Summary
Мы покажем, как кодировать сложные области лазерных лучей с помощью элемента одной фазы. Интерферометра общего пути используется смесь этап сведения, отображаемые в фазе только пространственный модулятор света наконец получить желаемый сложное поле шаблон на выходе системы оптических изображений.
Abstract
Целью этой статьи является визуально продемонстрировать использование интерферометрический метод для кодирования сложные поля, связанные с когерентности лазерного излучения. Метод основан на согласованную сумму двух форма волн, ранее закодированное в фазы только пространственный модулятор света (ОДС), пространственные мультиплексирование их фаз. Здесь процесс вмешательство осуществляется пространственной фильтрации света частот на плоскости Фурье некоторых изображений системы. Правильной реализации этого метода позволяет произвольным фазы и информации амплитуду извлекаемого на выходе оптической системы.
Это на оси, а не вне оси техника кодирования, с прямой обработки алгоритм (не итеративный цикл) и свободной от последовательной шума (спекл). Сложное поле может быть точно проверено на выходе оптической системы, за исключением некоторых потеря резолюции из-за процесса фильтрации частоты. Основным ограничением метода может исходить от неспособности действовать на частоту выше частота обновления ОДС. Приложения включают, но не ограничиваются, линейные и нелинейные микроскопии, формирование луча или лазерной микро обработка материала поверхностей.
Introduction
Почти все Лазерные приложений находятся в тесной связи с руководством оптический волнового фронта света. В приближении Параксиальная комплекс поле, связанное с лазерного излучения можно охарактеризовать двумя терминами, амплитуда и фаза. Имея контроль над этими двумя терминами необходимо изменить как временных, так и пространственной структуры лазерных лучей на будет. В целом амплитуда и фаза лазерный луч можно должным образом изменить несколькими способами, включая использование оптических компонентов этого диапазона от одного массового линзы, пучка сплиттер и зеркала для самых сложных устройств, таких как деформируемые зеркала или пространственные свет Модуляторы. Здесь мы покажем способ кодирования и реконструкции комплекса области согласованной лазерных лучей, которая основана на двухфазные Голограмма теории1и использование интерферометра общий путь.
В настоящее время существует широкий спектр методов для кодирования сложных полей лазерных лучей2,3,4,5. В этом контексте некоторые устоявшиеся методы для производства модуляции амплитуды и фазы полагаются на использование цифровой голограммы6. Общую точку во всех этих методов является необходимость создания пространственного смещения отделить желаемого выходного пучка от нулевого порядка, из отражения света на экране ОДС. Эти методы являются в основном вне оси (обычно применение для первого порядка дифракционной решетки), используя фазы решетки не только для кодирования этапа, но и ввести необходимые амплитудной модуляции. В частности амплитудная модуляция осуществляется пространственно снижение высоты решетки, которая явно ухудшает Дифракционная эффективность. Процесс восстановления голограмма основном получает примерный, но не точный, реконструкция амплитуды и фазы желаемого сложные поля. Расхождения между теорией и экспериментом, как представляется, появляются из кодировки неточной информации амплитуды, а также другие экспериментальные вопросы, происходит во время пространственной фильтрации первого порядка дифракции или из-за эффекты пикселизации ОДС. Кроме того профиль интенсивности ввода луча может ввести ограничения на мощность.
