La caractérisation de front d'onde dans un système de propagation à multi-illumination gérée par un modulateur spatial de lumière
Résumé
Phase retrieval is a cornerstone of wavefront analysis, which is finding ever wider applications in many fields where it is met under two forms: wavefront reconstruction and surface analysis. Present techniques leave opportunities for novel methods: more powerful, more efficient and especially cheaper. Whereas the most popular techniques require sophisticated optical equipement, the use of a diffractive solution makes possible the use of low cost equipment combined with a powerful intelligent digital image-processing. The aim of this study is, on the one hand, to demonstrate the feasibility of a multiview principle dealing with phase retrieval of an unknown beam and on the other, to design an experimental setup that is able to determine the phase map from a small number of captured diffraction patterns. We propose a method, called here ``multi-illumination'', for extracting this phase-information with the aid of a spatial light modulator which produces a range of different illuminating beams. This method involves a digital image-processing based on the Iterative Fourier/Fresnel Transform Algorithm (IFTA) principle. Two versions are developped: the first using images grabbed in a coherent imaging system, the second works with diffraction patterns obtained in a double Fresnel/Fourier setup. The capacities of the algorithm are verified both in extensive digital simulations and in an experimental setup built up with a SLM and a CCD syncronously managed by a specifically developped software. Key-words: wavefront analysis, phase retrieval, spatial light modulator, multiview, iterative Fourier/Fresnel transform algorithms.
La caractérisation de phase est la pierre angulaire de l'analyse de front d'onde. Devenant un secteur d'activité de plus en plus large, il nécessite de nouveaux moyens de contrôle plus efficaces, plus performants et meilleur marché. Les performances des techniques les plus utilisées dans ce domaine reposent en grande partie sur un équipement optique sophistiqué, alors que l'utilisation de la diffraction par propagation libre permet de simplifier au maximum le matériel et de reporter la charge aux algorithmes intelligents de traitement de données. L'objectif de ce travail est de mettre en valeur une technique d'analyse de front d'onde multivue ainsi que de construire une installation-prototype capable de caractériser les diverses cartes de phase. L'entité de l'étude réalisée consiste à proposer une méthode d'accès à la forme de la phase d'une onde inconnue à partir d'une séquence de ses figures de diffraction créées avec un modulateur spatial de lumière selon le principe des multiples ondes illuminantes. Pour contribuer au problème, un algorithme itératif de type IFTA (Iterative Fourier/Fresnel Transform Algorithm) dit la ``multi-illumination'' a été mis en oeuvre en deux versions qui sous-entendent soit les conditions de l'imagerie cohérente combinée avec une propagation libre, soit une double propagation de Fresnel/Fourier. Le fonctionnement de l'algorithme a été vérifié aussi bien en simulation numérique qu'au sein d'un montage optique experimental gouverné par un logiciel artisanal de pilotage. Les résultats obtenus démontrent sa convergence sûre et particulièrement rapide. Mots-clefs: analyse de front d'onde, reconstruction de phase, modulateur spatial de lumière, multivue, algorithmes iteratifs par transformée de Fourier/Fresnel discrète.
Domaines
Physique [physics]
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