Изобретение относится к оптике, в частности к нелинейной оптике и к области динамической голографии и оптической обработки информации. The invention relates to optics, in particular to nonlinear optics and to the field of dynamic holography and optical information processing.
Известен способ получения оптических изображений в обращенной волне, включающий пропускание светового пучка через транспарант, делительный элемент, различные оптические элементы (линзы, усилители) и направление этого прошедшего пучка на обращающее волновой фронт зеркало. Обращенная волна, проходя в обратном направлении и отразившись от делительного элемента в плоскости, сопряженной плоскости транспаранта, строит его изображение [1]. При этом в силу свойства обращенной волны, компенсировав на обратном пути оптические неоднородности, используемые оптические элементы могут быть невысокого качества. A known method of obtaining optical images in a reversed wave, including the transmission of a light beam through a transparency, a dividing element, various optical elements (lenses, amplifiers) and the direction of this transmitted beam to a mirror that reverses the wave front. The reversed wave, passing in the opposite direction and reflected from the fission element in the plane conjugate to the transparency plane, builds its image [1]. Moreover, due to the properties of the reversed wave, having compensated optical inhomogeneities on the way back, the used optical elements can be of poor quality.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ получения оптических изображений в обращенной волне, включающий деление когерентного светового пучка на объектный и опорный пучки, пропускание объектного пучка через транспарант, делительный элемент, направление прошедшего пучка в нелинейную среду, в которую также направляются две встречные опорные волны [2]. В результате четырехволнового взаимодействия в нелинейной среде образуется обращенная волна, которая, проходя в обратном направлении, отражаясь от делительного элемента в плоскости, оптически сопряженной плоскости транспаранта, строит его изображение. Closest to the proposed technical essence is a method of obtaining optical images in a reversed wave, including dividing a coherent light beam into object and reference beams, passing an object beam through a transparency, a dividing element, directing the transmitted beam into a nonlinear medium, into which two opposing reference waves [2]. As a result of four-wave interaction in a nonlinear medium, a reversed wave is formed, which, passing in the opposite direction, is reflected from the fission element in a plane optically conjugated to the transparency plane, and builds its image.
Известный способ имеет следующий недостаток. Любое реальное обращающее волновой фронт зеркало помимо обращенной компоненты дает некоторую шумовую добавку. Эта дополнительная шумовая волна, проходя в том же направлении, что и обращенная волна, будет накладываться на получаемое изображение, приводя таким образом к его зашумлению, ухудшая его качество, что недопустимо в ряде применений, например, при производстве микросхем. The known method has the following disadvantage. Any real mirror that reverses the wavefront, in addition to the inverted component, gives some noise addition. This additional noise wave, traveling in the same direction as the reversed wave, will be superimposed on the resulting image, thus leading to noise, degrading its quality, which is unacceptable in a number of applications, for example, in the manufacture of microcircuits.
В предлагаемом способе получения изображений, заключающемся в делении когерентного пучка на опорный и объектный пучки, пропускании объектного пучка через оптический транспарант, делительный элемент, введение его в нелинейную среду одновременно со встречным опорным пучком и размещение экрана в плоскости, оптически сопряженной плоскости транспаранта, экспонировании изображения, объектный пучок через вводом в нелинейную среду пропускают через фазовую пластинку, перемещаемую поперек пучка, а суммарное время экспозиции выбирают большим, чем время изменения спекл-структуры, вызванное перемещением фазовой пластинки. При этом на экране регистрируется изображение, получаемое при различных положениях фазовой пластинки. В этом случае обращенная волна, компенсируя неоднородности фазовой пластинки, строит одно и то же изображение транспаранта, а возникающий спекл-шум при перемещении фазовой пластинки на расстояние, превышающее поперечный размер оптической неоднородности фазовой пластинки, будет иметь различную пространственную структуру и поэтому будет усредняться. In the proposed method for obtaining images, which consists in dividing the coherent beam into the reference and object beams, passing the object beam through an optical transparency, a dividing element, introducing it into a nonlinear medium simultaneously with the oncoming reference beam and placing the screen in a plane optically conjugated to the transparency plane, image exposure , the object beam through the input into a nonlinear medium is passed through a phase plate moving across the beam, and the total exposure time is chosen large than the time of the speckle structure change caused by the displacement of the phase plate. At the same time, an image obtained at various positions of the phase plate is recorded on the screen. In this case, the reversed wave, compensating for the inhomogeneities of the phase plate, builds the same image of the transparency, and the speckle noise generated when the phase plate is moved a distance greater than the transverse size of the optical inhomogeneity of the phase plate will have a different spatial structure and therefore will be averaged.
