Balok traktor, yang memiliki kemampuan untuk menarik objek, adalah kelas sinar optik khusus. Saat ini, orang menggunakan teknologi holografik untuk membentuk balok traktor optik yang kompleks baik untuk penelitian mendasar maupun aplikasi praktis. Namun, sebagian besar pekerjaan yang dilaporkan berfokus pada pembuatan balok traktor dua dimensi (2D) dan balok traktor tiga dimensi (3D) sederhana, yang memiliki keterbatasan dalam pengembangan lebih lanjut pada mekanisme dan penerapan pembentukan balok. Dalam karya ini, kami memperkenalkan studi kami dalam merancang beberapa balok traktor 3D dengan lokasi spasial yang diatur secara independen. Sementara itu, setiap balok individu dapat ditentukan sepanjang kurva geometris sewenang-wenang dan dipelintir pada sudut sewenang-wenang seperti yang diinginkan. Dalam metode kami, hologram yang dihasilkan komputer (CGH) dari setiap kurva dihitung, dan semua CGH digandakan dan dikodekan menjadi satu hologram satu fase dengan menambahkan kisi fase linier masing-masing sedemikian rupa sehingga kurva 3D yang berbeda muncul di posisi yang berbeda dari daerah fokus. Kami secara eksperimental membuktikan bahwa generasi balok traktor optik pada konfigurasi 3D dapat dengan mudah dicapai. Balok yang dihasilkan dalam penelitian ini sangat berguna untuk aplikasi seperti perangkap optik multi-pemesinan mikro dan manipulasi 3D yang kompleks.
Dahulu kala, orang telah menunjukkan kemampuan cahaya untuk mengerahkan kekuatan. Ide untuk menarik objek dengan sinar optik juga telah menarik perhatian kita sejak lama. Karena singularitas fase dan momentum sudut orbital yang unik, pusaran optik memiliki nilai penelitian penting di bidang mikromanipulasi optik, komunikasi kuantum, pencitraan optik, dan pengukuran optik [1,2,3,4,5,6]. Meskipun teknologi untuk menghasilkan pusaran optik telah dikembangkan dan mungkin berguna dalam berbagai aplikasi, efisiensi pusaran optik tunggal masih rendah. Untuk menangkap beberapa partikel pada saat yang sama dan mengoperasikan partikel yang berbeda secara terpisah, generasi susunan pusaran optik telah menjadi topik hangat [7, 8].
Studi teoritis terbaru [9,10,11,12,13] telah menunjukkan bahwa balok traktor adalah gelombang berjalan yang dapat mengangkut material yang diterangi sepanjang panjangnya kembali ke sumbernya. Kemajuan baru dalam kontrol sinar laser telah menyebabkan realisasi eksperimental balok traktor [14, 15]. Salah satu jenis penting dari perangkap pusaran 3D adalah apa yang disebut balok solenoida yang menunjukkan bentuk spiral tetap di sekitar sumbu optik [16], di mana gradien fase dapat ditentukan sepanjang kurva ini untuk mendapatkan balok traktor. Itu dicapai dengan memaksakan fase heliks ke superposisi collinear balok Bessel. Ruffner dan Grier [17] secara eksperimental mendemonstrasikan dan menganalisis sifat-sifat kelas balok traktor yang diperoleh dengan interferensi dari dua Balok Bessel koaksial yang berbeda dalam bilangan gelombang aksialnya. Pada tahun 2013, Rodrigo dkk. menyajikan metode untuk pembangkitan sinar traktor yang efisien dengan memuat hologram fase-saja yang dirancang ke dalam modulator cahaya spasial (SLM) dan sementara itu menyinari SLM dengan laser. Mereka menggunakan teknik untuk memungkinkan pembangkitan sinar gradien intensitas tinggi (HIG) yang fase dan intensitasnya ditentukan berdasarkan hologram yang dihasilkan komputer (CGH) [18]. Mereka secara eksperimental membuktikan bahwa balok dalam geometri 3D yang berbeda dapat dibentuk. HIG dan gaya gradien fase sangat penting untuk konstruksi jebakan laser 3D yang mampu memindahkan banyak partikel bahkan melawan tekanan radiasi cahaya [19]. Rodrigo juga menunjukkan bahwa jebakan laser gaya bebas, termasuk HIG dan gaya gradien fase, mampu membatasi banyak partikel dan mendorong gerakannya [20]. Namun, sebagian besar pekerjaan yang dilaporkan berfokus pada pembuatan balok traktor 3D sederhana, yang memiliki keterbatasan dalam pengembangan lebih lanjut aplikasi pembentukan balok. Berdasarkan analisis di atas, teknologi pembentukan balok canggih untuk menghasilkan beberapa balok traktor 3D sangat dibutuhkan.
