RU1812544C - Method of adaptive imaging of object located behind irregular phase interface - Google Patents

Method of adaptive imaging of object located behind irregular phase interface

Info

Publication number
RU1812544C
RU1812544C SU4852770A RU1812544C RU 1812544 C RU1812544 C RU 1812544C SU 4852770 A SU4852770 A SU 4852770A RU 1812544 C RU1812544 C RU 1812544C
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
interface
receiving device
media
laser
radiation
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Евгеньевич Семенов
Original Assignee
Государственный оптический институт им.С.И.Вавилова
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственный оптический институт им.С.И.Вавилова filed Critical Государственный оптический институт им.С.И.Вавилова
Priority to SU4852770 priority Critical patent/RU1812544C/en
Application granted granted Critical
Publication of RU1812544C publication Critical patent/RU1812544C/en

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

Использование: при поиске объектов под взволнованной поверхностью воды. Сущность изобретени : освещение объекта производ т импульсным лазером, расположенным по одну сторону от границы раздела сред с приемным устройством, причем длительность импульса меньше времени распространени  света от границы раздела сред до изучаемого объекта и обратно. Отраженное излучение принимают приемным устройством, расположенным таким образом , что освещенный лазером участок границы раздела сред попадает в поле зрени  приемного устройства, отклонение оптических осей лазера и приемного устройства от нормали к плоскости, ближайшей к границе раздела среде, не превосходит среднеквадратичного наклона границы раздела сред к этой плоскости, а на сходной апертуре приемного устройства устанавливают самонастраивающуюс  по отраженному от границы раздела сред излучению систему, эквивалентную двум софокусным линзам и матрице инерционных оптических нейронов , расположенной в плоскости изображени  первой линзой освещенного участка границы раздела сред. 3 ил. (Л 00 ю ел ЬUsage: when searching for objects under the excited surface of the water. SUMMARY OF THE INVENTION: illumination of an object is produced by a pulsed laser located on one side of the interface between the media and the receiving device, the pulse duration being less than the time of light propagation from the media interface to the object being studied and vice versa. The reflected radiation is received by a receiving device located in such a way that the laser-illuminated section of the medium’s interface falls into the field of view of the receiving device, the deviation of the optical axes of the laser and the receiving device from the normal to the plane closest to the medium’s interface does not exceed the mean-square inclination of the medium’s interface to of this plane, and on a similar aperture of the receiving device, a system equivalent to two confocal lenses and an inertial optical neuron matrix located in the image plane of the first lens of the illuminated portion of the media interface. 3 ill. (L 00 ju e b

Description

Изобретение относитс  к адаптивной оптике и может использоватьс  при поиске объектов под взволнованной поверхностью воды.The invention relates to adaptive optics and can be used when searching for objects under an agitated surface of the water.

Традиционные способы коррекции изображени  объекта, расположенного за искажающей средой, заключаютс  в том, что адаптивное устройство, управл емое излучением опорного Источника, расположенного по одну сторону от искажающей среды с изучаемым обьектом, корректирует изображение эталонного источника, а затем наводитс  на изучаемый объект. Поскольку волновой фронт излучени  от изучаемого объекта деформируетс  искажающей средой там же как волновой фронт излучени Conventional methods for correcting the image of an object located behind a distorting medium consist in the fact that an adaptive device controlled by radiation from a reference Source located on one side of the distorting medium with the studied object corrects the image of the reference source and then directs it to the studied object. Since the wavefront of radiation from the studied object is deformed by the distorting medium in the same place as the wavefront of radiation

опорного источника, постольку адаптивна  система исправл ет изображение объекта.reference source, so far as the adaptive system corrects the image of the object.

Рассмотрим методы адаптивной фазовой компенсации в системах формировани  изображений, использовав схему на фиг.1. Примен емые здесь методы компенсации искажений волнового фронта (или адаптации по волновому фронту) и повышени  резкости изображени  аналогичны методам фазового сопр жени  и апертурного зондировани . В первом случае необходим опорный точечный источник, расположенный в одной изопланатической области с объектом . При использованийметода повышени  резкости,  вл ющегос  разновидностью метода апертурного зондировани , фазовые искажени  анализируютс  косвенно, измер   градиенты функционалов резкости в плоскости изображени .Consider adaptive phase compensation techniques in imaging systems using the circuit of Fig. 1. The methods used here to compensate for wavefront distortion (or wavefront adaptation) and sharpen the image are similar to phase conjugation and aperture sounding methods. In the first case, a reference point source located in one isoplanatic region with the object is required. Using the sharpening method, which is a variation of the aperture sounding method, phase distortions are analyzed indirectly by measuring the gradients of the sharpening function in the image plane.

