Name: בעיצוב של משרעת ושלב של קרני לייזר על-ידי שימוש של פאזה בלבד מאפנן אור מרחבי (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-01-28T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 39 s
Description: למד עיצוב קרני לייזר מורכבות באמצעות מודולטור אור מרחבי מבוסס פאזה בלבד. השיטה משלבת אינטרפרומטר מסלול משותף לקידוד שדות אופטיים מורכבים בדיוק גבוה.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

מחקר זה נתמך על ידי Generalitat Valenciana ("פרומתאוס" 2016-079), Universitat Jaume אני (UJI) (UJIB2016-19); ו- y Ministerio דה Economía Competitividad (MINECO) (FIS2016-75618-R). המחברים מודים מאוד SCIC של Universitat Jaume אני לשימוש של לייזר הפמטו-שנייה.

1. קידוד את השדה מורכב לתוך רכיב חד-פאזי
<ol><li>מן המפרט הטכני של הסים, למצוא את הרזולוציה המרחבית שלה (למשל 1920 פיקסלים x 1800 פיקסלים).</li>
	<li>להגדיר וצור את משרעת הרצוי A(x,y) ותבניות שלב φ(x,y) כמו תמונות דיגיטליות.<ol>
<li>הגדר את הרזולוציה המרחבית של הנ ל תמונות דיגיטליות שווה לזה של התצוגה הסים.</li>
		<li>הגדר הנ ל תמונות דיגיטליות בפורמט רמת האפור.</li>
		<li>הגדר את ערכי המינימום והמקסימום של משרעת ושלב התמונות מ- 0 עד 255 ומ - π/2 π/2, בהתאמה.</li>
		<li>הגדר מקסימום = 2 במשוואות 2 ו- 3 ולהפיק המחשב-שלב דפוסים ϑ(x,y) של θ באמצעות(x,y) מהם.</li>
	</ol>
</li>
	<li>המחשב ליצור את דפוסי לוח שחמט מ'1(x,y) ו- M2(x,y).<ol>
<li>הגדר את הרזולוציה המרחבית של הדפוסים הללו לוח שחמט שווה לזה של התצוגה הסים.</li>
		<li>כדי לצמצם את ההשפעה של פיקסל crosstalk, ליצור זוגות אחרים של תבניות לוח שחמט מ'1(x,y) ו- M2(x,y) נבנה עם תאים פיקסלים שונים שיש גדל מספר הפיקסלים (למשל: 2 x 2, 3 x 3 ו- 4 x 4 תאים פיקסל, וכו '). התראה: בעת הגדלת תא פיקסל, המספר הכולל של פיקסלים של לוח שחמט דפוסי חייב להישמר ללא שינוי, השווה הרזולוציה המרחבית של הסים. ודא הסופי מספר הפיקסלים של כל לוח שחמט דפוסי נשאר זהה לאחר שינוי תאי הפיקסלים שלהם.</li>
	</ol>
</li>
	<li>המחשב ליצור את חד-פאזי רכיב α(x,y) מתוך המשוואה 5. הערה: ראה תוספת חומר בשם "MATLAB_code_1.m" עבור הפעילויות הקשורות על שלב 1 של פרוטוקול זה.</li>
</ol>2. שחזור של השדה מורכב
<ol><li>להשתמש קרן לייזר מקבילות, ליניארי מקוטב, ואחידה במרחב בתור מקור אור.</li>
	<li>השתמש של הסים פאזה בלבד לפחות בטווח לשלב 2π.</li>
	<li>בעת הצורך, נשתמש במותחן קרן נכונה כדי להתאים את גודל הקרן בהתאם לגודל התצוגה הסים.</li>
	<li>בעת הצורך, השתמש עם מקטב אופטי כדי להגדיר קיטוב קרן לייזר לכיוון אופקי. זה חשוב בדרך כלל לשם פעולה תקינה של פאזה בלבד SLMs, אשר בדרך כלל נועדו לווסת את השלב המרחבי של השדה האלקטרו-מגנטי אשר נעים בכיוון אופקי, שמירה ללא שינוי מרכיביו אנכי.</li>
	<li>כדי לשלוח דפוס שלב הסים, בצע בפרוטוקולי תקשורת רגילה שניתן על-ידי היצרן של הסים כדי לחבר ולשלוט על הסים עם המחשב. הערה: פרוטוקול משותף למטרה זו כוללת את השימוש עקומת כיול להפוך את הערכים ברדיאנים (עקב פעולות מתמטיות עם זוויות) רמת האפור אלה, אשר יחידת בקרה אלקטרונית של הסים ולבסוף ממיר מתח רמות. בנוסף, כפי הסים מחובר למחשב כמו התקן חיצוני עם מסך משלו, הרחבה של מסך המחשב הוא בדרך כלל הכרחי, כמו גם תוכנית נכונה כדי לשלוח תמונות רמת האפור המתאימה למסך נוסף זה. דוגמה של קודים אלה כלולה גם כחומר משלים (נא ראה MATLAB_code_2.m).</li>
	<li>ליישם מערכת אופטית תמונה ולשים את התצוגה של הסים המטוס הקלט של מערכת זו.<ol>
<li>להשתמש עדשות לתיקון הראייה בלייזר אורך המוקד f כדי לבנות מערכת תמונה אופטיf 2f x 2 (מערכת אופטית 4f היא גם חוקית עבור משימה זו). לפי גודל פלט הצפוי של השדה מורכב, רוחב הקרן, אורך הגל של אור ושל השטח הפיזי זמין, מעסיקים עדשה/עדשות עם מפרט טכני מתאים (למשל, ציפוי, גודל, אורך מוקד, וכו ').</li>
		<li>כדי למצוא את המיקום של המטוס פלט של מערכת ההדמייה, שלח את שלב דפוס α(x,y) הסים, מבחינה ויזואלית לחפש את התמונה מוקלטות (תלוי המיקום של המצלמה) עם הרזולוציה המרחבית בצורה הטובה ביותר. שים לב: במקרה של תאים נמוך-גודל פיקסל (למשל, 1 x 1 פיקסל תאים) ומציג הסים עם פיקסל רוחבי של כמה מיקרון (למשל, 8 מיקרומטר), רק קרן הפצת יכול לייצר הפרעה בין הגלים אחיד מקודד, מקבלים תמונות המשוחזרת בלי לכלול את הקשתית מעגליות במערכת דימות. השתמש נמוך-גודל פיקסל תאים כדי לאתר את המיקום של המטוס פלט.</li>
		<li>המקום של איריס מעגלית של קוטר משתנה על המטוס פורייה של מערכת אופטית ויישר את המרכז שלו עם זה של המוקד קרן לייזר.</li>
		<li>כדי להתאים את גודל האישון עגול על המטוס פורייה, לשלוח את שלב דפוס α(x,y), לחפש באופן חזותי את התמונה מוקלטות (בהתאם לקוטר האישון עגול) עם רזולוציה מרחבית בצורה הטובה ביותר. התראה: במקרה של תאים ארוכת בגודל פיקסל (למשל, תאים 4 x 4 פיקסלים), ההפרעות בין הגלים אחיד מקודד בעיקרון מתבצעת עם המסנן מרחבית. השתמש ארוכת בגודל פיקסל תא כדי להתאים את גודל האישון עגול. ב פרוטוקול זה, תנאי נמוך- וגודל ארוכת בגודל נקראים מספר הפיקסלים הכלולים בתוך תא פיקסל. עם זאת, ההפרעות הנ ל תלוי גם רוחב פיקסלים. מעסיקים SLMs עם פיקסלים רוחב שווה או פחות מ- 8 מיקרומטר.</li>
	</ol>
</li>
	<li>שלח את התמונה ברמת אפור התואם שלב רכיב α(x,y) הסים.<ol>
<li>כדי לצמצם את ההשפעה crosstalk, חפש גודל התא פיקסל הטובה אשר מאפשרים להשגת התמונה מוקלט ברזולוציה מרחבית גבוהה יותר.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. למדוד את השדה מורכב המשוחזרת
<ol><li>ליישם את השלב מבוססי קיטוב הסטה טכניקה8.<ol>
<li>למקם וליישר את זווית הסיבוב של מקטב אופטי הראשון, הממוקם ממש לפני הסים (ראה איור 2). כדי לקבוע את זווית הסיבוב של מקטב הראשון, מבחינה ויזואלית לחפש להדמיה אור מינימלי ומקסימלי CCD מצלמה (ממוקם על המטוס פלט של מערכת הדמיה), בהתאם הרוטציה של מקטב. . תרשום את הזוויות המתאימות שני של מקטב לתקן את זווית הסופי מקטב זה בין הזוויות הקודם רשמה שני.</li>
		<li>למקם וליישר את זווית הסיבוב של מקטב אופטי השני, אחרי המטוס פורייה של מערכת הדמיה (ראה איור 2). כדי לקבוע את זווית הסיבוב של מקטב השני, מבחינה ויזואלית לחפש את החדה ותמונות מטושטשים ביותר למצלמה CCD (ממוקם על המטוס פלט של מערכת ההדמייה) לאחר לשלוח את שלב דפוס α(x,y) הסים. . תרשום את הזוויות המתאימות שני של מקטב לתקן את הזווית הסופי של מקטב השני זה בין הזוויות הקודם מוקלטת.</li>
	</ol>
</li>
