Summary
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.
Abstract
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.
Introduction
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.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1-ترميز المجال المعقد إلى عنصر أحادي الطور
- من المواصفات التقنية لحركة تحرير السودان، تجد قرارها المكاني (على سبيل المثال x 1800 عام 1920 بكسل بكسل).
- تعريف وإيجاد السعة المطلوبة A(x,y) والمرحلة φ(x,y) أنماط الصور الرقمية.
- تعيين دقة المكانية من المذكورة أعلاه الصور الرقمية مساوية لعرض حركة تحرير السودان.
- مجموعة الصور الرقمية المذكورة أعلاه في تنسيق مستوى رمادي.
- تعيين قيم الحد الأدنى والحد الأقصى من الصور السعة والمرحلة من 0 إلى 255، ومن-π/2 π/2، على التوالي.
- تعيين الحد الأقصى = 2 في المعادلات 2 و 3، وتوليد الكمبيوتر المرحلة أنماط ϑ(x,y) و θ(x,y) منها.
- الكمبيوتر تولد أنماط الشطرنج م1(x,y) و م2(x,y).
- تعيين دقة المكانية لهذه الأنماط رقعة الداما مساوية لعرض حركة تحرير السودان.
- لتقليل تأثير الحديث المتبادل بكسل، إنشاء أزواج أخرى من أنماط الشطرنج م1(x,y) و م2(x,y) التي شيدت مع وجود خلايا مختلفة بكسل زيادة عدد وحدات البكسل (على سبيل المثال: 2 x 2، 3 × 3 و 4 × 4 بكسل الخلايا، إلخ).
تنبيه: عند زيادة الخلية بكسل، يجب أن تبقى دون تغيير ويساوي القرار المكانية لحركة تحرير السودان العدد الإجمالي لأنماط لوح شطرنج بكسل. تأكد من أن عدد وحدات البكسل لكل لوح شطرنج أنماط النهائي لا يزال هو نفسه بعد تعديل خلاياها بكسل.
- الكمبيوتر تولد عنصر أحادي الطور α(x,y) من المعادلة 5.
ملاحظة: انظر مواد تكميلية المسمى "MATLAB_code_1.m" للمهام ذات الصلة في الخطوة 1 من هذا البروتوكول.
2-إعادة بناء المجال المعقد
- استخدام شعاع ليزر وتحديدالمنطقه الخطي، والاستقطاب، ومكانيا متماسكة كمصدر ضوء.
- استخدام حركة تحرير السودان مرحلة فقط مع على الأقل نطاق المرحلة 2π.
- عند الضرورة، استخدام المتوسع شعاع سليم لضبط حجم الحزمة إلى حجم عرض حركة تحرير السودان.
- عند الضرورة، استخدام المستقطب ضوئية لتعيين الاستقطاب شعاع الليزر إلى الاتجاه الأفقي. هذا عادة مهمة للتشغيل السليم للمرحلة فقط سلمس، التي عادة ما تصمم لتعدل في مرحلة المكاني في الحقل الكهرمغنطيسي الذي يتذبذب في اتجاه أفقي، حفظ مكوناته الرأسي دون تغيير.
- من أجل إرسال نمط مرحلة إلى حركة تحرير السودان، اتباع بروتوكولات الاتصالات الموحدة المقدمة من الشركة المصنعة لحركة تحرير السودان للاتصال والتحكم في حركة تحرير السودان مع الكمبيوتر.
