CGH의 "멀티태스킹 딜레마": 미광이 존재하는 이유는 무엇입니까? "반송파 주파수"를 이해하려면 먼저 전제를 이해해야 합니다. CGH 자체는 회절 광학 요소입니다. CGH에 광선을 비추면 단순히 원하는 회절 차수가 생성되지 않습니다. 물리 광학의 기본 법칙으로 인해 필요한 +1 차수(대상 신호), 회절 없이 곧바로 통과하는 0차 차, 반대편으로 편향되는 -1 차수, 심지어 더 높은 차수 등 여러 "클론"을 동시에 생성합니다.
그림 1. 다양한 회절 차수의 빛(파란색은 +1차를 나타내고 나머지는 미광을 나타냄)
이상적인 설계에서는 +1차 조명만이 측정된 표면에 대한 정보를 간섭계로 다시 전달합니다. 그러나 실제로는 0차 및 -1차 "기생" 명령도 광학 경로에서 목적 없이 방황합니다. 측정 광 경로에 들어가면 미광 간섭이 발생합니다. 그 결과 간섭 줄무늬, 흐릿한 가장자리의 대비가 감소하고 때로는 잘못된 위상 정보가 중첩되기도 합니다. 즉, 흐릿한 무늬는 빛이 약해서가 아니라 과도한 노이즈로 인해 발생하는 경우가 많습니다. "반송파 주파수"란 무엇입니까? 반송파 주파수의 도입은 이러한 "신호와 잡음"의 충돌을 해결하기 위한 것입니다. CGH의 위상 분포는 "측정된 표면의 형상 정보"를 기록하는 코딩된 다이어그램으로 상상할 수 있습니다. "반송파 주파수"는 이 코딩된 정보에 중첩된 추가 기울기 또는 초점 흐림 요소입니다. 이 작업은 추상적으로 들리지만 그 목적은 매우 순수합니다. 즉, 유용한 대상 신호에 공간 주파수 영역의 "새로운 공간"을 제공하는 것입니다. 원래 대상 신호와 쓸모 없는 0차 및 -1차 미광은 함께 모여 주파수 스펙트럼에서 얽혀 있습니다. 아무리 공간적으로 막아도 완전히 막을 수는 없습니다. 그러나 반송파 주파수가 대상 신호에 중첩되면 해당 스펙트럼이 더 높은 주파수 범위로 "이동"되어 고정 간섭 신호로부터 거리가 생성됩니다. 이것은 당신과 당신의 친구들이 처음에는 소음에 빠져 서로의 말을 들을 수 없는 시끄러운 파티에 있는 것과 같습니다. 그러나 반송파 주파수는 귀하와 귀하의 친구들에게 특정 고주파수 톤을 제공하는 것과 같습니다. 두 사람은 다른 누구도 의사소통에 사용하지 않는 이 톤으로 전환하고 주변의 저주파 소음은 즉시 필터링 가능한 배경이 됩니다.
그림 2. 기울어진 반송파 주파수에 따른 차수 분리
그림 3. 디포커스 캐리어 주파수에 따른 레벨 분리
간섭 신호와 대상 신호가 스펙트럼에서 분리되면 후속 공간 필터링을 통해 깨끗하고 효과적으로 "미광을 차단"할 수 있습니다. 필터링의 기술: 강할수록 좋지만, 딱 맞습니다. 이것은 "딱 맞는" 순간을 찾는 균형의 예술입니다. 반송파 주파수가 너무 낮으면 간섭 신호와 대상 신호의 스펙트럼이 계속 겹쳐서 뒤엉키게 되어 필터링이 실패하고 줄무늬가 흐릿해집니다. 캐리어 주파수가 너무 높으면 스펙트럼이 충분히 분리되지만 이로 인해 CGH의 선폭이 극도로 좁아져 마이크로 나노 제조 정밀도에 대한 요구가 매우 엄격해집니다. 이는 제조 난이도가 높아질 뿐만 아니라 실제 CGH의 회절 효율에 심각한 영향을 미친다는 것을 의미합니다. 이상적인 설계에서는 대부분의 에너지가 +1차에 집중되지만 캐리어 주파수가 너무 높으면 제조 공정에서 약간의 편차라도 빛이 다른 차수로 누출되어 신호 강도가 크게 감소할 수 있습니다. 진정한 디자인 기술은 어디에 있습니까? "최소 유효 반송파 주파수"를 찾는 것입니다. 좋은 디자인은 그리기 소프트웨어에서 무작위로 값을 뽑아내는 것이 아닙니다. 간섭하는 모든 회절 차수를 깔끔하게 분리하면서 중첩된 반송파 주파수를 최소화하는 방법을 정확하게 계산하는 것입니다. 작은 캐리어 주파수로 깔끔한 분리를 달성하면 후속 제조 및 공정에 과도한 압력을 가하지 않고도 줄무늬 대비와 선명도가 모두 보장됩니다. CGH 사용자를 위한 실용적인 제안: CGH 사용자로서 복잡한 반송파 주파수 방정식을 직접 풀 필요는 없지만 소스에서 감지 결과를 제어할 수 없다는 의미는 아닙니다. CGH가 테스트 중에 줄무늬가 흐려지거나 대비가 좋지 않거나 규칙적인 배경 잡음이 자주 나타나는 경우 광학 경로 및 환경 문제를 배제한 후 CGH 설계자 또는 공급업체에 회절 차수 분리에 대한 정량 분석 보고서를 요청할 수 있습니다. 이 보고서는 현재 반송파 주파수 설계에서 각 간섭 차수가 어디로 이동하는지, 대상 신호로부터의 스펙트럼 간격은 얼마인지, 공간 필터에 의해 효과적으로 차단될 수 있는지 여부를 명확하게 알려줍니다. 이 보고서를 사용하면 CGH의 "필터링" 설계가 신뢰할 수 있는지 여부를 확인할 수 있습니다. 마지막으로, 간섭계에서 나노미터 수준의 정밀도를 추구할 때 "명확하게 보이는 것"과 "명확하게 보이지 않는 것"의 차이는 종종 아주 작은 디자인 독창성에 달려 있습니다. 캐리어 주파수는 정밀 테스트라는 거대한 광경에서 겸손한 조명 기술자와 유사한 역할을 합니다. 이는 이미지의 내용을 결정하지는 않지만 이미지가 얼마나 깨끗한지를 결정합니다. 다음에 선명한 윤곽선과 완전히 검은 배경을 가진 표준 간섭계를 보게 된다면, 이는 표면 정확도의 승리일 뿐만 아니라 주파수 필터링의 아름다운 기술이기도 하다는 점을 기억하십시오.
