Введение в проблему
Мгновенная обработка изображений является востребованной задачей в таких областях, как автономное управление транспортных средств и биомедицинская визуализация.
Оптическое распознавание контуров, которое позволяет непосредственно извлекать информацию о форме объекта при взаимодействии света и вещества, предлагает высокоскоростной и неэнергозатратный подход для мгновенной обработки изображений. Этот метод реализуется с помощью оптической дифференциации, основанной на световых резонансах внутри периодических микроструктур. Пространственно-дифференциальное управление проходящим светом обеспечивается с помощью волноводного резонанса субволновой высококонтрастной решетки и управляемого резонанса фотонного кристалла.
Однако резонансный подход зависит от длины волны, что сильно ограничивает практические рабочие диапазоны. Для решения этой проблемы используются нерезонансные явления взаимодействия света с веществом, такие как отражение под углом Брюстера, эффект Гуса–Хенхен и спиновый эффект Холла. Такие эффекты отличаются широким рабочим диапазоном спектра, но сильно зависят от угла падения и поляризации.
Эксперимент
В работе предлагается оптический детектор контуров на основе отражающей витой ЖК-q-пластины. Детектор представляет собой отражающую оптическую 4f-схему с изогнутым под углом 69,2° зеркалом с ЖК-покрытием, закрепленным в плоскости Фурье. Отражающая схема делает систему компактной по сравнению с традиционными пропускающими. Предлагаемый оптический детектор контуров - это уверенный шаг на пути к практической мгновенной обработке изображений.
На рисунке 1 показан оптический детектор контуров. Прибор состоит из светоделителя BS, ахроматической линзы и витой ЖК-q-пластины с зеркалом в качестве задней подложки. Нормаль к плоскости ЖК непрерывно закручивается на угол сверху вниз. Учитывая обратный ход света после отражения от заднего зеркала, свет распространяется через однократно витую ЖК-среду дважды в противоположных направлениях, что эквивалентно прямому распространению через идеальную зеркально-симметричную двукратно витую ЖК-среду.
Рисунок 1 - Иллюстрация отражательного оптического детектора контуров на основе витой на 69,2° ЖК-q-пластины. Вверху справа: схематическая конфигурация витого ЖК. Внизу справа: начальная ориентация витого ЖК. BS – широкополосный светоделитель; GS – стеклянная подложка.
На рисунке 2(a) показана экспериментальная установка. Поляризатор и широкополосная четвертьволновая пластина используются для настройки поляризации. Лазер расширяется с помощью ахроматического расширителя луча (Thorlabs). В качестве объекта используется эталонная тестовая мишень-маска разрешения ВВС США 1951 года (левое верхнее изображение на рис. 2(b)), преобразование Фурье которой реализуется с помощью ахроматического объектива с фокусным расстоянием 150 мм (JCOPTIX). Витая ЖК-q-пластина и ПЗС установлены в задней и передней плоскостях Фурье объектива, соответственно.
Рисунок 2 - (а) Экспериментальная установка для широкополосного оптического детектирования контуров. Р – поляризатор; QWP – широкополосная четвертьволновая пластина; BE – ахроматический расширитель луча; BS – неполяризованный светоделитель; L – ахроматический объектив. (b) Эталонная тестовая мишень-маска разрешения BBC США и соответствующие результаты оптического детектирования контуров на различных длинах волн. (с) Зависимости эффективности (η) и разрешения (R) оптического детектирования контуров от длины волны.
Для проверки зависимости результатов оптического детектирования контуров от поляризации падающего света изменяется поляризация объекта путем изменения угла между быстрой осью широкополосной четвертьволновой пластины и осью пропускания поляризатора. Таким образом поляризация непрерывно изменяется - становится линейной, круговой и эллиптической. Независимость эффективности детектирования от поляризации проверена на примере китайского иероглифа в цветах RGB (рисунок 3(b)). Экспериментальная зависимость эффективности детектирования контуров от поляризации показана на рисунке 3(c).
Средние значения эффективности для цветов RGB составляют 89,09%, 91,25% и 81,74% соответственно. Небольшие стандартные отклонения 3,39 %, 0,95 % и 2,11 % указывают на независимость эффективности детектирования от поляризации. Постоянная эффективность и разрешение подтверждают независимость от поляризации оптического детектирования контуров.
Рисунок 3 – (а) Зависимость разрешения детектирования контуров от поляризации падающего излучения. (b) Изображения объекта в цветах RGB. (с) Зависимость эффективности от поляризации падающего излучения для цветов RGB объекта. Все масштабные линейки соответствуют 400 мкм.
Заключение
Таким образом, витая ЖК-q-пластина обеспечивает высокое разрешение и поляризационно-независимое оптическое детектирование контуров в видимом диапазоне. По сравнению с оптическими детекторами на основе спинового эффекта Холла и метаматериалов, предлагаемый детектор отличается такими преимуществами, как простота изготовления и одинаково высокая эффективность в рабочей полосе. Кроме того, отражающая схема делает систему компактной по сравнению с традиционными пропускающими системами, обеспечивая точное детектирование контуров для обработки изображений.
Хотя для удобства демонстрации здесь представлено широкополосное обнаружение контуров в видимом диапазоне, диапазон может быть легко расширен до инфракрасного путем изменения толщины слоя ЖК или с помощью двулучепреломления. Таким образом, витая ЖК-q-пластина отлично зарекомендовала себя в области точного оптического детектирования контуров.
Детектор может быть применен в таких практических сценариях, как автономное управление ТС и дистанционное зондирование.
Ознакомьтесь с каталогом Thorlabs и JCOPTIX.
Компания INSCIENCE занимается поставкой решений в области оптического детектирования контуров. Для подробного ознакомления с ассортиментом производителя приглашаем Вас посетить сайт jcoptix.ru.
Метод временной мозаики FLIM позволяет повысить точность визуализации времени жизни флуоресценции движущихся объектов. Метод основан на записи массива (мозаики) изображений, построении и анализе векторной диаграммы мозаики с помощью специального ПО Becker & Hickl.
С помощью системы Becker & Hickl DCS-120 MP со сверхбыстрыми детекторами для визуализации времени жизни флуоресценции исследуется флуоресценция спор различных видов грибов. Исследуются чрезвычайно быстрые компоненты с временем затухания 8 – 80 пс и амплитудами до 99,5% в функциях затухания.
В статье исследуется, как изменения параметров в методах обработки поверхности подложек приводят к изменениям в процессах адгезии, подчеркивая особенности взаимодействия между методами обработки серной кислотой и УФ-излучением, используя изображения, полученные с помощью интерферометры белого света.
В обзоре сравниваются модели наносекундных лазеров от уже зарекомендовавших себя производителей и их потенциальные аналоги: Ekspla, Litron, Quantel, Bright Solutions, Hubner photonics, CNI, Солар ЛС, Inngu laser, Grace laser, Beamtech.
В работе предлагается оптический детектор контуров, основанный на отражающей витой жидкокристаллической q-пластине. Устройство состоит из зеркала и жидкокристаллического слоя толщиной 1,46 мкм с углом скручивания 69,2°.
Задача создания микроструктур с большим соотношением глубины и ширины в кремниевых подложках актуальна для производства МЭМС. Технология лазерно-водоструйного скрайбирования продемонстрировала возможность создания глубоких канавок с низкой конусностью в кремнии.
г. Санкт-Петербург, улица Савушкина 83, корп. 3