Dalam makalah ini, kami mendemonstrasikan metode untuk menghasilkan beberapa balok traktor 3D menggunakan teknik pembentukan balok holografik yang dimodifikasi, di mana semua CGH digandakan dan dikodekan menjadi hologram satu fase dengan menambahkan kisi fase linier masing-masing. Kami merancang beberapa balok traktor 3D yang diputar pada sudut yang berbeda.> Balok traktor baru tersebut diharapkan dapat memperluas bidang aplikasi vortisitas optik dan berpotensi berguna dalam realisasi berbagai aplikasi optik berperforma super.
Gambar 1a menunjukkan skema teknik pembentukan sinar 3D holografik di [18] yang memungkinkan perancangan balok kompleks yang intensitas dan distribusi fasenya mengikuti kurva 3D yang ditentukan. Pengkodean medan amplitudo kompleks menjadi kisi-kisi holografik fase adalah metode untuk menghitung CGH. Secara khusus, untuk menghasilkan sinar fokus yang diinginkan, amplitudo kompleks bidang datang diberikan oleh ekspresi:
$$ G\left(x,y\right)={\int}_0^{2\pi}\varphi \left(x,y,t\right)\phi \left(x,y,t\right) \sqrt{{\left[{x_0}^{\hbox{'}}(t)\right]}^2+{\left[{y_0}^{\hbox{'}}(t)\right]} ^2} dt $$ (1)
a Skema teknik pembentukan balok 3D holografik. b , c Intensitas dan distribusi fase yang direkonstruksi dari kurva cincin 2D pada bidang fokus. d Skema spasial dari kurva cincin yang dimiringkan relatif terhadap bidang z = 0. e Sinar traktor cincin difokuskan pada bidang fokus (z = 0)
Istilah ψ (x , y , t ) dan φ (x , y , t ) dalam Persamaan. (1) ditentukan oleh
$$ \varphi \left(x,y,t\right)=\exp \left( i\pi {z}_0(t)\raisebox{1ex}{${\left[x-{x}_0(t )\right]}^2+{\left[y-{y}_0(t)\right]}^2$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$\lambda {f_0}^ 2$}\right.\right) $$ (2) $$ \phi \left(x,y,t\right)=\exp \left(\frac{i}{\omega_0^2}\left[{ yx}_0(t)-{xy}_0(t)\right]+\frac{i\sigma}{\omega_0^2}{\int}_0^t\left[{x}_0\left(\tau \right){y}_0^{\hbox{'}}\left(\tau \right)-{y}_0\left(\tau \kanan){x}_0^{\hbox{'}}\left (\tau \kanan)\kanan] d\tau \kanan) $$ (3)[x 0 (t ), y 0 (t ), z 0 (t )] mewakili kurva 3D yang ditentukan dalam koordinat Cartesian dengan t [0,2π ]. f 0 dan λ mengacu pada panjang fokus lensa Fourier dan panjang gelombang, masing-masing.
persamaan (1) memungkinkan penghitungan medan kompleks insiden (yaitu, CGH kompleks) yang dapat membentuk balok fokus yang stabil secara struktural dengan distribusi intensitas khusus dan gradien fase (fase heliks di sepanjang kurva). Kami pertama-tama mempertimbangkan kurva cincin 2D x 0 (t ) = Rcos(t ), y 0 (t ) = Rsin(t ). Distribusi intensitas sinar yang dihasilkan ditampilkan pada Gambar. 1b. Distribusi fase cincin didefinisikan dengan baik sepanjang kurva di bawah muatan topologi m = 1 [lihat Gambar 1c]. Kami mempertimbangkan cincin miring pada Gambar. 1d. Bidang kurva cincin miring ke sudut tertentu pada dasar bidang z = 0. Dalam hal ini, balok difokuskan muncul di titik atas dan bawah [terlihat pada Gambar. 1e].
