(a) Croquis du système optique. (b) CGH affiché sur le SLM pour la génération d'un réseau de foyers 9 × 9. (c) Le réseau de foyers sur le plan focal de la lentille 1 (plan P). (d) Distribution de phase et (e) distribution d'intensité sur la pupille d'entrée de l'objectif (plan E). (f) Réseau multi-foyers simulé et (g) mesuré généré sur le plan focal de l'objectif (plan F). (h) Profil d'intensité agrandi d'une seule tache focale dans le réseau. Les flèches indiquent les directions de polarisation. (i) Profil d'intensité longitudinale et tracé de ligne correspondant du réseau de foyers. (j) Distribution d'intensité simulée et (k) mesurée sur le plan F lorsque le CGH pour la génération du motif "E" est codé sur le SLM. (l-m) Profils d'intensité élargis du motif correspondant à (j) et (k) avec les mêmes points d'échantillonnage qu'en (i). Cette recherche a reçu un financement de la National Natural Science Foundation of China, Fonds de recherche USTC de la Double First-Class Initiative, Association de promotion de l'innovation des jeunes de l'Académie chinoise des sciences, et le programme national clé de R&D de la Chine. Crédit :par Yanlei Hu, Zhongyu Wang, Xuewen Wang, Shengyun Ji, Chenchu Zhang, Jiawen Li, Wulin Zhu, Dong Wu, Jiaru Chu
La diffraction est un phénomène optique classique responsable de la propagation de la lumière. Le calcul efficace de la diffraction est d'une valeur significative pour la prédiction en temps réel des champs lumineux. La diffraction des ondes électromagnétiques (EM) peut être cataloguée en diffraction scalaire et diffraction vectorielle selon la validation de différentes conditions d'approximation. Bien que les expressions mathématiques pour la diffraction optique aient été présentées avec autorité depuis des lustres, des percées fondamentales ont rarement été réalisées dans les algorithmes de calcul. La méthode d'intégration directe et la méthode de transformée de Fourier rapide (FFT) ont été développées et se sont avérées souffrir des limites d'une faible efficacité ou d'une faible flexibilité. Par conséquent, le calcul polyvalent de la diffraction optique d'une manière efficace et flexible est très demandé.
Dans un nouvel article publié dans Science de la lumière et applications , une équipe de scientifiques, dirigé par les professeurs Jiawen Li et Dong Wu du CAS Key Laboratory of Mechanical Behavior and Design of Materials, Laboratoire clé d'instrumentation scientifique de précision des instituts d'enseignement supérieur de l'Anhui, Département des machines de précision et de l'instrumentation de précision, Université des sciences et technologies de Chine, et ses collègues ont proposé une méthode efficace de calcul du trajet complet en explorant les similitudes mathématiques dans la diffraction scalaire et vectorielle.
La diffraction scalaire et vectorielle sont toutes deux exprimées à l'aide de la méthode de Bluestein hautement flexible. Le temps de calcul peut être considérablement réduit au niveau inférieur à la seconde, ce qui est cinq ordres de grandeur plus rapide que celui obtenu par l'approche d'intégration directe et deux ordres de grandeur plus rapide que celui obtenu par la méthode FFT. Par ailleurs, les ROI et les numéros d'échantillonnage peuvent être choisis arbitrairement, conférant à la méthode proposée une flexibilité supérieure. Finalement, le traçage de la lumière sur tout le trajet d'un système holographique laser typique est présenté avec une vitesse de calcul sans précédent, ce qui concorde bien avec les résultats expérimentaux. La méthode proposée est très prometteuse dans les applications universelles de la microscopie optique, fabrication, et manipulation.
La méthode Bluestein est une méthode élégante conçue par L. Bluestein et généralisée par L. Rabiner et al., qui est un outil prometteur dans l'arsenal de l'ingénieur dans le domaine du traitement numérique du signal. La méthode Bluestein est capable d'effectuer des transformées de Fourier plus générales à des fréquences arbitraires ainsi que d'augmenter la résolution sur tout le spectre, nous offrant une opération de zoom spectral avec une haute résolution et une bande passante arbitraire. Ces scientifiques résument le travail de l'application de la méthode Bluestein dans les calculs de diffraction scalaire et vectorielle :
"Nous avons revisité et déduit les formules intégrales de diffraction scalaire et vectorielle sous forme de transformée de Fourier, puis utiliser la méthode Bluestein pour supplanter complètement la transformée de Fourier d'une manière plus flexible. Basé sur ceci, la diffraction optique est évaluée avec des retours sur investissement et des numéros d'échantillonnage désignés."
"Quelques exemples représentatifs sont donnés pour la diffraction scalaire et vectorielle afin de démontrer l'amélioration de l'efficacité et de la flexibilité. De plus, Le traçage de la lumière sur tout le trajet d'un système holographique optique est présenté avec une vitesse de calcul sans précédent. Et les résultats sont vérifiés par les mesures expérimentales", ont-ils ajouté.
"Certains ajustements importants sont apportés à la méthode Bluestein conventionnelle, notamment la définition d'un point de départ complexe et d'un facteur de déphasage supplémentaire afin de faire face aux conditions réalistes des calculs optiques, " ont souligné les scientifiques. " La méthode rapide et flexible proposée pour récupérer le champ lumineux peut trouver de larges applications dans les domaines de la microscopie optique, photolithographie et manipulation optique, " ont-ils prédit.
