RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
ar
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
نعرض كيفية ترميز المجال المعقد لأشعة الليزر باستخدام عنصر أحادي الطور. يعمل السابر مسار مشترك لخلط المعلومات المرحلة التي يتم عرضها في المغير خفيفة مكانية المرحلة فقط لاسترداد وأخيراً نمط الحقل المعقدة المطلوب في إخراج نظام التصوير الضوئي.
والهدف من هذه المادة لإثبات استخدام أسلوب التداخل السوناريه لترميز الحقول المعقدة المرتبطة باشعاع الليزر متماسكة بصريا. ويستند الأسلوب متماسكة مبلغ موجتين موحدة، ترميز سابقا إلى المرحلة فقط مكانية خفيفة المغير (حركة تحرير السودان) بمضاعفة المكانية من مراحلها. هنا، تجري عملية التدخل عن طريق التصفية المكانية للترددات الخفيفة في الطائرة فورييه لنظام التصوير ببعض. يسمح التنفيذ الصحيح لهذا الأسلوب المرحلة التعسفي والسعة المعلومات المراد استردادها في إخراج النظام البصري.
هو أسلوب ترميز على محور، بدلاً من خارج المحور، مع خوارزمية معالجة مباشرة (لا حلقة تكرارية)، وخالية من الضوضاء متماسكة (البقع واللطخ). المجال المعقد يمكن استردادها بالضبط في إخراج النظام البصري، باستثناء بعض الخسائر في القرار بسبب تكرار عملية التصفية. القيد الرئيسي للطريقة التي قد تأتي من العجز تعمل بالتردد معدلات أعلى من معدل التحديث لحركة تحرير السودان. وتشمل تطبيقات، ولكن لا تقتصر على، مجهرية الخطية وغير الخطية، وتشكيل شعاع، أو الليزر الجزئي-تجهيز الأسطح المادية.
تقريبا جميع تطبيقات الليزر في علاقة وثيقة مع إدارة واجهة الموجه الضوئية من الضوء. في تقريب باراكسيال، يمكن وصف الحقل المعقدة المرتبطة بالإشعاع الليزر بفترتين والسعة والمرحلة. الإرادة اللازمة لتعديل الزمانية والمكانية هيكل أشعة الليزر في أن له سيطرة على هذين المصطلحين هو. وبصفة عامة، السعة والمرحلة لشعاع الليزر يمكن بشكل صحيح تغيير بالعديد من الطرق بما في ذلك استخدام المكونات البصرية التي تتراوح من العدسات المجمعة واحد وشق شعاع ومرايا للأجهزة الأكثر تعقيداً مثل المرايا تشوه أو ضوء المكانية التضمين. هنا، نحن إظهار أسلوب الترميز وإعادة بناء المجال المعقد لأشعة الليزر متماسكة، الذي يستند إلى نظرية الهولوغرام المزدوج-المرحلة1، واستخدام السابر المشتركة--المسار.
في الوقت الحاضر، توجد مجموعة متنوعة من الأساليب لترميز الحقول معقدة من الليزر الحزم2،3،،من45. وفي هذا السياق، تعتمد بعض الأساليب الراسخة لإنتاج المرحلة والتحوير على استخدام الصور المجسمة الرقمية6. نقطة مشتركة في كل من هذه الأساليب هو ضرورة توليد إزاحة مكانية لفصل شعاع الإخراج المطلوب من النظام [زروث] قادمة من انعكاس الضوء في عرض حركة تحرير السودان. هذه الأساليب أساسا خارج المحور (عادة تطبيق للنظام حيود الأولى [غرتينغ])، توظيف المرحلة [غرتينغ] ليس فقط لترميز المرحلة، ولكن أيضا لإدخال التحوير اللازم. على وجه الخصوص، يؤديها التحوير مكانياً خفض الارتفاع [غرتينغ]، الذي يحط وضوح كفاءة الحيود. عملية إعادة الإعمار صورة ثلاثية الأبعاد ليحصل معظمها إعمار تقريبية، ولكن ليس على وجه الدقة، السعة ومرحلة معقدة الحقل المطلوب. ويبدو التباين بين النظرية والتجربة تظهر من ترميز غير دقيقة المعلومات السعة، فضلا عن قضايا تجريبية أخرى يحدث أثناء التصفية المكانية أمر حيود الأولى أو بسبب تأثيرات pixilation حركة تحرير السودان. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن إدخال التشكيل الجانبي كثافة الشعاع إدخال القيود المفروضة على إنتاج الطاقة.