При коррекции изображени  объекта, расположенного за неровной границей раздела сред, необходимо компенсировать огромные по сравнению с длиной волны искажени  волнового фронта. Метод апертурного зондировани  не работает при больших фазовых искажени х (функционалы резкости имеют бесчисленное множество локальных максимумов) и решать поставленную задачу не может. Поэтому в качестве прототипа выбран способ коррекции , аналогичный методу фазового сопр жени . Свет от объекта 1 проходит через искажающую волновой фронт среду 2 и далее попадает на линзу 3. Управл емый корректирующий элемент 4 корректирует фазу пучка в соответствии с информацией о фазовых искажени х излучени  опорного источника 5 и в плоскости изображени  создает скорректированное изображение объекта. В случае поиска объекта, наход щегос  за неровной границей раздела сред, как правило, нет возможности установить источник эталонного излучени  р дом собь- ектом поиска.When correcting the image of an object located beyond an uneven media interface, it is necessary to compensate for the tremendous wavefront distortions compared to the wavelength. The aperture sounding method does not work at large phase distortions (the sharpness functionals have innumerable local maxima) and cannot solve the problem posed. Therefore, a correction method similar to the phase conjugation method has been selected as a prototype. The light from the object 1 passes through the medium 2, which distortes the wavefront, and then enters the lens 3. The controlled correction element 4 corrects the phase of the beam in accordance with the information about the phase distortions of the radiation from the reference source 5 and creates an adjusted image of the object in the image plane. In the case of searching for an object located beyond an uneven media interface, as a rule, it is not possible to establish a source of reference radiation next to the search object.

Целью изобретени   вл етс  обеспечение возможности коррекции изображени  объекта без создани  источника опорного излучени  по одну с объектом сторону от границы раздела сред.It is an object of the invention to provide the ability to correct an image of an object without creating a reference radiation source on one side of the object from the media interface.

Цель достигаетс  тем, что в способе адаптивного формировани  изображени  объекта, наход щегос  за неровной границей раздела сред, включающем освещение объекта коллимированным излучением лазера , расположенным с противоположной объекту стороны от границы раздела сред, регистрацию с помощью приемного устройства изображени  объекта в отраженном от него свете и коррекцию изображени  путем управлени  с помощью опорного излучени The goal is achieved in that in a method for adaptively forming an image of an object located beyond an uneven media interface, including illuminating an object with collimated laser radiation located on the opposite side of the object from the media interface, registering, using a receiving device, the image of the object in the light reflected from it and image correction by reference radiation control

корректирующей системой, расположенной перед приемным устройством, в отличие от прототипа освещение объекта производ т импульсным излучением с длительностью импульса, меньшей времени прохождени  излучени  от границы раздела сред до объекта и обратно, в качестве опорного излучени  используют освещающее излучение, отраженное от границы раздела сред, региunlike the prototype, the illumination of the object is produced by pulsed radiation with a pulse duration shorter than the time it takes for the radiation to pass from the interface to the object and back, as the reference radiation use illuminating radiation reflected from the interface, reg

страцию начинают после прихода на приемное устройство переднего фронта импульса опорного излучени  через врем  большее или равное длительности импульса и меньшее или равное времени прохождени  све5 том рассто ни  от границы раздела сред и обратно, корректирующую систему располагают на входной апертуре приемного устройства и выполн ют в виде двух софокусных линз и матрицы инерционныхthe stratum begins after the leading edge of the reference radiation pulse arrives at the receiving device after a time greater than or equal to the pulse duration and less than or equal to the time it takes to pass the distance from the interface between the media and vice versa, the correction system is located on the input aperture of the receiving device and is made in the form of two confocal lenses and inertial matrices

0 оптических нейронов с временем релаксации большим времени распространени  света от границы раздела сред до объекта и обратно, расположенной в плоскости изображени  первой линзой освещенного уча5 стка границы раздела сред, при этом приемное устройство и лазер располагают так, что освещенный лазером участок границы раздела сред находитс  в поле зрени  приемного устройства, а отклонение опти0 ческих осей лазера и приемного устройства от нормали к плоскости, ближайшей к границе раздела сред, не превосходит среднеквадратичного наклона границы раздела сред к этой плоскости.0 optical neurons with a relaxation time longer than the time of light propagation from the interface between the media and the object, located in the image plane of the first lens of the illuminated portion of the media interface, while the receiving device and the laser are positioned so that the laser-illuminated portion of the media interface is in the field of view of the receiving device, and the deviation of the optical axes of the laser and the receiving device from the normal to the plane closest to the interface does not exceed the rms tilt media interfaces to this plane.