На фиг.1 дана оптическая схема способа получения изображения; на фиг.2 - фотография изображения транспаранта, полученная без наложения изображений; на фиг.3 - фотография транспаранта, полученная положением изображений при перемещении фазовой пластинки. Figure 1 is an optical diagram of an image acquisition method; figure 2 is a photograph of the image of the banner, obtained without overlaying images; figure 3 is a photograph of a banner obtained by the position of the images when moving the phase plate.
Световой пучок Не-Cd лазера 1 ( λ= 0,44 мкм) мощностью ≈20 мВт пропускается через полупрозрачное зеркало 2 и далее направляется на транспарант 3. Прошедшее через транспарант излучение проходит делительный элемент 4, собирающую линзу 5, фазовую пластинку 6 и направляется в нелинейную среду 7, в качестве которой используется номинально чистый кристалл ниобита бария - стронция. Отраженный от полупрозрачного зеркала 2 пучок разворачивается зеркалом 8 и направляется в нелинейную среду 7 в качестве первой опорной волны. Телескоп 9, установленный по ходу этого опорного пучка, увеличивал его диаметр для того, чтобы обеспечить в нелинейной среде 7 полное перекрытие опорного и несущего информацию о транспаранте объектного пучков. Прошедший через нелинейную среду 7 опорный пучок пропускается через фоторефрактивный кристалл ниобата бария - стронция 10, разворачивается зеркалами 11, 12 и вновь под некоторым углом вводится в кристалл 10. Такая петлевая схема [3] дает вторую опорную волну, которая автоматически является встречной по отношению к первой опорной волне. В результате четырехволнового взаимодействия в нелинейной среде 7 за времена порядка нескольких секунд возникает обращенная по отношению к объектному пучку волна, которая, проходя через фазовую пластинку 6 и линзу 5, компенсируя их оптические неоднородности после отражения от делительного элемента 4 в плоскости 13, сопряженной плоскости транспаранта 3, строит его изображение. Кроме того, при четырехволновом взаимодействии в нелинейной среде 7 возникает некоторая малая шумовая волна, которая, проходя через фазовую пластинку, без компенсации ее неоднородностей накладывается на получаемое изображение, существенно искажая его (см. фиг.2). На фиг.3 показана фотография изображения транспаранта, полученная наложением изображений при перемещений фазовой пластинки. В частном случае фазовая пластинка перемещаетcя дискретно на расстояние, превышающее поперечный размер неоднородностей фазовой пластинки. Хорошо видно, что спекл-шум, присутствующий на фиг.2, в этом случае уменьшается, приводя к заметному улучшению качества изображения. The light beam of a He-Cd laser 1 (λ = 0.44 μm) with a power of ≈20 mW is transmitted through a translucent mirror 2 and then sent to the transparency 3. The radiation transmitted through the transparency passes through the fission element 4, collecting lens 5, the phase plate 6 and goes into nonlinear medium 7, for which a nominally pure barium niobite-strontium crystal is used. The beam reflected from the translucent mirror 2 is turned around by the mirror 8 and sent to the nonlinear medium 7 as the first reference wave. The telescope 9, installed along this reference beam, increased its diameter in order to ensure in the nonlinear medium 7 a complete overlap of the reference and carrier information about the transparency of the object beams. A reference beam passing through a nonlinear medium 7 is passed through a photorefractive barium niobate – strontium 10 crystal, is turned around by mirrors 11, 12, and is again introduced at a certain angle into crystal 10. Such a loop circuit [3] gives a second reference wave, which automatically is counterpropagating with respect to first reference wave. As a result of four-wave interaction in a nonlinear medium 7, for a time of the order of several seconds, a wave is generated that is directed relative to the object beam, which, passing through the phase plate 6 and lens 5, compensating for their optical inhomogeneities after reflection from the fission element 4 in plane 13, conjugate to the transparency plane 3, builds his image. In addition, during four-wave interaction in a nonlinear medium 7, a small noise wave arises, which, passing through the phase plate, is superimposed on the resulting image without compensating for its inhomogeneities, substantially distorting it (see Fig. 2). Figure 3 shows a photograph of the image of the banner obtained by overlaying the images when moving the phase plate. In a particular case, the phase plate moves discretely to a distance exceeding the transverse size of the inhomogeneities of the phase plate. It is clearly seen that the speckle noise present in figure 2, in this case is reduced, leading to a noticeable improvement in image quality.
Таким образом, способ получения изображений обеспечивает по сравнению с существующими способами улучшение качества изображения за счет уменьшения спекл-шума на нем. Thus, the method of obtaining images provides, compared with existing methods, improving image quality by reducing speckle noise on it.