ملاحظة: بروتوكول مشترك لهذا الغرض يتضمن استخدام منحنى المعايرة لتحويل القيم بالتقدير الدائري (بسبب العمليات الحسابية مع زوايا) إلى مستوى الرمادي منها، والتي سيتم تحويل وحدة التحكم الإلكترونية التابعة لحركة تحرير السودان أخيرا إلى مستويات الجهد. بالإضافة إلى ذلك، كما حركة تحرير السودان متصلاً بالكمبيوتر كجهاز خارجي مع الشاشة الخاصة به، امتداداً لشاشة الكمبيوتر هو عادة الضرورية، فضلا عن برنامج مناسب لإرسال الصور مستوى رمادي المقابلة لهذه الشاشة الإضافية. مثال على هذه الرموز أيضا مدرجة كمواد تكميلية (الرجاء، انظر MATLAB_code_2.m). - تنفيذ نظام بصري لصورة ووضع العرض لحركة تحرير السودان في الطائرة الإدخال من هذا النظام.
- استخدام عدسة الانكسار من البعد البؤري و لبناء نظام صورة ضوئيةو 2و x 2 (نظام بصري 4و أيضا صالح لهذه المهمة). وفقا لحجم المخرجات المتوقعة من المجال المعقد وشعاع العرض والطول الموجي للضوء والمساحة الفعلية المتوفرة، تستخدم عدسة/العدسات مع ملاءمة المواصفات التقنية (مثل الطلاء، والحجم، والبعد البؤري، إلخ).
- للعثور على موضع الطائرة الإخراج من نظام التصوير، إرسال نمط المرحلة α(x,y) لحركة تحرير السودان وبصريا ابحث عن الصورة المسجلة (اعتماداً على موضع الكاميرا) مع أفضل القرار المكانية.
تنبيه: في حالة انخفاض حجم بكسل الخلايا (على سبيل المثال، 1 x 1 بكسل خلايا) ويعرض حركة تحرير السودان مع العرض بالبكسل لبضعة ميكرونات (على سبيل المثال، 8 ميكرومتر)، نشر الحزمة فقط يمكن أن تنتج التدخل بين المرمزة موجات موحدة، الحصول على صور أعيد بناؤها دون القزحية التعميم بما في ذلك نظام التصوير. استخدام خلايا بكسل الحجم المنخفض لتحديد موقع الطائرة الإخراج. - ضع آيريس دائرية قطرها متغير في الطائرة فورييه للنظام البصري ومحاذاة إلى الوسط، مع أن تركيز شعاع الليزر.
- لضبط حجم القزحية التعميم في الطائرة فورييه، إرسال نمط المرحلة α(x,y) وتبدو بصريا للصورة المسجلة (حسب القطر من قزحية العين الدائرية) مع أفضل القرار المكانية.
تنبيه: في حالة الخلايا طويلة-حجم بكسل (على سبيل المثال، خلايا 4 × 4 بكسل)، التداخل بين موجات موحدة المرمزة أساسا تجري مع عامل التصفية المكانية. استخدم الخلية منذ فترة طويلة-حجم بكسل لضبط حجم القزحية دائرية. في هذا البروتوكول، يشار إلى عدد البكسل الواردة ضمن خلية بكسل شروط منخفضة الحجم والحجم منذ فترة طويلة. ومع ذلك، تدخل المذكورة أعلاه يعتمد أيضا على العرض بكسل. توظيف سلمس مع العرض بالبكسل مساوية أو أقل من 8 ميكرومتر.
- إرسال الصورة الرمادية المستوى المقابل للمرحلة عنصر α(x,y) لحركة تحرير السودان.
- لتقليل تأثير الحديث المتبادل، ابحث عن أفضل حجم الخلية بكسل التي تسمح لتحقيق صورة مسجل بالدقة المكانية العالية.
3-قياس المجال المعقد أعيد بناؤها
- تنفيذ المرحلة القائم على الاستقطاب تحول التقنية8.
- ضع ومحاذاة زاوية الاستدارة المستقطب الضوئية الأولى، يقع قبل حركة تحرير السودان (انظر الشكل 2). لتعيين زاوية استدارة المستقطب الأول، بصريا ابحث عن نفاذية الضوء الحد الأقصى والحد الأدنى في الكاميرا CCD (توضع في الطائرة الإخراج من نظام التصوير)، اعتماداً على تناوب المستقطب. قم بتدوين زاويتين المقابلة من المستقطب. إصلاح زاوية المستقطب النهائي إلى أن بين زاويتين السابقة المسجلة.