5 Оптическим нейроном называют устройство с коэффициентом передачи к, рав- ным нулю, если интенсивность управл ющего излучени  меньше пороговой , и равным единице, если интенсивность5 An optical neuron is a device with a transmission coefficient k equal to zero if the intensity of the control radiation is less than the threshold, and equal to unity if the intensity

0 управл ющего излучени  больше пороговой . Под коэффициентом передачи мы понимаем отношение сигнала на выходе устройства к сигналу на входе. Освещенные излучением, отраженным от границы разде5 ла сред, участки матрицы оптических нейро- нов переход т в состо ни  с коэффициентом передачи, равным единице, и затем релаксируют к состо нию с коэффициентом передачи, равным нулю, Врем  ре0 лаксации должно быть много больше времени распространени  света от границы раздела сред до изучаемого объекта и обратно. Излучение, отраженное от изучаемого объекта, проходит через самонастраи5 вающеес  устройство и регистрируетс  регистрирующим устройством, которое включаетс  не ранее чем через врем , равное длительности импульса после прихода на приемное устройство переднего фронта импульса, отраженного от границы раздела0 control radiation is greater than the threshold. By transmission coefficient we mean the ratio of the signal at the output of the device to the signal at the input. Illuminated by radiation reflected from the interface of the media, the sections of the matrix of optical neurons go into a state with a transmission coefficient equal to one, and then relax to a state with a transmission coefficient equal to zero. The relaxation time should be much longer than the propagation time light from the interface to the studied object and vice versa. Radiation reflected from the object under study passes through a self-tuning device5 and is registered by a recording device, which is turned on no earlier than after a time equal to the pulse duration after the arrival of the leading edge of the pulse reflected from the interface

сред, и не позднее чем через врем , за которое свет проходит рассто ние от границы раздела сред до изучаемого объекта и обратно , Другими словами, сущность предложенного способа заключаетс  в том, что излучение импульсного лазера, отраженное от границы раздела сред, попадает в само- нэстраивающеес  устройство и переводит участки матрицы нейронов в состо ни  с коэффициентом передачи, равным единице. Регистрирующее устройство включаетс  сразу после окончани  импульса, отраженного от границы раздела сред. Поскольку матрица оптических нейронов расположена в плоскости изображени  освещенной области границы раздела сред, в регистрирующее устройство попадает лишь излучение от изучаемого объекта, прошедшее лишь через те участки границы раздела сред, от которых пришло отраженное излучение, открывшее оптические нейроны. Отраженное от границы раздела сред излучение попадает на апертуру самонастраивающегос  устройства только от участков границы, нормали к которым различаютс  на величину, меньшую чем d/(), где d - диаметр приемной апертуры; Li рассто ние от приемного устройства до освещенной области границы раздела сред. Если среднеквадратичный наклон границы раздела сред превосходит d/(), то самонастраивающа е  по отраженному от границы раздела излучению система улучшает качество изображени .media, and no later than after the time during which the light travels the distance from the interface between the media to the object under study and vice versa. In other words, the essence of the proposed method consists in the fact that the radiation of a pulsed laser reflected from the interface is in a non-nesting device and converts portions of the matrix of neurons to a state with a transmission coefficient equal to unity. The recording device is turned on immediately after the end of the pulse reflected from the interface. Since the matrix of optical neurons is located in the image plane of the illuminated region of the media interface, only radiation from the object under study passes through the recording device, passing through only those sections of the media interface from which the reflected radiation that opened the optical neurons came. The radiation reflected from the interface is incident on the aperture of the self-adjusting device only from portions of the boundary whose normals differ by less than d / (), where d is the diameter of the receiving aperture; Li is the distance from the receiver to the illuminated media interface. If the mean-square inclination of the interface is greater than d / (), then the self-tuning system for the radiation reflected from the interface improves the image quality.

На фиг.2 изображена структурна  схема адаптивной системы, корректирующей изображение объекта, расположенного за неровной границей раздела сред, предложенным способом. 1 - лазер; 2-3 - телескоп; 4 - граница раздел сред. 5 - перва  линза самонастраивающегос  устройства; 6 - матрица оптических нейронов. 9 - регистрирующее устройство; 10 - фотодетектор , управл ющий регистрирующим устройством .Figure 2 shows a structural diagram of an adaptive system that corrects the image of an object located beyond an uneven media interface, the proposed method. 1 - laser; 2-3 - telescope; 4 - border section of the medium. 5 - first lens of a self-adjusting device; 6 - matrix of optical neurons. 9 - recording device; 10 is a photo detector controlling a recording device.

Лазер 1 и приемное устройство 5-10 помещают над участком границы раздела сред, под которым предполагаетс  нахождение изучаемого объекта, Оптическа  ось лазера может сканировать, отклон  сь от нормали к плоскости, ближайшей к границе раздела сред, менее чем на величину среднеквадратичного наклона границы раздела сред к этой плоскости. Оптическа  ось приемного устройства может оставатьс  параллельной нормали, если при сканировании лазерного пучка освещенный участок границы раздела сред будет попадать в поле зрени  приемного устройства. В противном случае направление оптической оси приемного устройства должно измен тьс  согласованно с ориентацией оптической оси лазера . Пучок лазера 1 целесообразно уширить с помощью телескопа 2-3. В каче- 5 стве лазера 1 можно вз ть импульсно-пери- одический твердотельный лазер, работающий на длине волны 0,53 мкм. Длительность импульса у таких лазеров колеблетс  от пикосекунд до наносекунд, аThe laser 1 and the receiving device 5-10 are placed above the portion of the media interface under which it is supposed to be the object under study. The optical axis of the laser can scan, deviating from the normal to the plane closest to the media interface, by less than the mean square inclination of the media interface to this plane. The optical axis of the receiver may remain parallel to the normal if, when scanning a laser beam, the illuminated portion of the media interface will fall into the field of view of the receiver. Otherwise, the direction of the optical axis of the receiver should change in accordance with the orientation of the optical axis of the laser. It is advisable to broaden the laser beam 1 using a telescope 2-3. As laser 1, one can take a pulsed-periodic solid-state laser operating at a wavelength of 0.53 microns. The pulse duration of such lasers varies from picoseconds to nanoseconds, and

