CGH:n "Multitasking Dilemma": Miksi hajavaloa on olemassa? Ymmärtääksemme "kantoaaltotaajuuden" meidän on ensin ymmärrettävä lähtökohta: CGH itsessään on diffraktiivinen optinen elementti. Kun loistat valonsäteen CGH:lle, se ei yksinkertaisesti tuota haluttua diffraktiojärjestystä. Fysikaalisen optiikan peruslakien vuoksi se tuottaa samanaikaisesti useita "klooneja": tarvitsemasi +1-asteen (kohdesignaali), 0:nnen kertaluvun, joka kulkee suoraan läpi ilman diffraktiota, -1-asteen, joka poikkeaa toiselle puolelle, ja vielä korkeampia kertalukuja...
Kuva 1. Eri diffraktioluokkaa oleva valo (sininen edustaa +1. astetta, loput ovat hajavaloa).
Ihanteellisessa suunnittelussa vain +1-merkkivalo kuljettaa tietoa mitatusta pinnasta takaisin interferometriin. Todellisuudessa 0. ja -1. asteen "parasiitti"-luokat vaeltavat kuitenkin myös päämäärättömästi optisella tiellä. Kun ne tulevat mittausoptiselle tielle, ne aiheuttavat hajavalohäiriöitä. Tuloksena on vähentynyt kontrasti häiriöreunoissa, epäselvät reunat ja joskus jopa väärän vaiheinformaation superpositio. Lyhyesti sanottuna epäselvät hapsut eivät usein johdu heikosta valosta, vaan pikemminkin liiallisesta melusta. Mikä on "kantoaaltotaajuus"? Kantoaaltotaajuuden käyttöönotto ratkaisee tämän "signaalin ja kohinan" konfliktin. Voimme kuvitella CGH:n vaihejakauman koodatuksi kaavioksi, joka tallentaa "mitatun pinnan muotoinformaation". "Kantoaaltotaajuus" on ylimääräinen kallistus- tai defocus-tekijä, joka on asetettu tämän koodatun tiedon päälle. Tämä operaatio kuulostaa abstraktilta, mutta sen tarkoitus on hyvin puhdas - antaa hyödylliselle kohdesignaalille "uusi huone" spatiaaliseen taajuusalueeseen. Alunperin kohdesignaali ja ne hyödyttömät 0. ja -1. asteen hajavalot ovat kasaantuneet yhteen ja takertuneet taajuusspektriin. Riippumatta siitä, kuinka estät sen spatiaalisesti, et voi estää sitä kokonaan. Mutta kun kantoaaltotaajuus on asetettu kohdesignaalin päälle, sen spektri "siirretään" korkeammalle taajuusalueelle, mikä luo etäisyyttä kiinteistä häiriösignaaleista. Tämä on kuin olisit meluisissa juhlissa, joissa sinä ja ystäväsi olette alun perin peittäneet melun eivätkä kuule toisianne. Mutta kantoaaltotaajuus on kuin antaisi sinulle ja ystävillesi tietyn korkean taajuuden äänen; vaihdatte tähän sävyyn, jota kukaan muu ei käytä kommunikointiin, ja ympäröivä matalataajuinen melu muuttuu välittömästi suodatettavaksi taustaksi.
Kuva 2. Tilausten erottelu kallistetulla kantoaaltotaajuudella
Kuva 3. Tasojen erottelu defocus-kantoaaltotaajuudella
Kun häiritsevät ja kohdesignaalit on erotettu spektrissä, myöhempi spatiaalinen suodatus voi "pitää hajavalon poissa" puhtaasti ja tehokkaasti. Suodatuksen taito: ei mitä vahvempi, sitä parempi, mutta juuri sopiva. Tämä on tasapainon taidetta, "juuri oikean" hetken löytämisestä. Jos kantoaaltotaajuus on liian alhainen – häiritsevien ja kohdesignaalien spektrit menevät edelleen päällekkäin, mikä luo sotkuisen sotkun, mikä johtaa suodatusvirheeseen ja epäselviin reunoihin. Jos kantoaaltotaajuus on liian korkea - spektri on riittävän erillään, mutta tämä johtaa erittäin kapeisiin linjanleveyksiin CGH:ssa, mikä asettaa erittäin tiukat vaatimukset mikronanovalmistuksen tarkkuudelle. Tämä ei tarkoita vain valmistusvaikeuksien nousua, vaan myös vakavaa vaikutusta todellisen CGH:n diffraktiotehokkuuteen. Ihanteellisessa suunnittelussa suurin osa energiasta on keskittynyt +1-luokkaan, mutta jos kantoaaltotaajuus on liian korkea, pienikin poikkeama valmistusprosessissa voi aiheuttaa valon vuotamisen muihin tilauksiin, mikä vähentää merkittävästi signaalin intensiteettiä. Missä todellinen suunnittelutaito piilee? Havaittaessa, että "vähintään tehokas kantoaaltotaajuus." Hyvä suunnittelu ei tarkoita arvojen satunnaista vetämistä piirustusohjelmistosta; Kyse on tarkasta laskemisesta, kuinka päällekkäinen kantoaaltotaajuus minimoidaan ja samalla varmistetaan kaikkien häiritsevien diffraktiojärjestysten puhdas erottelu. Puhtaan erottelun saavuttaminen pienellä kantoaaltotaajuudella takaa sekä reunakontrastin että terävyyden aiheuttamatta liiallista painetta myöhempään valmistukseen ja prosesseihin. Käytännön ehdotus CGH-käyttäjille: CGH-käyttäjänä sinun ei tarvitse ratkaista näitä monimutkaisia kantoaaltotaajuusyhtälöitä itse, mutta se ei tarkoita, että et voi hallita tunnistustuloksia lähteellä. Jos CGH:ssasi on usein epäselviä hapsuja, huono kontrasti tai säännöllinen taustakohina testauksen aikana, voit pyytää CGH:n suunnittelijalta tai toimittajalta kvantitatiivisen analyysiraportin diffraktiojärjestyksen erottelusta. Tämä raportti kertoo sinulle selvästi: nykyisessä kantoaaltotaajuussuunnittelussa, mihin kukin häiriöjärjestys on siirretty, mikä on niiden spektrietäisyys kohdesignaalista ja voidaanko spatiaalinen suodatin estää ne tehokkaasti. Tämän raportin avulla voit määrittää, onko CGH:n "suodatus" luotettava. Lopuksi, pyrittäessä nanometritason tarkkuuteen interferometriassa, ero "näkee selvästi" ja "ei näe selvästi" välillä piilee usein pienessä suunnittelun kekseliäisyydessä. Kantoaaltotaajuudella on samanlainen rooli kuin vaatimattomalla valaistusteknikolla tarkkuustestauksen suuressa spektaakkelissa – se ei määritä kuvan sisältöä, mutta se määrittää sen, kuinka puhdas kuva on. Kun seuraavan kerran näet tavallisen interferogrammin, jossa on terävät ääriviivat ja täysin musta tausta, muista, että se ei ole vain voitto pinnan tarkkuudesta, vaan myös kaunis taajuussuodatuksen taide.
