متحرک فیز ماڈیولیشن کا استعمال کرتے ہوئے لینس لیس موثر سنیپ شاٹ ہائپر اسپیکٹرل امیجنگ

اسپیشل لائٹ ماڈیولیٹر (SLM) ایک متحرک آپٹیکل جزو ہے جو بیرونی کنٹرول کے تحت واقعے کی روشنی کے طول و عرض، مرحلے، اور پولرائزیشن کی حالت کو حقیقی وقت میں ماڈیول کرنے کے قابل ہے۔ یہ مائع کرسٹل کے اضطراری انڈیکس کو ایڈجسٹ کرکے حاصل کرتا ہے، اس طرح آپٹیکل راستے کی لمبائی کو کنٹرول کرتا ہے۔ مائع کرسٹل SLMs کا استعمال کرتے ہوئے، diffractive آپٹیکل عناصر (DOEs) کی تقلید کرنا ممکن ہے، ان کی پروگرامیبلٹی اور لچک کی وجہ سے فعال تفاوت کنٹرول کو فعال کرنا۔

ایک diffractive آپٹیکل عنصر (DOE) پر مبنی سنیپ شاٹ ہائپر اسپیکٹرل امیجنگ گہری آپٹکس میں حالیہ پیشرفت میں تیزی سے نمایاں ہو رہی ہے۔ مقامی اور سپیکٹرل ریزولوشنز میں قابل ذکر ترقی کے باوجود، موجودہ فوٹو لیتھوگرافی ٹیکنالوجی کی حدود نے من گھڑت DOE کو مثالی بلندیوں پر ڈیزائن کرنے سے روک دیا ہے اور اعلی تفاوت کی کارکردگی کے ساتھ، کچھ بینڈز میں کوڈڈ امیجنگ اور تعمیر نو کی درستگی کی تاثیر کو کم کر دیا ہے۔ یہاں، ہم اپنے علم کے مطابق، ایک نیا لینس لیس موثر اسنیپ شاٹ ہائپر اسپیکٹرل امیجنگ (LESHI) سسٹم تجویز کرتے ہیں جو روایتی طور پر من گھڑت DOE کو تبدیل کرنے کے لیے ایک مائع-کرسٹل-آن-سلیکون اسپیشل لائٹ ماڈیولیٹر (LCoS-SLM) کا استعمال کرتا ہے، جس کے نتیجے میں ہائی ماڈیولیشن لیول اور ری کنسٹرکچر ہوتا ہے۔ سنگل لینس امیجنگ ماڈل کے علاوہ، نظام تقسیم شدہ ڈفریکٹیو آپٹکس (DDO) امیجنگ کو لاگو کرنے اور پورے دکھائی دینے والے اسپیکٹرم میں پھیلاؤ کی کارکردگی کو بڑھانے کے لیے LCoS-SLM کی سوئچ صلاحیت کا فائدہ اٹھا سکتا ہے۔

جزوی تجرباتی طریقہ کار اور نتائج

LESHI نظام کی منصوبہ بندی تصویر 1 میں دکھائی گئی ہے۔ ایک لائٹ سورس (CIE اسٹینڈرڈ الیومیننٹ D65، Datacolor Tru-Vue لائٹ بوتھ) آبجیکٹ کو روشن کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ نمونے کی منعکس روشنی پولرائزر (GCL-050003) سے گزرتی ہے، بیم اسپلٹر (GCC-M402103) سے منعکس ہوتی ہے، اور LCoS-SLM (FSLM-2K39-P02، 256 قدموں کی 8 بٹ گرے اسکیل سطح پر اثر انداز ہوتی ہے، 180-256 قدموں کے ساتھ 180-2000 تک کی رفتار) پیٹرن چونکہ مائع کرسٹل پرت میں سپیکٹرم کی مختلف طول موجوں کے لیے مختلف اضطراری اشاریے ہوتے ہیں [52,53]، یہ مسلسل ہائپر اسپیکٹرل ڈیٹا کیوب کو تقسیم کرتے ہوئے پورے سپیکٹرم جیسے DOE کے لیے مختلف مرحلے میں تاخیر پیدا کر سکتا ہے۔ اس طرح، جب روشنی کی لہر LCoS-SLM کی مائع کرسٹل پرت سے گزرتی ہے، تو ہر پکسل کی ماڈیولیشن روشنی کی لہر کے مرحلے کو تبدیل کرنے کا سبب بنتی ہے۔ آخر میں، LCoS-SLM سے منعکس ہونے والی فیز ماڈیولڈ لائٹ بیم اسپلٹر کو منتقل کرتی ہے اور اسے رنگین CMOS کیمرے (ME2P-1230-23U3C، جس میں Bayer فلٹر ہوتا ہے) کے ذریعے ریکارڈ کیا جاتا ہے۔

