JP7410959B2 - 位相空間光変調器を用いた大スケールの一様な光学的焦点アレイ生成 - Google Patents
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Description
本願は、2019年2月22日に出願された米国仮出願番号第62/809,122号の利益を主張し、該出願は、その全体において参照により本明細書に援用される。
本発明は、国立科学基金(「NSF」)により授与されたNSF PHY-1125846、海軍研究の防衛局の部門(「DOD」)により授与されたN00014-15-l-2846、NSFにより授与されたPHY-1125846およびNSFにより授与されたPHY-1506284の元の政府支持によりなされた。政府は、本発明において一定の権利を有する。
本特許開示は、著作権保護に供される材料を含み得る。著作権者は、それば米国特許商標庁の特許ファイルまたは記録に現れる場合は、何者による特許文書または特許開示の複製にも異議を有さないが、そうでない場合、任意および全ての著作権を保有する。
一様な光学的焦点アレイは、画像面上に一様な強度を有する光学的焦点パターンを生じ、ワイドフィールドレーザースキャニング顕微鏡法(wide-field laser-scanning microscopy)、多焦点多光子顕微鏡法(multi-focus multiphoton microscopy)、および多ビームレーザー加工(multi-beam laser machining)等の種々の適用において使用され得る。マイクロレンズアレイ(micro-lens arrays)、音響光学ディフレクター(acousto-optic deflectors)、振幅空間光変調器(amplitude spatial light modulators)(「SLM」)、および位相SLMの使用等の多くのアプローチが、光学的焦点アレイを生成するために開発されてきた。これらの中で、位相SLMは、入射光ビームの位相を局所スケールでシフトさせ、これらの位相シフトは、画像面上で干渉パターンを生じる。
例示的な態様において、本開示は:光源振幅関数、標的振幅関数、および位相関数を読み取り;位相ロック条件(phase-locking condition)が第一の反復プロセスにおいて満たされるまで反復的に:光源振幅関数および位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成すること、焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算すること、補正された振幅関数および焦点面位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、位相関数を更新すること;ロックされた位相関数として焦点面位相関数を保持し;位相関数第一の停止条件が第二の反復プロセスにおいて満たされるまで反復的に:光源振幅関数および位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成すること、焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算すること、および補正された振幅関数およびロックされた位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、位相関数を更新することのために構成されたコンピューター計算ノードを含むシステムを提供する。
開示された主題の種々の目的、特徴および利点は、以下の図面と関連して考慮された場合、以下の開示された主題の詳細な説明に関してより十分に認識され得、該図面において、同様の参照番号は、同様の要素を同定する。
いくつかの態様に従って、本開示は、一様な大スケールの光学的焦点アレイ(「LOFA」)を生成するための方法およびシステムを記載する。いくつかの態様において、「大スケール」とは、多くの光学的焦点を言い得、「一様な」とは、これらの焦点にわたって一様な強度を有することを言い得る。例えば、改変加重Gerchberg-Saxton(「WGS」)アルゴリズムは、位相ロック条件を満たすことに基づく多くのイテレーションの後、位相をロックすることにより実施され得る。位相ロック条件を満たす際に位相をロックすることを介してIFTAにおける所望されない位相回転を同定および除去することは、例えば、高度に一様なLOFAにおける使用のためにCGHを迅速に生成し得る。いくつかの例において、システム誘導性LOFA強度不均一性の迅速な補償はまた、慣例的なIFTA、例えば、旧来のWGSアルゴリズムにわたって達成され得る。従って、改変は、光学系の欠陥を補償し、結果として、一様なLOFAを生成するために、迅速かつ信頼性のあるフィードバックを可能にし得る。いくつかの例示的な実施において、ほんの3回の適応性補正工程、
図2は、例示的なLOFA幾何構造を生成するために使用される位相固定改変WGSアルゴリズムの例示的な実行の性能をプロットする。非加重GSアルゴリズムは、黒実線として示され、WGSは、影付き線として示され、改変WGSは、点で示される。例示的な改変WGSアルゴリズムにおいて、位相ロックの前のイテレーションの数を、12に設定した。図2Aの上の枠は、イテレーションの数の関数としての各アルゴリズムの(例えば、上で議論した式を使用して決定した場合の)得られた効率をプロットする。図2Aの下の枠は、イテレーションの数の関数としての各アルゴリズムの非一様性を示す。図2Aに示されるように、改変WGSアルゴリズムは、WGSアルゴリズムよりもより迅速により低い非一様性を達成する。図2Aの例において、0.995の一様性は、改変WGSアルゴリズム(慣例的なWGSアルゴリズム)について26(80)イテレーションを用いて達成される。
