Sensori di fronte d’onda: dalla teoria alle possibili applicazioni nei raggi X

I recenti sviluppi di sorgenti di raggi X hanno aperto un grande campo di ricerca basato su due punti principali di interesse: imaging a raggi X ad alta risoluzione e il miglioramento della qualità del fascio laser. Esempi di applicazioni sono la microscopia X-ray e imaging a contrasto di fase. Recentemente, i progressi nelle tecniche x-ray phase-sensitive imaging hanno dimostrato un netto miglioramento del contrasto tra materiali di diverso indice di rifrazione, mentre le tecniche di diffrazione a raggi X hanno rivelato informazioni su strutture microscopiche invisibili nelle immagini di assorbimento tradizionali. Inoltre, i metodi phase-grating hanno dimostrato un netto miglioramento nel contrasto di fase differenziale (DPC) e nelle immagini a diffrazione ad alta risoluzione spaziale e sensibilità usando tubi e rilevatori di raggi X convenzionali. I dispositivi ottici che possono essere impiegati in queste applicazioni risiedono sotto il nome di sensori di fronte d'onda, come Hartmann e Shack-Hartmann, utilizzati per la misura delle aberrazioni per varie applicazioni quali astronomia, testing di elementi ottici, ottica adattiva e così via. L'elemento principale nel sensore Hartmann è la matrice sub-apertura (o la piastra Hartmann) che, attraverso i fori di opportune dimensioni e spaziatura, "campiona" il fronte d'onda di ingresso in singoli raggi registrati in un sensore di immagine. In questo articolo vedremo una panoramica sui sensori di fronte d'onda, in particolare il tipo Hartmann con evidenze di progettazione. Per concludere analizzeremo alcuni campi di forte interesse per le applicazioni.

Introduzione

Un sensore di fronte d'onda è un dispositivo che misura le aberrazioni di un segnale al fine di descrivere la qualità ottica di un sistema. Un fronte d'onda, perpendicolare alla direzione di propagazione, è il luogo dei punti caratterizzati dalla propagazione in fase della posizione: ovvero un insieme di punti che si trovano a "vibrare" in fase. Un metodo molto comune di misura è quello di utilizzare un array Lenslet Shack-Hartmann o sub-aperture Hartmann, ovvero una matrice di fori o lenti con opportune dimensioni e distanziati in base alla densità di campionamento del fronte d'onda. Ci sono molte applicazioni che includono l'ottica adattiva, metrologia ottica e anche la misura delle aberrazioni dell'occhio stesso. In questo approccio, una sorgente laser debole è diretta nell'occhio e la riflessione sulla retina viene campionata ed elaborata. Un generico sistema può essere composto da una matrice sub-apertura di fori opportunamente dimensionati e distanziati, un rivelatore per acquisire l'immagine (sensore CCD) e un sistema di acquisizione software / hardware. Un parametro che entra in gioco per una interessante descrizione è la differenza di cammino ottico (OPD), definita come [...]

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