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

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 קורות^2,3,4,5. 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)e^{אניφ(x,y)} יכולה להיכתב גם בתור:

(1)

איפה

(2)

(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 להיות^{אניϑ(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

(4)

לפיכך,

(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{e^iα(x,y)} של שלב מקודד הפונקציה קשורה הספקטרום של השדה מורכב נ{U(x,y)} על-ידי הביטוי

(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 U_RET(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:

(7)

ב הציוד (7), פעולת קונבולוציה זה מסומן על ידי הסימן , 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.