Hurtig og fleksibel beregning af optisk diffraktion

Diffraktion er et klassisk optisk fænomen, der tegner sig for lysudbredelse. Den effektive beregning af diffraktion er af betydelig værdi i forhold til realtidsforudsigelse af lysfelter. Diffraktionen af ​​elektromagnetiske (EM) bølger kan katalogiseres i skalardiffraktion og vektordiffraktion i henhold til validering af forskellige tilnærmelsesbetingelser. Selvom matematiske udtryk for både optisk diffraktion er blevet præsenteret autoritativt i årevis, grundlæggende gennembrud er sjældent blevet opnået i beregningsalgoritmer. Den direkte integrationsmetode og den hurtige Fourier transform (FFT) metode er blevet udviklet og har vist sig at lide under grænserne for enten lav effektivitet eller dårlig fleksibilitet. Derfor, den alsidige beregning af optisk diffraktion på en effektiv og fleksibel måde er stærkt efterspurgt.

I et nyt papir udgivet i Letvidenskab og applikationer , et hold forskere, ledet af professor Jiawen Li og Dong Wu fra CAS Key Laboratory of Mechanical Behavior and Design of Materials, Key Laboratory of Precision Scientific Instrumentation of Anhui Higher Education Institutes, Institut for præcisionsmaskiner og præcisionsinstrumenter, University of Science and Technology of China, og kolleger har foreslået en effektiv fuldvejsberegningsmetode ved at undersøge de matematiske ligheder i skalar og vektordiffraktion.

Skalar og vektordiffraktion udtrykkes begge ved hjælp af den meget fleksible Bluestein -metode. Beregningstiden kan reduceres kraftigt til niveauet under sekund, hvilket er fem størrelsesordener hurtigere end det, der opnås ved tilgangen til direkte integration og to størrelsesordener hurtigere end det, der opnås ved FFT -metoden. Desuden, ROI'erne og prøveudtagningsnumrene kan vælges vilkårligt, giver den foreslåede metode overlegen fleksibilitet. Endelig, fuldsporet lyssporing af et typisk laserholografisk system præsenteres med en hidtil uset beregningshastighed, hvilket stemmer godt overens med de eksperimentelle resultater. Den foreslåede metode har et stort løfte i de universelle anvendelser af optisk mikroskopi, fremstilling, og manipulation.

Bluestein -metoden er en elegant metode udtænkt af L. Bluestein og yderligere generaliseret af L. Rabiner et al., som er et lovende værktøj i ingeniørens arsenal inden for digital signalbehandling. Bluestein -metoden er i stand til at udføre mere generelle Fourier -transformationer ved vilkårlige frekvenser samt øge opløsningen over hele spektret, tilbyder os en spektral zoomoperation med høj opløsning og vilkårlig båndbredde. Disse forskere opsummerer arbejdet med anvendelsen af ​​Bluestein -metoden i både skalar- og vektordiffraktionsberegning:

"Vi besøgte og udledte de integrale formler for skalar- og vektordiffraktion i Fourier -transformformer, og derefter bruge Bluestein -metoden til helt at erstatte Fourier -transformationen på en mere fleksibel måde. Baseret på dette, optisk diffraktion evalueres med udpegede ROI'er og prøvetagningsnumre. "

"Der gives et par repræsentative eksempler på både skalar- og vektordiffraktion for at demonstrere forbedringen i effektivitet og fleksibilitet. Desuden er fuld-spor lyssporing af et optisk holografisk system præsenteres med en hidtil uset beregningshastighed. Og resultaterne verificeres af de eksperimentelle målinger. "Tilføjede de.

"Der foretages nogle vigtige justeringer af den konventionelle Bluestein -metode, herunder definitionen af ​​komplekst udgangspunkt og yderligere faseforskydningsfaktor for at klare den realistiske betingelse for optiske beregninger, "understregede forskerne." Den foreslåede hurtige og fleksible metode til at hente lysfeltet kan finde brede anvendelser inden for optisk mikroskopi, fotolitografi og optisk manipulation, "forudsiger de.