В отличие от этого, с введен метод7, все легкие управление осуществляется на оси, который очень удобно с экспериментальной точки зрения. Кроме того он принимает преимущество рассмотрения в приближении Параксиальная, комплекс поля, связанные с лазерными лучами как сумму двух форма волн. Амплитуда информация является синтезированный вмешательство этих единообразных волн. На практике такое вмешательство осуществляется пространственной фильтрации света частот на плоскости Фурье данной системы визуализации. Ранее фаза шаблоны, связанные с единой волны пространственно мультиплексированием и кодируется в фазы только ОДС (размещен на плоскости входа этой тепловизионные системы). Следовательно весь оптические установки может рассматриваться как интерферометра общего пути (очень устойчив к механической вибрации, изменения температуры или оптический некоаксиальности). Пожалуйста, обратите внимание, что процесс вмешательства вышеуказанного может осуществляться либо с помощью других оптических макетов: с парой фазы только SLMs, надлежащим образом размещены в течение типичного две руки интерферометра, или по времени последовательно кодирования два этапа шаблоны в ОДС (предыдущий введение зеркалом ссылку в оптические установки). В обоих случаях существует необходимость пространственной фильтрации и следовательно без потери пространственного разрешения, за счет увеличения сложности оптической системы, а также процесс выравнивания. Здесь следует также подчеркнуть, что, используя этот метод кодирования, полный спектр нужного поля комплекс может быть точно проверено на плоскости Фурье, после фильтрации всех дифракции заказы, но zeroth один.
С другой стороны, эффективность метода зависит от нескольких факторов: в спецификациях ОДС (например, заполнения фактор, отражательной способности или дифракции эффективность), размер закодированного шаблон и способ, в котором свет падает на ОДС (отражение с небольшой ударяя угол, или нормального падения с использованием splitter луча). На данный момент надлежащих экспериментальных условиях, измеренной общая эффективность света может быть более чем на 30%. Однако обратите внимание, что общая эффективность света только за счет использования СОД может быть менее 50%. Отсутствие случайных или диффузор элементы внутри оптического установки позволяет извлечения амплитуды и фазы шаблонов без последовательной шума (спекл). Другие важные аспекты отметить являются использование алгоритма прямой кодификации, а не итерационные процедуры и ее способности выполнять произвольные и независимых амплитуды и фазы модуляцию с частотой обновления времени ОДС (до сотни Герц по текущей технологии).
В принципе метод7 предназначен для использования с ввода плоских волн, но он, не ограничивается. Например если пучок Гаусса бьет ОДС, можно изменить его форму излучения на выходе системы путем кодирования шаблон подходит амплитуды в ОДС. Однако как интенсивности выходного пучка не может превышать ввода луча в любом поперечном положении (x, y), формирование амплитуды осуществляется интенсивности потери возник частично разрушительного вмешательства процессом.
Теория, подчеркивая кодирования метод7 является следующим. Любой комплекс области представлен в форме U(x,y)= A(x,y)eяφ(x,y) можно также переписать как:
(1)
где
(2)
(3)
В уравнения 1-3, амплитуда и фаза двумерных комплекса поле U(x,y),дается A(x,y) и φ(x,y), соответственно. Обратите внимание, что условия Макс (максимум A(x,y)) и B = Макс/2 не зависит от поперечных координат (x,y). В теории, если мы установим Макс= 2, то B =1. Следовательно поле комплекс U(x,y) может быть получен, в простой форме, из согласованной суммы форма волны бытьяϑ(x,y) и быть IΘ (x,y). На практике это достигается с интерферометра общий путь, состоящий из одного этапа элемент α(x,y), размещенных на плоскости ввода изображений системы. Однофазные элемент построен по пространственной мультиплексирование фазы термины ϑ(x,y)
и θ (x,y) с помощью двумерных двоичные решетки (шахматном моделей) 1M(x,y) и M2(x,y) следующим
(4)
Следовательно,
(5)
Эти бинарные Шаблоны выполняют условие M1(x,y) + 2M(x,y) = 1. Обратите внимание, что вмешательство форма волны не может произойти, если мы не смешивать информацию, содержащуюся в фазе элементα(x,y). В рамках нынешнего метода это осуществляется с помощью пространственного фильтра может заблокировать все дифракции заказы, но zeroth один. Таким образом, после процесса фильтрации на плоскости Фурье спектра H(u,v)= F{eiα(x,y)} этапа закодированные функция связана с спектр сложных поля F{U(x,y)} выражением
(6)
В уравнение (6) (u,v) обозначают координаты частотной области, P(u,v) проводит для пространственного фильтра, тогда как Фурье функции Θ(x,y) представлена в виде F {Θ(x,y)}. От уравнение (6) он следует, что, в плоскости вывода изображений системы, проверено комплекс поле U-RET(x,y), (без учета постоянных факторов), дается свертка увеличенное и пространственно вспять сложное поле U(x,y) с Фурье маску фильтра. То есть:
(7)
В уравнение (7), Операция свертки обозначается символом 
и термин Mag представляет увеличение изображений системы. Таким образом амплитуда и фаза U(x,y) полностью извлекается на плоскости вывода, за исключением некоторых потери пространственного разрешения из-за операции свертки.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. кодирование сложные поля в элемент однофазные
- Технические характеристики ОДС найти его пространственное разрешение (например 1920 x 1800 пикселей).