تصویر 1. لینس کے بغیر موثر سنیپ شاٹ ہائپر اسپیکٹرل امیجنگ (LESHI) سسٹم کا اسکیمیٹک۔ LCoS-SLM، سلیکون پر مبنی مقامی روشنی ماڈیولر پر مائع کرسٹل۔ LESHI ہارڈ ویئر پر مبنی ڈفریکٹو امیجنگ اور سافٹ ویئر پر مبنی ہائپر اسپیکٹرل ری کنسٹرکشن الگورتھم پر مشتمل ہے۔ ڈفریکٹیو امیجنگ جزو میں ایک LCoS-SLM، ایک پولرائزر، ایک بیم اسپلٹر، اور ایک رنگین CMOS کیمرہ شامل ہے۔ ہائپر اسپیکٹرل ری کنسٹرکشن الگورتھم سپیکٹرل معلومات کو ڈی کوڈ کرنے کے لیے ایک ResU-net کا استعمال کرتا ہے۔

تصویر 2. لیشی کے کام کرنے والے اصول۔ (a) لیشی کی پائپ لائن۔ (b) DOE پیٹرن کے ساتھ LCoS-SLM پر مبنی ڈفریکٹیو آپٹیکل امیجنگ میں PSF کے حصول کے عمل کی اسکیمیٹک۔ (c) LCoS-SLM پر مبنی DDO ماڈل ڈیزائن۔ DDO مختلف بینڈز کے inpidual DOEs کے PSFs کو فیوز کرتا ہے اور ایک degenerate PSF ماڈل بنانے کے لیے تفاوت کی کارکردگی کے ماڈل کو شامل کرتا ہے۔ (d) ResU-net تعمیر نو الگورتھم کا ڈھانچہ، جو U-net کے U-shaped فن تعمیر کو ResNet کے بقایا کنکشن کے ساتھ جوڑتا ہے۔

تصویر 3. لیشی ماڈل کی توثیق۔ (a) ICVL ڈیٹاسیٹ سے زمینی سچائی۔ (b) تربیت یافتہ نقلی DOE پیٹرن LCoS-SLM پر بھرا ہوا ہے۔ (c) واحد DOE پیٹرن کے ساتھ LESHI ماڈل کے ذریعہ تیار کردہ RGB تصویر۔ (d) (c) کا دوبارہ تشکیل شدہ نتیجہ۔ (e) ایک ہی DOE پیٹرن کے ساتھ LESHI ماڈل کا استعمال کرتے ہوئے دوبارہ تعمیر شدہ ہائپر اسپیکٹرل امیجز۔ (f) مقامی رقبہ "1" کے لیے اسپیکٹرل تابکاری کے منحنی خطوط کی زمینی سچائی اور دوبارہ تعمیر شدہ اقدار (a) میں نشان زد ہیں۔ (g) جیسا کہ (f) لیکن مقامی علاقے "2" کے لیے۔ (h) LESHI ماڈل میں سنگل DOE پیٹرن (LCoS-S) اور ایک سے زیادہ DOE پیٹرن (LCoS-D) کا استعمال کرتے ہوئے طول موج کے فنکشن کے طور پر تفاوت کی کارکردگی۔ جدول تین مختلف بینڈز (400–500 nm، 500–600 nm، 600–700 nm) پر LCoS-S کے مقابلے LCoS-D کے رشتہ دار تفاوت کی کارکردگی کا فائدہ (RDEG) دکھاتا ہے۔

