Conditions for effective application of passive speckle reduction methods and decoherent focusing method in laser illumination systems
This study presents a comprehensive investigation of passive speckle reduction methods in laser illumination systems, which utilize two key factors simultaneously: the imperfect temporal coherence of laser radiation and angular diversity created by the optical system. Special attention is given to a...
Збережено в:
| Дата: | 2025 |
|---|---|
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Інститут проблем реєстрації інформації НАН України
2025
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://drsp.ipri.kiev.ua/article/view/345498 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Data Recording, Storage & Processing |
Репозитарії
Data Recording, Storage & Processing| _version_ | 1856543233593573376 |
|---|---|
| author | Лапчук, А. С. Пригун, О. В. Манько, Д. Ю. Горбов, І. В. Бородін, Ю. О. |
| author_facet | Лапчук, А. С. Пригун, О. В. Манько, Д. Ю. Горбов, І. В. Бородін, Ю. О. |
| author_sort | Лапчук, А. С. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2025-12-21T03:44:45Z |
| description | This study presents a comprehensive investigation of passive speckle reduction methods in laser illumination systems, which utilize two key factors simultaneously: the imperfect temporal coherence of laser radiation and angular diversity created by the optical system. Special attention is given to analysing the conditions for independent operation of these factors to achieve maximum efficiency in reducing spatial coherence.
An innovative optical system design for decoherent focusing is proposed, consisting of a two-dimensional array of rectangular microprisms with variable heights integrated with a pair of crossed single-element cylindrical Fresnel lenses. Computer simulations demonstrate that this system can effectively transform a collimated Gaussian beam into a high-quality, uniformly illuminated rectangular spot, even at a substantial numerical aperture (NA = 0,2). Additionally, a simplified flat version of the system using a single lens is proposed while maintaining all key characteristics.
The fundamental limitation of passive methods related to the line spectrum of laser diodes is thoroughly examined, showing it significantly reduces the number of decorrelated sub-beams. The experimental results prove that dynamic current modulation within ±15 % of the nominal value transforms the discrete spectrum into a quasi-continuous one. This effect enables generation of virtually unlimited statistically independent laser beams, opening new possibilities for high-quality illumination systems.
For practical implementation in laser projectors, a critical parameter is established — the intensity integration time must not exceed the temporal resolution of human vision (approximately 20–40 ms). The obtained results have significant practical potential for developing new generations of laser illumination systems with minimized speckle effects, particularly relevant for precision projection technologies, medical diagnostics, and industrial applications.
The work includes detailed analysis of optical schemes, mathematical modeling results, experimental data, and practical recommendations for implementing the proposed technological solutions. The presented results substantially expand the capabilities of passive speckle reduction methods and offer a novel approach to designing laser illumination systems. Tabl.: 3. Fig.: 14. Refs: 32 titles. |
| first_indexed | 2026-02-08T07:59:59Z |
| format | Article |
| id | drspiprikievua-article-345498 |
| institution | Data Recording, Storage & Processing |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-02-08T07:59:59Z |
| publishDate | 2025 |
| publisher | Інститут проблем реєстрації інформації НАН України |
| record_format | ojs |
| spelling | drspiprikievua-article-3454982025-12-21T03:44:45Z Conditions for effective application of passive speckle reduction methods and decoherent focusing method in laser illumination systems Умови ефективного застосування пасивних методів зменшення спеклів і метод декогерентного фокусування в лазерних освітлювальних системах і проекторах Лапчук, А. С. Пригун, О. В. Манько, Д. Ю. Горбов, І. В. Бородін, Ю. О. лазерні спекли, зменшення спеклів, лазерний проектор, декогерентність, декогерентні системи фокусування, пасивні системи, лазерне освітлення speckle suppression, laser projector, decoherence, decoherent focusing system, passive system, laser illumination This study presents a comprehensive investigation of passive speckle reduction methods in laser illumination systems, which utilize two key factors simultaneously: the imperfect temporal coherence of laser radiation and angular diversity created by the optical system. Special attention is given to analysing the conditions for independent operation of these factors to achieve maximum efficiency in reducing spatial coherence. An innovative optical system design for decoherent focusing is proposed, consisting of a two-dimensional array of rectangular microprisms with variable heights integrated with a pair of crossed single-element cylindrical Fresnel lenses. Computer simulations demonstrate that this system can effectively transform a collimated Gaussian beam into a high-quality, uniformly illuminated rectangular spot, even at a substantial numerical aperture (NA = 0,2). Additionally, a simplified flat version of the system using a single lens is proposed while maintaining all key characteristics. The fundamental limitation of passive methods related to the line spectrum of laser diodes is thoroughly examined, showing it significantly reduces the number of decorrelated sub-beams. The experimental results prove that dynamic current modulation within ±15 % of the nominal value transforms the discrete