(a) Esboço do sistema óptico. (b) CGH exibido no SLM para a geração de uma matriz focal 9 × 9. (c) A matriz focal no plano focal da lente 1 (plano P). (d) Distribuição de fases e (e) distribuição de intensidade na pupila de entrada da objetiva (plano E). (f) Simulado e (g) matriz multifocal medida gerada no plano focal da objetiva (plano F). (h) Perfil de intensidade ampliado de um único ponto focal na matriz. As setas indicam as direções de polarização. (i) Perfil de intensidade longitudinal e gráfico de linha correspondente da matriz de focos. (j) Simulado e (k) distribuição de intensidade medida no plano F quando o CGH para a geração do padrão "E" é codificado no SLM. (l-m) Perfis de intensidade ampliados do padrão correspondente a (j) e (k) com os mesmos pontos de amostragem que em (i). Esta pesquisa recebeu financiamento da Fundação Nacional de Ciências Naturais da China, USTC Research Funds of the Double First-Class Initiative, Associação de Promoção da Inovação Juvenil da Academia Chinesa de Ciências, e Programa Nacional Chave de P&D da China. Crédito:por Yanlei Hu, Zhongyu Wang, Xuewen Wang, Shengyun Ji, Chenchu Zhang, Jiawen Li, Wulin Zhu, Dong Wu, Jiaru Chu
A difração é um fenômeno óptico clássico responsável pela propagação da luz. O cálculo eficiente de difração é de valor significativo para a previsão em tempo real de campos de luz. A difração de ondas eletromagnéticas (EM) pode ser catalogada em difração escalar e difração vetorial de acordo com a validação de diferentes condições de aproximação. Embora expressões matemáticas para ambas difração óptica tenham sido apresentadas com autoridade por muito tempo, avanços fundamentais raramente foram alcançados em algoritmos de computação. O método de integração direta e o método da transformada rápida de Fourier (FFT) foram desenvolvidos e provaram sofrer com os limites de baixa eficiência ou pouca flexibilidade. Portanto, a computação versátil de difração óptica de uma forma eficiente e flexível é altamente exigida.
Em um novo artigo publicado em Ciência leve e aplicações , uma equipe de cientistas, liderado pelo Professor Jiawen Li e Dong Wu do Laboratório de Comportamento Mecânico e Projeto de Materiais CAS, Laboratório chave de instrumentação científica de precisão dos institutos de ensino superior de Anhui, Departamento de Máquinas de Precisão e Instrumentação de Precisão, Universidade de Ciência e Tecnologia da China, e colegas de trabalho propuseram um método de cálculo de caminho completo eficiente, explorando as semelhanças matemáticas na difração escalar e vetorial.
Difração escalar e vetorial são expressos usando o método Bluestein altamente flexível. O tempo de computação pode ser bastante reduzido para o nível inferior a um segundo, que é cinco ordens de magnitude mais rápido do que o alcançado pela abordagem de integração direta e duas ordens de magnitude mais rápido do que o alcançado pelo método FFT. Além disso, as ROIs e os números de amostragem podem ser escolhidos arbitrariamente, dotando o método proposto de flexibilidade superior. Finalmente, o traçado de luz de caminho completo de um sistema holográfico a laser típico é apresentado com velocidade computacional sem precedentes, o que concorda bem com os resultados experimentais. O método proposto é uma grande promessa nas aplicações universais da microscopia óptica, fabricação, e manipulação.
O método Bluestein é um método elegante concebido por L. Bluestein e posteriormente generalizado por L. Rabiner et al., que é uma ferramenta promissora no arsenal de engenheiros na área de processamento digital de sinais. O método Bluestein é capaz de realizar transformações de Fourier mais gerais em frequências arbitrárias, bem como aumentar a resolução em todo o espectro, oferecendo-nos uma operação de zoom espectral com alta resolução e largura de banda arbitrária. Esses cientistas resumem o trabalho de aplicação do método Bluestein na computação de difração escalar e vetorial:
"Nós revisitamos e deduzimos as fórmulas integrais para difração escalar e vetorial nas formas de transformada de Fourier, e então utilizar o método Bluestein para suplantar completamente a transformada de Fourier de uma forma mais flexível. Com base nisso, difração óptica é avaliada com ROIs designados e números de amostragem. "
"Alguns exemplos representativos são dados para difração escalar e vetorial para demonstrar a melhoria na eficiência e flexibilidade. Além disso, o traçado de luz de caminho completo de um sistema holográfico óptico é apresentado com uma velocidade de computação sem precedentes. E os resultados são verificados pelas medições experimentais ”, acrescentaram.
"Alguns ajustes importantes são feitos no método Bluestein convencional, incluindo a definição de um ponto de partida complexo e fator de deslocamento de fase adicional para lidar com a condição realista para cálculos ópticos, "enfatizaram os cientistas." O método proposto rápido e flexível para recuperar o campo de luz pode encontrar amplas aplicações nos campos da microscopia óptica, fotolitografia e manipulação óptica, "eles prevêem.