0 энерги  в импульсе достигает дес тков килоджоулей . Остановимс  на импульсно-пе- риодическом лазере с длительностью импульса 30 не, энергией в импульсе Дж и частотой следовани  импульсов 5 Гц0 energy per pulse reaches tens of kilojoules. Let us dwell on a repetitively pulsed laser with a pulse duration of 30 ns, pulse energy J and pulse repetition rate of 5 Hz

5 (20 Вт). За 30 не свет проходит примерно 10 м, поэтому изучаемый объект должен располагатьс  на глубине более 5 м. Способы реализации оптических нейронов описаны в монографии. В насто щее врем  в св зи с5 (20 W). For 30 minutes, no light passes about 10 m, so the object under study should be located at a depth of more than 5 m. Methods for realizing optical neurons are described in the monograph. Currently in connection with

0 работами по созданию оптических компьютеров идет процесс миниатюризации оптических нейронов и снижени  порогового значени  мощности, при которой происходит их переключе.ние. Роль оптического ней5 рона может играть нелинейный интерферометр Фабри-Перо, который при превышении падающим излучением порогового значени  интенсивности -Lnop мен ет свое состо ние с отражающего на0 work on the creation of optical computers is the process of miniaturization of optical neurons and lowering the threshold value of power at which their switching occurs. The role of an optical neuron5 can be played by a nonlinear Fabry-Perot interferometer, which, when the incident radiation exceeds the threshold intensity value -Lnop, changes its state from reflecting to

0 пропускающее. При этом нейрон должен иметь низкую пороговую интенсивность Lnop и инерционность достаточную, чтобы успеть пропустить слабое излучение, пришедшее от изучаемого объекта, располо5 женного за границей раздела сред. Этим требовани м удовлетвор ют нелинейные интерферометры с тепловым механизмом нелинейности. Поскольку теплопроводность играет важную роль в динамике рабо0 ты тепловых оптических нейронов, полезно привести формулу дл  характерной временной константы э того процесса. Если излучение мгновенно нагревает цилиндр диаметра г0, решение уравнени  тепловой диффузии0 transmissive. In this case, the neuron should have a low threshold intensity Lnop and the inertia sufficient to be able to miss the weak radiation coming from the studied object located outside the media interface. Nonlinear interferometers with a thermal nonlinearity mechanism satisfy these requirements. Since thermal conductivity plays an important role in the dynamics of the operation of thermal optical neurons, it is useful to give a formula for the characteristic time constant of this process. If the radiation instantly heats a cylinder of diameter r0, the solution of the thermal diffusion equation

5 приводит к следующему выражению дл  характерного времени:5 leads to the following expression for the characteristic time:

Tc ((2 ), . где Cv - удельна  теплоемкость; .р- ность; kr - температуропроводность среды.Tc ((2),. Where Cv is the specific heat capacity; .riness; kr is the thermal diffusivity of the medium.

