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자가간섭 디지털 홀로그래피 기술 원문보기

방송과 미디어 = Broadcasting and media magazine, v.24 no.2, 2019년, pp.19 - 31  

민성욱 (경희대학교) ,  최기홍 (경희대학교)

초록
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자가간섭 디지털 홀로그래피는 기존의 홀로그래피 기술과 달리 비간섭 광원을 이용해 홀로그램을 취득할 수 있는 기술이다. 자가간섭계는 입사한 파면을 분리하고 변조시킨 뒤 다시 상호 간섭이 가능하게 합쳐주는 장치를 필요로 한다. 지금까지 발표된 관련 연구들은 모두 파면의 분리 방식, 즉 공간적 분리와 편광 상태에 따른 분리 방식으로 나눌 수 있다. 시스템의 원리와 대표적인 두 가지 시스템을 소개하고, 이어서 필자의 연구실에서 제안한 기하학적 위상을 이용한 자가간섭 디지털 홀로그래피 기술을 다룬다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이어지는 장에서는 기존 레이저 광원 기반 홀로그래픽 간섭계와 비교해 자가간섭을 통한 홀로그램 기록이 어떻게 가능한지를 소개하고, 이를 위한 조건, 그리고 부수적으로 필요한 기술을 설명한다. 그리고 여러 연구자들로부터 소개된 다양한 자가간섭 디지털 홀로그래픽 기록 시스템을 소개한다. 마지막으로 필자의 연구실에서 중점적으로 다루고 있는 기하학적 위상을 이용한 자가간섭 디지털 홀로그램기록 시스템에 대해 설명한 뒤, 글을 요약하며 마무리한다.
  • 마지막으로 필자의 연구실에서 진행하고 있는 기하학적 위상을 이용한 SIDH 기술을 소개하겠다. 시스템을 소개하기에 앞서 기하학적 위상이 무엇인지, 그리고 이를 관찰하는 방법은 무엇인지에 대해 먼저 설명하고 이어서 기하학적 위상 소자와 제작방법, 작동원리에 대해 서술한다.
  • 자가간섭 홀로그래피 기술은 얻어진 홀로그램의 형태에 따라 프레넬(Fresnel)과 푸리에(Fourier) 형태로 구분할 수 있다. 여기에서는 두 구면파의 간섭으로 나타나는 프레넬 홀로그램에 대해 서술한다. 모든 소자가 평행하게 배치된 inline 혹은 on-axis홀로그래픽 시스템은 과거 홀로그램 기술의 선구자였던 Gabor에 의해 제안된 Gabor hologram에서 나타나는 광원(bias) 및 쌍영상(twin-image) 문제를 고스란히 갖고 있다[2].
  • 그리고 이 자가간섭 기술을 응용해 홀로그램 영상 취득을 하는 기술이 자가간섭 디지털 홀로그래피 기술이다. 이 글에서는 상기한 바와 같이 레이저를 사용할 수 없는 실험실 외부에서 홀로그램 취득을 할 수 있는 자가간섭 디지털 홀로그래피 기술에 대해 소개한다.
  • 두 광파의 상대적인 위상을 여러 단계로 조절하려면 실제 광 경로를 미세하게 조정하거나, 복굴절성 소자를 이용해 optical retardation을 준다거나, 기하학적 위상을 이용하는 방법이 있다. 자세한 시스템적 구현은 이어서 지금까지 발표된 자가간섭 디지털 홀로그래픽 시스템들을 소개하면서 함께 언급하고자 한다.
  • 지금까지 자가간섭 디지털 홀로그래피 시스템들의 원리와 구성에 대해 알아보았다. 각 시스템들은 모두 고유의 장단점들을 갖고 있다.

