CGH:s "Multitasking-dilemmat": Varför existerar Stray Light? För att förstå "bärvågsfrekvens" måste vi först förstå en premiss: CGH i sig är ett diffraktivt optiskt element. När du lyser en ljusstråle på en CGH kommer den inte bara att producera den önskade diffraktionsordningen. På grund av den fysiska optikens grundläggande lagar kommer den samtidigt att producera flera "kloner": +1-ordningen (målsignalen) du behöver, den 0:e ordningen som passerar rakt igenom utan diffraktion, -1-ordningen som avleder till andra sidan, och ännu högre ordningar...
Figur 1. Ljus av olika diffraktionsordningar (blått representerar +1:a ordningen, resten är ströljus).
I en idealisk design bär endast +1 ordningens ljus information om den uppmätta ytan tillbaka till interferometern. Men i verkligheten vandrar de "parasitära" orden av 0:e och -1:a ordningen också planlöst i den optiska vägen. När de väl kommer in i den optiska mätbanan skapar de störande ljusstörningar. Resultatet är minskad kontrast i interferenskanterna, suddiga kanter och ibland till och med överlagring av falsk fasinformation. Kort sagt, suddiga fransar beror ofta inte på svagt ljus, utan snarare på överdrivet brus. Vad är en "bärvågsfrekvens"? Införandet av en bärvågsfrekvens är för att lösa denna "signal och brus"-konflikt. Vi kan föreställa oss fasfördelningen av CGH som ett kodat diagram som registrerar "forminformationen för den uppmätta ytan." "Bärvågsfrekvensen" är en ytterligare lutnings- eller defokuseringsfaktor som överlagras på denna kodade information. Denna operation låter abstrakt, men dess syfte är mycket rent — att ge den användbara målsignalen ett "nytt rum" i den rumsliga frekvensdomänen. Ursprungligen trängs målsignalen och de värdelösa 0:e och -1:a ordningens ströljus ihop och intrasslade i frekvensspektrumet. Oavsett hur du blockerar det spatialt, kan du inte blockera det helt. Men när en bärfrekvens är överlagrad på målsignalen, "skiftas" dess spektrum till ett högre frekvensområde, vilket skapar avstånd från de stationära störsignalerna. Det här är som att vara på en bullrig fest där du och dina vänner initialt dränker ljudet och inte kan höra varandra. Men bärvågsfrekvensen är som att ge dig och dina vänner en specifik högfrekvent ton; ni två växlar till den här tonen som ingen annan använder för att kommunicera, och det omgivande lågfrekventa bruset blir omedelbart en filtrerbar bakgrund.
Figur 2. Orderseparation genom tiltad bärfrekvens
Figur 3. Separation av nivåer genom oskärpa bärvågsfrekvens
När väl de störande signalerna och målsignalerna separeras i spektrumet, kan efterföljande rumslig filtrering rent och effektivt "hålla ströljus borta". Konsten att filtrera: inte ju starkare desto bättre, utan helt rätt. Det här är en balanskonst, om att hitta det "precis rätta" ögonblicket. Om bärvågsfrekvensen är för låg – spektra för störande signaler och målsignaler överlappar fortfarande varandra, vilket skapar en trasslig röra, vilket resulterar i filtreringsfel och suddiga kanter. Om bärvågsfrekvensen är för hög – är spektrumet tillräckligt separerat, men detta leder till extremt smala linjebredder i CGH, vilket ställer extremt höga krav på mikronanotillverkningsprecision. Detta innebär inte bara en ökning av tillverkningssvårigheter utan också en allvarlig inverkan på diffraktionseffektiviteten för den faktiska CGH. I en idealisk design är det mesta av energin koncentrerad i +1-ordningen, men om bärvågsfrekvensen är för hög kan även en liten avvikelse i tillverkningsprocessen göra att ljus läcker in i andra ordrar, vilket avsevärt minskar signalintensiteten. Var ligger verklig designskicklighet? Att finna att "minsta effektiva bärvågsfrekvens." En bra design handlar inte om att slumpmässigt dra ut värden i ritprogram; det handlar om att exakt beräkna hur man minimerar den överlagrade bärvågsfrekvensen samtidigt som man säkerställer ren separation av alla störande diffraktionsordningar. Att uppnå ren separation med en liten bärfrekvens garanterar både franskontrast och skärpa utan att lägga överdrivet tryck på efterföljande tillverkning och processer. Ett praktiskt förslag för CGH-användare: Som CGH-användare behöver du inte lösa dessa komplexa bärfrekvensekvationer själv, men det betyder inte att du inte kan kontrollera detekteringsresultaten vid källan. Om din CGH ofta uppvisar suddiga fransar, dålig kontrast eller regelbundet bakgrundsljud under testning, efter att ha uteslutit optisk väg och miljöproblem, kan du begära en kvantitativ analysrapport av diffraktionsordersseparation från CGH-designern eller leverantören. Denna rapport kommer tydligt att berätta: under den nuvarande bärvågsfrekvensdesignen, var flyttas varje störande ordning till, vad är deras spektrala avstånd från målsignalen och om de effektivt kan blockeras av det rumsliga filtret. Med den här rapporten kan du avgöra om CGH:s "filtrerande" design är tillförlitlig. Slutligen, i strävan efter precision på nanometernivå i interferometri, ligger skillnaden mellan att "se tydligt" och "inte se tydligt" ofta i en liten bit av designuppfinnsamhet. Bärfrekvensen spelar en roll som liknar den anspråkslösa ljusteknikern i det stora spektaklet av precisionstestning – den bestämmer inte innehållet i bilden, men den avgör hur ren bilden är. Nästa gång du ser ett standardinterferogram med skarpa konturer och en helt svart bakgrund, kom ihåg att det inte bara är en seger för ytnoggrannhet, utan också en vacker konst att frekvensfiltrera.
