論文の概要: Model-Based Real-Time Synthesis of Acousto-Optically Generated Laser-Beam Patterns and Tweezer Arrays
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.16774v1
- Date: Thu, 18 Dec 2025 17:07:01 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-12-19 18:10:32.174314
- Title: Model-Based Real-Time Synthesis of Acousto-Optically Generated Laser-Beam Patterns and Tweezer Arrays
- Title（参考訳）: 音響光発生型レーザビームパターンとツイーザアレイのモデルベースリアルタイム合成
- Authors: Marcel Mittenbuehler, Lukas Sturm, Malte Schlosser, Gerhard Birkl,
- Abstract要約: 音響光学偏向器(AOD)は、高周波(rf)波形で制御可能な超音波格子を回折することでレーザビームの制御を可能にする。
2次元(2次元)パターンは2つの垂直方向のAODで実現できる。
プログラム可能な2次元マルチビーム軌道を実現するオープンループ回折効率制御システムの実装と実験的検討を行った。
- 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: Acousto-optic deflectors (AOD) enable spatiotemporal control of laser beams through diffraction at an ultrasonic grating that is controllable by radio-frequency (rf) waveforms. These devices are a widely used tool for high-bandwidth random-access scanning applications, such as optical tweezers in quantum technology. A single AOD can generate multiple optical tweezers by multitone rf input in one dimension. Two-dimensional (2D) patterns can be realized with two perpendicularly oriented AODs. As the acousto-optical response depends nonlinearly on the applied frequency components, phases, and amplitudes, and in addition experiences dimensional coupling in 2D setups, intensity regulation becomes a unique challenge. Guided by coupled-wave theory and experimental observations, we derive a compute-efficient model which we implement on a graphics processing unit. Only one-time sampling of single-tone laser-power calibration is needed for model parameter determination, allowing for straight-forward integration into optical instruments. We implement and experimentally validate an open-loop diffraction efficiency control system that enables programmable 2D multibeam trajectories with intensity control applied at every time step during digital signal generation, overcoming the limited flexibility, pattern-size constraints, and bandwidth limitations of methods using precalculation and precalibration of a predefined pattern set or closed-loop feedback. The system is capable of stable real-time waveform streaming of arrays with up to 50 x 50 tweezers with minimal time resolution of 1.4 ns (700 MS/s) and a peak latency below 257 microseconds for execution of newly requested patterns. Reactive, real-time 2D multibeam laser patterning and scanning with strict intensity matching will substantially benefit parallelization and increasing data rates in materials processing, microscopy, and optical tweezers.
- Abstract（参考訳）: 音響光学偏向器(AOD)は、高周波(rf)波形で制御可能な超音波格子における回折によるレーザー光の時空間制御を可能にする。
これらのデバイスは、量子技術における光学的ツイーザーのような高帯域ランダムアクセス走査アプリケーションに広く使われているツールである。
単一のAODは1次元のマルチトンrf入力によって複数の光ツイーザを生成することができる。
2次元(2次元)パターンは2つの垂直方向のAODで実現できる。
音響光学応答は印加周波数成分、位相、振幅に非線形に依存し、さらに2次元セットアップにおける次元的カップリングを経験することにより、強度制御はユニークな課題となる。
結合波理論と実験観測により導かれ,グラフィック処理ユニットに実装した計算効率のモデルが導出される。
モデルパラメータ決定には単調レーザーパワーキャリブレーションを1回だけサンプリングする必要があるため、光学機器への直進積分が可能である。
予め定義されたパターンセットや閉ループフィードバックのプリカレーションやプリカレーションを用いて,デジタル信号生成において,制限された柔軟性,パターンサイズ制約,メソッドの帯域幅制限を克服し,プログラム可能な2次元マルチビームトラジェクトリをデジタル信号生成中に毎回適用することを可能にするオープンループ回折効率制御システムを実装し,実験的に検証する。
このシステムは、最大50 x 50 tweezerの配列を、1.4 ns (700 MS/s) の最小時間で、新しい要求されたパターンを実行するために257マイクロ秒未満のピークレイテンシで、安定したリアルタイムの波形ストリーミングを可能にする。
反応性でリアルタイムな2次元マルチビームレーザーパターニングと厳密な強度マッチングによる走査は、材料処理、顕微鏡、光学的ツイーザにおける並列化とデータレートの増大に大きく寄与する。
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