(46-6) 04 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Измерение радиуса кривизны сферической поверхности на основе уравнения переноса интенсивности
Н.Г. Сцепуро 1, М.С. Ковалев 1, Г.К. Красин 1, И.В. Гриценко 1, А.В. Бобков 1,2, С.И. Кудряшов 3

1 Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана,
105005, Россия, г. Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, стр.1;
2 НПП «Геофизика-Космос», 107497, Россия, г. Москва, Иркутская ул., д. 11, к.1;
3 Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук,
119991, Россия, г. Москва, Ленинский проспект, д. 53

 PDF, 1357 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1159

Страницы: 877-883.

Аннотация:
Уравнение переноса интенсивности обеспечивает новый неинтерферометрический и неитеративный доступ к количественной информации о фазе световой волны посредством измерения распределений интенсивности. Это уравнение можно использовать для реализации простого и точного измерения пространственной фазы для оптического тестирования сферических поверхностей. Для реализации метода требуется только КМОП-камера, с помощью которой происходит регистрация поперечных распределений интенсивности поля в нескольких плоскостях. Обработка экспериментальных измерений с помощью специализированного программного обеспечения позволяет восстановить значение радиуса кривизны тестируемой сферической поверхности с высокой точностью. Для оценки точности значение радиуса кривизны тестируемой сферической поверхности, рассчитанное предлагаемым авторами методом, было сопоставлено с интерферометрическими измерениями. Разница полученных значений составила менее 0,01 %, что свидетельствует о хорошем согласовании данных.

Ключевые слова:
лазерные пучки, волновой фронт, измерение радиуса кривизны сферической поверхности, фазовые искажения, уравнение переноса интенсивности.

Благодарности
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонта (проект №20-79-00264) и Российского Фонда Фундаментальных Исследований (проект № 20-32-90161).

Цитирование:
Сцепуро, Н.Г. Измерение радиуса кривизны сферической поверхности на основе уравнения переноса интенсивности / Н.Г. Сцепуро, М.С. Ковалев, Г.К. Красин, И.В. Гриценко, А.В. Бобков, С.И. Кудряшов // Компьютерная оптика. – 2022. – Т. 46, № 6. – С. 877-883. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1159.

Citation:
Stsepuro NG, Kovalev MS, Krasin GK, Gritsenko IV, Bobkov AV, Kudryashov SI. Measurement of the radius of curvature of a spherical surface based on the transport-of-intensity equation. Computer Optics 2022; 46(6): 877-883. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1159.