	<li>להקליט את interferograms.<ol>
<li>לשמור את מצלמת CCD המטוס פלט של מערכת הדמיה.</li>
		<li>כדי להקליט את interferogram הראשונה, להוסיף מטריצה של רדיאנים 0 שלב רכיב α(x,y), ושלחו הסים. תואם הוא מוסד אני1(x,y) עם ה-CCD.</li>
		<li>כדי להקליט את interferogram השנייה, מטריצה של π/2 רדיאנים להוסיף שלב רכיב α(x,y), ושלחו הסים. תואם הוא מוסד לי2(x,y) עם מצלמת CCD.</li>
		<li>כדי להקליט את interferogram השלישי, מטריצה של π רדיאנים להוסיף שלב רכיב α(x,y), ושלחו הסים. תואם הוא מוסד אני3(x,y) עם מצלמת CCD.</li>
		<li>כדי להקליט את interferogram הרביעי והאחרון, מטריצה של 3 π/2 רדיאנים להוסיף שלב רכיב α(x,y), ושלחו הסים. תואם הוא מוסד אני4(x,y) עם מצלמת CCD.</li>
	</ol>
</li>
	<li>לשחזר את השדה מורכב. הערה: ראה תוספת חומר בשם "MATLAB_code_3.m" עבור הפעילויות הקשורות לנושא זה של הפרוטוקול.<ol>
<li>לאחזר את משרעת של השדה מורכב לאחזר(x,y) באמצעות הביטוי <img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/59158/59158eq8.jpg">(8)</li>
		<li>לאחזר את השלב של השדה מורכב φלאחזר(x,y) באמצעות הביטוי <img alt="Equation 9" src="/files/ftp_upload/59158/59158eq9.jpg">(9)</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol><li>Hsueh, C. K., Sawchuk, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Computer-generated+double-phase+holograms%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Optics%22%5BJournal%5D)">Computer-generated double-phase holograms.</a> Applied Optics. 17 (24), 3874-3883 (1978).</li>
<li>Arrizón, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Complex+modulation+with+a+twisted-nematic+liquid-crystal+spatial+light+modulator%3A+double-pixel+approach%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Complex modulation with a twisted-nematic liquid-crystal spatial light modulator: double-pixel approach.</a> Optics Letters. 28 (15), 1359-1361 (2003).</li>
<li>Arrizón, V., Ruiz, U., Carrada, R., González, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pixelated+phase+computer+holograms+for+the+accurate+encoding+of+scalar+complex+fields%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+Optical+Society+of+America+A%22%5BJournal%5D)">Pixelated phase computer holograms for the accurate encoding of scalar complex fields.</a> Journal of the Optical Society of America A. 24 (11), (2007).</li>
<li>Shibukawa, A., Okamoto, A., Takabayashi, M., Tomita, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spatial+cross+modulation+method+using+a+random+diffuser+and+phase-only+spatial+light+modulator+for+constructing+arbitrary+complex+fields%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Spatial cross modulation method using a random diffuser and phase-only spatial light modulator for constructing arbitrary complex fields.</a> Optics Express. 22 (4), 3968-3982 (2014).</li>
<li>Martínez-Fuentes, J. L., Moreno, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Random+technique+to+encode+complex+valued+holograms+with+on+axis+reconstruction+onto+phase-only+displays%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Random technique to encode complex valued holograms with on axis reconstruction onto phase-only displays.</a> Optics Express. 26 (5), 5875-5893 (2018).</li>
<li>Clark, T. W., Offer, R. F., Franke-Arnold, S., Arnold, A. S., Radwell, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+beam+generation+techniques+using+a+phase+only+spatial+light+modulator%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Comparison of beam generation techniques using a phase only spatial light modulator.</a> Optics Express. 24 (6), 6249-6264 (2016).</li>
<li>Mendoza-Yero, O., Mínguez-Vega, G., Lancis, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Encoding+complex+fields+by+using+a+phase-only+optical+element%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Encoding complex fields by using a phase-only optical element.</a> Optics Letters. 39 (7), 1740-1743 (2014).</li>
<li>Yamaguchi, I., Zhang, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phase-shifting+digital+holography%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Phase-shifting digital holography.</a> Optics Letters. 22 (16), 1268-1270 (1997).</li>
<li>Shao, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Addressable+multiregional+and+multifocal+multiphoton+microscopy+based+on+a+spatial+light+modulator%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Addressable multiregional and multifocal multiphoton microscopy based on a spatial light modulator.</a> Journal of Biomedical Optics. 17 (3), 030505(2012).</li>
<li>Mendoza-Yero, O., Carbonell-Leal, M., Mínguez-Vega, G., Lancis, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Generation+of+multifocal+irradiance+patterns+by+using+complex+Fresnel+holograms%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Generation of multifocal irradiance patterns by using complex Fresnel holograms.</a> Optics Letters. 43 (5), 1167-1170 (2018).</li>
<li>Kuang, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diffractive+Multi-beam+Ultra-fast+Laser+Micro-processing+Using+a+Spatial+Light+Modulator+%28Invited+Paper%29%5BTitle%5D)+AND+%22Chinese+Journal+of+Lasers%22%5BJournal%5D)">Diffractive Multi-beam Ultra-fast Laser Micro-processing Using a Spatial Light Modulator (Invited Paper).</a> Chinese Journal of Lasers. 36 (12), 3093-3115 (2009).</li>
<li>Kuang, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+throughput+diffractive+multi-beam+femtosecond+laser+processing+using+a+spatial+light+modulator%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Surface+Science%22%5BJournal%5D)">High throughput diffractive multi-beam femtosecond laser processing using a spatial light modulator.</a> Applied Surface Science. 255, 2284-2289 (2008).</li>
</ol>