- ضع ومحاذاة زاوية الاستدارة المستقطب الضوئية الثانية، يقع بعد الطائرة فورييه لنظام التصوير (انظر الشكل 2). لتعيين زاوية الاستدارة المستقطب الثاني، بصريا ابحث عن الصور أشد وأكثر ضبابية في الكاميرا CCD (توضع في الطائرة الإخراج من نظام التصوير) بعد إرسال نمط المرحلة α(x,y) لحركة تحرير السودان. قم بتدوين زاويتين المقابلة من المستقطب. إصلاح زاوية المستقطب الثاني النهائي لأن بين الزوايا السابقة المسجلة.
- سجل إينتيرفيروجرامس.
- الحفاظ على الكاميرا CCD في الطائرة الإخراج من نظام التصوير.
- لتسجيل رسم الأولى، إضافة مصفوفة بالتقدير الدائري 0 ل العنصر المرحلة α(x,y) وإرساله إلى حركة تحرير السودان. الصورة المقابلة سجل أنا1(x,y) مع اتفاقية مكافحة التصحر.
- لتسجيل رسم الثانية، إضافة مصفوفة من π/2 راديان إلى عنصر المرحلة α(x,y) وإرساله إلى حركة تحرير السودان. الصورة المقابلة سجل أنا2(x,y) مع الكاميرا اتفاقية مكافحة التصحر.
- لتسجيل رسم الثالثة، إضافة مصفوفة من π راديان إلى عنصر المرحلة α(x,y) وإرساله إلى حركة تحرير السودان. الصورة المقابلة سجل أنا3(x,y) مع الكاميرا اتفاقية مكافحة التصحر.
- لتسجيل رسم الرابع والأخير، إضافة مصفوفة 3π/2 بالتقدير الدائري إلى عنصر المرحلة α(x,y) وإرساله إلى حركة تحرير السودان. الصورة المقابلة سجل أنا4(x,y) مع الكاميرا اتفاقية مكافحة التصحر.
- إعادة بناء المجال المعقد.
ملاحظة: انظر مواد تكميلية المسمى "MATLAB_code_3.m" للمهام ذات الصلة في هذه النقطة من البروتوكول.- استرداد السعة للمجال المعقد استرداد(x,y) باستخدام التعبير
(8) - استرداد مرحلة المجال المعقد φاستردادها(x,y) باستخدام التعبير
(9)
- استرداد السعة للمجال المعقد استرداد(x,y) باستخدام التعبير
(8)
(9)Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
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-
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
في هذا البروتوكول، معلمات العملية كالعرض بكسل من حركة تحرير السودان مرحلة فقط أو عدد وحدات البكسل الواردة داخل الخلايا بكسل نمط المولدة بواسطة الكمبيوتر هي النقاط الرئيسية لنجاح تنفيذ أسلوب الترميز. في خطوات 1.2، 1.3 و 1.4 في البروتوكول، وأقصر العرض بكسل، أفضل القرار المكانية لأنماط استرجاع السعة والمرحلة. وباﻹضافة إلى ذلك، كما يمكن أن تنشأ تدوين التحويرات المرحلة بكسل بكسل المفاجئة في حركة تحرير السودان مرحلة غير متوقعة الردود (الحديث المتبادل بكسل)، ينبغي ربط بناء أنماط لوح شطرنج (كما هو موضح في الخطوة 1، 3) بالزيادة عدد وحدات البكسل داخل الخلايا بكسل. والسبب الرئيسي لذلك التخفيف من آثار الحديث المتبادل بكسل على استرجاع السعة وأنماط المرحلة. ومع ذلك، عند زيادة عدد البيكسلات داخل الخلايا بكسل، القرار المكانية من أنماط مسجل المجال المعقد استرداد(x,y) و φاستردادها(x,y) وانخفض. ومن ثم، بعد عالية الدقة المكانية سلمس مع العرض بالبكسل منخفض يسمح تخفيض آثار الحديث المتبادل ممكن، دون أن يفقد القرار المكانية هامة في استرجاع السعة وأنماط المرحلة.