0 Как k-r, так и Cv завис т от температуры, в результате Тс может мен тьс  на пор дки. Тс пропорционально площади (г0)2, поэтому с уменьшением размеров резонатора оно сокращаетс . В работе 5} приведены дан5 - ные о матрице оптических нейронов в виде микрорезонаторов Фабри-Перо 1,5 мкм диаметром с рассто нием между центрами со- седних микрорезонаторов 3,4 мкм, Микрорезонаторы получены гравировкой ионным пучком пластины GaAs/AiAs. Энерги , необходима  дл  переключени  одного нейрона, составл ет 0,6 пДж, а врем  восстановлени  примерно 200 пс. Авторы пред- полагают путем дальнейшей миниатюризации уменьшить энергию переключени  до 17 фДж, Роль оптического нейрона может играть  чейка с самопросветл ющейс  гетерогенной средой . Самопросветление наблюдаетс  в гете- рогенных средах, у которых разность линейных показателей преломлени  компонент Апл соизмерима с разностью нелинейных показателей преломлени  ДпНл , а значки Дпл и Ап нл противоположны. Оптические нейроны на основе гибридных оптоэлектронных схем имеют более низкую энергию переключени , так как используют энергию электрической цепи. Эффект Келдыша-Франца позвол ет реализовать опто- электрйнную схему насыщающегос  поглотител , а значит, и оптоэлёктронный нейрон. Применение этого эффекта дает возможность сделать нейрон без резонатора дл  немонохроматического излучени .В этом случае лазер 1 может быть многочастотным . Врем  запаздывани  .оптоэлект- ронного нейрона определ етс  посто нной времени электрической цепи т , где С - емкость этой цели; RH.- сопротивление нагрузки. В литературе имеютс  описани  миниатюрных оптоэлектронных нейронов, выполненных из GaAs, дл  работы с излучением с длин ой волны А 0,85-0,89 Мкм. (Энёрги кванта должна незначительно превышать ширину запрещенной зоны). Описани  миниатюрных оптоэлектронных нейронов, работающих подлине волны 0,53 мкм, в литературе в насто щий момент нет. Поэтому в качестве примера конкретного выполнени  оптического нейрона можно вз ть тонкопленочный полупроводниковый интерферометр с промежуточным слоем из ZnS или ZnSe, работающий в режиме отражени . Энерги  переключени  таких тонкопленочных интерферометров с диаметром 4 мкм измерена в работе 9 и составл ет Дж. Дл  того, чтобы иметь достаточный запас по энергии при выбранном нами типе лазера и коэффициенте отражени  от границы раздела сред (ш - naf/tnt - п2) . , фокусное рассто ние линзы 5 должно быть таким, чтобы площадь матрицы 6 не превышала 200 см . На этой площади можно разместить мйкрорезрнато- ров с диаметром 1 мм. Тепловой режим должен поддерживатьс  таким, чтобы врем  выключени  нейронов было не менее 1 мс. Существенной характеристикой оптического нейрона в данном приложении  вл етс  отношение коэффициента передачи закрытого нейрона k(l), l Пор к коэффициенту передачи открытого нейрона k(l+), I+ пор. Действительно, дол  открытых нейро- нов - D в матрице 6 составл ет0 Both k-r and Cv are temperature dependent, as a result of which Tc can change by orders of magnitude. Tc is proportional to the area (r0) 2, therefore, with a decrease in the size of the resonator, it decreases. 5} data are given on the matrix of optical neurons in the form of Fabry-Perot microcavities of 1.5 microns in diameter with a distance between the centers of neighboring microcavities of 3.4 microns. Microresonators are obtained by ion-beam engraving of a GaAs / AiAs plate. The energy required to switch one neuron is 0.6 pJ and the recovery time is approximately 200 ps. The authors suggest, by further miniaturization, to reduce the switching energy to 17 fJ. A cell with a self-luminous heterogeneous medium can play the role of an optical neuron. Self-bleaching is observed in heterogeneous media in which the difference in the linear refractive indices of the Ap components is commensurate with the difference in the non-linear refractive indices of DpNl and the Dpl and Anp icons are opposite. Optical neurons based on hybrid optoelectronic circuits have lower switching energy because they use the energy of an electrical circuit. The Keldysh-Franz effect makes it possible to implement an optoelectronic scheme of a saturable absorber, and hence an optoelectronic neuron. Application of this effect makes it possible to make a neuron without a resonator for non-monochromatic radiation. In this case, the laser 1 can be multi-frequency. The delay time of the optoelectronic neuron is determined by the time constant of the electric circuit m, where C is the capacity of this target; RH.- load resistance. Descriptions of miniature optoelectronic neurons made of GaAs are available in the literature for working with radiation with a wavelength of 0.85-0.89 µm. (The energy of the quantum should slightly exceed the width of the forbidden zone). Descriptions of miniature optoelectronic neurons operating at a wavelength of 0.53 µm are currently not available in the literature. Therefore, as an example of a specific embodiment of an optical neuron, a thin-film semiconductor interferometer with an intermediate layer of ZnS or ZnSe operating in the reflection mode can be taken. The switching energies of such thin-film interferometers with a diameter of 4 microns were measured in Ref. 9 and are J. In order to have a sufficient energy reserve for the type of laser we chose and the reflection coefficient from the interface (w - naf / tnt - n2). , the focal length of the lens 5 should be such that the area of the matrix 6 does not exceed 200 cm. Microcenters with a diameter of 1 mm can be placed on this area. Thermal conditions should be maintained such that the turn-off time of neurons is at least 1 ms. An essential characteristic of an optical neuron in this application is the ratio of the transmission coefficient of the closed neuron k (l), l Pores to the transmission coefficient of the open neuron k (l +), I + pores. Indeed, the fraction of open neurons - D in matrix 6 is

J.J.

D ()2D () 2

ГоL.ГОL.

