Study on generating light fields with the intensity patterns characterized by different rotational rates

Abstract

Исследование формирования световых полей с различной скоростью вращения распределения интенсивности Воронцов Е.Н. и др. 158Компьютерная оптика, 2016, том 40, №2 ВведениеСветовые поля с вращающимся при распростра-нении распределением интенсивности могут быть ис-пользованы для решения различных прикладных за-дач [1][2][3][4][5]. В настоящее время одним из наиболее об-суждаемых является их применение для увеличения продольного разрешения флуоресцентных микроско-пов [4][5]. Известно, что при получении изображения двух объектов, расположенных в разных плоскостях, но на малом поперечном расстоянии друг от друга выделить информацию об их истинном положении весьма затруднительно. Идея подхода к решению данной задачи на основе световых полей с вращением интенсивности состоит в следующем. Излучение от точечных светящихся объектов в предметной области проходит через оптическую систему микроскопа и специальный фазовый фильтр. По сути, этот фильтр является дифракционным оптическим элементом, ко-торый преобразует поле плоской волны в пучок с распределением интенсивности в виде двух вращаю-щихся максимумов (будем называть этот пучок двух-лепестковое световое поле). Поэтому в плоскости наблюдения формируются изображения объектов, каждое из которых представляет собой два максиму-ма интенсивности. Оценить продольное смещение объектов друг относительно друга в предметной об-ласти можно по изменению положения максимумов интенсивности в плоскости изображения [5]. При этом чем больше скорость вращения интенсивности поля, формируемого дифракционным элементом, тем точнее можно определить продольную координату светящегося объекта. Под скоростью вращения по-нимается величина, характеризующая угол поворота распределения интенсивности светового поля при распространении в продольном направлении.Поэтому в данном подходе важной задачей яв-ляется развитие методов расчёта дифракционных элементов для формирования световых полей с большой скоростью вращения распределения ин-тенсивности.В данной работе исследуется получение фазовых оптических элементов на основе оптики спиральных пучков света, формирующих световые поля, распре-деление интенсивности которых поворачивается при распространении. Рассмотрен вопрос о выборе пара-метров освещающего фазовую маску поля для наибо-лее эффективного формирования светового поля с вращением интенсивности. Экспериментально опре-делены скорости вращения световых полей для раз-личных параметров. Представлены результаты экспе-риментов по влиянию аберраций на структуру интен-сивности полей.

Phase Filters for 3D Localization of Point Light Sources

“…In the reverse situation, i.e. with the increase of the illuminating beam aperture, the portion of energy consumed for the field formation will be redistributed from the main peaks (maxima) into the ring embracing them [17]. During the calculation of the phase mask, the optimal ratio of the phase mask aperture and the width of the illuminating beam was selected, providing the formation of two separate maxima without an additional ring around them.…”

“…Some alternative methods for realization of the phase filter that generates a field rotating during propagation were also explored [14,15]. In works [16][17][18][19], based on the theory of spiral beams of light, phase masks were offered, allowing to generate two-lobe light fields with different rotation speed.…”

Determination of microrelief of the sample by singular beams superposition

“…The salvation of peculiarities mentioned above leaded to the searching of methods based on using of Bessel and Laguerre-Gaussian beams. [15,16] where the dependence of rotation angle for intensity distribution of so-called "twolobed fields" were investigated in dependence on the depth of focus for spiral beams as well as influence of amplitude and phase distortions on the formation of the light field with the intensity rotation was established. [17].…”

Generation of the rotating light fields under amplitude and phase distortions

“…The phase distortions can be caused by aberrations of the optical system, geometric parameters of the observing system and heterogeneity of the optical parameters of the medium where a light wave propagates. Usually the influence of phase distortions prevails over that of amplitude distortions.In this paper we continue the research initiated by us earlier in our work [4]. For generation of the light fields, the phase masks based on the spiral beams were used, representing a superposition of Laguerre-Gauss modes.…”

“…In this paper we continue the research initiated by us earlier in our work [4]. For generation of the light fields, the phase masks based on the spiral beams were used, representing a superposition of Laguerre-Gauss modes.…”