spectrum into a quasi-continuous one. This effect enables generation of virtually unlimited statistically independent laser beams, opening new possibilities for high-quality illumination systems. For practical implementation in laser projectors, a critical parameter is established — the intensity integration time must not exceed the temporal resolution of human vision (approximately 20–40 ms). The obtained results have significant practical potential for developing new generations of laser illumination systems with minimized speckle effects, particularly relevant for precision projection technologies, medical diagnostics, and industrial applications. The work includes detailed analysis of optical schemes, mathematical modeling results, experimental data, and practical recommendations for implementing the proposed technological solutions. The presented results substantially expand the capabilities of passive speckle reduction methods and offer a novel approach to designing laser illumination systems. Tabl.: 3. Fig.: 14. Refs: 32 titles. Досліджено пасивні методи зменшення спеклів у лазерних освітлювальних системах. Розглянуто умови незалежної дії обмеженої часової когерентності лазерного джерела та кутового різноманіття, сформо-ваного оптичною системою в їхньому комбінованому застосуванні. Запропоновано інноваційну конструкцію оптичної системи декогерентного фокусування, яка включає двовимірну матрицю прямокутних мікропризм змінної висоти, інтегровану з парою схрещених циліндричних лінз Френеля. Така система дозволяє формувати прямокутну рівномірно освітлену пляму з високою якістю при числовій апертурі до NA = 0,2. Експериментально підтверджено, що модуляція струму живлення в межах ±15 % за час, який не перевищує часову роздільну здатність людського ока (20–40 мс), перетворює лінійчатий спектр лазерного діода на квазінеперервний, що дозволяє генерувати більшу кількість декорельованих пучків. Результати мають прикладну цінність для створення лазерних проекційних систем зі зниженим рівнем спеклів, а також для медичної візуалізації і точного промислового освітлення. Інститут проблем реєстрації інформації НАН України 2025-09-16 Article Article application/pdf http://drsp.ipri.kiev.ua/article/view/345498 10.35681/1560-9189.2025.27.2.345498 Data Recording, Storage & Processing; Vol. 27 No. 2 (2025); 3-26 Регистрация, хранение и обработка данных; Том 27 № 2 (2025); 3-26 Реєстрація, зберігання і обробка даних; Том 27 № 2 (2025); 3-26 1560-9189 uk http://drsp.ipri.kiev.ua/article/view/345498/334379 Авторське право (c) 2025 Реєстрація, зберігання і обробка даних |
| spellingShingle | speckle suppression laser projector decoherence decoherent focusing system passive system laser illumination Лапчук, А. С. Пригун, О. В. Манько, Д. Ю. Горбов, І. В. Бородін, Ю. О. Conditions for effective application of passive speckle reduction methods and decoherent focusing method in laser illumination systems |
| title | Conditions for effective application of passive speckle reduction methods and decoherent focusing method in laser illumination systems |
| title_alt | Умови ефективного застосування пасивних методів зменшення спеклів і метод декогерентного фокусування в лазерних освітлювальних системах і проекторах |
| title_full | Conditions for effective application of passive speckle reduction methods and decoherent focusing method in laser illumination systems |
| title_fullStr | Conditions for effective application of passive speckle reduction methods and decoherent focusing method in laser illumination systems |
| title_full_unstemmed | Conditions for effective application of passive speckle reduction methods and decoherent focusing method in laser illumination systems |
| title_short | Conditions for effective application of passive speckle reduction methods and decoherent focusing method in laser illumination systems |
| title_sort | conditions for effective application of passive speckle reduction methods and decoherent focusing method in laser illumination systems |
| topic | speckle suppression laser projector decoherence decoherent focusing system passive system laser illumination |
| topic_facet | лазерні спекли зменшення спеклів лазерний проектор декогерентність декогерентні системи фокусування пасивні системи лазерне освітлення speckle suppression laser projector decoherence decoherent focusing system passive system laser illumination |
| url | http://drsp.ipri.kiev.ua/article/view/345498 |
| work_keys_str_mv | AT lapčukas conditionsforeffectiveapplicationofpassivespecklereductionmethodsanddecoherentfocusingmethodinlaserilluminationsystems AT prigunov conditionsforeffectiveapplicationofpassivespecklereductionmethodsanddecoherentfocusingmethodinlaserilluminationsystems AT manʹkodû conditionsforeffectiveapplicationofpassivespecklereductionmethodsanddecoherentfocusingmethodinlaserilluminationsystems AT gorbovív conditionsforeffectiveapplicationofpassivespecklereductionmethodsanddecoherentfocusingmethodinlaserilluminationsystems AT borodínûo conditionsforeffectiveapplicationofpassivespecklereductionmethodsanddecoherentfocusingmethodinlaserilluminationsystems AT lapčukas umoviefektivnogozastosuvannâpasivnihmetodívzmenšennâspeklívímetoddekogerentnogofokusuvannâvlazernihosvítlûvalʹnihsistemahíproektorah AT prigunov umoviefektivnogozastosuvannâpasivnihmetodívzmenšennâspeklívímetoddekogerentnogofokusuvannâvlazernihosvítlûvalʹnihsistemahíproektorah AT manʹkodû umoviefektivnogozastosuvannâpasivnihmetodívzmenšennâspeklívímetoddekogerentnogofokusuvannâvlazernihosvítlûvalʹnihsistemahíproektorah AT gorbovív umoviefektivnogozastosuvannâpasivnihmetodívzmenšennâspeklívímetoddekogerentnogofokusuvannâvlazernihosvítlûvalʹnihsistemahíproektorah AT borodínûo umoviefektivnogozastosuvannâpasivnihmetodívzmenšennâspeklívímetoddekogerentnogofokusuvannâvlazernihosvítlûvalʹnihsistemahíproektorah |