가설 설정

  • PB 위상은 광 경로나 retardation의 변화가 억제될 때 쉽게 관찰된다. 마하-젠더 간섭계의 한 채널에 일련의 편광판, 파장판 조합을 추가하는데 그 순서는 P-QWP-HWP-QWP-P로 이뤄져 있다고 가정하자[12]. 이때, P는 편광판, QWP는 1/4 파장판, HWP는 1/2 파장판을 나타낸다.
  • 물체를 이루고 있는 어느 한 점에서 구면파가 자가 발광 혹은 반사에 의해 시스템 방향으로 발산하는 상황을 가정하자. 이 점은 의 Lo로 표기된 렌즈의 초점거리에 위치해 있어, 이로부터 발산한 광파는 렌즈를 지나며 평행광이 된다.
  • 이 SLM은 편광 선택성이 존재한다. 예로, 수직으로 선형 편광 된 광파만을 변조시킨다고 가정하자. 이SLM에 회절 렌즈 무늬를 재생시키면 SLM에 도달한 수평 및 수직 성분 중 수평 성분은 SLM과의 반응성이 없기 때문에 그저 거울처럼 반사된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
자가간섭 디지털 홀로그래피는 무슨 기술인가? 자가간섭 디지털 홀로그래피는 기존의 홀로그래피 기술과 달리 비간섭 광원을 이용해 홀로그램을 취득할 수 있는 기술이다. 자가간섭계는 입사한 파면을 분리하고 변조시킨 뒤 다시 상호 간섭이 가능하게 합쳐주는 장치를 필요로 한다.
자가간섭 홀로그래피 기술은 어떻게 구분되는가? 자가간섭 홀로그래피 기술은 얻어진 홀로그램의 형태에 따라 프레넬(Fresnel)과 푸리에(Fourier) 형태로 구분할 수 있다. 여기에서는 두 구면파의 간섭으로 나타나는 프레넬 홀로그램에 대해 서술한다.
기존의 홀로그래픽 간섭계가 다양한 환경에서 안정된 성능을 내기가 매우 까다로운데, 이를 극복하고자 등장한 기술은? 이러한 설계 조건으로 인해 기존의 홀로그래픽 간섭계가 다양한 환경에서 안정된 성능을 내기가 매우 까다롭다. 이를 극복하고자 등장한 기술이 자가간섭이다. 그리고 이 자가간섭 기술을 응용해 홀로그램 영상 취득을 하는 기술이 자가간섭 디지털 홀로그래피 기술이다.
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참고문헌 (18)

  1. A. W. Lohmann, "Wavefront reconstruction for incoherent objects," J. Opt. Soc. Am., 55(11):1555-1556 (1965). 

  2. D Gabor, "A new microscopic principle," Nature, 161:777-778 (1948). 

  3. I. Yamaguchi and T. Zhang, "Phase-shifting digital holography," Opt. Lett., 22(16):1268-1270 (1997). 

  4. G. Cochran, "New Method of Making Fresnel Transforms with Incoherent Light," J. Opt. Soc. Am., 56(11):1513-1517 (1966). 

  5. G. Pedrini, H. Li, A. Faridian and W. Osten, "Digital holography of self-luminous objects by using a Mach-Zehnder setup," Opt. Lett., 37(4):713-715 (2012). 

  6. M. K. Kim, "Incoherent digital holographic adaptive optics," Appl. Opt., 52(1):A117-A130 (2013). 

  7. J. Rosen and G. Brooker, "Digital spatially incoherent Fresnel holography," Opt. Lett., 32(8):912-914 (2007). 

  8. G. Brooker, N. Siegel, J. Rosen, N. Hashimoto, M. Kurihara and A. Tanabe, "In-line finch super resolution digital holographic fluorescence microscopy using a high efficiency transmission liquid crystal GRIN lens," Opt. Lett., 38(24):5264-5267 (2013). 

  9. N. Siegel, V. Lupashin, B. Storrie and Gary Brooker, "High-magnification super-resolution FINCH microscopy using birefringent crystal lens interferometers," Nat. Photon., 10:802 (2016). 

  10. S. Pancharatnam, "Generalized theory of interference, and its applications," Proc. Indian Acad. Sci. - Sect. A 44, 247-262 (1956). 

  11. M. V. Berry, "Quantal phase factors accompanying adiabatic changes," Proc. Royal Soc. A, 392(1802):45-57 (1984). 

  12. P. Hariharan and P.E. Ciddor, "An achromatic phase-shifter operating on the geometric phase," Opt. Commun., 110(1):13 - 17 (1994). 

  13. R. Bhandari, "Polarization of light and topological phases," Phys. Rep., 281(1):1 - 64 (1997). 

  14. J. Kim, Y. Li, M. N. Miskiewicz, C. Oh, M. W. Kudenov, and M. J. Escuti, "Fabrication of ideal geometric-phase holograms with arbitrary wavefronts," Optica 2, 958-964 (2015). 

  15. L. D. Sio, D. E. Roberts, Z. Liao, S. Nersisyan, O. Uskova, L. Wickboldt, N. Tabiryan, D. M. Steeves and Brian R. Kimball, "Digital polarization holography advancing geometrical phase optics," Opt. Express 24, 18297-18306 (2016). 

  16. K. Choi, J. Yim, S. Yoo and S-.W. Min, "Self-interference digital holography with a geometric-phase hologram lens," Opt. Lett., 42(19):3940-3943 (2017). 

  17. K. Choi, J. Yim and S-.W. Min, "Achromatic phase shifting self-interference incoherent digital holography using linear polarizer and geometric phase lens," Opt. Express, 26(13):16212-16225 (2018). 

  18. K. Choi, K-.I. Joo, T-.H. Lee, H-.R. Kim, J. Yim, H. Do and S-.W. Min, "Compact self-interference incoherent digital holographic camera system with real-time operation," Opt. Express, 27(4):4818-4833 (2019). 

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