где d -диаметр апертуры приемного устрой- ства; dt - передающего; L - рассто ние от освещенного участка поверхности до при- емной апертуры, о - среднеквадратичное отклонение границы раздела сред от бли- жайшей плоскости; г0 - средний размер неровностей границы раздела сред, ( ст7го - среднеквадратичный наклон границы раздела сред). Дл  того, чтобы излучение, прошедшее через закрытые нейроны, не снизило качества изображени , должно вы- полн тьс  условие:where d is the diameter of the aperture of the receiving device; dt - transmitting; L is the distance from the illuminated surface area to the receiving aperture, o is the standard deviation of the interface between the media from the nearest plane; r0 is the average size of the irregularities of the interface, (st7go is the mean-square inclination of the interface). In order for the radiation passing through the closed neurons not to reduce the image quality, the following condition must be fulfilled:

K(l-)K (l-)

WITWit

« D,"D,

25 V; - -. - 25 V; - -. -

например, при 7/г0 0,001, L 100 м,for example, at 7 / g0 0.001, L 100 m,

. м, D 0,01, т.е. должно выполн тьс  условие:. m, D 0.01, i.e. the condition must be fulfilled:

K(U)00 ..,;K (U) 00 ..,;

Ш  W

 то накладывает довольно жесткие требовани  на добротно сть тонкопленочных интер- фёрЬметров. Энерги  излучени , отраженного от изучаемого объекта сигна35 ла. прошедша  через матрицу оптических нейронов 6, может быть оценена следую: щиМ образом: . .;.: ..This imposes rather stringent requirements on the quality of thin-film interferometers. The energy of radiation reflected from the studied signal object. Having passed through the matrix of optical neurons 6, it can be estimated as follows: .;.: ..

(N

: ,. jnfoQiSL + bf:,. jnfoQiSL + bf

: . L.:. L.

где Ео - энерги  в Импульсе лазера; Котр коэффициент рассе ни  назад изучаемого объекта; Кпог - поглощение во второй средеwhere Eo is the energy in the Laser Pulse; Kotr coefficient of scattering back of the studied object; Kpog - absorption in the second medium

на трассе длиной , где 1 - рассто ние от границы раздела сред до изучаемого объекта . Поскольку множитель Кпог зависит экс- поненциально от LS и показател on a path with a length, where 1 is the distance from the interface between the media and the object under study. Since the Knog factor depends exponentially on LS and the exponent

поглощени  so второй среде, величина ЁСиг может быть очень малой. Поэтому регистрирующее устройство 10 может иметь управл емый фотодетектором каскадный усилитель  ркости изображени , составленный из двух или трех камерных электронно- оптических преобразователей (ЭОПов), причем экран одного преобразовател  сое- дин етс  с фотокатодом другого посредством волоконно-оптического элемента. Достоинством ЭОПов  вл етс  возможность регистрации сигнала в течение короткого промежутка времени до 10 12-10 с. Дл  работы на длине волны 0,53 мкм целесообразно использовать ЗОПы с фотокатодом типа GaAs/GaAIAs, имеющим квантовый выход до 40% и низкий уровень термоэлектронной эмиссии. В качестве примера конкретного выполнени  выбираем твердотельный лазер с длительностью импульсов 30 не, частотой следовани  импульсов 5 Гц и мощностью 20 Вт 3. Матрицу оптических нейронов выбираем в виде матрицы тонкопленочных интерферометров с промежуточным слоем из ZnS или ZnSe с диаметром 1 мм, работающими в режиме отражени  9. Дл  регистрации сигнала от изучаемого объекта можно использовать управл емые фотодетектором ЭОПы с фотокатодом типа GaAS/GaAIAs.absorption of the second medium, the value of EOSig can be very small. Therefore, the recording device 10 may have a cascade image intensifier controlled by a photodetector composed of two or three chamber electron-optical converters (EOPs), the screen of one converter being connected to the photocathode of the other via a fiber-optic element. An advantage of image intensifiers is the ability to register a signal for a short period of time up to 10 12-10 s. For operation at a wavelength of 0.53 µm, it is advisable to use PDAs with a GaAs / GaAIAs photocathode having a quantum yield of up to 40% and a low level of thermionic emission. As an example of a specific embodiment, we choose a solid-state laser with a pulse duration of 30 nsec, a pulse repetition rate of 5 Hz and a power of 20 W. 3. The matrix of optical neurons is selected in the form of a matrix of thin-film interferometers with an intermediate layer of ZnS or ZnSe with a diameter of 1 mm operating in reflection mode 9. To register the signal from the object under study, one can use photodetector-controlled image intensifier tubes with a photocathode of the GaAS / GaAIAs type.

Дл  оценки эффективности системы, использующей предложенный способ коррекции изображени  объекта, расположенного за неровной границей раздела сред, проведен следующий численный эксперимент. Показатель преломлени  первой среды выбран равным m 1, второй л 2 1,33. Ось Z направлена по нормали к плоскости, ближайшей к границе раздела сред. Граница раздела сред описывалась р домThe following numerical experiment was carried out to evaluate the effectiveness of a system using the proposed method for correcting the image of an object located beyond an uneven media interface. The refractive index of the first medium is chosen equal to m 1, the second l 2 1.33. The Z axis is directed normal to the plane closest to the interface. The media interface was described by

ОтгOtg

Z(X,Y)2 Anmexp{i( + ) + iZ (X, Y) 2 Anmexp {i (+) + i

n,mU1 Фпт , .n, mU1 Fpt,.

