(45-4) 07 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Оптическое детектирование величины отдельных аберраций при помощи многоканального фильтра, согласованного с фазовыми функциями Цернике
П.А. Хорин 1, С.Г. Волотовский 2, С.Н. Хонина 1,2

1 Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва,
443086, Россия, г. Самара, Московское шоссе, д. 34,
2 ИСОИ РАН – филиал ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН,
443001, Россия, г. Самара, ул. Молодогвардейская, д. 151

 PDF, 1802 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-906

Страницы: 525-533.

Аннотация:
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант 20-37-90129) в части численного моделирования, а также при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках выполнения работ по Государственному заданию ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН (соглашение № 007-ГЗ/Ч3363/26) в теоретической части.
     Вычисления проведены с помощью гибридного суперкомпьютера K-100,установленного в Центре коллективного пользования ИПМ им. М.В. Келдыша РАН.

Ключевые слова:
аберрации волнового фронта, функции Цернике, датчик волнового фронта, многоканальный дифракционный оптический элемент.

Благодарности
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант 18-19-00595) в части моделирования, Российского фонда фундаментальных исследований (грант 18-29-20003) в теоретической части и Министерства науки и высшего образования РФ в рамках выполнения работ по Государственному заданию ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН.

Цитирование:
Хорин, П.А. Оптическое детектирование величины отдельных аберраций при помощи многоканального фильтра, согласованного с фазовыми функциями Цернике / П.А. Хорин, С.Г. Волотовский, С.Н. Хонина // Компьютерная оптика. – 2021. – Т. 45, № 4. – С. 525-533. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-906.

Citation:
Khorin PA, Volotovskiy SG, Khonina SN. Optical detection of values of separate aberrations using a multi-channel filter matched with phase Zernike functions. Computer Optics 2021; 45(4): 525-533. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-906.