- Определения и создания требуемой амплитуды A(x,y) и фазы φ(x,y) структур как цифровых изображений.
- Равным пространственное разрешение указанных цифровых изображений, ОДС дисплея.
- Набор указанных цифровых изображений в серых уровня формате.
- Установите минимальное и максимальное значения амплитуды и фазы изображения от 0 до 255 и от - π/2 до π/2, соответственно.
- Задать Макс = 2 в уравнения 2 и 3 и компьютер генерировать фазы шаблоны ϑ(x,y) и θ(x,y) от них.
- Компьютер генерировать шахматном моделей M1(x,y) и M2(x,y).
- Равным пространственное разрешение этих шаблонов шахматной доски, ОДС дисплея.
- Для уменьшения влияния помех пикселей, создавать другие пары шахматном моделей M1(x,y) и M2(x,y), построенный с различными пиксель ячейки, имеющие увеличилось количество пикселей (например: 2 x 2, 3 x 3 и 4 x 4 пикселя клетки и т.д.).
Предупреждение: При увеличении ячейки пикселя, общее количество пикселей шахматном моделей должны храниться неизменным и равным пространственным разрешением ОДС. Убедитесь, что окончательное количество пикселей всех шахматном моделей остается неизменной после изменения их клетки пикселей.
- Компьютер генерировать однофазные элемент α(x,y) из уравнения 5.
Примечание: См. Дополнительные материалы, названный «MATLAB_code_1.m» для задач, связанных с шагом 1 настоящего Протокола.
2. Реконструкция комплекса поля
- Используйте коллимированных, линейной поляризации и пространственно последовательной лазерный луч в качестве источника света.
- Использовать только для этапа СОД с по крайней мере 2π фазы диапазон.
- При необходимости, используйте надлежащего пучок expander для регулировки размера пучка до размера дисплея ОДС.
- При необходимости, используйте оптический поляризатора для задания поляризации лазерного луча в горизонтальном направлении. Обычно это важно для правильной работы этапа только SLMs, которые обычно предназначены для модуляции этапа пространственного электромагнитного поля, которое колеблется в горизонтальном направлении, сохраняя неизменными его вертикальной компоненты.
- Чтобы отправить шаблон этап ОДС, выполните стандартные протоколы заводом-изготовителем УУЗ для подключения и управления ОДС с компьютером.
Примечание: Общий протокол для этой цели включает в себя использование калибровочной кривой для преобразования значения в радианах (благодаря математические операции с углами) в уровень серого цвета, который электронный блок управления УУЗР, наконец, преобразовать в уровни напряжения. Кроме того как ОДС подключен к компьютеру как внешнее устройство с свой собственный экран, расширение экрана компьютера обычно необходимо, а также надлежащей программы отправить соответствующий серый уровня изображения на этот дополнительный экран. Пример этих кодов также включена в качестве дополнительного материала (пожалуйста, см. MATLAB_code_2.m). - Внедрить систему оптического изображения и отображения ОДС в плоскости ввода этой системы.
- Используйте преломления линзы фокусное расстояние f построить 2f x 2f оптической системы (4f оптической системы также является допустимым для этой задачи). В соответствии с размером ожидаемый результат сложной области, ширины пучка, длина волны света и доступного физического пространства использовать объектив/объектив с подходит технические характеристики (например, покрытие, размер, фокусное расстояние, и т.д.).
