DMD 최적화

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 7754(2022) 이 기사 인용

1960년 액세스

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측정항목 세부정보

이 논문은 바이너리 디지털 마이크로미러 장치를 사용하여 구현된 독립적인 진폭 및 위상 파면 조작의 최적화에 대한 포괄적인 연구 결과를 제시합니다. 본 연구의 목표는 이 접근 방식을 사용하여 달성할 수 있는 공간 해상도 및 양자화와 대상 복소파의 매개변수 및 변조 오류 추정을 기반으로 한 최적화를 조사하는 것입니다. 데이터의 통계적 분석을 기반으로 변조된 파면의 최적 품질을 보장하는 매개변수(이진 패턴의 반송파 주파수 및 1차 회절 차수 필터링을 위한 조리개)를 선택하기 위한 알고리즘이 개발되었습니다. 알고리즘은 변조 유형, 즉 진폭, 위상 또는 진폭 위상, 인코딩된 분포의 크기, 공간 해상도 및 양자화에 대한 요구 사항을 고려합니다. 연구 결과는 공간 분해능과 양자화에 대한 요구 사항이 서로 다른 다양한 응용 분야에서 변조된 파면 품질을 향상시키는 데 크게 기여할 것입니다.

알려진 특성을 지닌 파면의 합성은 포토닉스 분야의 많은 연구자들의 관심을 끌었습니다. 파면 성형의 응용 분야로는 고해상도 현미경1, 레이저 빔 성형2,3, 산란 매체 특성화4,5,6, 홀로그램 디스플레이7, 양자 암호화8, 계측9, 압축 감지10, 3D 바이오프린팅 및 리소그래피11 등이 있습니다. 현재까지 회절 광학 요소12, 메타표면13, 적응형 광학 요소14와 같은 다양한 정적 및 동적 파면 변조기가 존재하며, 이는 광범위한 파장에서 빔 프로파일의 진폭, 위상 또는 편광으로 작동할 수 있는 가능성을 제공합니다15 ,16. 파면의 프로그래밍 가능한 정밀 제어 기능을 갖춘 적응형 공간 광 변조기는 이미징 시스템과 같은 다양한 응용 분야에 유용한 도구가 되었습니다. 이러한 장치의 두 가지 주요 유형은 액정 기반 공간 광 변조기와 미세 전자 기계 시스템(MEMS)으로 요약할 수 있습니다. 전자에는 투과형 액정, 실리콘 위의 반사형 액정, 강유전성 액정과 같은 하위 유형이 포함됩니다. MEMS 기반 공간 광 변조기는 디지털 마이크로미러 장치(DMD), 활성 마이크로미러 매트릭스 및 격자 광 밸브18로 제공됩니다.

각 장치는 변조 유형이 특징이며 진폭 전용, 위상 전용 및 진폭-위상 동시 변조로 구분할 수 있습니다. 다양한 유형의 변조기를 비교하여 각 기술의 장점과 단점을 식별했습니다. 필요한 장치의 선택은 특정 경우에 해결해야 할 문제의 특성에 따라 결정됩니다. 파면 변조기의 몇 가지 중요한 특성, 즉 작동 속도, 변조 동적 범위, 픽셀 수 및 크기, 변조 효율성을 강조할 수 있습니다. 높은 속도가 요구되고 높은 광 변조율을 달성하기 위해 공간 해상도가 희생될 수 있는 애플리케이션에서는 높은 새로 고침 빈도로 인해 DMD를 사용하는 것이 바람직합니다. 또한 DMD는 이진 변조만을 건설적으로 가정합니다. 다른 변조기와 비교하여 DMD는 높은 스위칭 속도, 높은 채우기 비율(90%) 및 상대적으로 저렴한 비용을 가지고 있습니다23,24,25. 지난 몇 년 동안 이러한 장치는 다양한 연구11,22 및 상업용 장치(예: Tomocube, Inc에서 개발한 홀로토모그래픽 현미경 HT-1H)에서 적극적으로 사용되었습니다. 이는 산란 매체19를 통해 초점을 맞추거나 광학 이미징20에서 대비 및 빔 형성 충실도를 향상시키는 작업에서 높은 향상 요소를 제공합니다. 이는 특히 신속한 프로세스가 포함되거나 실시간 측정 가능성이 제공되어야 하는 생물의학 응용 분야와 관련이 있습니다11,22,26. DMD는 CMOS 배치 마이크로미러 어레이로 구성되며, 각각은 "켜짐"(\(+12^{\circ }\)) 및 "꺼짐"(\(-12^{\circ })의 두 가지 안정적인 상태만 가질 수 있습니다. \))22. 각 마이크로미러는 투사된 이미지의 단일 픽셀을 나타냅니다. 또한 바이너리(1비트) 홀로그램을 사용하면 홀로그램 디스플레이 구현과 같이 데이터 용량 측면에서 편리합니다. 회색조 홀로그램에 비해 바이너리 홀로그램의 또 다른 장점은 쉽게 인쇄할 수 있다는 것입니다.