Литература:
  1. Camacho, L. Quantitative phase microscopy using defocusing by means of a spatial light modulator / L. Camacho, V. Mico, Z. Zalevsky, J. Garcia // Optics Express. – 2010. – Vol. 18. – P. 6755-6766.
  2. Lombardo, M. Wave aberration of human eyes and new descriptors of image optical quality and visual performance / M. Lombardo, G. Lombardo // Journal of Cataract & Refractive Surgery. – 2010. – Vol. 36. – P. 313-320.
  3. Zhao, Q. Effect of optical aberration of telescopes to the laser radar / Q. Zhao, H. Fan, S. Hu, M. Zhong, L. Baida // Proceedings of SPIE. – 2010. – Vol. 7656. – 76565Z.
  4. González-Núñez, H. Pupil aberrations in Offner spectrometers / H. González-Núñez, X. Prieto-Blanco, R. De la Fuente // Journal of the Optical Society of America A. – 2011. – Vol. 29. – P. 442-449.
  5. Khonina, S.N. Analysis of wave aberration influence on reducing focal spot size in a high-aperture focusing system / S.N. Khonina, A.V. Ustinov, E.A. Pelevina // Journal of Optics. – 2011. – Vol. 13, Issue 9. – 095702. – DOI: 10.1088/2040-8978/13/9/095702.
  6. Booth, M. Aberrations and adaptive optics in super-resolution microscopy / M. Booth, D. Andrade, D. Burke, B. Patton, M. Zurauskas // Microscopy. – 2015. – Vol. 64. – P. 251-261.
  7. Khonina, S.N. Zernike phase spatial filter for measuring the aberrations of the optical structures of the eye / S.N. Khonina, V.V. Kotlyar, D.V. Kirsh // Journal of Biomedical Photonics & Engineering. – 2015. – Vol. 1, Issue 2. – P. 146-153. – DOI: 10.18287/jbpe-2015-1-2-146.
  8. Хорин, П.А. Анализ аберраций роговицы человеческого глаза / П.А. Хорин, С.Н. Хонина, А.В. Карсаков, С.Л. Бранчевский // Компьютерная оптика. – 2016. – Т. 40, № 6. – С. 810-817. – DOI: 10.18287/0134-2452-2016-40-6-810-817.
  9. Wilby, M.J. Designing and testing the coronagraphic modal wavefront sensor: A fast non-common path error sensor for high-contrast imaging / M.J. Wilby, C.U. Keller, S. Haert, V. Korkiakoski, F. Snik, A.G.M. Pietrow // Proceedings of SPIE. – 2016. – Vol. 9909. – 990921.
  10. Клебанов, Я.М. Компенсация аберраций волнового фронта в телескопах космических аппаратов с регулировкой температурного поля телескопа / Я.М. Клебанов, А.В. Карсаков, С.Н. Хонина, А.Н. Давыдов, К.А. Поляков // Компьютерная оптика. – 2017. – Т. 41, № 1. – С. 30-36. – DOI: 10.18287/0134-2452-2017-41-1-30-36.
  11. Расторгуев, А.А. Моделирование допустимых погрешностей расположения оптических элементов для космического гиперспектрометра, проектируемого по схеме Оффнера / А.А. Расторгуев, С.И. Харитонов, Н.Л. Казанский // Компьютерная оптика. – 2018. – Т. 42, № 3. – С. 424-431. – DOI: 10.18287/2412-6179-2018-42-3-424-431.
  12. Абраменко, А.А. Калибровка взаимного расположения стереокамеры и трёхмерного сканирующего лазерного дальномера / А.А. Абраменко // Компьютерная оптика. – 2019. – Т. 43, № 2. – С. 220-230. – DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-2-220-230.
  13. Martins, A.C. Measuring ocular aberrations sequentially using a digital micromirror device / A.C. Martins, B. Vohnsen // Micromachines. – 2019. – Vol. 10. – 117.
  14. Baum, O.I. Control of laser-beam spatial distribution for correcting the shape and refraction of eye cornea / O.I. Baum, A.I. Omel'chenko, E.M. Kasianenko, R.V. Skidanov, N.L. Kazanskiy, E.N. Sobol', A.V. Bolshunov, S.E. Avetisov, V.Ya. Panchenko // Quantum Electronics. – 2020. – Vol. 50, Issue 1. – P. 87-93. – DOI: 10.1070/QEL17216.
  15. Mu, Q. Adaptive optics imaging system based on a high-resolution liquid crystal on silicon device / Q. Mu, Z. Cao, L. Hu, D. Li, L. Xuan // Optics Express. – 2006. – Vol. 14. – P. 8013-8018.
  16. Ellerbroek, B.L. Inverse problems in astronomical adaptive optics / B.L. Ellerbroek, C.R. Vogel // Inverse Problems. – 2009. – Vol. 25. – 063001.
  17. Esposito, S. Large binocular telescope adaptive optics system: new achievements and perspectives in adaptive optics / S. Esposito, A. Riccardi, E. Pinna, A. Puglisi, F. Quirós-Pacheco, C. Arcidiacono, M. Xompero, R. Briguglio, G. Agapito, L. Busoni, L. Fini, J. Argomedo, A. Gherardi, G. Brusa, D. Miller, J.C. Guerra, P. Stefanini, P. Salinari // Proceedings of SPIE. – 2011. – Vol. 8149. – 814902.
  18. Lukin, V.P. Adaptive optics in the formation of optical beams and images / V.P. Lukin // Physics-Uspekhi. – 2014. – Vol. 57, Issue 6. – P. 556-592.
  19. Ji, N. Adaptive optical fluorescence microscopy / N. Ji // Nature Methods. – 2017. – Vol. 14. – P. 374-380.
  20. Bond, C.Z. Adaptive optics with an infrared pyramid wavefront sensor / P. Wizinowich, M. Chun, D. Mawet, S. Lilley, S. Cetre, N. Jovanovic, J.-R. Delorme, E. Wetherell, S. Jacobson, C. Lockhart, E. Warmbier, J.K. Wallace, D.N. Hall, S. Goebel, O. Guyon, C. Plantet, G. Agapito, C. Giordano, S. Esposito, B.  Femenia-Castella // Proceedings of SPIE. – 2018. – Vol. 10703. – 107031Z.
