LINEAS DE INVESTIGACIÓN EN MICROOPTICA Y SENSORES DE FRENTE DE ONDAS Eva Acosta, Jorge Ares, Justo Arines, Salvador Bará, Ramón Flores, Marcos Soto, Daniel Vazquez Área de Optica, Departamento de Física Aplicada, Facultade de Física, Universidade de Santiago de Compostela, 15706 Santiago de Compostela, Galicia 1.- Introducción En esta comunicación presentamos un resumen de las líneas de investigación en las que el grupo ha ido avanzando desde la última Reunión Nacional de Óptica (Medina del Campo, 2000). Las investigaciones realizadas se pueden esquematizar en tres bloques básicos: Sensores de frente de ondas y sus aplicaciones, estudios sobre medios con gradiente de índice y aplicación de tomografía óptica para caracterización de medios inhomogéneos. Resultados concretos obtenidos por distintos miembros del grupo se presentan en comunicaciones adicionales. 2.- Sensores de frente de ondas, medida y compensación de aberraciones Las láminas de fase compensadoras de aberraciones oculares fabricadas por fotoescultura analógica en fotorresina [1,2] se han aplicado con éxito, en colaboración con el SERI de Boston y el IODV de Madrid, a oftalmoscopios de barrido láser (SLO) a fin de aumentar el contraste de imágenes de fondo de ojo [3]. Hemos propuesto estrategias para el diseño de elementos compensadores de aberraciones oculares en campo amplio [4], con un formalismo que puede ser aplicado -con las modificaciones correspondientes- al diseño de elementos compensadores de aberraciones cromáticas y/o dependientes de la acomodación, entre otras posibilidades.. En lo que afecta a sensado de frentes de onda, en particular con sensores de gradiente tipo Hartmann o Hartmann-Shack, se ha estudiando la influencia del procesado por umbralización sobre el cálculo de centroides para distribuciones focales de irradiancia afectadas por ruido aditivo gausiano [5]. Su modelización ha permitido diseñar estrategias de umbralización óptima en el sentido de mínima varianza para el centroide que se determina [6]. Hemos desarrollado un método numérico general para el cálculo de los reconstructores de fase de mínima varianza en presencia de aberraciones con estadística conocida, estudiando su aplicación particular a frentes degradados por turbulencia atmosférica [7]. Se han realizado trabajos para estudiar la influencia de los diferentes filtros de deconvolución en la restauración de imágenes degradadas por aberraciones aleatorias [8] y, finalmente, se ha propuesto un nuevo método para el cofasado de espejos segmentados, basado en la medida del pistón relativo por interferometría de desplazamiento lateral [9]. Por otra parte, en los estudios realizados en sensores de curvatura y basados en la ecuación de transporte de intensidad se ha avanzado en la cuantificación de su rango dinámico, lo que permite analizar la viabilidad de su utilización en distintas aplicaciones, desde óptica adaptativa hasta caracterización de haces láser o de componentes ópticos. 3.- Componentes ópticos inhomogéneos Se ha desarrollado un método para diseñar axicones de gradiente de índice con simetría esférica. El método permite diseñar elementos que a partir de una distribución de intensidad a la entrada producen una distribución de intensidad predeterminada en el eje óptico. Habiendo una gran flexibilidad a la hora de fijar dicha intensidad en eje. El método esta basado en la óptica geométrica, por lo que también se incluyen herramientas para analizar el comportamiento de los axicones usando óptica ondulatoria [10]. También se ha estudiado un nuevo elemento de gradiente de índice con simetría esférica capaz de transformar un campo óptico procedente de una fuente puntual con un patrón de radiación predeterminado en una distribución de irradiancia arbitraria en un plano dado como por ejemplo irradiancia constante, gaussiana, triangular y anular [11,12]. 4.- Tomografía Optica Basándose conceptos de tomografía se han desarrollado algoritmos para recuperar el índice de refracción de medios con simetría esférica y cilíndrica que permitieron recuperar el índice de refracción de cristalinos oculares y componentes microópticos sin necesidad de que estén inmersos en líquidos con índice de refracción igual al superficial del elemento bajo test [13]. También se están desarrollando algoritmos para recuperación de distribuciones 3-D de índice de refracción. Se han obtenido resultados aplicables a la recuperación in vitro de cristalinos [14] y se esta estudiando la aplicabilidad a medios turbulentos tales como la atmósfera. Bibliografía [1] R. Navarro, E. Moreno-Barriuso, S. Bará, T. Mancebo, "Phase plates for wave-aberration compensation in the human eye", Opt. Lett. 25, 236-238 (2000). [2]. S. Bará, T. Mancebo, E. Moreno-Barriuso, "Positioning tolerances for phase plates compensating aberrations of the human eye", Appl. Opt. 39, 3413-3420 (2000) [3] S. Bará, R. Navarro, "Wide-field compensation of monochromatic eye aberrations: expected performance and design trade-offs", J. Opt. Soc. Am. A 20, 1-10 (2003) [4] S. A. Burns, S. Marcos, A. E. Elsner, Salvador Bara, "Contrast improvement for Confocal Retinal Imaging Using Phase Correcting Plates", Opt. Lett. 27, 400-402 (2002) [5] Jorge Ares, Justo Arines, "Effective noise in thresholded intensity distribution. Influence on centroid statistics", Opt. Lett. 26, 1831-1833 (2001) [6] Justo Arines, Jorge Ares, "Minimum variance centroid thresholding", Opt. Lett. 27 497-499 (2002) [7] V. V. Voitsekhovich, S. Bará, J. Mayor, "Calculation of minimum-variance estimators for Hartmann sensing using random wave vector simulations", J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 3, 120-125 (2001) [8] J. Arines, S. Bará, "Significance of the recovery filter in deconvolution from wavefront sensing", Opt. Engineer. 39, 2789-2796 (2000). [9] V.V. Voitsekhovich, S. Bara, V.G. Orlov, "Co-phasing of segmented telescopes: a new approach to piston measurements", Astronomy and Astrophysics 382, 746-751 (2002). [10] J.R. Flores, "General method to design spherically symmetric GRIN axicons", J. Mod. Op. 48, 493-506 (2001). [11] J.R. Flores, "Acopladores de Gradiente de Índice com Simetria Esférica", Rev. de Fís. Apl. e Inst., 14, 45-51, (1999). [12] J.R. Flores, "Spherically symmetric GRIN amplitude formers", J. Mod. Opt. 48, 1225-1238, (2001). [13] E. Acosta, R. Flores, D. Vázquez, S. Ríos, L. Garner and G. Smith, “Tomographic meted for measurement of the refractive index profile of optical fibre preforms and rod GRIN lenses”, Jpn.J.Appl.Phys. 41, 4821-4824 (2002) [14] E. Acosta, D. Vázquez, G. Smith and L.Garner , “A comparison and analysis of various techniques for determining the gradient index distribution of non-symmetric crystalline lenses. Conference on Astigmatism, Aberrations and Vision. Mopane 2003 Agradecimientos: Estos trabajos han sido realizados en el marco de los proyectos: TIC98-0925-C02-02 "Imagen de alta resolución espacial: aplicación a la imagen del fondo de ojo", DPI2002-04370-C02-01 "Desarrollo de componentes y sistemas para la medida y corrección de aberraciones en el ojo humano", PGDIDT00PXI20601PR “Determinación y modelado de incides de refracción 3-D mediante tomografía optica: Estudio de cristalinos oculares in vitro”, AYA 2000-1565-C02-02 “Simulación y compensación de las distorsiones de la atmosfera: sensores de curvatura y tomografía optica” y la infraestructura PR405 A 2002/39-9.