Использование широкополосного спектрального

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 400-2200 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. 1988. 154. С.677–690.
2. Петров Н.В., Беспалов В.Г., Жевлаков А.П., Солдатов Ю.И. Исследования 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 Г.П. Нелинейная 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.