Untuk multipleks berbagai balok kurva traktor sebagian dipisahkan di bidang fokus, masing-masing CGH kompleks dihitung dengan Persamaan. (1) harus dikodekan dengan frekuensi pembawa yang unik. Ini dapat dicapai dengan menambahkan kisi fase linier ke hologram setiap balok. Kisi linier dalam kombinasi dengan filter spasial biasanya digunakan untuk mengisolasi orde difraksi pertama dari nol yang tidak diinginkan dan orde difraksi yang lebih tinggi. Fungsi transfer dari kisi fase linier diberikan sebagai
$$ {\varphi}_i\left(x,y\right)={kz}_i\sqrt{1-\raisebox{1ex}{${x}^2$}\!\left/ \!\raisebox{ -1ex}{${f_0}^2$}\right.-\raisebox{1ex}{${y}^2$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{${f_0}^2 $}\right.}+k\left(\raisebox{1ex}{${xu}_i$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{${f}_0$}\right.+\ raisebox{1ex}{${yv}_i$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{${f}_0$}\right.\right) $$ (4)u i dan v i adalah koordinat spasial sinar yang dihasilkan di medan jauh, dicapai dengan lensa Fourier dengan panjang fokus f 0 . k = 2π /λ adalah bilangan gelombang, dan z i adalah perpindahan bergeser aksial menjauh dari bidang fokus (bidang Fourier). Untuk menghasilkan balok kurva traktor secara bersamaan, ekspresi kompleks akhir CGH perlu ditambahkan bersama oleh
$$ H\left(x,y\right)=\sum \limits_{i=1}^n{G}_i\left(x,y\right)\cdotp \exp \left[i{\varphi}_j \left(x,y\right)\right] $$ (5)Regulasi medan cahaya pada konfigurasi 3D sangat berarti dalam aplikasi praktis, seperti manipulasi 3D partikel dalam lingkungan fluida. Oleh karena itu, kami mempelajari generasi balok HIG yang intensitas dan fasenya ditentukan di sepanjang kurva 3D dari berbagai bentuk. Secara khusus, kami mempertimbangkan cincin miring Gambar. 2a-e, spiral Archimedean Gambar. 2f-j, kurva trefoil-simpul Gambar. 2k-o, dan kurva persegi Gambar. 2p-t. Ekspresi kurva yang sesuai disediakan dalam Tabel 1. Struktur 3D ini terungkap di sepanjang perambatan sinar di wilayah fokus. Distribusi intensitas sinar yang diukur dalam bidang fokus (z = 0) ditunjukkan di kolom ketiga Gambar 2. Z koordinat yang sesuai dengan kolom lain dari Gambar. 2 ditandai dalam diagram simulasi.
Hasil simulasi balok traktor 3D. a –e Kurva cincin balok traktor 3D difokuskan pada z . yang berbeda pesawat. f –j Spiral Archimedean dari balok traktor 3D difokuskan pada z . yang berbeda pesawat. k –o Kurva trefoil-simpul dari balok traktor 3D difokuskan pada z . yang berbeda pesawat. p –t Kurva persegi balok traktor 3D difokuskan pada z . yang berbeda pesawat
Di bidang mikromanipulasi optik, balok traktor dengan tingkat distorsi 3D yang berbeda dapat memainkan peran yang lebih besar dalam aplikasi. Namun, untuk efisiensi yang lebih tinggi, sangat diinginkan untuk melakukan manipulasi yang berbeda secara serempak di lokasi yang berbeda. Oleh karena itu, kami merancang beberapa balok traktor dari empat pola secara bersamaan, yang masing-masing dapat digunakan untuk membatasi partikel tertentu dalam kurva geometris yang ditentukan dengan tingkat distorsi 3D tertentu. Posisi relatif balok traktor dapat dirancang. Untuk menunjukkan bahwa beberapa balok traktor difokuskan pada wilayah 3D, kami telah memilih enam bidang 2D untuk diamati. Balok traktor difokuskan pada bidang 2D yang berbeda, terlihat pada Gambar. 3. Struktur 3D ini terungkap di sepanjang perambatan sinar di wilayah fokus.