где Фпт - случайные числа, равномерно распределенные на промежутке 0, di - размер области, засвеченной зондирующим пучком..where FPT are random numbers uniformly distributed over the interval 0, di is the size of the region illuminated by the probe beam.

Коэффициенты Anm определ ютс  видом автокоррел ционной функции в The coefficients Anm are determined by the form of the autocorrelation function in

В( ДХ, AY) Z(X , Y) Z{X + А X, Y + Д Y) , где знак означает усреднение по реализаци м. В нашем численном эксперименте была вз та гауссова автокоррел ционна  функци In (ДХ, AY) Z (X, Y) Z (X + А X, Y + Д Y), where the sign means averaging over realizations. In our numerical experiment, a Gaussian autocorrelation function was taken

В(Х, Y) о2 ехр{B (X, Y) o2 exp {

X2 + Y2 -1X2 + Y2 -1

}}

где сг-дисперси  отклонений границы раздела сред от плоскости Z 0; г0 - средний размер неровностей.where si is the dispersion of deviations of the interface between the media from the plane Z 0; r0 is the average size of the irregularities.

Дл  упрощени  расчетов передающа  апертура была совмещена с приемной, а приемное устройство было сфокусировано на бесконечность (La f ). Из лазера 1 посылалс  пучок из 216 параллельных оси Z лучей. Точки пересечени  лучей с границей раздела, заданной формулой (1). находились методом Ньютона. Отраженные от границы радела лучи продолжались до пересечени  с матрицей 6, состо щей из оптических нейронов. Если на нейрон попа5 дал хот  бы один луч, отраженный от границы раздела сред (3 мкДж), то этот нейрон считалс  открытым. Затем из второй среды параллельно оси Z посылалс  пучок из 218 лучей, накрывающий участок раздела сред,To simplify the calculations, the transmitting aperture was aligned with the receiving aperture, and the receiving device was focused at infinity (La f). A beam of 216 beams parallel to the Z axis was sent from laser 1. The intersection points of the rays with the interface defined by formula (1). were Newton's method. The rays reflected from the boundary of the section continued until they intersected with a matrix 6 consisting of optical neurons. If a neuron pop5 gave at least one ray reflected from the interface (3 µJ), then this neuron was considered open. Then, a beam of 218 rays was sent parallel to the Z axis from the second medium, covering a section of the medium’s interface,

0 попадающий в поле зрени  приемного устройства . Точки пересечени  лучей с границей раздела сред, заданной формулой (1), находились методом Ньютона. Преломленные лучи, попавшие на приемную апертуру,0 falling into the field of view of the receiving device. The points of intersection of the rays with the media interface given by formula (1) were found by the Newton method. Refracted rays that hit the receiving aperture

5 проводились по системе до плоскости изображени  9.5 were conducted through the system to the image plane 9.

На фиг. 3 приведено распределение энергии W в плоскости изображени  9 в круге радиуса г в зависимости от г (функци In FIG. Figure 3 shows the distribution of energy W in the image plane 9 in a circle of radius r as a function of g (function

0 рассе ни  точки). Дл  сравнени  на том же рисунке приведена функци  рассе ни  точки системы без самонастраивающегос  устройства . Из фиг.З следует, что при отсутствии самонастраивающегос  устрой5 ства плоскость изображени  практически равномерно засвечена. При наличии самонастраивающегос  устройства в плоскости изображени  имеем небольшое п тнышко.0 scatter a point). For comparison, the same figure shows the function of scattering a point in a system without a self-adjusting device. It follows from Fig. 3 that in the absence of a self-adjusting device, the image plane is almost uniformly illuminated. If there is a self-adjusting device in the image plane, we have a small speck.

0 Ф о р м у л а и з о б р е те н и  0 FORMULA AND PREPARATION

Способ адаптивного формировани  изображени  объекта, наход щегос  за неровной границей раздела сред, включающий освещение объекта коллимированнымA method for adaptively forming an image of an object located beyond an uneven media interface, including lighting the object with collimated

5 излучением лазера, расположенным с противоположной объекту стороны от границы раздела сред, регистрацию с помощью приемного устройства изображени  объекта в5 by laser radiation located on the side opposite to the object from the media interface, registration by means of a receiving device of the image of the object in

отраженном от него свете и коррекцию изо0 бражени  путем управлени  с помощью опорного излучени  корректирующей сис- :. темой, расположенной перед приемным устройством , о т л и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью исключени  необходимости созда5 ни  источника опорного излучени  по одну с объектом сторону от границы раздела сред, освещение объекта осуществл ют импульсным излучением с длительностью импульса , меньшей времени прохождени the light reflected from it and image correction by controlling the correction system with reference radiation:. with a topic located in front of the receiving device, with the exception that, in order to eliminate the need to create a reference radiation source5 on the same side of the medium as the object’s interface, the object is illuminated by pulsed radiation with a pulse duration shorter travel time

