Разработка методов анализа и компенсации аберраций волнового фронта на основе многоканальной дифракционной оптики с применением машинного обучения

Детектирование, идентификация и компенсация аберраций волнового фронта востребованы в различных приложениях, включая коррекцию зрения, улучшение изображающих систем мобильных устройств, оптических микроскопов и телескопов, оптических систем дистанционного зондирования Земли, передачи информации в свободном пространстве. Актуальность решения научной проблемы: решение обозначенной проблемы позволит улучшить качество изображений, получаемых с помощью большого количества разных методов, подходов и техник, которые востребованы в различных приложениях, включая коррекцию зрения, улучшение изображающих систем мобильных устройств, оптических микроскопов и телескопов, оптических систем дистанционного зондирования Земли, передачи информации в свободном пространстве. Новизна проекта заключается в применение нейронных сетей к многоканальной картине интенсивности для распознавания аберраций волнового фронта. Данный проект направлен на разработку методов прямого детектирования аберраций волнового фронта по совокупности ФРТ, полученных в одной плоскости после прохождения многоканального дифракционного оптического элемента, согласованного с фазовыми функциями Цернике, и методов машинного обучения, ориентированных на анализ картин интенсивности. Принцип действия адаптационного подхода заключается в параллельном формировании частично компенсированного волнового фронта в каждом дифракционном порядке, а его реализация возможна благодаря динамической перестройки комплексной функции пропускания дифракционных оптических элементов (ДОЭ), который позволяет менять как набор анализируемых типов аберраций, так и варьировать их величину. В качестве верифицирующего этапа проекта планируется проведение экспериментальной апробации разработанной методики идентификации аберраций на тестовых аберрациях волнового фронта. При этом формирование аберрированного волнового фронта, а также реализация многоканального фильтра будут реализованы с использованием пространственного модулятора света или цифрового микрозеркального устройства. При этом особое внимание будет уделено исследованию методов формирования адаптационных фазовых многоканальных ДОЭ с набором порядков, заданных как волновые аберрации с некоторой величиной и типом. Ранее коллективом предлагаемого проекта была продемонстрирована возможность пошаговой компенсации аберраций при использовании динамического транспаранта. Результаты данного проекта заложат основу для реализации масштабного производства многоканальных датчиков волнового фронта, которые в будущем могут стать элементами более сложных устройств для контроля качества формы оптических элементов и для коррекции аберраций волнового фронта в системах оптической коммуникации, в промышленной лазерной технике и офтальмологии. На основе разрабатываемой технологии могут быть разработаны высокоэффективные датчики волнового фронта для приложений дистанционного оптического контроля, профилометрии и адаптивной оптики. Данные датчики могут быть построены на основе многоканального ДОЭ или пространственного модулятора света или цифрового микрозеркального устройства и набора фотодетекторов. В рамках выполнения проекта предлагается новый метод анализа и компенсации аберраций волнового фронта с использованием многоканальной дифракционной оптики и интеллектуального анализа данных, соответствующий передовым разработкам в данной области исследований, а разрабатываемая технология не имеет аналогов в мире.