Hasil simulasi beberapa balok traktor 3D di lokasi yang berbeda. a –c Intensitas sinar yang direkonstruksi sebelum bidang fokus. d –f Intensitas sinar yang direkonstruksi setelah bidang fokus
Untuk mengamati interaksi beberapa partikel yang dimanipulasi, kami merancang balok traktor grafis bersarang seperti tembaga. Distorsi 3D dan bentuk balok dalam dan luar dapat dirancang secara terpisah. Kurva cincin difokuskan pada bidang (z = 0), dan kurva persegi memiliki tingkat distorsi 3D tertentu [terlihat pada Gambar 4a–e]. Kurva persegi difokuskan pada bidang (z = 0), dan kurva cincin memiliki tingkat distorsi 3D tertentu [terlihat pada Gambar. 4f–j]. Distribusi intensitas sinar yang diukur dalam bidang fokus (z = 0) ditunjukkan pada kolom ketiga dari Gambar 4. The z koordinat sesuai dengan kolom lain dari Gambar. 4 ditandai dalam diagram simulasi. Bentuk balok traktor dapat disesuaikan secara fleksibel untuk mengontrol partikel pada posisi yang berbeda.
Hasil simulasi balok traktor grafis bersarang seperti tembaga. a –e Balok berbentuk kurva persegi miring difokuskan pada z . yang berbeda pesawat. f –j Balok berbentuk kurva cincin miring difokuskan pada z . yang berbeda pesawat
Eksperimen optik telah dilakukan untuk memverifikasi bahwa metode yang diperkenalkan di atas dapat digunakan untuk mencapai tujuan pemfokusan beberapa balok traktor 3D di daerah pemfokusan yang dapat disetel. Seperti ditunjukkan pada Gambar. 5, pengaturan optik untuk menghasilkan sinar traktor 3D terdiri dari modulator cahaya spasial kristal cair (SLM), sistem penyaringan 4f, dan lensa transformasi Fourier (pemfokusan). Laser solid-state dengan panjang gelombang 532 nm dikolimasikan dengan iluminasi gelombang bidang. SLM (Holoeye Pluto, pitch 8 piksel, resolusi 1920 × 1080) digunakan untuk mengatasi CGH fase-saja. Kami menggunakan metode fase ganda [18, 20] untuk mengkodekan kompleks CGH H (x ,y ) dihitung dengan Persamaan. (4) menjadi CGH fase-saja. Ini terdiri dari pengkodean fungsi kompleks sebagai hologram ke dalam SLM. Sinar yang dimodulasi oleh SLM kemudian diproyeksikan ke bukaan belakang lensa transformasi Fourier (f = 400 mm) melalui konfigurasi pemfilteran optik 4f. Kamera charge-coupled device (CCD) ditempatkan pada bidang Fourier dari lensa pemfokusan untuk merekam pola intensitas yang dihasilkan. Hasil dari balok traktor 3D ditunjukkan pada Gambar. 6. Meskipun balok yang dihasilkan memiliki kesalahan setelah melewati sistem optik 4f, mereka sesuai dengan hasil simulasi.