המחברים אין לחשוף.

פרוטוקול זה, הם הפרמטרים מעשיים כמו רוחב פיקסלים את הסים פאזה בלבד או את מספר הפיקסלים הכלולים בתוך תאים פיקסל של דפוס ממוחשב נקודות מפתח ליישם בהצלחה את שיטת קידוד. שלבים 1.2, 1.3 ו- 1.4 של הפרוטוקול, קצרה יותר רוחב פיקסלים, יותר הרזולוציה המרחבית של הדפוסים משרעת ושלב שאוחזרו. בנוסף, כפי קודיפיקציה לתוך הסים של האפנון שלב פיקסל לפיקסל פתאומי יכולות לנבוע שלב בלתי צפויות תגובות (crosstalk פיקסל), בניית תבניות לוח שחמט (כפי שמתואר בשלב 1.3) צריך להיות מקושר התוספת מספר הפיקסלים בתוך התאים פיקסל. הסיבה העיקרית לכך היא לרכ...

כמעט כל יישומי לייזר הן ביחס קרוב עם הנהלת חזית גל אופטי של אור. בקירוב paraxial, השדה מורכבים הקשורים קרינת לייזר יכולה להיות מתוארת על ידי שני המונחים, משרעת את השלב. שיש לך שליטה מונחים שני אלה הוא הכרחי לשינוי הזמני והן המבנה המרחבי של קרני לייזר יהיה. באופן כללי, את משרעת ואת השלב של קרן לייזר ניתן כראוי לשנות באמצעות מספר שיטות כולל השימוש של רכיבים אופטיים הטווח של עדשות בצובר יחיד, מפצלי הקרן ומראות התקנים המורכבים ביותר כמו מראות deformable או אור מרחבי מאפננים. כאן, אנו מראים שיטת קידוד, שיחזור מורכבים בתחום קרני לייזר קוהרנטי, אשר מבוססת על התיאוריה הולוגרמה כפול-שלב1, לבין הניצול של interferometer נתיב משותף.
כיום, קיים מגוון רחב של שיטות לקידוד השדות מורכב של לייזר קורות2,3,4,5. בהקשר זה, כמה שיטות ומבוססת לייצר שלב, אפנון משרעת להסתמך על השימוש הולוגרמות דיגיטלי6. נקודת נפוצות בכל השיטות האלה. זה מה שחשוב של יצירת היסט המרחבי להפריד את קרן הפלט הרצוי סדר האפס מגיע השתקפות האור על התצוגה הסים שיטות אלה הם בעצם מהציר (בדרך כלל יישום ההזמנה הראשונה עקיפה של הסורג), העסקת פומפיה שלב לא רק כדי לקודד את השלב, אלא גם להציג אפנון משרעת הכרחי. בפרט, אפנון משרעת מתבצע על-ידי במרחב הנמכת גובה הסורג, אשר בבירור מבזה את היעילות עקיפה. תהליך שחזור הולוגרמה מקבל בעיקר באמצעות עבודות שיקום משוער, אבל לא מדויק, של משרעת ו שלב של השדה מורכב הרצוי. סתירות בין התיאוריה לבין הניסוי נראה להופיע מהקידוד לא מדויק של המידע משרעת, כמו גם בנושאים אחרים ניסיוני מתרחש במהלך הסינון המרחבי של הצו הראשון עקיפה או בשל תופעות pixilation הסים. בנוסף, לפרופיל בעוצמה של קרן קלט יכול להציג את ההגבלות על הכוח פלט.
לעומת זאת, עם שיטת הציג7, כל ניהול אור מבוצעת על ציר, אשר נוח מאוד נקודת מבט ניסיוני. בנוסף, היא מנצלת בהתחשב, בקירוב paraxial, השדה מורכבים הקשורים עם קרני לייזר כסכום של שני גלים אחיד. המידע משרעת הוא synthetized על-ידי התערבותו של הגלים המדים האלה. בפועל, הפרעה כזו מבוצעת על-ידי סינון מרחבי של תדרי אור על המטוס פורייה של מערכת הדמיה נתונה. בעבר, הדפוסים שלב הקשורים עם הגלים אחיד במרחב מרובב, להצפינם הסים פאזה בלבד (ממוקם על המטוס הכניסה של מערכת הדמיה זו). לפיכך, הגדרת כל אופטי יכול היה להיחשב interferometer קומון-נתיב (מאוד חזקים נגד תנודות מכניות, שינויי טמפרטורה או misalignments אופטי). שימו לב כי תהליך התערבות הנ ל ניתן לחלופין לבצע זאת על-ידי שימוש בפריסות אחרות אופטי: עם זוג SLMs פאזה בלבד כמו שצריך להציב בתוך interferometer אופייני של שני הזרוע, או על ידי הזמן ברצף קידוד השניים שלב תבניות לתוך הסים (הקודם מבוא של מראה הפניה בכיוונון אופטי). בשני המקרים, יש אין צורך של סינון מרחבי, וכתוצאה מכך אין איבוד רזולוציה מרחבית, על חשבון הגברת מורכבות המערכת האופטית, כמו גם את תהליך היישור. כאן, חשוב גם להדגיש כי באמצעות שיטת הקידוד הזה, מלוא הספקטרום של השדה מורכב הרצויה ניתן בדיוק לאחזר את המטוס פורייה, לאחר סינון כל ההזמנות עקיפה אבל את האפס אחד.
