(a) Schema del sistema ottico. (b) CGH visualizzato sull'SLM per la generazione di un array di fuochi 9×9. (c) La matrice dei fuochi sul piano focale dell'obiettivo 1 (piano P). (d) Distribuzione di fase e (e) distribuzione di intensità sulla pupilla d'ingresso dell'obiettivo (piano E). (f) matrice multifocale simulata e (g) misurata generata sul piano focale dell'obiettivo (piano F). (h) Profilo di intensità ingrandito di un singolo punto focale nell'array. Le frecce indicano le direzioni di polarizzazione. (i) Profilo di intensità longitudinale e grafico a linee corrispondente dell'array di fuochi. (j) distribuzione dell'intensità simulata e (k) misurata sul piano F quando il CGH per la generazione del pattern "E" è codificato sull'SLM. (l-m) Profili di intensità ingranditi del modello corrispondente a (j) e (k) con gli stessi punti di campionamento di (i). Questa ricerca ha ricevuto finanziamenti dalla National Natural Science Foundation of China, Fondi di ricerca USTC della Double First-Class Initiative, Associazione per la promozione dell'innovazione giovanile dell'Accademia cinese delle scienze, e Programma nazionale di ricerca e sviluppo chiave della Cina. Credito:di Yanlei Hu, Zhongyu Wang, Xuewen Wang, Shengyun Ji, Chenchu Zhang, Jiawen Li, Wulin Zhu, Dong Wu, Jiaru Chu
La diffrazione è un classico fenomeno ottico che tiene conto della propagazione della luce. Il calcolo efficiente della diffrazione ha un valore significativo per la previsione in tempo reale dei campi luminosi. La diffrazione delle onde elettromagnetiche (EM) può essere catalogata in diffrazione scalare e diffrazione vettoriale secondo la convalida di diverse condizioni di approssimazione. Sebbene le espressioni matematiche per entrambe le diffrazioni ottiche siano state presentate autorevolmente per secoli, scoperte fondamentali sono state raramente raggiunte negli algoritmi di calcolo. Il metodo di integrazione diretta e il metodo della trasformata di Fourier veloce (FFT) sono stati sviluppati e hanno dimostrato di soffrire dei limiti della bassa efficienza o della scarsa flessibilità. Perciò, il calcolo versatile della diffrazione ottica in modo efficiente e flessibile è molto richiesto.
In un nuovo articolo pubblicato su Scienza e applicazioni della luce , un team di scienziati, guidato dal professor Jiawen Li e Dong Wu del CAS Key Laboratory of Mechanical Behavior and Design of Materials, Laboratorio chiave di strumentazione scientifica di precisione degli istituti di istruzione superiore dell'Anhui, Dipartimento di Macchine di Precisione e Strumentazione di Precisione, Università della Scienza e della Tecnologia della Cina, e collaboratori hanno proposto un efficiente metodo di calcolo del percorso completo esplorando le somiglianze matematiche nella diffrazione scalare e vettoriale.
La diffrazione scalare e vettoriale sono entrambe espresse utilizzando il metodo Bluestein altamente flessibile. Il tempo di calcolo può essere notevolmente ridotto al livello inferiore al secondo, che è cinque ordini di grandezza più veloce di quello ottenuto con l'approccio dell'integrazione diretta e due ordini di grandezza più veloce di quello ottenuto con il metodo FFT. Per di più, le ROI e i numeri di campionamento possono essere scelti arbitrariamente, dotare il metodo proposto di flessibilità superiore. Finalmente, il tracciamento della luce a percorso completo di un tipico sistema olografico laser viene presentato con una velocità di calcolo senza precedenti, che concorda bene con i risultati sperimentali. Il metodo proposto è molto promettente nelle applicazioni universali della microscopia ottica, fabbricazione, e manipolazione.
Il metodo Bluestein è un metodo elegante ideato da L. Bluestein e ulteriormente generalizzato da L. Rabiner et al., che è uno strumento promettente nell'arsenale degli ingegneri nel campo dell'elaborazione del segnale digitale. Il metodo Bluestein è in grado di eseguire trasformate di Fourier più generali a frequenze arbitrarie e di aumentare la risoluzione sull'intero spettro, offrendoci un'operazione di zoom spettrale con alta risoluzione e larghezza di banda arbitraria. Questi scienziati riassumono il lavoro dell'applicazione del metodo Bluestein nel calcolo della diffrazione sia scalare che vettoriale:
"Abbiamo rivisitato e dedotto le formule integrali per la diffrazione scalare e vettoriale nelle forme trasformate di Fourier, e quindi utilizzare il metodo Bluestein per soppiantare completamente la trasformata di Fourier in modo più flessibile. Basato su questo, la diffrazione ottica viene valutata con ROI designati e numeri di campionamento."
"Sono forniti alcuni esempi rappresentativi per la diffrazione sia scalare che vettoriale per dimostrare il miglioramento dell'efficienza e della flessibilità. Inoltre, il tracciamento della luce a percorso completo di un sistema olografico ottico viene presentato con una velocità di calcolo senza precedenti. E i risultati sono verificati dalle misurazioni sperimentali", hanno aggiunto.
"Sono stati apportati alcuni importanti aggiustamenti al metodo Bluestein convenzionale, inclusa la definizione di un punto di partenza complesso e un fattore di sfasamento aggiuntivo per far fronte alle condizioni realistiche per i calcoli ottici, " hanno sottolineato gli scienziati. "Il metodo veloce e flessibile proposto per il recupero del campo luminoso può trovare ampie applicazioni nei campi della microscopia ottica, fotolitografia e manipolazione ottica, "prevedono.