تصویر 4. LESHI نظام کی کارکردگی کی خصوصیت۔ (a) ISO12233 ٹیسٹ چارٹ کی دوبارہ تشکیل شدہ تصویر۔ (b) ٹیسٹ چارٹ پر دو خطوں کے مقامی لائن پروفائلز، لیبل 1 in (a) کے مقام پر ہلکے نارنجی اور ٹیل بکسوں میں نمایاں ہیں۔ (c) ٹیسٹ چارٹ پر دو خطوں کے مقامی لائن پروفائلز، جو لیبل 2 in (a) کے مقام پر ہلکے نیلے اور ٹیل بکس میں نمایاں ہیں۔ (d) LEHSI نظام کی پیمائش۔ (e) RGB فارمیٹ میں (c) کی تعمیر نو کا نتیجہ۔ (f) جڑ کا مطلب مربع غلطی (RMSE) اور چھ مقامی علاقوں میں CS-2000 اسپیکٹومیٹر کے ذریعہ دوبارہ تعمیر شدہ تصویر اور پیمائش کی زیادہ سے زیادہ خرابی [(c) میں سفید خانوں سے نشان زد]۔ (g) طول موج کے ایک فنکشن کے طور پر چھ مقامی علاقوں کی تعمیر نو کی چمک کے منحنی خطوط [(c) میں سفید خانوں سے نشان زد]۔ زمینی سچائی CS-2000 سپیکٹرو میٹر کے ذریعے حاصل کی جاتی ہے۔ (h) (d) کے سات نمائندہ ری کنسٹریکٹڈ سپیکٹرل چینلز۔

تصویر 5. فوکل کی لمبائی میں ترمیم کے لیے درخواست کے نتائج۔ (a) فیز ماڈیولیشن پیٹرن LCoS-SLM پر مختلف فوکل لینتھ کے ساتھ اینڈ ٹو اینڈ ٹریننگ کے ذریعے لوڈ کیے گئے ہیں۔ (b) اسی طرح کی کیپچر شدہ RGB امیجز (a)۔ (c) مختلف فوکل لمبائیوں پر LESHI سسٹم کو لاگو کرکے سپیکٹرل امیج کی بازیابی کے نتائج۔ (d) چھ نمائندوں نے (c) کے مطابق اسپیکٹرل چینلز کی تعمیر نو کی۔

تصویر 6. مختلف ماڈلز کے لیے سپیکٹرل ری کنسٹرکشن سمیلیشنز کا موازنہ۔ (a) تعمیر نو کے چار اعداد و شمار کے نتائج اور بصری اثرات کا موازنہ کرتے ہوئے، LCoS-SLM پر مبنی ڈفریکٹیو آپٹیکل امیجنگ ماڈل تعمیر نو کی کارکردگی کو مؤثر طریقے سے بہتر بنا سکتا ہے اور کوانٹائزڈ DOE کی وجہ سے تعمیر نو کے نتائج کے انحطاط سے بچ سکتا ہے۔ (b) مختلف ماڈلز کے لیے سپیکٹرل تابکاری کے منحنی خطوط۔ اسپیکٹرل منحنی خطوط ظاہر کرتے ہیں کہ LCoS-D کے دوبارہ بنائے گئے اسپیکٹرل منحنی خطوط زمینی سچائی اقدار کے قریب ہیں۔

اس تجربے میں استعمال ہونے والے فیز صرف مقامی لائٹ ماڈیولیٹر کی وضاحتیں حسب ذیل ہیں:

حتمی خیالات

DOE، ایک روایتی diffractive آپٹیکل عنصر کے طور پر، ایک مقررہ ڈھانچہ اور مقررہ فعالیت رکھتا ہے، لیکن اس کی کارکردگی نسبتاً زیادہ ہے۔ اس کے برعکس، مائع کرسٹل اسپیشل لائٹ ماڈیولیٹر (SLM) ویو فرنٹ کو الیکٹریکل کنٹرول کے ذریعے ماڈیول کرتا ہے، جس سے لچکدار پروگرامنگ اور ریئل ٹائم ماڈیولیشن کو قابل بنایا جا سکتا ہے۔ تاہم، پکسل گیپس سے ہونے والے نقصانات اور مائع کرسٹل ردعمل کی وجہ سے اس کی کارکردگی کم ہے۔ دونوں کے اپنے اپنے فوائد اور نقصانات ہیں، اور ان کو تکمیلی طور پر استعمال کرنے سے، آپٹیکل سسٹم کو بہتر بنانا ممکن ہے۔ مثال کے طور پر، SLM کو DOE میں خرابیوں کو درست کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے، یا DOE کو SLM کے ساتھ ملا کر SLM کی فعال حدود کو بڑھایا جا سکتا ہے۔

مضمون کی معلومات:https://doi.org/10.1364/PRJ.543621