وفي المقابل، مع طريقة عرض7، جميع الخفيفة هو الاضطلاع بإدارة على محور، التي مريحة للغاية من وجهة نظر تجريبية. بالإضافة إلى ذلك، فإنه يستفيد من النظر، في تقريب برازيل، الحقل المعقدة المرتبطة بأشعة الليزر كمبلغ موجتين موحدة. السعة والمعلومات سينثيتيزيد التي تدخل هذه الموجات موحدة. في الممارسة العملية، تجري مثل هذا التدخل عن طريق التصفية المكانية من ترددات الضوء على الطائرة فورييه لنظام التصوير معين. سابقا، هي أنماط المرحلة المرتبطة بموجات موحدة مكانياً متعدد وترميز إلى حركة المرحلة فقط (توضع في مدخل الطائرة من هذا نظام التصوير). ومن ثم، يمكن اعتبار الإعداد بصري كله السابر المشتركة-مسار (قوية جداً ضد الاهتزازات الميكانيكية، والتغيرات في درجات الحرارة، أو اختلالات بصرية). الرجاء ملاحظة أن عملية التدخل المذكورة أعلاه يمكن أن ينجز بدلاً من ذلك باستخدام تخطيطات بصرية أخرى: مع اثنين من سلمس المرحلة فقط وضعها بشكل صحيح داخل السابر اثنين-الذراع نموذجية، أو من قبل الوقت تسلسلياً ترميز اثنين المرحلة أنماط في حركة تحرير السودان (المقدمة السابقة من مرآة المرجعية في إعداد البصرية). وفي كلتا الحالتين، هناك أية ضرورة للتصفية المكانية، ونتيجة لذلك أي فقدان للقرار المكانية، على حساب زيادة تعقيد النظام البصري، فضلا عن عملية المحاذاة. هنا، فإنه ينبغي أيضا التأكيد على أن باستخدام هذا الأسلوب الترميز، الطيف الكامل من المجال المعقد المطلوب يمكن استردادها بالضبط في الطائرة فورييه، بعد تصفية جميع حيود أوامر لكن [زروث] واحدة.
من ناحية أخرى، كفاءة الأسلوب الذي يعتمد على عدة عوامل: مواصفات الشركة المصنعة لحركة تحرير السودان (مثلاً، ملء عامل أو انعكاسية حيود الكفاءة)، حجم نمط ترميز، والطريقة التي يؤثر الضوء على حركة جيش تحرير السودان (التفكير بزاوية صغيرة تصل إلى، أو حالات الإصابة العادية باستخدام مقسم شعاع). عند هذه النقطة، تحت ظروف تجريبية ملائمة، يمكن قياس كفاءة الخفيفة الإجمالية أكثر من 30%. مع ذلك، لاحظ أن مجموع كفاءة الضوء فقط بسبب استخدام حركة تحرير السودان التي يمكن أن تكون أقل من 50%. عدم وجود عشوائية أو الناشر العناصر داخل البصرية يسمح برنامج الإعداد استرداد أنماط السعة والمرحلة دون ضجيج متماسكة (البقع واللطخ). جوانب أخرى هامة الإشارة إلى يتم استخدام خوارزمية التدوين المباشر بدلاً من إجراءات متكررة وقدرته على أداء السعة التعسفي والمستقلة والتحوير المرحلة في وتيرة تحديث الوقت من حركة تحرير السودان (تصل إلى مئات هيرتز وفقا للتكنولوجيا الحالية).
من حيث المبدأ، الأسلوب7 المقصود ليتم استخدامها مع موجات الطائرة الإدخال، ولكن لا يقتصر على ذلك. على سبيل المثال، إذا كان هو ضرب شعاع غاوسي حركة تحرير السودان، من الممكن لتعديل شكلها الإشعاع في إخراج النظام بواسطة ترميز نمط سعة مناسبة في حركة تحرير السودان. ومع ذلك، لا تتجاوز كثافة الشعاع الناتج من شعاع الإدخال في أي موقف مستعرضة (x, y)، تشكيل السعة يؤديها كثافة الخسائر التي نشأت عن طريق عملية تدخل مدمر جزئيا.