いくつかの態様において、IFTAから決定されたCGHを示すSLMは、期待される高度に一様なLOFAを生じず、代わりに、光学的焦点強度において不均一性を示す。この不均一性は、例えば、光学的設定およびSLMにおける欠陥により生じ得る。例えば、光源102からの非一様な光または焦点レンズ105における不均一性は、標的パターンからの不均等性を生じ得る。さらに、SLM104自体は、操作の間にいくらかの不均一性を示し得る。従って、いくつかの態様に従って、例えば、このシステム誘導性非一様性であるがこれに限定されない非一様性は、上で議論したものと同様の技術によりIFTAから決定されるCGHを適応性に補正することにより取り除かれ得る。以下により詳細に記載されるように、この技術は、適応性CGH補正を同定し、観察された非一様性を補償するために適用され得る。
(2)焦点面振幅関数に基づいて補正因子を計算すること;
(3)補正因子および標的焦点面振幅関数に基づいて補正された焦点面振幅関数を計算すること;
(4)補正された焦点面振幅関数および焦点面位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、更新された後焦点面振幅関数および更新された後焦点面位相関数を生成すること;
(5)位相ロック条件が満たされるまで後焦点面入力位相関数を更新された後焦点面位相関数で置き換えることにより、ステップ(1)~(4)を少なくとも1回繰り返すこと;
(6)ステップ(4)の焦点面位相関数を、位相ロック条件が満たされる時点の焦点面位相関数に等しいロックされた焦点面位相関数にロックしながら、ステップ(1)~(4)を少なくとも1回繰り返すこと;ならびに
(7)ステップ(6)の後、位相空間光変調器(「SLM」)により光源からの光の位相を変調すること
を含む方法であって、光の位相を変調することが、更新された後焦点面位相関数にほぼ等しい量だけ、SLMにより光の位相を局所的にシフトされることを含む、方法。
(11)以前のステップ(6)から決定された補正された焦点面振幅関数および固定された焦点面位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、更新された後焦点面位相関数を生成すること;
(12)CGH後焦点面入力振幅関数および後焦点面の更新された位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成すること;
(13)ステップ(7)~(12)を少なくとも1回繰り返すこと;
(14)ステップ(13)の後、位相SLMにより光源からの光の位相を変調すること
をさらに含む方法であって、光の位相を変調することが、ステップ(14)の後に、更新された後焦点面位相関数とほぼ等しい量だけSLMにより光の位相を局所的にシフトさせることを含む、請求項11記載の方法。
位相空間光変調器(「SLM」);
少なくとも1つの焦点レンズ;
コンピューターに、以下のステップ:
(1)コンピューター生成ホログラフ(「CGH」)後焦点面入力振幅関数および後焦点面入力位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成すること;
(2)焦点面振幅関数に基づいて補正因子を計算すること;
(3)補正因子および標的焦点面振幅関数に基づいて補正された焦点面振幅関数を計算すること;
(4)補正された焦点面振幅関数および焦点面位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、更新された後焦点面位相関数を生成すること;
(5)位相ロック条件が満たされるまで、後焦点面入力位相関数を更新された後焦点面位相関数で置き換えることにより、ステップ(1)~(4)を少なくとも1回繰り返すこと;
(6)ステップ(4)における焦点面位相関数を、位相ロック条件が満たされる時点の焦点面位相関数に等しいロックされた焦点面位相関数にロックしながら、ステップ(1)~(4)を少なくとも1回繰り返すこと;ならびに
(7)ステップ(6)の後、位相SLMにより光源からの光の位相を変調すること
を行わせるように構成される、コンピューター読み取り可能記憶媒体上の指示を含むコンピューター読み取り可能記憶媒体
を含むシステムであって、
光の位相を変調することが、更新された後焦点面位相関数にほぼ等しい量だけSLMにより光の位相を局所的にシフトさせることを含む、システム。
(10)焦点を合わされた位相変調光の振幅の空間的に分解された画像および標的焦点面振幅関数に基づいて、補正された焦点面振幅関数を計算させ;
(11)以前のステップ(6)から決定された補正された焦点面振幅関数および固定された焦点面位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、更新された後焦点面位相関数を生成させ;
(12)CGH後焦点面入力振幅関数および後焦点面の更新された位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成させ;
(13)ステップ(7)~(12)を少なくとも1回繰り返させ;
(14)ステップ(13)の後、位相SLMにより光源からの光の位相を変調させるように、指示がさらに構成される方法であって、
光の位相を変調させることが、ステップ(14)後の更新された後焦点面位相関数とほぼ等しい量だけSLMにより光の位相を局所的にシフトさせることを含む、請求項23記載の方法。
本発明の態様として以下のものが挙げられる。
項1
光源振幅関数、標的振幅関数および位相関数を読み取り;
位相ロック条件が第一の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に:
