(a) Esquema del sistema óptico. (b) CGH mostrado en el SLM para la generación de una matriz de focos de 9 × 9. (c) La matriz de focos en el plano focal de la lente 1 (plano P). (d) Distribución de fase y (e) distribución de intensidad en la pupila de entrada del objetivo (plano E). (f) Matriz de focos múltiples simulada y (g) medida generada en el plano focal del objetivo (plano F). (h) Perfil de intensidad ampliado de un solo punto focal en la matriz. Las flechas indican las direcciones de polarización. (i) Perfil de intensidad longitudinal y diagrama de línea correspondiente de la matriz de focos. (j) Distribución de intensidad simulada y (k) medida en el plano F cuando el CGH para la generación del patrón "E" está codificado en el SLM. (l-m) Perfiles de intensidad agrandados del patrón correspondiente a (j) y (k) con los mismos puntos de muestreo que en (i). Esta investigación recibió financiación de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China, Fondos de investigación de la USTC de la iniciativa Double First-Class, Asociación de Promoción de la Innovación Juvenil de la Academia de Ciencias de China, y Programa Nacional de I + D clave de China. Crédito:por Yanlei Hu, Zhongyu Wang, Xuewen Wang, Shengyun Ji, Chenchu Zhang, Jiawen Li, Wulin Zhu, Dong Wu, Jiaru Chu
La difracción es un fenómeno óptico clásico que explica la propagación de la luz. El cálculo eficiente de la difracción tiene un valor significativo para la predicción de campos de luz en tiempo real. La difracción de ondas electromagnéticas (EM) se puede catalogar en difracción escalar y difracción vectorial según la validación de diferentes condiciones de aproximación. Aunque las expresiones matemáticas para ambas difracciones ópticas se han presentado con autoridad durante siglos, Rara vez se han logrado avances fundamentales en algoritmos de cálculo. El método de integración directa y el método de transformada rápida de Fourier (FFT) se han desarrollado y se ha demostrado que adolecen de los límites de baja eficiencia o poca flexibilidad. Por lo tanto, el cálculo versátil de la difracción óptica de una manera eficiente y flexible tiene una gran demanda.
En un nuevo artículo publicado en Ciencias de la luz y aplicaciones , un equipo de científicos, dirigido por el profesor Jiawen Li y Dong Wu del Laboratorio clave de comportamiento mecánico y diseño de materiales de CAS, Laboratorio clave de instrumentación científica de precisión de los institutos de educación superior de Anhui, Departamento de Maquinaria de Precisión e Instrumentación de Precisión, Universidad de Ciencia y Tecnología de China, y sus colaboradores han propuesto un método de cálculo de ruta completa eficiente explorando las similitudes matemáticas en la difracción escalar y vectorial.
La difracción escalar y vectorial se expresan utilizando el método de Bluestein altamente flexible. El tiempo de cálculo se puede reducir en gran medida al nivel inferior al segundo, que es cinco órdenes de magnitud más rápido que el logrado por el enfoque de integración directa y dos órdenes de magnitud más rápido que el logrado por el método FFT. Es más, las ROI y los números de muestreo se pueden elegir arbitrariamente, dotando al método propuesto de una flexibilidad superior. Finalmente, El trazado de luz de trayectoria completa de un sistema holográfico láser típico se presenta con una velocidad computacional sin precedentes, que concuerda bien con los resultados experimentales. El método propuesto es muy prometedor en las aplicaciones universales de microscopía óptica, fabricación, y manipulación.
El método Bluestein es un método elegante concebido por L. Bluestein y más generalizado por L. Rabiner et al., que es una herramienta prometedora en el arsenal del ingeniero en el campo del procesamiento de señales digitales. El método de Bluestein es capaz de realizar transformaciones de Fourier más generales a frecuencias arbitrarias, así como de aumentar la resolución en todo el espectro. ofreciéndonos una operación de zoom espectral con alta resolución y ancho de banda arbitrario. Estos científicos resumen el trabajo de la aplicación del método de Bluestein en el cálculo de difracción escalar y vectorial:
"Revisamos y dedujimos las fórmulas integrales para difracción escalar y vectorial en formas de transformada de Fourier, y luego utilizar el método de Bluestein para suplantar completamente la transformada de Fourier de una manera más flexible. Basado en esto, la difracción óptica se evalúa con ROI y números de muestreo designados ".
"Se dan algunos ejemplos representativos de difracción escalar y vectorial para demostrar la mejora en la eficiencia y la flexibilidad. Además, El rastreo de luz de trayectoria completa de un sistema holográfico óptico se presenta con una velocidad de cálculo sin precedentes. Y los resultados son verificados por las mediciones experimentales ”, agregaron.
"Se realizan algunos ajustes importantes en el método de Bluestein convencional, incluida la definición de un punto de partida complejo y un factor de cambio de fase adicional para hacer frente a la condición realista de los cálculos ópticos, "enfatizaron los científicos." El método rápido y flexible propuesto para recuperar el campo de luz puede encontrar amplias aplicaciones en los campos de la microscopía óptica, fotolitografía y manipulación óptica, "ellos pronostican.
