論文の概要: Optical tweezer generation using automated alignment and adaptive optics
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2401.00860v1
- Date: Wed, 20 Dec 2023 18:40:37 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-01-15 12:18:11.850500
- Title: Optical tweezer generation using automated alignment and adaptive optics
- Title（参考訳）: 自動アライメントと適応光学を用いた光ツイーザ生成
- Authors: Bharath Hebbe Madhusudhana, Karatzyna Krzyzanowska, Malcolm Boshier
- Abstract要約: 微調整を実現するための光学アライメントの最先端の精度は、手動制御の限界に達している。
光学手動アライメントの基本的な技法の1つは、レーザービームの横断歩行である。
この手法を用いて, 高い開口目標を機械的に整列させ, 高品質なツイーザを製作可能であることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Recent progress in quantum technologies with ultracold atoms has been
propelled by spatially fine-tuned control of lasers and diffraction-limited
imaging. The state-of-the-art precision of optical alignment to achieve this
fine-tuning is reaching the limits of manual control. Here, we show how to
automate this process. One of the elementary techniques of manual alignment of
optics is cross-walking of laser beams. Here, we generalize this technique to
multi-variable cross-walking. Mathematically, this is a variant of the
well-known Alternating Minimization (AM) algorithm in convex optimization and
is closely related to the Gauss-Seidel algorithm. Therefore, we refer to our
multi-variable cross-walking algorithm as the modified AM algorithm. While
cross-walking more than two variables manually is challenging, one can do this
easily for machine-controlled variables. We apply this algorithm to
mechanically align high numerical aperture (NA) objectives and show that we can
produce high-quality diffraction-limited tweezers and point spread functions
(PSF). After a rudimentary coarse alignment, the algorithm takes about 1 hour
to align the optics to produce high-quality tweezers. Moreover, we use the same
algorithm to optimize the shape of a deformable mirror along with the
mechanical variables and show that it can be used to correct for optical
aberrations produced, for example, by glass thickness when producing tweezers
and imaging point sources. The shape of the deformable mirror is parametrized
using the first 14 non-trivial Zernike polynomials, and the corresponding
coefficients are optimized together with the mechanical alignment variables. We
show PSF with a Strehl ratio close to 1 and tweezers with a Strehl ratio >0.8.
The algorithm demonstrates exceptional robustness, effectively operating in the
presence of significant mechanical fluctuations induced by a noisy environment.
- Abstract（参考訳）: 超低温原子を用いた量子技術の最近の進歩は、レーザーの空間的微調整制御と回折制限イメージングによって推進されている。
この微調整を実現するための光学アライメントの最先端の精度は、手動制御の限界に達している。
ここでは、このプロセスの自動化方法を示す。
光学手動アライメントの基本的な技法の1つはレーザービームの横断歩行である。
ここでは,この手法を多変量横断歩行に一般化する。
数学的には、これは凸最適化におけるよく知られた交代最小化アルゴリズムの変種であり、ガウス・シーデルアルゴリズムと密接に関連している。
そこで我々は,多変数横断歩行アルゴリズムを改良AMアルゴリズムと呼ぶ。
手動で2つ以上の変数を横断歩行することは難しいが、機械制御変数では簡単にできる。
このアルゴリズムを,高数値開口(na)目標を機械的に整列させ,高品質の回折制限トワイザーと点拡散関数(psf)を生成できることを示す。
粗いアライメントの後、アルゴリズムは約1時間かけて光学系を調整し、高品質のトワイザーを生成する。
また,同じアルゴリズムを用いて変形可能なミラーの形状を機械変数とともに最適化し,ツイーザーや撮像点源を作製する際に,ガラス厚による光学収差を補正できることを示した。
変形可能なミラーの形状は、最初の14個の非自明なツェルニケ多項式を用いてパラメータ化され、対応する係数は機械的アライメント変数と共に最適化される。
psfはstrehl比が1近く、tweezersはstrehl比が0.8以下である。
このアルゴリズムは、ノイズ環境によって引き起こされる重要な機械的ゆらぎの存在下で効果的に動作する、例外的な堅牢性を示す。
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