מצד שני, יעילות השיטה תלויה במספר גורמים: במפרטי היצרן של הסים (למשל, מילוי פקטור, השתקפות או עקיפה יעילות), גודל התבנית מקודד, ואת הדרך שבה האור שפוגע אל הסים (השתקפות עם זווית מכה קטנה או שכיחות רגילה על-ידי שימוש במפצל קרן). בשלב זה, בתנאים ראויים ניסיוני, יעילות אור נמדד יכול להיות יותר מ- 30%. עם זאת, שימו לב כי יעילות אור הכולל רק עקב השימוש הסים יכול להיות פחות מ- 50%. חוסר אקראית או מפזר רכיבים בתוך האופטי התקנה מאפשרת לאחזר את דפוסי משרעת ושלב ללא רעש קוהרנטי (חודרני). היבטים משמעותיים אחרים להצביע הם הניצול של אלגוריתם קודיפיקציה ישירה ולא הליכים איטרטיבי ואת יכולתו לבצע שרירותי ובלתי תלוי משרעת אפנון פאזה בתדר רענון שעת הסים (עד מאות של הרץ על פי הטכנולוגיה הנוכחית).
בעקרון, שיטת7 נועד לשמש עם גלים קלט, אבל זה לא מוגבלת. למשל, אם קרן גאוסיאנית היא להכות את הסים, זה אפשרי לשנות את צורתה irradiance על הפלט של המערכת על-ידי קידוד דפוס משרעת מתאים לתוך הסים. עם זאת, ככל האינטנסיביות של קרן פלט אינו יכול לחרוג של קרן קלט במיקום כלשהו חציה (x, y), עיצוב משרעת מתבצע על ידי עוצמת הפסדים נוצרה על-ידי תהליך התאבכות הורסת חלקית.
התיאוריה להדגיש את שיטת קידוד7 הוא כדלקמן. בכל תחום מורכב מיוצג בצורת U(x,y)= A(x,y)eאניφ(x,y) יכולה להיכתב גם בתור:
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/59158/59158eq1.jpg">(1)
איפה
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/59158/59158eq2.jpg">(2)
<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/59158/59158eq3.jpg">(3)
במשוואות 1-3, משרעת ושלב של המתחם מימדי שדה U(x,y)ניתנת על ידי A(x,y) ואת φ(x,y), בהתאמה. שימו לב, תנאי מקס (מקסימום של A(x,y)) ו- B = מקסימום/2 אינם תלויים הקואורדינטות חציה (x,y). מן התיאוריה, אם מקסימום= 2, אז B =1. לפיכך, השדה מורכב U(x,y) ניתן להשיג, באופן פשוט, מן הסכום קוהרנטי של גלים אחיד להיותאניϑ(x,y) , להיות iθ (x,y). בפועל, זו מושגת עם interferometer קומון-נתיב מורכב חד-פאזי רכיב α(x,y), מניחים על המטוס הקלט של מערכת הדמיה. הרכיב חד-פאזי בנוי על ידי ריבוב מרחבי של שלב תנאי ϑ(x,y)
ו θ באמצעות (x,y) עם העזרה של מימדי מיכסים בינארי (תבניות לוח שחמט) M1(x,y) ו- M2(x,y) כדלקמן
<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/59158/59158eq4.jpg">(4)
לפיכך,
<img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/59158/59158eq5.jpg">(5)
הדפוסים הללו בינארי למלא את תנאי מ'1(x,y) + M2(x,y) = 1. שימו לב, ההפרעה של גלים אחיד לא יכול לקרות אם אנחנו אל תערבב בין המידע הכלול את שלב רכיבα(x,y). בשיטה הנוכחית, זה מתבצע באמצעות מסנן מרחבי מסוגל לחסום את כל ההזמנות עקיפה אבל את האפס אחד. בדרך זו, לאחר תהליך הסינון על המטוס פורייה, הספקטרום H(u,v)= F{eiα(x,y)} של שלב מקודד הפונקציה קשורה הספקטרום של השדה מורכב נ{U(x,y)} על-ידי הביטוי
<img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/59158/59158eq6.jpg">(6)
ב הציוד (6), (u,v) מציינות קואורדינטות בתחום התדר, P(u,v) מחזיק המסנן המרחבי, ואילו התמרת פורייה של פונקציה נתונה Θ(x,y) מיוצג בצורה F {Θ(x,y)}. מן הציוד (6), שבעקבותיה, על המטוס פלט של מערכת הדמיה, השדה מורכב שאוחזרו URET(x,y), (בלי לקחת בחשבון גורמים קבועים), ניתנת על ידי קונבולוציה של המוגדל והמרגשים התעשת מורכבים U(x,y) עם התמרת פורייה של מסיכת מסנן. כלומר:
<img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/59158/59158eq7.jpg">(7)
ב הציוד (7), פעולת קונבולוציה זה מסומן על ידי הסימן <img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/59052/59052eq10.jpg"> , ואת המונח Mag מייצג את ההגדלה של מערכת הדמיה. לפיכך, משרעת ושלב של U(x,y) מאוחזר באופן מלא על המטוס פלט, פרט לאובדן חלק רזולוציה מרחבית עקב ניתוח קונבולוציה.

