基于模型的实时合成声光生成激光束图案与 tweezer 阵列
光学
2025-12-19 v1 量子物理
摘要
声光偏转器（AOD）通过在可由射频（rf）波形控制的超声晶格上进行衍射，实现对激光束的时空控制。这些装置是高带宽随机存取扫描应用中广泛使用的数据工具，例如量子技术中的光钩。单个AOD可通过单维度中的多音调rf输入生成多个光钩。二维（2D）图案可通过两个垂直布置的AOD实现。由于声光响应对施加的频率分量、相位和�幅具有非线性依赖，同时在2D设置中还存在维度耦合，光强调控成为独特的挑战。我们在引导耦合波动理论和实验观察的指导下，推导了一种计算效率高的模型，并在图形处理器上实现。仅需一次单音调激光功率校准即可确定模型参数，便于集成到光学仪器中。我们实现并实验验证了一个开环衍射效率控制系统，使可在数字信号生成的每个时间步骤上应用强度控制，实现可编程的2D多光束轨迹，克服了使用预计算和预校准的预定义图案集或闭环反馈方法所固有的限制性、图案大小约束和带宽限制。该系统能够稳定地实时流式传输最高达50×50光钩的阵列，最小时间分辨率为1.4 ns（700 MS/s），新请求图案的峰值延迟低于257微秒。具有严格光强匹配的反应式、实时2D多光束激光图案和扫描将显著提升材料加工、显微镜和光钩中的并行化和数据速率。
引用
@article{arxiv.2512.16774,
title = {Model-Based Real-Time Synthesis of Acousto-Optically Generated Laser-Beam Patterns and Tweezer Arrays},
author = {Marcel Mittenbuehler and Lukas Sturm and Malte Schlosser and Gerhard Birkl},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.16774},
year = {2025}
}