  21. Mahajan, V.N. Zernike circle polynomials and optical aberration of system with circular pupils / V.N. Mahajan // Applied Optics. – 1994. – Vol. 33, Issue 34. – P. 8121-8124.
  22. Love, G.D. Wavefront correction and production of Zernike modes with a Liquid crystal spatial light modulator / G.D. Love // Applied Optics. – 1997. – Vol. 36. – P. 1517-1525.
  23. Khonina, S.N. Decomposition of a coherent light field using a phase Zernike filter / S.N. Khonina, V.V. Kotlyar, V.A. Soifer, Y. Wang, D. Zhao // Proceedings of SPIE. – 1998. – Vol. 3573. – P. 550-553. – DOI: 10.1117/12.324588.
  24. Neil, M.A.A. New modal wave-front sensor: a theoretical analysis / M.A.A. Neil, M.J. Booth, T. Wilson // Journal of the Optical Society of America A. – 2000. – Vol. 17. – P. 1098-1107.
  25. Booth, M.J. Direct measurement of Zernike aberration modes with a modal wavefront sensor / M.J. Booth // Proceedings of SPIE. – 2003. – Vol. 5162. – P. 79-90.
  26. Sheppard, C.J.R. Zernike expansion of pupil filters: optimization of the signal concentration factor / C.J.R. Sheppard // Journal of the Optical Society of America A. – 2015. – Vol. 32, Issue 5. – P. 928-933.
  27. Porfirev, A.P. Experimental investigation of multi-order diffractive optical elements matched with two types of Zernike functions / A.P. Porfirev, S.N. Khonina // Proceedings of SPIE. – 2016. – Vol. 9807. – 98070E. – DOI: 10.1117/12.2231378.
  28. Wilby, M.J. The coronagraphic Modal Wavefront Sensor: a hybrid focal-plane sensor for the high-contrast imaging of circumstellar environments / M.J. Wilby, C.U. Keller, F. Snik, V. Korkiakoski, A.G.M. Pietrow // Astronomy & Astrophysics. – 2017. – Vol. 597. – A112.
  29. Degtyarev, S.A. Zernike basis-matched multi-order diffractive optical elements for wavefront weak aberrations analysis / S.A. Degtyarev, A.P. Porfirev, S.N. Khonina // Proceedings of SPIE. – 2017. – Vol. 10337. – 103370Q. – DOI: 10.1117/12.2269218.
  30. Khonina, S.N. Wavefront aberration sensor based on a multichannel diffractive optical element / S.N. Khonina, S.V. Karpeev, A.P. Porfirev // Sensors. – 2020. – Vol. 20, Issue 14. – 3850. – DOI: 10.3390/s20143850.
  31. Gerchberg, R. Phase determination for image and diffraction plane pictures in the electron microscope / R. Gerchberg, W. Saxton // Optik. – 1971. – Vol. 34. – P. 275-284.
  32. Fienup, J.R. Reconstruction of an object from the modulus of its Fourier transform / J.R. Fienup // Optics Letters. – 1978. – Vol. 3, Issue 1. – P. 27-29.
  33. Elser, V. Phase retrieval by iterated projections / V. Elser // Journal of the Optical Society of America A. – 2003. – Vol. 20, Issue 1. – P. 40-55.
  34. Marchesini, S. A unified evaluation of iterative projection algorithms for phase retrieval / S. Marchesini // Review of Scientific Instruments. – 2007. – Vol. 78, Issue 1. – 011301.
  35. Zhang, C. Two-step phase retrieval algorithm using single-intensity measurement / C. Zhang, M. Wang, Q. Chen, D. Wang, S. Wei // International Journal of Optics. – 2018. – Vol. 2018. – 8643819.
  36. Tokovinin, A. DONUT: measuring optical aberrations from a single extrafocal image / A. Tokovinin, S. Heathcote // Publications of the Astronomical Society of the Pacific. – 2006. – Vol. 118, Issue 846. – P. 1165-1175.
  37. Guo, H. Wavefront reconstruction with artificial neural networks / H. Guo, N. Korablinova, Q. Ren, J. Bille // Optics Express. – 2006. – Vol. 14, Issue 14. – P. 6456-6462.
  38. Paine, S.W. Machine learning for improved image-based wavefront sensing / S.W. Paine, J.R. Fienup // Optics Letters. – 2018. – Vol. 43, Issue 6. – P. 1235-1238.
  39. Rivenson, Y. Phase recovery and holographic image reconstruction using deep learning in neural networks / Y. Rivenson, Y. Zhang, H. Günaydın, D. Teng, A. Ozcan // Light: Science & Applications. – 2018. – Vol. 7, Issue 2. – 17141.
  40. Dzyuba, A.P. Optical phase retrieval with the image of intensity in the focal plane based on the convolutional neural networks / A.P. Dzyuba // Journal of Physics: Conference Series. – 2019. – Vol. 1368, Issue 2. – 022055.
  41. Nishizaki, Y. Deep learning wavefront sensing / Y. Nishizaki, M. Valdivia, R. Horisaki, K. Kitaguchi, M. Saito, J. Tanida, E. Vera // Optics Express. – 2019. – Vol. 27, Issue 1. – P. 240-251.
  42. Родин, И.А. Распознавание типов аберраций волнового фронта, соответствующих отдельным функциям Цернике, по картине функции рассеяния точки в фокальной плоскости с применением нейронных сетей / И.А. Родин, С.Н. Хонина, П.Г. Серафимович, С.Б. Попов // Компьютерная оптика. – 2020. – Т. 44, № 6. – С. 923-930. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-810.

© 2009, IPSI RAS
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: journal@computeroptics.ru; тел: +7 (846) 242-41-24 (ответственный секретарь), +7 (846) 332-56-22 (технический редактор), факс: +7 (846) 332-56-20