References:
  1. Torre A. Linear ray and wave optics in phase space. 1st ed. Elsevier Science; 2005.
  2. Allen RL, Mills DW. Signal analysis: Time, frequency, scale, and structure. 1st ed. Wiley-IEEE Press; 2003.
  3. Ruchka PA, Galkin ML, Kovalev MS, Krasin GK, Stsepuro NG, Odinokov SB. On the possibilities of encoding digital images using fractional Fourier transform. Optical Memory and Neural Networks 2019; 28: 252-261.
  4. Gritsenko IV, Kovalev MS, Stsepuro NG, GulinaYuS, Krasin GK, Gonchukov SA, Kudryashov SI. The optical refractometry using transport-of-intensity equation. Laser Phys Lett 2022; 19(7): 076201.
  5. Wolf E. Coherence properties of partially polarized electromagnetic radiation. Nuovo Cim 1959; 13: 1165-1181.
  6. Walker JG. The phase retrieval problem. J Mod Opt 2010; 28(6): 735-738.
  7. Schiebelbein A, Pedrini G. Lensless phase imaging microscopy using multiple intensity diffraction patterns obtained under coherent and partially coherent illumination. Appl Opt 2022; 61(5): B271-B278.
  8. LR, Quach H, Choi H, Kim DW. Infinite deflectometry enabling 2π-steradian measurement range. Opt Express 2019; 27(5): 7602-7615.
  9. Pan S, Ma J, Zhu R, Ba T, Zuo C, Chen F, Dou J, Wei С, Zhou W. Real-time complex amplitude reconstruction method for beam quality M2 factor measurement. Opt Express 2017; 25(17): 20142-20155.
  10. Kovalev M, Gritsenko I, Stsepuro N, Nosov P, Krasin G, Kudryashov S. Reconstructing the spatial parameters of a laser beam using the transport-of-intensity equation. Sensors 2022; 22(5): 1765.
  11. Li WS, Chen CW, Lin KF, Chen HR, Tsai CY, Chen CH, Hsieh WF. Phase retrieval by using the transport-of-intensity equation with Hilbert transform. Opt Lett 2016; 41(7): 1616-1619.
  12. Zuo C, Chen Q, Asundi A. Boundary-artifact-free phase retrieval with the transport of intensity equation: fast solution with use of discrete cosine transform. Opt Express 2014; 22(8): 9220-9244.
  13. Geng J. Structured-light 3D surface imaging: a tutorial. Adv Opt Photon 2011; 3(2): 128-160.
  14. Chen X, Kandel ME, Popescu G. Spatial light interference microscopy: principle and applications to biomedicine. Adv Opt Photon 2021; 13(2): 353-425.
  15. Krasin G, Kovalev M, Stsepuro N, Ruchka P, Odinokov S. Lensless scheme for measuring laser aberrations based on computer-generated holograms. Sensors 2020; 20(15): 4310.
  16. Zheng G, Shen C, Jiang S, Song P, Yang C. Concept, implementations and applications of Fourier ptychography. Nat Rev Phys 2021; 3: 207-223.
  17. Baek Y, Park Y. Intensity-based holographic imaging via space-domain Kramers–Kronig relations. Nat Photonics 2021; 15: 354-360.
  18. Dorrer C, Zuegel JD. Optical testing using the transport-of-intensity equation. Opt Express 2007; 15(12): 7165-7175.
  19. Popov NL, Artyukov IA, Vinogradov AV, Protopopov VV. Wave packet in the phase problem in optics and ptychography. Phys Usp 2020; 63(5): 766-774.
  20. Schmidt OA, Schulze C, Flamm D, Brüning R, Kaiser T, Schröter S, Duparré M. Real-time determination of laser beam quality by modal decomposition. Opt Express 2011; 19(7): 6741-6748.
  21. Vaveliuk P, Ruiz B, Lencina A. Limits of the paraxial approximation in laser beams. Opt Lett 2007; 32(8): 927-929.
  22. Hirleman ED, Stevenson WH. Intensity distribution properties of a Gaussian laser beam focus. Appl Opt 1978; 17(21): 3496-3499.
  23. Nosov PA, Piskunov DE, Shirankov AF. Combined laser variosystems paraxial design for longitudinal movement of a Gaussian beam waist. Opt Express 2020; 28(4): 5105-5118.
  24. Forkner JF. Computing illumination-bundle focusing by lens systems. Proc SPIE 1991; 1354: 210-215.
  25. Teague MR. Deterministic phase retrieval: a Green’s function solution. J Opt Soc Am 1983; 73(11): 1434-1441.
  26. Allen LJ, Oxley MP. Phase retrieval from series of images obtained by defocus variation. Opt Commun 2001; 199(1-4): 65-75.
  27. Gritsenko I, Kovalev M, Krasin G, Konoplyov M, Stsepuro N. Computational method for wavefront sensing based on transport-of-intensity equation. Photonics 2021; 8(6): 177.
  28. Lasers and laser-related equipment – Test methods for laser beam widths, divergence angles and beam propagation ratios – Part 2: General astigmatic beams. 2005. Source: <https://www.iso.org/standard/33626.html>.
  29. Nosov PA, Shirankov AF, Grigoryants AG, Tret'yakov RS. Investigation of the spatial structure of a high-power fiber laser beam. J Phys Conf Ser 2015; 584(1): 012006.
  30. Stroock DW. Probability theory: an analytic view. 2nd ed. Cambridge University Press; 2011.
  31. Lu Z, Cai L. Paraxial focal length measurement method with a simple apparatus. Opt Express 2019; 27(3): 2044-2055.

© 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