光源振幅関数および位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成し、
焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算し、
補正された振幅関数および焦点面位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、位相関数を更新し;
ロックされた位相関数として焦点面位相関数を保持し;
第一の停止条件が第二の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に:
光源振幅関数および位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成し、
焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算し、
補正された振幅関数およびロックされた位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、位相関数を更新する
ように構成されるコンピューター計算ノード
を含む、システム。
項2
位相空間光変調器(「SLM」);
SLMを照射するように構成される光源、ここで該光源は、光源振幅関数と一致し、それにより位相変調ビームを生成し、該ビームは振幅関数および位相関数を有する;ならびに
焦点面でビームにより生成される干渉パターンを検出するように構成される少なくとも1つの光検出器
をさらに含む、システムであって、
コンピューター計算ノードが、SLMおよび光検出器に操作的に連結され、さらに:
位相関数に従ってSLMを構成して、それによりビームの位相関数を調整し;
光検出器から干渉パターンの振幅関数を決定し;
干渉パターンの振幅関数に基づいて標的振幅関数を更新し;
第二の停止条件が第三の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に:
ビームの振幅関数およびビームの位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成し、
焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算し、
補正された振幅関数およびロックされた位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、位相関数を更新し;
位相関数に従ってSLMを構成して、それによりビームの位相関数を調整する
ように構成される、項1記載のシステム。
項3
コンピューター計算ノードがさらに:標的振幅関数を更新して、該第三の反復プロセスを繰り返すように構成される、項2記載のシステム。
項4
位相ロック条件が複数のイテレーションを含む、項1記載のシステム。
項5
イテレーションの数がユーザーにより選択される、項4記載のシステム。
項6
イテレーションの数が3~15である、項4記載のシステム。
項7
位相ロック条件が、焦点面振幅関数の効率閾値または焦点面振幅関数の一様性閾値の1つ以上を含む、項1記載のシステム。
項8
第一の停止条件が複数のイテレーションを含む、項1記載のシステム。
項9
イテレーションの数がユーザーにより選択される、項8記載のシステム。
項10
イテレーションの数が3~15である、項8記載のシステム。
項11
第一の停止条件が、焦点面振幅関数の効率閾値または焦点面振幅関数の一様性閾値の1つ以上を含む、項1記載のシステム。
項12
第二の停止条件が複数のイテレーションを含む、項2記載のシステム。
項13
イテレーションの数がユーザーにより選択される、項8記載のシステム。
項14
イテレーションの数が3~15である、項8記載のシステム。
項15
第二の停止条件が、焦点面振幅関数の効率閾値または焦点面振幅関数の一様性閾値の1つ以上を含む、項2記載のシステム。
項16
コンピューター計算ノードがさらに:
焦点面振幅関数の効率または焦点面振幅関数の一様性の1つ以上を計算し;
焦点面振幅関数の効率と効率閾値および/または焦点面振幅の一様性と一様性閾値を比較する
ように構成される、項1または2記載のシステム。
項17
コンピューター計算ノードがさらに、ユーザーから効率閾値または一様性閾値を受信するように構成される、項16記載のシステム。
項18
焦点面でビームにより生成される干渉パターンが、極大点の規則格子を形成する、項2記載のシステム。
項19
焦点面でビームにより生成される干渉パターンが、極大点の不規則格子を形成する、項2記載のシステム。
項20
光源振幅関数が、二次元ガウス振幅関数である、項1または2記載のシステム。
項21
該システムが少なくとも1つのレンズをさらに含み、該少なくとも1つのレンズが、焦点面にビームの焦点を合わせるように構成される、項2記載のシステム。
項22
光源振幅関数が光検出器により検出される、項1または2記載のシステム。
項23
焦点面でビームにより生成される干渉パターンが、それぞれが振幅を有する複数の焦点を含み、標的振幅関数を更新する工程が、複数の焦点の平均振幅をコンピューター計算すること、および複数の焦点のそれぞれの振幅と、平均振幅を比較することを含む、項2記載のシステム。
項24
光源振幅関数、標的振幅関数および位相関数を読み取ること;
位相ロック条件が第一の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に:
光源振幅関数および位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成すること、
焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算すること、ならびに
補正された振幅関数および焦点面位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、位相関数を更新すること;
ロックされた位相関数として焦点面位相関数を保持すること;ならびに
第一の停止条件が第二の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に:
光源振幅関数および位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成すること、
焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算すること、ならびに
補正された振幅関数およびロックされた位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、位相関数を更新すること
を含む、方法。
項25
光源により位相空間光変調器(「SLM」)を照射して、それにより位相変調ビームを生成すること、
ここで、光源は、光源振幅関数と一致し、
ビームは、振幅関数および位相関数を有し、
ビームは、焦点面に指向され、
光検出器は、焦点面でビームにより生成される干渉パターンを検出するように構成される;
位相関数に従ってSLMを構成し、それによりビームの位相関数を調整すること;
光検出器から、干渉パターンの振幅関数を決定すること;
干渉パターンの振幅関数に基づいて、標的振幅関数を更新すること;
第二の停止条件が第三の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に:
ビームの振幅関数およびビームの位相関数に対してフーリエ変換行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成すること、
焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算すること、
補正された振幅関数およびロックされた位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、位相関数を更新すること;ならびに
位相関数に従ってSLMを構成し、それによりビームの位相関数を調整すること
をさらに含む、項24記載の方法。
項26
標的振幅関数を更新して、第三の反復プロセスを繰り返すことをさらに含む、項24記載の方法。
項27
位相ロック条件が複数のイテレーションを含む、項24記載の方法。
項28
イテレーションの数がユーザーにより選択される、項27記載の方法。
項29
イテレーションの数が3~15である、項27記載の方法。
項30
位相ロック条件が、焦点面振幅関数の効率閾値または焦点面振幅関数の一様性閾値の1つ以上を含む、項24記載の方法。
項31
第一の停止条件が複数のイテレーションを含む、項24記載の方法。
項32
イテレーションの数がユーザーにより選択される、項31記載の方法。
項33
イテレーションの数が3~15である、項31記載の方法。
項34
第一の停止条件が、焦点面振幅関数の効率閾値または焦点面振幅関数の一様性閾値の1つ以上を含む、項24記載の方法。
項35
第二の停止条件が複数のイテレーションを含む、項25記載の方法。
項36
イテレーションの数がユーザーにより選択される、項35記載の方法。
項37
イテレーションの数が3~15である、項35記載の方法。
項38
第二の停止条件が、焦点面振幅関数の効率閾値または焦点面振幅関数の一様性閾値の1つ以上を含む、項25記載の方法。
項39
焦点面振幅関数の効率または焦点面振幅関数の一様性の1つ以上を計算すること;および
焦点面振幅関数の効率と効率閾値および/または焦点面振幅の一様性と一様性閾値を比較すること
をさらに含む、項24または25記載の方法。
項40
ユーザーから効率閾値または一様性閾値を受信することをさらに含む、項39記載の方法。
項41
焦点面でビームにより生成される干渉パターンが極大点の規則格子を形成する、項25記載の方法。
項42
焦点面でビームにより生成される干渉パターンが極大点の不規則格子を形成する、項25記載の方法。
項43
光源振幅関数が二次元ガウス振幅関数である、項24または25記載の方法。
項44
少なくとも1つのレンズにより、焦点面にビームの焦点を合わせることをさらに含む、項25記載の方法。
項45
光源振幅関数が光検出器により検出される、項24または25記載の方法。
項46
焦点面でビームにより生成される干渉パターンが、それぞれが振幅を有する複数の焦点を含み、標的振幅関数を更新することが、複数の焦点の平均振幅をコンピューター計算すること、および複数の焦点のそれぞれの振幅と、平均振幅を比較することを含む、項25記載の方法。
項47
光学的焦点アレイ生成のためのコンピュータープログラム物であって、コンピュータープログラム物が、該コンピュータープログラム物により具体化されるプログラム指示を有するコンピューター読み取り可能記憶媒体を含み、該プログラム指示は、プロセッサーに、
光源振幅関数、標的振幅関数および位相関数を読み取ること;
位相ロック条件が第一の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に:
光源振幅関数および位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成すること、
焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算すること、