<table><tbody><tr><td>כפול אכרומטי</td><td>THORLABS</td><td>AC254-100-B-ML</td><td>קוטר עדשה 25.4 מ"מ, אורך מוקד 100 מ"מ</td></tr><tr><td>מרחיב קרן גלילי אכרומטי</td><td>THORLABS</td><td>GBE05-A</td><td>AR מצופה: 400 - 650 ננומטר</td></tr><tr><td>מצלמת Basler</td><td>BASLER</td><td>avA1600-50gm GigE</td><td>גודל חיישן מצלמה 8.8 מ"מ x 6.6 מ"מ, גודל פיצל 5.5 מיקרון</td></tr><tr><td>רכוב אפס צמצם איריס</td><td>THORLABS</td><td>ID12Z/m</td><td>מקסימום צמצם 12 מ"מ</td></tr><tr><td>Pellicle Beamsplitter</td><td>THORLABS</td><td>CM1-BP145B2</td><td>45:55 (R:T), ציפוי: 700 - 900 ננומטר</td></tr><tr><td>PLUTO מאפנן אור מרחבי</td><td>HOLOEYE Photonics AG</td><td>NIR-II</td><td>שלב בלבד מאפנן אור מרחבי (מותאם ל-700 -1000 ננומטר)</td></tr> <tr><td>שני מקטב לייזר סרט דק</td><td>EKSMA OPTICS</td><td>420-0526M</td><td>חומר BK7, קוטר 50 מ"מ, אורך גל 780-820 ננומטר</td></tr></tbody></table>

בעיצוב של משרעת ושלב של קרני לייזר על-ידי שימוש של פאזה בלבד מאפנן אור מרחבי

Shaping the Amplitude and Phase of Laser Beams by Using a Phase-only Spatial Light Modulator

מטרת מאמר זה היא להדגים באופן חזותי את הניצול של שיטת interferometric לקידוד השדות מורכב המשויכים קרינת לייזר קוהרנטי. השיטה מבוססת על הסכום קוהרנטי של שני גלים אחיד, בעבר להצפינם של פאזה בלבד מאפנן אור מרחבי (SLM) מאת ריבוב מרחבי של שלבים שלהם. כאן, תהליך התערבות מתבצעת על-ידי סינון מרחבי של תדרי אור על המטוס פורייה של מערכת הדמיה מסוימים. יישום נכון של שיטה זו מאפשרת שלב שרירותי ומידע משרעת אחזור על הפלט של המערכת האופטית.
זה על ציר, יותר מאשר מהציר קידוד טכניקה, עם אלגוריתם עיבוד ישיר (לא איטרטיבי ללולאה), והוא חינם מרעש קוהרנטי (חודרני). השדה מורכב ניתן לאחזר בדיוק על הפלט של המערכת האופטית, פרט לאובדן חלק רזולוציה עקב תהליך הסינון תדר. המגבלה העיקרית של השיטה אולי מגיעים חוסר היכולת לפעול במחירים בתדר גבוה יותר קצב הרענון של הסים. היישומים כוללים, אך אינם מוגבלים, מיקרוסקופיה ליניאריים ולא -לינארי, קרן בעיצוב או מיקרו-עיבוד לייזר של משטחים גשמי.

