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基于振幅型空間光調(diào)制器實現(xiàn)具有魯棒性且高對比度的多焦點聚焦方法

發(fā)布:中科微星 2024-06-20 15:09 閱讀:297
背景引入
        光學(xué)散射是自然界中一種普遍的物理現(xiàn)象,光散射是由于光在介質(zhì)中傳播路徑的復(fù)雜性和時空不均勻性所致,例如,在生物樣品和白色涂料等復(fù)雜光子介質(zhì)中廣泛存在結(jié)構(gòu)無序和不均勻性。光在通過無序介質(zhì)時不可避免地會發(fā)生多次散射,但光的干涉信息會保留。 %-l:_A  
論文信息
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        研究散射光的干涉具有重大意義,例如安德森局域化、相干背散射(CBS)以及隨機激光現(xiàn)象等都是通過研究散射光的干涉發(fā)現(xiàn)。值得注意的是,已證明通過實時反饋或者對透射矩陣的測量,借助波前整形(WFS)技術(shù)可以實現(xiàn)對多重散射光進行主動控制。 ^JtHTLHL=  
        散射光是通過在入射光的波前上加載一些特定的相位模式來操縱的,這提供了揭示復(fù)雜散射過程中基本物理特性的能力,如打開/關(guān)閉本征通道、散射介質(zhì)內(nèi)部的能量增強、透射特征通道的橫向定位。此外,通過對散射光的控制,對光學(xué)成像、光通信、非線性光學(xué)以及生物醫(yī)療等方面有著非常重要的應(yīng)用價值。 9>R|k$`  
空間光調(diào)制器工作原理
        振幅型空間光調(diào)制器TSLM023-A的顯示屏采用的是扭曲向列型面板(TN面板),這種液晶工作模式具有旋光作用,能夠改變光的偏振方向。通過對液晶分子進行加電改變液晶偏轉(zhuǎn)角度,調(diào)節(jié)旋光效應(yīng)的強弱,配合偏振器件就能夠?qū)崿F(xiàn)振幅調(diào)制。這個過程中雙折射效應(yīng)與旋光效應(yīng)并存,液晶厚度的增加可以使雙折射效應(yīng)減弱,做到純振幅調(diào)制。而當液晶盒的厚度足夠大,且液晶分子傾角較低時,只有相位調(diào)制,無振幅調(diào)制;在液晶分子傾角較大時,會出現(xiàn)振幅調(diào)制,此時振幅和相位同時進行調(diào)制, 液晶傾角是由加載在液晶分子兩端的像素電壓決定的,因此液晶像素電壓范圍決定了液晶器件工作在振幅調(diào)制區(qū)還是相位調(diào)制區(qū)。所以,通過改變加載的圖像使用TSLM023-A也可以實現(xiàn)一定的相位調(diào)制。
本文主要研究工作
        文章所采用的實驗裝置如圖1所示,擴束后的532nm光通過振幅型空間光調(diào)制器(中科微星 TSLM023-A),采用全息的方式實現(xiàn)對波前的純相位控制。在SLM上使用M個像素來控制波前單個相位,單個像素大小為26um,對應(yīng)地透射光的可控點總數(shù)與像素數(shù)相同,即目標區(qū)域大小對應(yīng)SLM像素的數(shù)量,通過將測量圖案與目標圖案的高緯度矢量對準來實現(xiàn)純相位控制。
]uvbQ.l_t  
圖1 實驗裝置。在虛線框中,散射樣品被放置在帶有黑條的白紙上,表明樣品強烈散射光。
k^pu1g=6I  
圖2 模擬結(jié)果。具有時間反轉(zhuǎn)WFS (a)和具有反饋的WFS (c)的三聚焦模式,分別對應(yīng)于(b)和(d)中的第一個模擬結(jié)果。利用時間反轉(zhuǎn)WFS (b)和反饋WFS (d)在10個不同的模擬中構(gòu)建的三聚焦模式的峰值-背景比(𝜂)。
(@ E#O$'  
圖3 實驗結(jié)果。(a)在WFS之前,目標區(qū)域內(nèi)透射光的強度測量。(b)反饋WFS的收斂曲線。(c)在WFS之后,這三個焦點被構(gòu)建在預(yù)定義的位置上。(d)在10個不同的實驗中,構(gòu)建的三聚焦模式的峰值-背景比(𝜂)。(e)峰值與背景的比值隨著焦點的數(shù)量的變化。 u =kSs  
=.E(p)fz  
        文章中所提出的實時反饋WFS系統(tǒng)不僅成功地在預(yù)定位置構(gòu)建了多個衍射極限的聚焦點,而且顯著抑制了由背景場引起的對焦斑的隨機擾動,有望實現(xiàn)散射光的多聚焦點,進而可以應(yīng)用在量子干涉、光學(xué)成像、光學(xué)操縱以及光與物質(zhì)相互作用等方向。本實驗中所采用的中科微星透射式空間光調(diào)制器TSLM023-A的參數(shù)規(guī)格如下:
U_- K6:tr  
型號 &XRFX 5gP  
TSLM023-A `5-#M/J  
調(diào)制類型 CLfb`rF  
振幅型 n:'BN([]o  
液晶類型 ~It+|X=Kx  
透射式灰度等級8位,256階 ?0mJBA  
液晶模式TN XyphQ}\u  
驅(qū)動方式 vB5iG|b}  
模擬
像素數(shù) ~5uNw*H  
1024×768  vkpV,}H  
像元大小26μm
有效區(qū)域 O{#Cddt:r  
1.3"
26.6mm×19.9mm
對比度400:1@532nm AtlR!I EUb  
響應(yīng)時間≤16.7ms開口率 p qN[G=0  
67% 9'q