نظرية وإذ تشدد على أن أسلوب الترميز7 على النحو التالي. يمكن إعادة كتابة أي حقل معقدة تمثل على شكل U(x,y)= أ(س،ص)هأناφ(x،y) كما وصفها:
(1)
حيث
(2)
(3)
في المعادلات 1-3، السعة والطور للمجمع ثنائي الأبعاد الميدانية U(x,y)وترد عليه أ(س،ص) و φ(x,y)، على التوالي. علما بأن شروط كحد أقصى (الحد الأقصى من A(x,y)) و ب = ماكس/2 لا تعتمد على الإحداثيات مستعرضة (x,y). من الناحية النظرية، إذا وضعنا الحد الأقصى= 2، ثم ب =1. ومن ثم، المجال المعقد يو(x,y) يمكن الحصول عليها، بطريقة بسيطة، ويكون من مجموع متماسك من موجات موحدة تكونأناϑ(x،y) و iθ س، (y). في الممارسة العملية، ويتم ذلك مع السابر المشتركة--المسار تتكون من مرحلة واحدة عنصر α(x,y)، وضعت في الطائرة إدخال نظام التصوير. العنصر مرحلة واحدة هي التي شيدت قبل الإرسال المتعدد المكانية ل شروط المرحلة ϑ(x,y)
و θ (x,y) بمساعدة المشابك ثنائي الأبعاد (أنماط الشطرنج) م1(x,y) و م2(x,y) على النحو التالي
(4)
ومن ثم،
(5)
هذه الأنماط ثنائية الوفاء بالشرط م1(x,y) + م2(x,y) = 1. لاحظ أن، تدخل موجات موحدة لا يمكن أن يحدث إذا كنا لا تخلط بالمعلومات الواردة في المرحلة عنصرα(x,y). في هذا الأسلوب، وهذا يجري باستخدام عامل تصفية مكانية قادرة على منع جميع حيود أوامر لكن [زروث] واحدة. وبهذه الطريقة، بعد عملية التصفية في الطائرة فورييه الطيف ح(u,v)= F{x،هiα(y)} المرحلة المشفرة وظيفة ذات الصلة إلى طيف ميدان معقد و{U(x,y)} بالتعبير
(6)
في مكافئ. (6)، (يو،v) الدلالة الإحداثيات في مجال التردد، ف(u,v) يحمل لعامل التصفية المكانية، بينما يمثل تحويل فورييه للدالة المعطاة Θ(x,y) في النموذج و {Θ(x,y)}. من مكافئ. (6)، فإنه يتبع، في إخراج الطائرة من نظام التصوير، المجال المعقد المستردة يوالمقصود بالصندوق(x,y)، (دون الأخذ في الاعتبار عوامل ثابتة)، وتمنحها الالتواء في تضخيم ومكانيا عكس اتجاه المجال المعقد U(x,y) مع تحويل فورييه لقناع المرشح. إنه:
(7)
في مكافئ. (7)، تتم عملية الالتواء الإشارة إليها بالرمز
، ومصطلح ماج يمثل نسبة التكبير لنظام التصوير. ومن ثم، مرحلة U(x,y) والسعة يتم استرداد تماما في الطائرة الإخراج، باستثناء بعض الخسائر في القرار المكانية بسبب عملية الالتواء.
1-ترميز المجال المعقد إلى عنصر أحادي الطور
2-إعادة بناء المجال المعقد
3-قياس المجال المعقد أعيد بناؤها
(8)
(9)القرار المكانية لحركة تحرير السودان مرحلة فقط العاملين عام 1920 بكسل x 1080 بكسل، مع بكسل الملعب من 8 ميكرومتر. تحدد السعة المحددة A(x,y) و المرحلة φ(x,y) للمجال المعقد بمختلف رمادي مستوى الصورتين تناظر رامي المعروفة جيدا في الصورة (نمط السعة) وفتاة صغيرة تخرج لسانها (مرحلة النقش)، على التوالي. وبصفة عامة، على حد سواء، من توليد أنماط اللازمة، والتحكم في حركة تحرير السودان، تستخدم رموز Matlab. تم تعيين الدقة المكانية هذه الصور أن تكون x 1080 عام 1920 بكسل بكسل. ثم تستخدم المعادلات 2 و 3 لتحديد المرحلة أنماط ϑ(x,y) و θ(x,y) الحد الأقصى= 2. علما بأن القيمة العددية ألفكحد أقصى الضمانات هذا المصطلح ب = 1، ونتيجة لذلك، الحقل المعقدة U(x,y) المبين بمكافئ. (1) يمكن أن تفهم كمبلغ موجتين موحدة في أبسط شكل U(x,y) = هأناϑ(x,y) + eiθ(x,y). الآن، أزواج مختلفة من أنماط لوح شطرنج ثنائي م1(x,y) و م2(x,y) (لأحجام الخلايا زيادة بكسل)، لكن القرار المكاني متساوية (1920 بكسل x 1080 بكسل)، هي جهاز الكمبيوتر التي تم إنشاؤها. خصوصا، التي شيدت أنماط اللوحة مكونة من خلايا بكسل 1 x 1، 2 × 2، 3 × 3 و 4 × 4 رقمياً باستخدام دالة Matlab programed. جميع الأنماط المذكورة أعلاه A(x,y)، φ(x,y)، ϑ(x,y)، θ(x,y)، م1(س، y)، ويبين أجزاء A، ب، ج، د، ه، وو الرقم 1، م2(x,y) على التوالي. في الأجزاء هاء وواو، وفقط للحصول على تصور أفضل لهيكل أنماط رقعة الداما، الخلايا المكونة بكسل بكسل بكسل 240 x 240. من مكافئ. 5، التي شيدت مجموعة من المرحلة عناصر α(x,y) لكل زوج من الأنماط المصممة مسبقاً رقعة الداما رقمياً.