- Чтобы найти положение плоскости вывода изображений системы, отправить шаблон этап α(x,y) ОДС и визуально записанные изображения (в зависимости от положения камеры) с наилучшим разрешением.
Предупреждение: В случае низкой размер пикселя клетки (например, 1 x 1 пиксель) и ОДС дисплеев с пиксель шириной несколько микрон (например, 8 мкм), только луч распространения может производить вмешательства между закодированные форма волны, получение восстановленных изображений не включая круговой диафрагмой в системе обработки изображений. Используйте низкий размер пикселя клетки найти положение плоскости выходного. - Круговой диафрагмой переменного диаметра в плоскости Фурье оптической системы и выровняйте его центр с этим фокус лазерного луча.
- Чтобы настроить размер круговой диафрагмой на плоскости Фурье, отправьте шаблон этап α(x,y) и визуально искать записанные изображения (в зависимости от диаметра круговой диафрагмой) с наилучшим разрешением.
Предупреждение: В случае Лонг размер пикселя клетки (например, 4 x 4 пикселя), взаимодействие между закодированных форма волны в основном осуществляется с пространственного фильтра. Лонг размер пикселя ячейку можно используйте для настройки размера круговой диафрагмой. В этом протоколе условия низкой размер и Лонг размер передан количество пикселей, содержащиеся в ячейке пикселей. Однако вышеуказанные помехи зависит также от ширину в точках. Используют SLMs с пиксель шириной равной или менее 8 мкм.
- Отправьте серого уровня изображения, соответствующие стадии элемент α(x,y) для УУЗР.
- Чтобы свести к минимуму влияние помех, найдите лучший размер ячейки пикселей, который позволяет достичь записанные изображения с более высоким пространственным разрешением.
3. измерить поле реконструирован комплекс
- Осуществить сдвиг техника8этапа на основе поляризации.
- Место и Совместите угол поворота первого оптических поляризатор, расположенный непосредственно перед ОДС (см. Рисунок 2). Чтобы задать угол поворота первого поляризатор, визуально найдите максимальный и минимальный пропускания света в камеры на ПЗС (размещен на плоскости вывода изображений системы), в зависимости от вращения поляризатора. Напишите вниз две соответствующие углы поляризатора. Исправьте окончательный угол поляризатор между двух предыдущих Записанная углов.
- Место и Совместите угол поворота второй оптический поляризатор, расположенный после плоскости Фурье изображений системы (см. Рисунок 2). Чтобы задать угол поворота второй поляризатор, визуально искать острые и наиболее размытые изображения в ПЗС-камеры (размещен на плоскости вывода изображений системы) после отправки фазы шаблон α(x,y) для УУЗР. Напишите вниз две соответствующие углы поляризатора. Исправьте окончательный угол второй поляризатор между ранее записанная углов.
- Запись интерферограмм.
- Держите ПЗС-камеры на плоскости вывода изображений системы.
- Для записи первого interferogram, добавьте матрицу 0 радиан в фазе элемент α(x,y) и отправить его на ОДС. Записывать образы я1(x,y) с КБО.
- Чтобы записать второй interferogram, добавить матрицу π/2 радианов в фазе элемент α(x,y) и отправить его на ОДС. Записывать образы я2(x,y) с ПЗС-камеры.
- Для записи третьего interferogram, добавьте матрицу радианам π элемент фазы α(x,y) и отправить его на ОДС. Записывать образы я3(x,y) с ПЗС-камеры.
- Чтобы записать четвертый и последний interferogram, добавьте матрицу 3π/2 радиан в фазе элемент α(x,y) и отправить его на ОДС. Записывать образы я4(x,y) с ПЗС-камеры.
- Реконструкция комплекса области.