הרזולוציה המרחבית של מועסקים אודיע פאזה בלבד הוא 1920 פיקסלים x 1080 פיקסלים, עם זריקה פיקסל של 8 מיקרומטר. משרעת שנבחר A(x,y) ושלב φ(x,y) של השדה מורכב מוגדרים על-ידי שתי תמונות שונות אפור ברמה המתאימה התמונה של Lenna ידועים (תבנית משרעת), נערה צעירה בולט הלשון שלה (שלב תבנית), בהתאמה. באופן כללי, עבור, הדור של דפוסי הכרחי, וגם את השליטה הסים, מנוצלים קודי Matlab. הרזולוציה המרחבית של תמונות אלה מוגדר להיות 1920 פיקסלים x 1080 פיקסלים...

אנו מראים כיצד לקודד מורכבים בתחום קרני לייזר באמצעות רכיב חד-פאזי. Interferometer קומון-נתיב הוא מועסק כדי לערבב את המידע שלב המוצג לתוך פאזה בלבד מאפנן אור מרחבי סוף סוף לאחזר את התבנית הרצויה שדה מורכבים על הפלט של מערכת הדמיה אופטית.

The aim of this article is to visually demonstrate the utilization of an interferometric method for encoding complex fields associated with coherent laser ...

פרוטוקול זה יכול להיות שימושי כדי לבצע עיצוב קרן או הד מרחבי HALO קרן לייזר באמצעות אלמנט אופטי defractic בלבד ולקרוא אותו לתוך העין המרחבית פאזה בלבד לווסת. הטכניקה שיצרה אותו פרוטוקול זה נותן לך צפיפות הד פשוטה אך גבוהה, מסוגל לשנות באופן מרחבי מיקרו זעיר, שניהם יש טוב יותר מאשר שלב של קרני לייזר, בו זמנית. קידוד השדה המורכב באמצעות אפנון אור מרחבי ומחשב.מצא את הרזולוציה המרחבית של אפנון האור מהמפרטים הטכניים שלו. לאחר מכן, עבור למחשב כדי להגדיר את משרעת ודפוסי פאזה. הגדר את תבנית משרעת הרצויה כתמונה דיגיטלית בתבנית ברמה אפורה, עם ערכים הנעים בין 0 ל- 255.עבור תבנית הפאזה הרצויה, הגדר אותה בתבנית רמת אפור עם ערכים הנעים בין pi שלילי לשניים ועד פאי על פני שניים. כאשר השלב והמ משרעת מוגדרים, המחשב יוצר שתי תבניות פאזה שונות אלה, באמצעות משוואות 2 ו-3. שים לב שמקסימום מוגדר לשניים.הגדר גם שני דירוגים בינאריים דו-ממדיים בעלי רזולוציה מרחבית השווים לתצוגת אפנון האור המרחבי. אלה מופיעים כתבנית לוח השחמט, מוזזים בריבוע אחד אנכית או אופקית, כך שכאשר הם מתפרצים הם מייצרים תבנית אחידה עם גובה אחד. כדי לסייע בהפחתת ההשפעה של crosstalk של פיקסלים, צור זוגות אחרים של תבניות לוח שחמט עבור הדרגתיות פאזה בינארית עם תאי פיקסל שונים עם מספר גדל של פיקסלים.המספר הכולל של פיקסלים צריך להיות זהה ושווה לרזולוציה המרחבית של אפנון האור המרחבי. כדי לבנות רכיב שלב יחיד, שייך כל דירוג בינארי למונח פאזה שונה. לאחר מכן מולטיפלקס מרחבי כל זוג ולהוסיף את התוצאות.זהו רכיב הפאזה עבור השלבים והדירוגים שהוגדרו קודם לכן עם גודל תא פיקסל אחד. שים לב ששינוי גודל תא הפיקסל משפיע על הרזולוציה המרחבית של רכיב השלב הבודד הסופי. סכמטי זה מספק מבט כולל על ההתקנה הראשונית עבור הניסוי.מקם אפנון אור מרחבי כדי לקבל את פני השטח הניתנים לתיוכנת שלו מול מצלמת CCD. יש לי מקוטב ליניארי מקוטב, קרן לייזר קוהרנטית מרחבית ללכת מפצל קרן כי מפנה את הקרן אפנון אור מרחבי. אור ממפנן האור המרחבי עובר דרך מפצל הקרן למערכת תמונה אופטית 44F.מקם את ה- CCD במישור הפלט של מערכת ההדמיה. זוהי ההתקנה כפי שהיא מופיעה על הספסל. קרן הלייזר עוברת דרך מרחיב קרן כדי להתאים את גודלה.שתי מראות מכוונות את קרן הפלט למפצל הקרן. הנה מפצל הקרן מול אפנון האור המרחבי. שתי עדשות למקד אור מן אפנון אור מרחבי על מצלמת CCD.בעת הגדרת המערכת האופטית, שלח את תבנית הפאזה שנוצרה על-ידי המחשב עם תא הפיקסל הנמוך ביותר לאפנן האור. צלם את תבנית הפאזה עם מצלמת CCD הממוקמת במספר מיקומים שונים לאורך הציר האופטי. זהה את מישור הפלט על-ידי כמיקום עם הרזולוציה הטובה ביותר.