補正された振幅関数および焦点面位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、位相関数を更新すること;
ロックされた位相関数として焦点面位相関数を保持すること;ならびに
第一の停止条件が第二の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に:
光源振幅関数および位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成すること、
焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算すること、
補正された振幅関数およびロックされた位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、位相関数を更新すること
を含む方法を実行させるようにプロセッサーにより実行可能である、コンピュータープログラム物。
項48
該方法が、
光源により位相空間光変調器(「SLM」)を照射して、それにより位相変調ビームを生成すること、
ここで、光源は、光源振幅関数を有し、
ビームは、振幅関数および位相関数を有し、
ビームは、焦点面に指向され、
光検出器は、焦点面でビームにより生成される干渉パターンを検出するように構成される;
位相関数に従ってSLMを構成し、それによりビームの位相関数を調整すること;
光検出器から、干渉パターンの振幅関数を決定すること;
干渉パターンの振幅関数に基づいて、標的振幅関数を更新すること;
第二の停止条件が第三の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に:
ビームの振幅関数およびビームの位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成すること、
焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算すること、
補正された振幅関数およびロックされた位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、位相関数を更新すること;ならびに
位相関数に従ってSLMを構成し、それによりビームの位相関数を調整すること
をさらに含む、項47記載のコンピュータープログラム物。
項49
該方法が、標的振幅関数を更新すること、および第三の反復プロセスを繰り返すことをさらに含む、項47記載のコンピュータープログラム物。
項50
位相ロック条件が複数のイテレーションを含む、項47記載のコンピュータープログラム物。
項51
イテレーションの数がユーザーにより選択される、項50記載のコンピュータープログラム物。
項52
イテレーションの数が3~15である、項50記載のコンピュータープログラム物。
項53
位相ロック条件が、焦点面振幅関数の効率閾値または焦点面振幅関数の一様性閾値の1つ以上を含む、項47記載のコンピュータープログラム物。
項54
第一の停止条件が複数のイテレーションを含む、項47記載のコンピュータープログラム物。
項55
イテレーションの数がユーザーにより選択される、項54記載のコンピュータープログラム物。
項56
イテレーションの数が3~15である、項54記載のコンピュータープログラム物。
項57
第一の停止条件が、焦点面振幅関数の効率閾値または焦点面振幅関数の一様性閾値の1つ以上を含む、項47記載のコンピュータープログラム物。
項58
第二の停止条件が複数のイテレーションを含む、項48記載のコンピュータープログラム物。
項59
イテレーションの数がユーザーにより選択される、項58記載のコンピュータープログラム物。
項60
イテレーションの数が3~15である、項58記載のコンピュータープログラム物。
項61
第二の停止条件が、焦点面振幅関数の効率閾値または焦点面振幅関数の一様性閾値の1つ以上を含む、項48記載のコンピュータープログラム物。
項62
該方法が:
焦点面振幅関数の効率または焦点面振幅関数の一様性の1つ以上を計算すること;および
焦点面振幅関数の効率と効率閾値および/または焦点面振幅の一様性と一様性閾値を比較すること
をさらに含む、項47または48記載のコンピュータープログラム物。
項63
ユーザーから効率閾値または一様性閾値を受信することをさらに含む、項62記載のコンピュータープログラム物。
項64
焦点面でビームにより生成される干渉パターンが、極大点の規則格子を形成する、項48記載のコンピュータープログラム物。
項65
焦点面でビームにより生成される干渉パターンが、極大点の不規則格子を形成する、項48記載のコンピュータープログラム物。
項66
光源振幅関数が二次元ガウス振幅関数である、項47または48記載のコンピュータープログラム物。
項67
少なくとも1つのレンズにより、焦点面にビームの焦点を合わせることをさらに含む、項48記載のコンピュータープログラム物。
項68
光源振幅関数が光検出器により検出される、項47または48記載のコンピュータープログラム物。
項69
焦点面でビームにより生成される干渉パターンが、それぞれが振幅を有する複数の焦点を含み、標的振幅関数を更新することが、複数の焦点の平均振幅をコンピューター計算すること、および複数の焦点のそれぞれの振幅と、平均振幅を比較することを含む、項48記載のコンピュータープログラム物。
Claims (24)
- 光源振幅関数、標的振幅関数および位相関数を読み取り;
位相ロック条件が第一の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に:
光源振幅関数および位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関
