Diffraktion är ett klassiskt optiskt fenomen som står för ljusutbredning. Den effektiva beräkningen av diffraktion är av betydande värde för realtidsprognos av ljusfält. Diffraktionen av elektromagnetiska (EM) vågor kan katalogiseras till skalär diffraktion och vektordiffraktion enligt validering av olika approximationsförhållanden. Även om matematiska uttryck för både optisk diffraktion har presenterats auktoritativt i evigheter, grundläggande genombrott har sällan uppnåtts i beräkningsalgoritmer. Den direkta integrationsmetoden och den snabba Fourier -transformmetoden (FFT) har utvecklats och visat sig drabbas av gränserna för antingen låg effektivitet eller dålig flexibilitet. Därför, den mångsidiga beräkningen av optisk diffraktion på ett effektivt och flexibelt sätt är mycket efterfrågat.

I en ny artikel publicerad i Ljusvetenskap och applikationer , ett team av forskare, ledd av professor Jiawen Li och Dong Wu från CAS Key Laboratory of Mechanical Behavior and Design of Materials, Key Laboratory of Precision Scientific Instrumentation of Anhui Higher Education Institutes, Institutionen för precisionsmaskiner och precisionsinstrument, Kinas universitet för vetenskap och teknik, och medarbetare har föreslagit en effektiv helvägsberäkningsmetod genom att utforska de matematiska likheterna i skalär- och vektordiffraktion.

Skalär- och vektordiffraktion uttrycks båda med den mycket flexibla Bluestein -metoden. Beräkningstiden kan reduceras kraftigt till sub-sekunders nivå, vilket är fem storleksordningar snabbare än det som uppnås genom direktintegrationsmetoden och två storleksordningar snabbare än det som uppnås med FFT -metoden. Vidare, ROI:erna och samplingsnumren kan väljas godtyckligt, att föreslå den föreslagna metoden med överlägsen flexibilitet. Till sist, fullspårig ljusspårning av ett typiskt laserholografiskt system presenteras med en aldrig tidigare skådad beräkningshastighet, vilket stämmer väl överens med de experimentella resultaten. Den föreslagna metoden har stora löften i de universella tillämpningarna av optisk mikroskopi, tillverkning, och manipulation.

Bluestein -metoden är en elegant metod tänkt av L. Bluestein och ytterligare generaliserad av L. Rabiner et al., som är ett lovande verktyg i ingenjörens arsenal inom digital signalbehandling. Bluestein -metoden kan utföra mer allmänna Fouriertransformationer vid godtyckliga frekvenser samt öka upplösningen över hela spektrumet, erbjuder oss en spektral zoomoperation med hög upplösning och godtycklig bandbredd. Dessa forskare sammanfattar arbetet med tillämpningen av Bluestein -metoden i både skalär- och vektordiffraktionsberäkning:

"Vi återbesökte och härledde integrala formler för skalär- och vektordiffraktion i Fourier -transformformer, och använd sedan Bluestein -metoden för att helt ersätta Fourier -transformationen på ett mer flexibelt sätt. Baserat på det här, optisk diffraktion utvärderas med angivna ROI och provtagningsnummer. "

"Några representativa exempel ges för både skalär- och vektordiffraktion för att demonstrera förbättringen av effektivitet och flexibilitet. Dessutom, fullspårig ljusspårning av ett optiskt holografiskt system presenteras med en aldrig tidigare skådad beräkningshastighet. Och resultaten verifieras av de experimentella mätningarna. "Tillade de.

"Några viktiga justeringar görs av den konventionella Bluestein -metoden, inklusive definitionen av komplex utgångspunkt och ytterligare fasförskjutningsfaktor för att klara det realistiska tillståndet för optiska beräkningar, "betonade forskarna." Den föreslagna snabba och flexibla metoden för att hämta ljusfältet kan hitta breda tillämpningar inom optisk mikroskopi, fotolitografi och optisk manipulation, "förutspår de.