رقم 1: الكمبيوتر إنشاء الأنماط المرتبطة مع أسلوب الترميز أدخلت. (أ) المعرفة من قبل المستخدم السعة نمط الحقل المعقدة. (ب) مرحلة المعرفة من قبل المستخدم نمط الحقل المعقدة. (ج) نمط المرحلة المقابلة للموجة الموحدة الأولى في المعادلة 1. (د) نمط المرحلة المقابلة للموجة الثانية موحدة في المعادلة 1. (ه) نمط اللوحة الأولى بعد عملية أخذ العينات ووصف مع المعادلة 4. (و) نمط الشطرنج الثانية بعد عملية أخذ العينات ووصف مع المعادلة 4. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
عند هذه النقطة، المجال المعقد المتوقعة U(x,y) يمكن تجريبيا استردادها في الطائرة إخراج نظام للتصوير، حالما يتم إرسال العنصر المرحلة α(x,y) لحركة تحرير السودان مرحلة فقط وتدخل بين المرمزة موجات موحدة تأخذ مكان. لتنفيذ هذا التدخل، يتم ضبط عامل تصفية مكانية (على سبيل المثال، آيريس تعميم) في الحجم لحجب جميع الترددات ولكن [زروث] واحدة في الطائرة فورييه لنظام التصوير (الشكل 2).

رقم 2: الإعداد الضوئية المستخدمة لإنجاز أسلوب الترميز. نظام تصوير تتألف المكاني المغير الخفيفة (حركة تحرير السودان) وشعاع الخائن (درجة البكالوريوس)، وعدسة الانكسار واحد (L) البعد البؤري 200 ملم. في فورييه الطائرة يتم إدراج قزحية العين الثابت، الذي يعمل كعامل تصفية مكانية (SF) لمنع جميع الترددات لكن واحد صفر. وبالإضافة إلى ذلك، في الإخراج هو وضع الطائرة نظام التصوير بالكاميرا (CCD) لتسجيل أنماط السعة، وإينتيرفيروجرامس. فقط قياس المجال المعقد الذي تم إنشاؤه بواسطة مرحلة الاستقطاب على أساس تحويل تقنية، اثنين من المستقطبات الضوئية (ف) تقع بشكل صحيح ضمن الإعداد الضوئية. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
كمصدر ضوء، تي: مذبذب ليزر ياقوت (العامل الخروج من الوضع تأمين شرط تنبعث منها أشعة ليزر أحادي اللون شبه لحوالي 10 نانومتر كثافة العرض الكامل في نصف الحد الأقصى (فوم) وتركزت في 800 nm) يعمل. وبالإضافة إلى ذلك، يستخدم لملء تقريبا كل منطقة نشطة لعرض حركة جيش تحرير السودان (8.64 سم × 15.36 سم) مع شعاع الليزر، المتوسع شعاع تلسكوب تجارية 5 س. يتم إرسال شعاع الليزر (في حادث عادي) لعرض حركة تحرير السودان عن طريق تقسيم شعاع جليده. عدسة الانكسار من البعد البؤري 100 مم هو وضع 200 ملم بعد حركة تحرير السودان والانحياز فيما يتعلق بالمحور البصري لشعاع الليزر تعكس مرة أخرى من حركة تحرير السودان. لتحديد موقع الطائرة الإخراج من نظام التصوير، سجلت صورة A(x,y) اتفاقية مكافحة التصحر تم العثور على الكاميرا. ويتم هذا بمجرد المرحلة عنصر α(x,y) (شكلت مع الخلايا 1 × 1 بيكسل) يتم إرسالها إلى حركة تحرير السودان. ثم وضعت في الطائرة فورييه للنظام البصري آيريس دائرية، والانحياز فيما يتعلق بتركيز شعاع الليزر. وبالإضافة إلى ذلك، تختلف قطرها لضبط حجم القزحية دائرية، حتى يتم تحقيق أفضل صورة التعمير بالفحص البصري في الكاميرا اتفاقية مكافحة التصحر. لهذا الغرض، وجهت المرحلة عنصر α(x,y) (شيدت رقمياً مع خلايا 4 × 4 بكسل) سابقا إلى حركة تحرير السودان. لتقليل تأثير الحديث المتبادل بكسل، وجدت أفضل مرحلة عنصر α(x,y) (تبعاً لحجم الخلية بكسل) التي تتيح تحقيق الصورة بأعلى القرار المكانية في اتفاقية مكافحة التصحر.