数および焦点面位相関数を生成し、
焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算
し、
補正された振幅関数および焦点面位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、
位相関数を更新し;
ロックされた位相関数として焦点面位相関数を保持し;
第一の停止条件が第二の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に:
光源振幅関数および位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関
数および焦点面位相関数を生成し、
焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算
し、
補正された振幅関数およびロックされた位相関数に対して逆フーリエ変換
を行い、位相関数を更新する
ように構成されるコンピューター計算ノード
を含む、システム。 - 位相空間光変調器(「SLM」);
SLMを照射するように構成される光源、ここで該光源は、光源振幅関数と一致し、それにより位相変調ビームを生成し、該ビームは振幅関数および位相関数を有する;ならびに
焦点面でビームにより生成される干渉パターンを検出するように構成される少なくとも1つの光検出器
をさらに含む、システムであって、
コンピューター計算ノードが、SLMおよび光検出器に操作的に連結され、さらに:
位相関数に従ってSLMを構成して、それによりビームの位相関数を調整し;
光検出器から干渉パターンの振幅関数を決定し;
干渉パターンの振幅関数に基づいて標的振幅関数を更新し;
第二の停止条件が第三の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に:
ビームの振幅関数およびビームの位相関数に対してフーリエ変換を行い、
焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成し、
焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算
し、
補正された振幅関数およびロックされた位相関数に対して逆フーリエ変換
を行い、位相関数を更新し;
位相関数に従ってSLMを構成して、それによりビームの位相関数を調整する
ように構成される、請求項1記載のシステム。 - コンピューター計算ノードがさらに:標的振幅関数を更新して、該第三の反復プロセスを繰り返すように構成される、請求項2記載のシステム。
- 位相ロック条件、第一の停止条件および/または第二の停止条件が、焦点面振幅関数の効率閾値または焦点面振幅関数の一様性閾値の1つ以上を含む、請求項2記載のシステム。
- コンピューター計算ノードがさらに:
焦点面振幅関数の効率または焦点面振幅関数の一様性の1つ以上を計算し;
焦点面振幅関数の効率と効率閾値および/または焦点面振幅関数の一様性と一様性閾値を比較する
ように構成される、請求項1または2記載のシステム。 - 焦点面でビームにより生成される干渉パターンが、極大点の規則格子を形成する、請求項2記載のシステム。
- 焦点面でビームにより生成される干渉パターンが、極大点の不規則格子を形成する、請求項2記載のシステム。
- 光源振幅関数が、二次元ガウス振幅関数である、請求項1または2記載のシステム。
- 該システムが少なくとも1つのレンズをさらに含み、該少なくとも1つのレンズが、焦点面にビームの焦点を合わせるように構成される、請求項2記載のシステム。
- 光源振幅関数が光検出器により検出される、請求項1または2記載のシステム。
- 焦点面でビームにより生成される干渉パターンが、それぞれが振幅を有する複数の焦点を含み、標的振幅関数を更新する工程が、複数の焦点の平均振幅をコンピューター計算すること、および複数の焦点のそれぞれの振幅と、平均振幅を比較することを含む、請求項2記載のシステム。
- 光源振幅関数、標的振幅関数および位相関数を読み取ること;
位相ロック条件が第一の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に:
光源振幅関数および位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関
数および焦点面位相関数を生成すること、
焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算
すること、ならびに
補正された振幅関数および焦点面位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、
位相関数を更新すること;
ロックされた位相関数として焦点面位相関数を保持すること;ならびに
第一の停止条件が第二の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に:
光源振幅関数および位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関
数および焦点面位相関数を生成すること、
焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算
すること、ならびに
補正された振幅関数およびロックされた位相関数に対して逆フーリエ変換
を行い、位相関数を更新すること
を含む、方法。 - 光源により位相空間光変調器(「SLM」)を照射して、それにより位相変調ビームを生成すること、
ここで、光源は、光源振幅関数と一致し、
ビームは、振幅関数および位相関数を有し、
ビームは、焦点面に指向され、