0- излучени  от границы раздела сред до объ: екта и обратно, в качестве опорного излучени  используют освещающее излучение, отраженное от границы раздела сред, регистрацию начинают после прихода на прием5 мое устройство переднего фронта импульса опорного излучени  через врем  большее или равное длительности импульса и меньшее или равное времени прохождени  светом рассто ни  от границы раздела сред до объекта и обратно, корректирующую систему располагают на входной апертуре приемного устройства и выполн ют в виде двух софокусных линз и матрицы инерционных оптических нейронов с временем релаксации большим времени распространени  света от границы раздела сред до объекта и обратно, расположенной в плоскости изображени  первой линзой освещенного участка границы раздела сред, при этом0 radiation from the media interface to the object: and vice versa, the illumination radiation reflected from the media interface is used as reference radiation, registration starts after the leading edge of the reference radiation pulse arrives at the receiving device after a time greater than or equal to the pulse duration and shorter or equal to the time the light travels the distance from the interface between the media and the object and vice versa, the correction system is located on the input aperture of the receiving device and is made in the form of two confocal lines h and matrices of inertial optical neurons with relaxation times longer than the propagation of light from the interface between the media and the object and vice versa, located in the image plane by the first lens of the illuminated portion of the media interface,

приемное устройство и лазер располагают так, что освещенный участок границы раздела сред находитс  в поле зрени  приемного устройства, а отклонение оптических осей лазера и приемного устройства от нормали к плоскости, ближайшей к границе раздела сред, не превосходит среднеквадратичного наклона границы раздела сред к этой плоскости .the receiving device and the laser are positioned so that the illuminated portion of the media interface is in the field of view of the receiving device, and the deviation of the optical axes of the laser and the receiving device from the normal to the plane closest to the media interface does not exceed the rms tilt of the media interface to this plane.

Фиг. ZFIG. Z

. 5. 5

SU4852770 1990-07-24 1990-07-24 Method of adaptive imaging of object located behind irregular phase interface RU1812544C (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4852770 RU1812544C (en) 1990-07-24 1990-07-24 Method of adaptive imaging of object located behind irregular phase interface

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4852770 RU1812544C (en) 1990-07-24 1990-07-24 Method of adaptive imaging of object located behind irregular phase interface

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU1812544C true RU1812544C (en) 1993-04-30

Family

ID=21528490

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4852770 RU1812544C (en) 1990-07-24 1990-07-24 Method of adaptive imaging of object located behind irregular phase interface

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU1812544C (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Лукь нов Д.П. и др. Оптические адаптивные системы. М.: Радио и св зь, 1989/ с.22, .. ;. ;. . . .. . ...-. ; Маныкин Э..А., Сурина И.И. Нейтронные сети и их оптические реализации. Обзор, М., 1988. SPIE, 1988, v. 1021, р.. 128. Гиббс X. Оптическа бистабильность. Управление светов с пбмощью света. М,: Мир, 1988.: ..; Jo.rnal de Physique Colloque c.2, Supplement an N 6, Tome 49, p.239-242, jurii 1988. ДАН СССР, 268, 844(1983). Квантова электроника, т. 14, №3,1987, С.586-591. ФТП.т.19, вып.1, 1985 г., с.. Квантова электроника, т. 14, №3,1987, с. 529;.; . ОМП№ 10,1987, с. 48-57. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Véron et al. Optical spatial smoothing of Nd-glass laser beam
US4893886A (en) Non-destructive optical trap for biological particles and method of doing same
US4215274A (en) X-ray detector with picosecond time resolution
US3380358A (en) Range gated imaging system
US4973160A (en) SHG autocorrelator
US4453806A (en) Eye safe laser transmitter
US3790252A (en) Light controlled light beam deflector
CN111443062B (en) Device and method for detecting transient refractive index ultrafast of semiconductor material
US5126874A (en) Method and apparatus for creating transient optical elements and circuits
US5751472A (en) Multi-pass optical parametric generator
Froula et al. Full-aperture backscatter measurements on the National Ignition Facility
Véron et al. Optical smoothing of the high power PHEBUS Nd-glass laser using the multimode optical fiber technique
Busch et al. Four‐frame holographic probing system for plasma density measurement
RU1812544C (en) Method of adaptive imaging of object located behind irregular phase interface
EP0243130A1 (en) Phase conjugate reflecting media
US4787714A (en) Optical system including device for optically processing electromagnetic radiation at a repetition rate greater than about 1.25×104 Hz
US5670280A (en) Optically controlled imaging phase mask element
US5526450A (en) NLO waveguide "or" switch and method therefor
RU2540451C1 (en) Laser location system
JP2003504688A (en) Method and apparatus for forming an intensity profile of a laser beam
WO1994020970A2 (en) Principle and applications of multiphoton pumped upconverted lasers
US7245836B2 (en) Optical pulse timing detection apparatus, optical pulse timing detection method, optical pulse timing adjustment apparatus, and optical pulse timing adjustment method
US4822147A (en) Contrast enhancement of optical images with nonlinear media
KR930004410B1 (en) Optical system
Mian et al. Measurement of optical nonlinearities using an elliptic Gaussian beam