5. P. 837–843. https://doi.org/10.1364/JOSAA.28.000837

18. Blatter C., Grajciar B., Eigenwillig C.M., et al. Extended focus high-speed swept source OCT with self-reconstructive illumination// Opt. Exp. 2011. V. 19. Р. 12141–12155. https://doi.org/10.1364/OE.19.012141

19. Belyi V.N., Kazak N.S., Khilo N.A., et al. Special features of local spatial spectrum of Bessel light beams// Opt. Commun. 2011. V. 284. P. 5399–5405. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2011.07.036