وعلاوة على ذلك، في خطوة 1.2.3 بروتوكول، يعرف مرحلة المجال المعقد من-π/2 π/2. والسبب الرئيسي لتحديد نطاق هذه المرحلة هو توليد المرحلة عنصر α(x,y) تتراوح بين-π π، التي يمكن تنفيذها في حركة تحرير السودان مع 2π نطاق المرحلة. ومع ذلك، إذا كان نطاق المرحلة من حركة تحرير السودان المتاحة أكبر من 2π، يمكن تعريف مرحلة الحقل المعقدة داخل مجموعة موسعة (على سبيل المثال: ل φ(x,y) تتراوح بين-π π، العنصر المرحلة α(x,y ) قد تتراوح بين-3π/2 3π/2، و وبالتالي نطاق المرحلة من حركة تحرير السودان يجب أن تكون، على الأقل، 3π).
خصائص شعاع الليزر يمكن أن تؤثر أيضا على نتائج أسلوب الترميز. إيلاء اهتمام خاص إلى الخطوات 2.1-2.4، وضع في الاتجاه الصحيح الاستقطاب، collimation وحجم مستعرضة لشعاع الليزر قبل اتباع الخطوات المتبقية من البروتوكول. وعلاوة على ذلك، كما سلمس المرحلة فقط أساسا انحرافي تعتمد على الأجهزة البصرية استناداً إلى ظاهرة التدخل، من الضروري استخدام أشعة الليزر مع تماسك المكانية العالية/جيد.
من ناحية أخرى، بدلاً من الإضاءة نابض شبه أحادي اللون، متناهية كما يتيح الحصول على نتائج جيدة. وفي هذه الحالة، هي مكونات طيفية مختلفة النبض المرحلة التضمين (بطريقة مشابهة جداً) فقط مع عنصر أحادي الطور α(x,y). هنا، إظهار تأثير مصدر الضوء ذات النطاق العريض في أسلوب الترميز، ونحن نكرر جميع الخطوات للبروتوكول، ولكن هذه المرة للإشعاع نابض (نبض متناهية من حوالي 12 خ فوم، تركزت على 800 نانومتر، وعرض النطاق الترددي الطيفية من 100 نانومتر فوم، المنبعثة من منظمة الشفافية الدولية وضع غير الساحلية : ليزر ياقوت من فيمتولاسير، بمعدل تكرار 75 ميغاهرتز). يتم إظهار النتائج في الشكل 4. لاحظ أنه، بسبب مزيج المكونات الطيفية المختلفة من النبض، وأنماط استرجاع قريبة جداً من تلك المتوقعة.
الشكل 4: النتائج التجريبية الممثلة تحت الإضاءة نابض متناهية. (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-
أشعة الليزر حقول جوهريا معقدة، حتى في التطبيقات المحتملة الأكثر واحد ينبغي أن تكون قادرة على تعديل السعة والمرحلة، في وقت واحد. يسمح هذا الأسلوب للقيام بذلك عن طريق عنصر أحادي الطور (نفذت أو لا في حركة جيش تحرير السودان مرحلة فقط). ونعتقد أنه، في مستقبل قريب، هذا الأسلوب يمكن استخدامها، على سبيل المثال في المسار الإضاءة مجاهر9،10 للإثارة المتزامنة غير الخطية وغير الخطية من مناطق مختلفة من عينات بيولوجية، أو بالتوازي المعالجة الدقيقة11،12 من المواد. في كلا التطبيقين دور التحوير الظاهر، وفي الوقت نفسه يمكن أن تستخدم المرحلة التحوير، في نفس الوقت، للحصول على تعويض انحرافات الضوئية على عينة/تجهيز الطائرة. وأخيراً، تجدر الإشارة إلى أن أسلوب الترميز الموصوفة بهذا البروتوكول لا يقتصر على استخدام سلمس-ثابت المرحلة عناصر α(x,y) التي شيدت مع تقنيات أخرى (على سبيل المثال: فوتوليثوغرفيك تقنيات) يمكن أن تكون مختلفة، لكن الخيار صالحة على قدم المساواة لتنفيذ هذا البروتوكول.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.