Примечание: См. Дополнительные материалы, названный «MATLAB_code_3.m» для задач, связанных с этой точки протокола.- Извлечь амплитуда сложного поля извлекается(x,y) с помощью выражения
(8) - Получить на этапе сложные поля, φ,Проверено(x,y) с помощью выражения
(9)
- Извлечь амплитуда сложного поля извлекается(x,y) с помощью выражения
(8)
(9)Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Пространственное разрешение работающих только для фазы ОДС — 1920 пикселей x 1080, с шагом пикселей 8 мкм. Выбранный амплитуда A(x,y) и фазы φ(x,y) комплекс поля определяются два разных уровня серого изображения, соответствует известным Ленна изображение (амплитуда шаблон) и молодая девушка торчащие ее язык (фаза шаблон), соответственно. В общем для, создания необходимых структур и контролем ОДС, используются коды Matlab. Пространственное разрешение этих изображений установлен быть x 1080 1920 пикселей. Затем, уравнения 2 и 3, используются для определения этапа шаблоны ϑ(x,y) и θ(x,y) для Макс= 2. Обратите внимание, что числовое значение, присвоенное AМакс гарантирует, что термин B = 1 и следовательно, сложное поле, U(x,y), описанные в уравнение (1) может быть понято как сумма двух форма волн в Простейшая форма U(x,y) = eяϑ(x,y) + eiθ(x,y). Теперь, разные пары структур бинарных клетчатый M1(x,y) и M2(x,y) (для увеличения пикселей размеров ячеек), но равных пространственным разрешением (1920 пикселей x 1080 пикселей), являются компьютером. В частности клетчатый шаблоны состоят из клеток 1 x 1, 2 x 2, 3 x 3 и 4 x 4 пикселя цифровой построены с помощью programed функция Matlab. Все вышеупомянутые модели A(x,y), φ(x,y), ϑ(x,y), θ(x,y), (x, M1 y), и M2(x,y) приводятся в части A, B, C, D, E и F, рис. 1, соответственно. В части E и F и только, чтобы получить лучше визуализация структуры шахматном моделей составляющих пиксель клетки имеют 240 пикселей x 240. От 5 экв набор фазы элементы α(x,y) для каждой пары шахматной доски, ранее разработанных моделей цифровой построены.
Рисунок 1: шаблоны, связанные с методом кодирования введена компьютерная. (A) определяемые пользователем амплитуды шаблон сложного поля. (B) определяемые пользователем этап шаблон сложного поля. (C) этап шаблон, соответствующий первой форма волны в уравнении 1. (D) этап шаблон соответствует второй форма волны в уравнении 1. (E) первый шахматной доски после процесса отбора проб, описанного с уравнение 4. (F) второго шахматной доски после процесса отбора проб, описанного с уравнение 4. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
На данный момент поле ожидаемый комплекс U(x,y) могут быть экспериментально получены на плоскости вывода изображений системы, после фазы элемент α(x,y) отправляется в фазе только ОДС и вмешательства между закодированных форма волны происходит. Для выполнения этого вмешательства, пространственный фильтр (например, круговой диафрагмой) корректируется в размер, чтобы блокировать все частоты, но один zeroth в плоскости Фурье изображений системы (рис. 2).
