تشكيل السعة والطور لأشعة الليزر باستخدام الكهرومغناطيسية خفيفة مكانية المرحلة فقط
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.
Protocol
Representative Results
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 …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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
| 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 |
Riferimenti
- 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).