Pengaturan eksperimen. Hologram dialamatkan ke SLM, yang diterangi oleh sinar laser terkolimasi. Setelah berkas melewati lensa 1, pola yang diinginkan dapat disaring dengan diafragma. Kemudian sinar yang dihasilkan melewati lensa 2 dan lensa 3 dan dapat ditangkap oleh kamera
Hasil eksperimen balok traktor 3D. a –e Kurva cincin balok traktor 3D difokuskan pada z . yang berbeda pesawat. f –j Spiral Archimedean dari balok traktor 3D difokuskan pada z . yang berbeda pesawat. k –o Kurva trefoil-simpul dari balok traktor 3D difokuskan pada z . yang berbeda pesawat. p –t Kurva persegi balok traktor 3D difokuskan pada z . yang berbeda pesawat
Hasil dari beberapa balok traktor 3D ditunjukkan pada Gambar. 7. Kami telah memilih enam bidang 2D untuk diamati, yang nyaman untuk dibandingkan dengan simulasi. Hasil simulasi sesuai dengan hasil eksperimen. Terbukti bahwa metode ini dapat menghasilkan beberapa balok traktor 3D secara fleksibel dan efisien. Sinar berbeda dengan tingkat distorsi 3D tertentu dapat membatasi partikel.
Hasil eksperimen beberapa balok traktor 3D di lokasi yang berbeda. a –c Intensitas sinar yang direkonstruksi sebelum bidang fokus. d –f Intensitas sinar yang direkonstruksi setelah bidang fokus
Hasil dari balok traktor grafis bersarang seperti tembaga ditunjukkan pada Gambar. 8. Hasil simulasi sesuai dengan hasil eksperimen. Dengan demikian, dua balok bersarang hampir tidak berinteraksi satu sama lain. Balok traktor dapat digunakan untuk manipulasi multi-partikel pada kurva yang berbeda.
Hasil eksperimen balok traktor grafis bersarang seperti tembaga. a –e Balok berbentuk kurva persegi miring difokuskan pada z . yang berbeda pesawat. f –j Balok berbentuk kurva cincin miring difokuskan pada z . yang berbeda pesawat
Kami merancang beberapa balok traktor 3D dengan lokasi spasial yang diatur secara independen. Sementara itu, setiap balok individu dapat ditentukan sepanjang kurva geometris sewenang-wenang dan dipelintir pada sudut sewenang-wenang seperti yang diinginkan. Kami secara teoritis dan eksperimental membuktikan bahwa generasi balok traktor optik pada konfigurasi 3D dapat dengan mudah dicapai. Gradien intensitas tinggi dan gradien fase memiliki kemampuan untuk menangkap partikel. Saat ini, percobaan telah dilakukan dan sinar pusaran optik merusak partikel hingga batas minimum. Pekerjaan kami memperluas jenis balok traktor. Hal ini diyakini bermakna dan berguna untuk pengembangan lebih lanjut balok traktor untuk berbagai aplikasi optik.
Dua dimensi
Tiga dimensi
Hologram yang dihasilkan komputer
Gradien intensitas tinggi
Modulator cahaya spasial
bahan nano
Abstrak Penginderaan suhu mode non-kontak yang sangat sensitif sangat penting untuk mempelajari reaksi kimia mendasar, proses biologis, dan aplikasi dalam diagnosa medis. Termometer berbasis skala nano menjamin probe non-invasif untuk penginderaan suhu yang sensitif dan presisi dengan resolusi subs
Dengan Python, kita dapat mengembalikan beberapa nilai sekaligus. Jelas, sebagian besar fungsi dalam Python mengembalikan nilai tunggal, biasanya hasil dari pekerjaan yang dilakukan oleh fungsi itu. Dalam artikel ini, Anda akan mempelajari bahwa Anda juga dapat mengembalikan beberapa nilai dengan Py
Dalam Artikel ini, kita akan mempelajari Apa itu Sudut Kontrafleksi? Apa itu sudut Kontrafleksi ? Ini adalah sudut di mana kurva bergerak / bergerak dari cekung ke cembung. Atau Ini adalah sudut tumit ke atas di mana laju pengungkit pengangkat ( GZ ) Dengan tumit berubah Yaitu Sebelum titik ini
Balok menerus adalah komponen struktural yang memberikan ketahanan terhadap lentur ketika beban atau gaya diterapkan. Balok ini biasanya digunakan pada jembatan. Balok jenis ini memiliki lebih dari dua titik tumpuan sepanjang panjangnya. Ini biasanya pada bidang horizontal yang sama, dan bentang ant