Рисунок 2: оптические установки, используется для выполнения метода кодирования. Система состоит из пространственный модулятор света (ОДС), splitter луча (BS) и одного преломления линзы (L) Фокусное расстояние 200 мм. Самолет входит в Фурье жесткий Ирис, который используется как фильтр пространственной (SF) блокировать все частоты, но один ноль. Кроме того на выходе плоскости тепловизионные системы помещается камеры (CCD) для записи амплитуды шаблоны и интерферограмм. Только для того, чтобы измерить созданный комплекс поле с помощью сдвига техники фаз на основе поляризации, пару оптических поляризаторов (P) правильно расположены в пределах оптические установки. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Как источник света, Ti: Sapphire лазерного осциллятор (работы из режима locked условие для выдачи квази монохроматического лазерного излучения около 10 Нм интенсивности полной ширины на половину максимального (FWHM) и по центру в 800 Нм) работает. Кроме того для заполнения почти все активные области УУЗ дисплея (8,64 см x 15.36 см) с лазерным лучом, расширитель луча телескоп коммерческих 5 x используется. Лазерный луч направляется отображения ОДС посредством splitter луча пленкой (в нормальных инцидента). Преломления линзы фокусное расстояние 100 мм размещены 200 мм после ОДС и выровнены относительно оптической оси лазерного луча, отражение от ОДС. Чтобы найти положение плоскости вывода изображений системы, образ A(x,y) Записанная CCD камеры было обнаружено. Это делается после фазы элемент α(x,y) (образуются с ячейками 1 x 1 пиксель) отправляется в ОДС. Затем круговой диафрагмой помещается на плоскости Фурье оптической системы и согласованы в отношении фокус лазерного луча. Кроме того чтобы отрегулировать размер круговой диафрагмой, его диаметр варьируется до тех пор, пока лучше реконструкции изображения достигается путем визуального осмотра в ПЗС-камеры. С этой целью этапа элемент α(x,y) (цифровой построена с ячейками 4 x 4 пикселя) ранее был направлен ОДС. Чтобы свести к минимуму влияние помех пикселей, найден лучший этап элемент α(x,y) (в зависимости от размера ячейки пикселя) что позволяет добиться изображения с более высоким пространственным разрешением в КБО.
Для того, чтобы подтвердить, что поле требуемый комплекс перестраивается на плоскости вывода изображений системы, уже упоминалось на основе поляризации сдвига фаз техника используется для измерения амплитуды и фазы. Делать, что пару поляризаторы p (один помещены перед ОДС, а другой после плоскости вывода изображений системы) были надлежащим образом выровнены в пределах оптического установки (см. рис. 2), следующие процедуры описано в шагах 3.1.1 и 3.1.2 Протокол. Затем, интерферограмм, связанные с этапа 4 шаг перехода техника я1(x,y), я2(x, y), я3(x, y) и я4(x, y) записываются с помощью CCD камеры (уже помещены на плоскости выходного системы визуализации). Здесь следует напомнить, что эти четыре интерферограмм записываются с помощью камеры после добавления 0, π/2, π и 3π/2 фазы элемент α(x,y) (см. шаги 3.2.2 - 3.2.5 протокола для подробной информации). Наконец с помощью уравнений 8 и 9, амплитуда и фаза реконструирован комплекс поля могут быть извлечены. Для этого эксперимента результаты показаны на рисунке 3.
Рисунок 3: представитель экспериментальные результаты под квази монохроматического освещения. (A) определяемые пользователем амплитуды шаблон сложного поля. (B) определяемые пользователем этап шаблон сложного поля. (C) интерферограмм связанные с этапа на основе поляризации ветра техника разработана в четыре этапа и полученные после добавления 0, π/2, π и 3π/2 фазы элемент α(x,y). (D) проверено экспериментальным амплитудно шаблон. (E) проверено экспериментальный этап шаблон. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
В этом протоколе практические параметры как ширину в точках этапа только ОДС или количество точек, содержащихся в ячейках пиксель компьютерной модели являются ключевые моменты, чтобы успешно реализовать метод кодирования. В шагах 1.2, 1.3 и 1.4 настоящего Протокола, тем короче ширину в точках, тем лучше пространственное разрешение проверено амплитуды и фазы шаблонов. Кроме того, как кодификация в ОДС резкое пиксель в пиксель модуляции фазы может происходить неожиданные этап ответов (пиксель перекрестных помех), строительство шахматном моделей (как описано в шаге 1.3) должны увязываться с приращение Количество пикселов в пределах ячейки пикселя. Основной причиной для этого является смягчения последствий пиксель перекрестных помех на Проверено амплитуда и фаза шаблонов. Однако увеличивая количество пикселов в пределах ячейки пикселя, пространственное разрешение записанные сложной области Шаблоны получены(x,y) и φ,Проверено(x,y) при снизилась. Следовательно имея высокое пространственное разрешение SLMs с низкой пикселей шириной позволяет сократить возможных помех эффекты, без потери значительного пространственное разрешение проверено амплитуда и фаза моделей.
