С. С. НАЛЕГАЕВ, Н. В. ПЕТРОВ, В. Г. БЕСПАЛОВ

Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ШИРОКОПОЛОСНОГО СПЕКТРАЛЬНОГО СУПЕРКОНТИНУУМА
В ИТЕРАЦИОННЫХ МЕТОДАХ ВОССТАНОВЛЕНИЯ
ФАЗЫ ВОЛНОВОГО ФРОНТА

Исследуются особенности использования излучения спектрального суперконтинуума, а также нелинейных оптических эффектов в задачах восстановления фазы волнового фронта. Проведены эксперименты по генерации суперконтинуума (СК) при возбуждении оптическими импульсами длиной волны 830 нм, длительностью 40-50 фс, энергией 1,0-1,5 мДж. Получено излучение суперконтинуума в области спектра нм. Проведены численные оценки условий использования СК в схеме восстановления фазы итерационными методами.

При регистрации изображения в виде пространственного распределения интенсивности его светового поля происходит потеря важной информации о фазе рассеянной объектом волны. Возникает так называемая фазовая проблема в оптике: проблема восстановления формы волнового фронта объекта из измеренных распределений интенсивности [1].

В итерационных методах восстановления фазовой информации на основе измеренных распределений интенсивности одним из варьируемых параметров может служить длина волны излучения, освещающего исследуемый объект. Посредством последовательного изменения рабочей длины волны в системе излучения и последующего измерения соответствующих распределений интенсивности возможен расчет информации о фазе. При этом, генерация дополнительных спектральных компонент может быть реализована посредством использования каких-либо нелинейных преобразований первичного излучения. Например, на основе эффекта вынужденного комбинационного рассеяния [2], или параметрической генерации [3].

Использование нелинейных оптических эффектов в процессе восстановления фазы волнового фронта, как показано в [4, 5], открывает возможности по разработке методов микроскопии с превосходящим дифракционный пределом разрешения, за счет восстановления динамики поля, претерпевающего нелинейные превращения и восстановления пропущенных пространственных частот [5], впрочем, достигнуть этого мешает модуляционная неустойчивость и шум. Определение разрешения, достижимого на практике является открытой задачей.

Рис. 1. Спектральная зависимость интенсивности излучения генерации суперконтинуума (энергия импульса накачки 1,0-1,2 мДж, длительность 40-50 фс)

В работе исследуются особенности генерации спектрального суперконтинуума (рис. 1), и возможные ограничения и особенности его использования в задачах восстановления фазы волнового фронта при регистрации на матричные приемники оптического излучения (КМОП - или ПЗС- типа). Эксперименты по генерации СК производились при использовании анизотропных сред, обладающих χ(2)-нелинейностью, и фемтосекундной лазерной системы на кристаллах сапфира, активированных титаном (плотность мощности излучения накачки внутри среды с χ(2)-нелинейностью составляла при генерации ~2 ТВт/см2).

С учетом предварительной оценки зависимости качества восстановления от соответствующих ключевых параметров, на него влияющих, возможно определить как граничные, так и оптимальные условия восстановления фазы при использовании СК и нелинейных оптических эффектов.

Работа выполнена в рамках гранта № 14.B37.21.1561.

Список литературы

1. Кузнецова Т. И. О фазовой проблеме в оптике. УФН. 19С.677–690.

2. Петров Н. В., Беспалов В. Г., Жевлаков А. П., Солдатов  двухдлинноволновой цифровой спекл-фотографии для анализа фазовых неоднородностей в гидросфере. Сб. тр. VI межд. конф. молодых ученых и специалистов «Оптика-2009». 2009.

3. Kolenovic E. Correlation between intensity and phase in monochromatic light. J. Opt. Soc. Am. A. 2005. V.22. P.899–906.

4. Агравал  волоконная оптика. М.: Мир, 1996.

5. Jia S., Wan W., Fleischer W. J. Forward four-wave mixing with defocusing nonlinearity. Opt. Lett. 2007. V.32. P.1668–1670.