光検出器は、焦点面でビームにより生成される干渉パターンを検出するように構成される;
位相関数に従ってSLMを構成し、それによりビームの位相関数を調整すること;
光検出器から、干渉パターンの振幅関数を決定すること;
干渉パターンの振幅関数に基づいて、標的振幅関数を更新すること;
第二の停止条件が第三の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に:
ビームの振幅関数およびビームの位相関数に対してフーリエ変換を行い、
焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成すること、
焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算
すること、
補正された振幅関数およびロックされた位相関数に対して逆フーリエ変換
を行い、位相関数を更新すること;ならびに
位相関数に従ってSLMを構成し、それによりビームの位相関数を調整すること
をさらに含む、請求項12記載の方法。 - 標的振幅関数を更新して、第三の反復プロセスを繰り返すことをさらに含む、請求項13記載の方法。
- 位相ロック条件、第一の停止条件および/または第二の停止条件が、焦点面振幅関数の効率閾値または焦点面振幅関数の一様性閾値の1つ以上を含む、請求項13記載の方法。
- 焦点面振幅関数の効率または焦点面振幅関数の一様性の1つ以上を計算すること;および
焦点面振幅関数の効率と効率閾値および/または焦点面振幅関数の一様性と一様性閾値を比較すること
をさらに含む、請求項12または13記載の方法。 - 焦点面でビームにより生成される干渉パターンが極大点の規則格子を形成する、請求項13記載の方法。
- 焦点面でビームにより生成される干渉パターンが極大点の不規則格子を形成する、請求項13記載の方法。
- 光源振幅関数が二次元ガウス振幅関数である、請求項12または13記載の方法。
- 少なくとも1つのレンズにより、焦点面にビームの焦点を合わせることをさらに含む、請求項13記載の方法。
- 光源振幅関数が光検出器により検出される、請求項12または13記載の方法。
- 焦点面でビームにより生成される干渉パターンが、それぞれが振幅を有する複数の焦点を含み、標的振幅関数を更新することが、複数の焦点の平均振幅をコンピューター計算すること、および複数の焦点のそれぞれの振幅と、平均振幅を比較することを含む、請求項13記載の方法。
- 光学的焦点アレイ生成のためのコンピュータープログラム物であって、コンピュータープログラム物が、該コンピュータープログラム物により具体化されるプログラム指示を有するコンピューター読み取り可能記憶媒体を含み、該プログラム指示は、プロセッサーに、
光源振幅関数、標的振幅関数および位相関数を読み取ること;
位相ロック条件が第一の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に:
光源振幅関数および位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関
数および焦点面位相関数を生成すること、
焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算
すること、
補正された振幅関数および焦点面位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、
位相関数を更新すること;
ロックされた位相関数として焦点面位相関数を保持すること;ならびに
第一の停止条件が第二の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に:
光源振幅関数および位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関
数および焦点面位相関数を生成すること、
焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算
すること、
補正された振幅関数およびロックされた位相関数に対して逆フーリエ変換
を行い、位相関数を更新すること
を含む方法を実行させるようにプロセッサーにより実行可能である、コンピュータープログラム物。 - 該方法が、
光源により位相空間光変調器(「SLM」)を照射して、それにより位相変調ビームを生成すること、
ここで、光源は、光源振幅関数を有し、
ビームは、振幅関数および位相関数を有し、
ビームは、焦点面に指向され、
光検出器は、焦点面でビームにより生成される干渉パターンを検出するように構成される;
位相関数に従ってSLMを構成し、それによりビームの位相関数を調整すること;
光検出器から、干渉パターンの振幅関数を決定すること;
干渉パターンの振幅関数に基づいて、標的振幅関数を更新すること;
第二の停止条件が第三の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に:
ビームの振幅関数およびビームの位相関数に対してフーリエ変換を行い、
焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成すること、
焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算
すること、
補正された振幅関数およびロックされた位相関数に対して逆フーリエ変換
を行い、位相関数を更新すること;ならびに
位相関数に従ってSLMを構成し、それによりビームの位相関数を調整すること
をさらに含む、請求項23記載のコンピュータープログラム物。
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