Кроме того на шаге 1.2.3 протокола, этапа сложного поля определяется от - π/2 до π/2. Основная причина такого этапа диапазон установки является сформировать фазы элемент α(x,y) начиная от - π π, которые могут быть реализованы в ОДС с 2π фазы диапазона. Однако, если этап спектр доступных ОДС больше чем 2π, этапа сложного поля могут быть определены в рамках расширенного диапазона (например: для φ(x,y) начиная от - π π, фаза элемент α(x,y ) могут в диапазоне от - 3π/2 до 3π/2, и следовательно фазы спектр УУЗР должны быть, по крайней мере, 3π).
Характеристики лазерного луча может также повлиять на результаты метода кодирования. Обратите особое внимание на шаги, 2.1-2.4, установка направление правой поляризации, коллимации и поперечный размер лазерного луча до следующего протокола оставшиеся шаги. Кроме того как SLMs этап только в основном дифракционной зависимых оптических устройств, на основе явления интерференции, необходимо использовать лазерные лучи с высоким/хорошо пространственным согласованности.
С другой стороны вместо квази монохромные, сверхкоротких импульсного освещения также позволяет получать хорошие результаты. В этом случае различных спектральных составляющих импульса, фаза модулированного (очень подобным образом) только с одной фазы элемент α(x,y). Здесь, чтобы показать влияние широкополосной источник света на метод кодирования, мы повторить все шаги протокола, но на этот раз для импульсного излучения (Лазеры сверхкоротких импульсов около 12 fs FWHM, сосредоточены на 800 Нм, спектральный интервал 100 Нм FWHM, излучаемый режим блокировки Ti : Сапфир лазера от Фемтолазер, со скоростью повторения 75 МГц). Результаты показаны на рисунке 4. Обратите внимание, что, из-за смеси различных спектральных составляющих импульса, проверено шаблоны являются очень близко к предполагаемыми.
Рисунок 4: представитель экспериментальные результаты под сверхкоротких импульсного освещения. (A) определяемые пользователем амплитуды шаблон сложного поля. (B) определяемые пользователем этап шаблон сложного поля. (C) интерферограмм связанные с этапа на основе поляризации ветра техника разработана в четыре этапа и полученные после добавления 0, π/2, π и 3π/2 фазы элемент α(x,y). (D) проверено экспериментальным амплитудно шаблон. (E) проверено экспериментальный этап шаблон. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Лазерные лучи являются неразрывно сложных полей, поэтому в большинство потенциальных приложений один должны иметь возможность изменять их амплитуда и фаза, одновременно. Настоящий метод позволяет сделать это с помощью элемент однофазные (реализовано или не в фазе только ОДС). Мы считаем, что в ближайшем будущем, этот метод может использоваться, например освещение пути Микроскопы9,10 для одновременного возбуждения линейной и нелинейной различных зон биологических образцов, или параллельно микро обработки11,12 материалов. В обоих приложениях очевидна роль амплитудной модуляции, тем временем фазовая модуляция может быть использован, в то же время, для компенсации оптических аберраций в плоскости выборки и обработки. Наконец, следует отметить, что метод кодирования, описанные с настоящим Протоколом не ограничивается использования SLMs. Исправлена фазы элементы α(x,y) построена с другими методами (например: офсетным методы) могут быть разными, но одинаково действительны вариант для осуществления настоящего Протокола.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторы не имеют ничего сообщать.
Acknowledgments
Это исследование было поддержано генералитета Valenciana (PROMETEO 2016-079), Университет Жауме I (UJI) (UJIB2016-19); и y Ministerio де Economía развитию (МИНЕКО) (FIS2016-75618-R). Авторы очень благодарны SCIC Universitat Jaume I для использования фемтосекундный лазер.
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. Computer-generated double-phase holograms. Applied Optics. 17 (24), 3874-3883 (1978).
- 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. Phase-shifting digital holography. Optics Letters. 22 (16), 1268-1270 (1997).
- 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).