אבטח את המצלמה במיקום המשויך לרזולוציה הטובה ביותר. לאחר מכן מניחים קשתית עגולה במישור המוקד של העדשה הראשונה בנתיב האופטי, שבמרכזה קרן הלייזר. שוב, השתמש במצלמת CCD כדי לדמיין את תבנית הפאזה ממ אפנון האור המרחבי תוך שינוי צמצם הקשתית.התאימו את צמצם הקשתית למיקום עם הרזולוציה המרחבית הטובה ביותר. לאחר מכן, בצע שלבים דומים כדי למזער את ההצלבה. התנסה בגדלים שונים של תאי פיקסלים ברכיב הפאזה במ אפנון האור המרחבי.לכל אחד מהם, בחרו בגודל הצמצם שמעניק את התמונה ברזולוציה הגבוהה ביותר במצלמת CCD. כדי למזער crosstalk, בחר את גודל תא הפיקסל ואת צמצם הקשתית המאפשר את הרזולוציה המרחבית הגבוהה ביותר. למדידות השתמשו בטכניקת הסטת פאזה מבוססת קיטוב.מניחים מקטב אופטי ממש לפני אפנון האור המרחבי. דמיינו את רכיב הפאזה במצלמה, והגדירו את זווית הסיבוב של המקוטב, על-ידי הדמיה של החיפוש אחר הזוויות המתאימות לתמונות החדות והמטושטשת ביותר במצלמת CCD. תקן את הקיטוב בין שתי הזוויות.לאחר מכן, מקם את הקיטוב השני לאחר המישור האחורי של מערכת הדמיון לפני המצלמה. קבעו את זווית הסיבוב שלו על-ידי חיפוש הזוויות המתאימות לתמונות החדות והמטושטשת ביותר במצלמת CCD. תקן את זווית הקיטוב בין שתי הזוויות האלה.עכשיו, להקליט אינטרפרוגרמים תוך שמירה על המצלמה במישור הפלט. במטריצה של אפס רדיאנים ליסוד הפאזה ולשלוח אותו לאפנן האור המרחבי. הקלט את התמונה המתאימה באמצעות CCD.עבור האינטרפרוגרם השני, להוסיף מטריצה של pi מעל שני רדיאנים ליסוד הפאזה ולשלוח אותו אפנון אור מרחבי. הקלט את תמונתו באמצעות מצלמת CCD. הוסף מטריצה של רדיאנים pi לרכיב הפאזה ולשלוח אותו אפנון אור מרחבי כדי להקליט אינטרפרוגרם שלה עם מצלמת CCD.לבסוף, הוסף מטריצה של שלושה pi על שני רדיאנים לרכיב הפאזה. השתמש בו באפנן האור המרחבי כדי להקליט את האינטרפרוגרמה הרביעית עם המצלמה. לאחר שהאינטרפרוגרם נרשם, העבר את הנתונים למחשב.כאן, כל אחד מהאינטרפרוגרמים מסומן לפי הסדר שבו הוקלט. מאחד מעורב מטריצת אפס לשלוש פאי על שתי מטריצה. זוהי משרעת שאוחזרה של השדה המורכב.כדי למצוא אותו, ליישם ביטוי זה, אשר עושה שימוש בנתונים אינטרפרוגרם. כדי לאחזר את השלב של השדה המורכב, תיישם את הקוד הנותר כדי להעריך ביטוי זה עם נתוני האינטרפרוגרם. תמונה זו מגדירה את משרעת השדה המורכב לניסוי.תמונה זו מגדירה את השלב שלה. טכניקת הסטת הפאזה דורשת מדידת אינטרפרוגרמים באמצעות שלבים שהוזנו באפס, פאי על פני שניים, פאי ושלושה פאי על פני שני רדיאנים. אינטרפרוגרמים אלה מאפשרים אחזור הן של משרעת והן של השלב של השדה המורכב באמצעות אלגוריתמים פשוטים.אני ממליץ לך ללכת צעד אחר צעד. התחל עם משרעת פשוטה ודפוס פאזה, ושים לב לפרטי הפרוטוקול שלנו, כולל משימות משלימות, כמו הצבע הבולט. שים לב כי צד הקשתית תלוי בחתיכה הסלקטיבית עצמה.עם זאת הגדלת תא הפיקסלים יכולה להפחית באופן משמעותי את הרזולוציה המרחבית של השדה המורכב שאוחזר. שיטה אחת זו בהזמנות כדי לקבל את היישום המסוים, אבל זה יכול להיות Westbury משמש לכל מטרות לעצב מחדש, כדי לשפר, למשל, מיקרו עיבוד להעביר חומרים או מיקרוסקופיה Norlina.

shaping-amplitude-phase-laser-beams-using-phase-only-spatial-light

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

המאמר מתאר את הליך לאחסון מנות נתונים אופטיים עם אפנון שרירותי, אורך גל, וקצב הנתונים. מנות אלה הן הבסיס של תקשורת המודרנית.

חפצים מעין אור עבור מנות נתונים אופטיות

המערכת המתוארת במסמך זה מעסיקה מלכודת אופטית מסורתית, כמו גם קו השמנה אופטי הולוגרפית עצמאי, מסוגלת ליצור מניפולציה ומלכודות רבות. זה מאפשר יצירת הסדרים גיאומטריים מורכבים של חלקיקים שבירה בעת גם מאפשרים מדידות בו זמנית במהירות גבוהה, ברזולוציה גבוהה של הפעילות של אנזימים ביולוגיים.

