מה אני חוקר – 2.1 – איך מעצבים אור

 בחלק הקודם דיברנו על איך אנחנו יכולים לאפיין חומרים מורכבים באמצעות מטריצת מעבר, ולמדוד את השדה החשמלי של האור אחרי שהוא עבר דרכם באמצעות מצלמה. בחלק הזה נספר על איך אנחנו יכולים לעצב את האור, מה שישלים את התמונה של איך אפשר ניסיונית לעשות דברים מגניבים כמו פיקוס אור מעבר לתווך מורכב.

המכשיר העיקרי בו אנחנו משתמשים במעבדה לצורך זה נקרא Spatial Light Modulator, או בקיצור – SLM. החלק החשוב בSLM הוא בסופו של דבר מעין מסך שבנוי מפיקסלים (ראו איור למטה), כאשר בכל פיקסל יש תא של Liquid Crystal או בקיצור – LC. מה שמאפיין LC זה שיש בו מולקולות מוארכות בניצב לכיוון שממנו מגיע האור (1 באיור). אור מקוטב ליניארית בכיוון המוארך שעובר דרך המולקולות צובר פאזה שונה כתלות בעד כמה הן מוארכות.  

כאשר נפעיל מתח על תא LC המולקולות יתחילו להישכב בכיוון המתח. בהינתן מתח מספיק גבוה הן יהיו מכוונות לגמרי בכיוון התקדמות האור (2 באיור), ואז האור יצבור פאזה באופן "רגיל" (ראו איור למטה).

מה שיוצא זה שאם אלומה (מקוטבת ליניארית בכיוון הנכון) תעבור דרך הSLM, ונפעיל מתח שונה בכל פיקסל, אז חלקים שונים של האלומה יצברו פאזה שונה, ובכך יש לנו שליטה מלאה על הפאזה של האור!

בהמשך נתמקד במה אפשר לעשות עם SLM, אבל נציין שקיימים רכיבים נוספים בשימוש נרחב, למשל Digital micromirror device או בקיצור – DMD. גם כאן מדובר ב"מסך עם פיקסלים", כאשר בכל פיקסל קטנטן יש מראה שאפשר להפעיל מתח ולכוון אותה הצידה. בכך נוכל להחליט איזה פיקסלים להעביר, ואיזה להעיף הצידה, ואנו מקבלים לנו שליטה בינארית על העברת אמפליטודה. היתרון בDMD הוא שאפשר לשנות את הקונפיגורציה (הבינארית) של הפיקסלים שלו עשרות אלפי פעמים בשניה, לעומת SLM שעובד בקצב של עד עשרות פעמים בשניה.

במבט ראשון, שליטה על פאזה נשמע כמו יכולת מוגבלת למדי, אבל בפוסטים הבאים נספר על דברים מאוד מגניבים שאפשר לעשות ככה :)