بغية التثبت من أن يتم إعادة إنشاء المجال المعقد المطلوب في إخراج الطائرة من نظام التصوير، سبق ذكرها القائم على الاستقطاب مرحلة تحول أسلوب يستخدم لقياس السعة والمرحلة. القيام به أن، اثنين من المستقطبات ف (واحدة وضعت أمام حركة تحرير السودان، وآخر بعد إخراج الطائرة من نظام التصوير) يتم محاذاتها بشكل صحيح داخل البصرية الإعداد التالية (انظر الشكل 2)، الإجراء هو موضح في الخطوات 3.1.1 و 3.1.2 البروتوكول. ثم إينتيرفيروجرامس المرتبطة بالمرحلة أربع خطوات نقل التقنية أنا1(x,y)، أنا2(x, y)، أنا3(x, y)، وتسجل4(x, y) مع كاميرا CCD (وضع الفعل في الطائرة الإخراج نظام التصوير). وهنا تجدر الإشارة إلى أن هذه إينتيرفيروجرامس الأربعة وتسجل مع الكاميرا بعد إضافة 0, π/2 و π، و 3π/2 إلى العنصر المرحلة α(x,y) (راجع الخطوات 3.2.2-3.2.5 بروتوكول للحصول على التفاصيل). وأخيراً، باستخدام معادلات 8 و 9، مرحلة الحقل المعقدة أعيد بناؤها والسعة يمكن استردادها. وترد النتائج هذه التجربة، في الشكل 3.

الشكل 3: النتائج التجريبية الممثلة تحت الإضاءة شبه أحادية اللون- (أ) المعرفة من قبل المستخدم السعة نمط الحقل المعقدة. (ب) مرحلة المعرفة من قبل المستخدم نمط الحقل المعقدة. (ج) إينتيرفيروجرامس المرتبطة بمرحلة الاستقطاب القائم تحول التقنية المتقدمة في أربع خطوات، والتي تم الحصول عليها بعد إضافة 0, π/2 و π، و 3π/2 إلى العنصر المرحلة α(x,y). (د) نمط السعة التجريبية ريتريفيد. (ﻫ) Retrieved التجريبية المرحلة النمط. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.
نعرض كيفية ترميز المجال المعقد لأشعة الليزر باستخدام عنصر أحادي الطور. يعمل السابر مسار مشترك لخلط المعلومات المرحلة التي يتم عرضها في المغير خفيفة مكانية المرحلة فقط لاسترداد وأخيراً نمط الحقل المعقدة المطلوب في إخراج نظام التصوير الضوئي.
هذا البحث وأيده محافظة فالنسيا (2016 بروميتيو-079)، جامعة جاومى أنا (يوجي) (UJIB2016-19)؛ وفي وزارة الاقتصاد دي y كومبيتيتيفيداد (مينيكو) (FIS2016-75618-R). الكتاب ممتنون جداً سيك Universitat Jaume أنا لاستخدام الليزر femtosecond.
| العدسة المزدوج | اللوني THORLABS | AC254-100-B-ML | 25.4 مم ، البعد البؤري 100 مم |
| موسع شعاع جاليليان لوني | THORLABS | GBE05-A | AR مطلي: 400 - 650 نانومتر |
| كاميرا Basler | BASLER | AVA1600-50gm مستشعر كاميرا GigE | مقاس 8.8 مم × 6.6 مم ، حجم الإطار 5.5 ميكرون |
| مثبت بدون فتحة قزحية | THORLABS | ID12Z / M | Max فتحة 12 مم |
| Pellicle Beamsplitter | THORLABS | CM1-BP145B2 | 45:55 (R: T) ، الطلاء: 700-900 نانومتر |
| PLUTO Spatial Light Modulator | HOLOEYE الضوئيات AG | NIR-II | معدل الضوء المكاني للمرحلة فقط (محسن ل 700-1000 نانومتر) |
| مستقطبتان ليزريان رقيقان | EKSMA OPTICS | 420-0526M | مادة BK7 ، قطر 50 مم ، الطول الموجي 780-820 نانومتر |