בנייה של מיקרוסקופ ברזולוציה גבוה עם יכולות קונבנציונליות והשמנה אופטיות הולוגרפי

אינטרפרומטרי לייזר גדולים נבנים כדי ליצור סוג חדש של אסטרונומיה המבוססת על גלי כבידה. הרגישויות שלהם, כמו בניסויים רבים אחרים בעלי דיוק גבוה, מתקרבות לגבולות רעש בסיסיים כמו הרטט האטומי של מרכיביהם. אנו חלוצים בטכנולוגיות להתגבר על מגבלות אלה באמצעות צורות קרן לייזר חדשניות.

הדור אופטי קורים מסדר גבוה Laguerre-גאוס לInterferometry דיוק גבוה

מוצג פרוטוקול לאיתור ואוטומציה של נעילת מצב בלייזר סיבים סיבובי קיטוב לא ליניארי מותאם מראש. הזיהוי של שינוי פתאומי במצב קיטוב הפלט כאשר מתרחשת נעילת מצב משמש כדי להורות על יישור של בקר קיטוב תוך-חלל על מנת למצוא תנאי נעילת מצב.

אוטומציה של מצב נעילה בתוך לייזר סיב סיבוב קוי קיטוב באמצעות מדידות קיטוב פלט

כאן, אנו מייצרים מבני מיקרו/ננו פולימריים תלת מימדיים שבהם ניתן להנדס הן את הצורה והן את היישור המולקולרי בדיוק בקנה מידה ננומטרי על ידי שימוש בכתיבה ישירה בלייזר. ניתן לשלוט בעיוות המושרה על ידי אור של מספר סוגים של מיקרו-מבנים של אלסטומר גבישי נוזלי בקנה מידה מיקרוסקופי.

מתנעים אור בצורה חופשית - ייצור ובקרה של Actuation ב בקנה מידה מיקרוסקופי

אנו מציגים פרוטוקול ליצירת סרט בזמן אמת של חבילת גל סיבוב מולקולרי באמצעות מערך הדמיית פיצוץ קולומב ברזולוציה גבוהה.

הדמיה ישירה של סיבוב מולקולרי מהיר ליזר מונחה

אנו מדגימים שידור של אותות עצמאיים מרובים דרך סיב רב-מצבי באמצעות עיצוב חזית גל תוך שימוש במודולטור אור מרחבי יחיד. על ידי אפנון חזית הגל עבור כל אות בנפרד, מועברים מוקדים מופרדים מרחבית. יישומים פוטנציאליים הם העברת נתונים מרובה בהנדסת תקשורת והעברת אור אנדוסקופית בביופוטוניקה.

העברת אותות מרובים דרך סיב אופטי באמצעות Wavefront לעיצוב

אנו מתארים את בניית ספקטרומטר (CW-SBS) מהירה continuous-wave-גירוי-ברילואן-פיזור. ספקטרומטר מעסיקה בתדר יחיד דיודות-לייזר, אדי אטומי חריץ-מסנן כדי לרכוש שידור ספקטרום של דגימות עכורים/הלא-עכורים עם רזולוציה גבוהה ספקטרלי-מהירויות של עד 100-fold מהר יותר מאשר אלה של ספקטרומטרים CW-SBS הקיים. שיפור זה מאפשר ניתוח גשמי ברילואן במהירות גבוהה.<br...

ספקטרומטר פיזור מהיר ברילואן מגורה מכ לניתוח גשמי

שיטה מוצגת כדי לבנות מותאם אישית בעלות נמוכה, מצב נעול לייזר סיבים השני ליישומים פוטנציאליים מיקרוסקופ multiphoton, אנדוסקופיה, ו photomedicine. לייזר זה בנוי באמצעות חלקים זמינים מסחרית וטכניקות שחבור בסיסיות.

בעלות נמוכה ייצור מותאם אישית ומצב-הפעלה נעולה של כל נורמלי-נפיצה לייזר סיבים שנייה עבור מיקרוסקופ רב פוטון

כאן, אנו מתארים את הפעולה של מעגל משולב של החטא המכיל מערכי מופע אופטי. המעגלים משמשים לפלוט קרני לייזר נמוכות מתפצלות באינפרא-אדום הקרוב ומנווטים אותם בשני מימדים.

אפיון מערכים אופטיים משולבים של מערכי מופע בתחנת הבדיקה בסולם וופל

פרוטוקול זה מציג מדריך שלב אחר שלב לטכניקה המיקרוסקופית של אוטופלואורסצנציה רב-הרמונית (SLAM) סימולטנית, כולל פרטים כיצד ליצור את מקור אור הלייזר, להכין דגימת רקמה, לבצע הדמיה ולנתח את הנתונים. SLAM מקדם מיקרוסקופיה לא ליניארית על ידי מדידת ארבעה ניגודים משלימים ללא תוויות כדי לחקור את המיקרו-סביבה של הרקמה.

מיקרוסקופיה רב-הרמונית אוטופלואורסצנטית בו-זמנית ללא תוויות

למד עיצוב קרני לייזר מורכבות באמצעות מודולטור אור מרחבי מבוסס פאזה בלבד. השיטה משלבת אינטרפרומטר מסלול משותף לקידוד שדות אופטיים מורכבים בדיוק גבוה.

בעיצוב של משרעת ושלב של קרני לייזר על-ידי שימוש של פאזה בלבד מאפנן אור מרחבי

גלה סרטונים נוספים