Acknowledgments
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.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Achromatic Doublet | THORLABS | AC254-100-B-ML | Lens Diameter 25.4 mm, focal length 100 mm |
| Achromatic Galilean Beam Expander | THORLABS | GBE05-A | AR Coated: 400 - 650 nm |
| Basler camera | BASLER | avA1600-50gm GigE camera | sensor size 8.8 mm x 6.6 mm, pizel size 5.5 microns |
| Mounted Zero-Aperture Iris | THORLABS | ID12Z/M | Max Aperture 12 mm |
| Pellicle Beamsplitter | THORLABS | CM1-BP145B2 | 45:55 (R:T), Coating: 700 - 900 nm |
| PLUTO Spatial Light Modulator | HOLOEYE Photonics AG | NIR-II | Phase Only Spatial Light Modulator (Optimized for 700 -1000 nm) |
| Two thin film laser polarizers | EKSMA OPTICS | 420-0526M | material BK7, diameter 50 mm, wavelength 780-820 nm |
References
- Hsueh, C. K., Sawchuk, A. A.
- Arrizón, V. Complex modulation with a twisted-nematic liquid-crystal spatial light modulator: double-pixel approach. Optics Letters. 28 (15), 1359-1361 (2003).
- Arrizón, V., Ruiz, U., Carrada, R., González, L. A. Pixelated phase computer holograms for the accurate encoding of scalar complex fields. Journal of the Optical Society of America A. 24 (11), (2007).
- Shibukawa, A., Okamoto, A., Takabayashi, M., Tomita, A. Spatial cross modulation method using a random diffuser and phase-only spatial light modulator for constructing arbitrary complex fields. Optics Express. 22 (4), 3968-3982 (2014).
- Martínez-Fuentes, J. L., Moreno, I. Random technique to encode complex valued holograms with on axis reconstruction onto phase-only displays. Optics Express. 26 (5), 5875-5893 (2018).
- Clark, T. W., Offer, R. F., Franke-Arnold, S., Arnold, A. S., Radwell, N. Comparison of beam generation techniques using a phase only spatial light modulator. Optics Express. 24 (6), 6249-6264 (2016).
- Mendoza-Yero, O., Mínguez-Vega, G., Lancis, J. Encoding complex fields by using a phase-only optical element. Optics Letters. 39 (7), 1740-1743 (2014).
- Yamaguchi, I., Zhang, T.
- Shao, Y., et al. Addressable multiregional and multifocal multiphoton microscopy based on a spatial light modulator. Journal of Biomedical Optics. 17 (3), 030505 (2012).
- Mendoza-Yero, O., Carbonell-Leal, M., Mínguez-Vega, G., Lancis, J. Generation of multifocal irradiance patterns by using complex Fresnel holograms. Optics Letters. 43 (5), 1167-1170 (2018).
- Kuang, Z., et al. Diffractive Multi-beam Ultra-fast Laser Micro-processing Using a Spatial Light Modulator (Invited Paper). Chinese Journal of Lasers. 36 (12), 3093-3115 (2009).
- Kuang, Z., et al. High throughput diffractive multi-beam femtosecond laser processing using a spatial light modulator. Applied Surface Science. 255, 2284-2289 (2008).
