[技术]基于SLM光束整形系统中光学系统像差的研究 [复制链接]

空间光调制器(SLM.0003 v1.0) l)4O .*  
应用示例简述 |% z^N*  
1. 系统细节
N]NF\7(  
 光源 eD%HXGe  
— 高斯激光束 5?WYsj"  
 组件 33Jd!orXU  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 bEm7QgV{X  
— 不同的傅里叶透镜设计(球面，非球面) 具有不同的性能和像差 U-i.(UyZ  
 探测器 "~F3*lk#E  
— 视觉感知的仿真 7R}9oK_I  
— 高帽，转换效率，信噪比 4({(i  
 建模/设计 ,`k_|//}=  
— 场追迹： RK[D_SmS  
 基于不同性能傅里叶透镜的SLM光束整形系统的性能评估。 )qL&%xz  
'+j<n[JLC  
2. 系统说明 !/`$AXO  
? B@&#E!/f  
: [q0S@  
Mi+H#xx16  
3. 建模&设计结果 &(EHq  
}GumpT$Xw  
不同真实傅里叶透镜的结果： ,apNwkY  
FmEc`N9\v  
_A98  
T.REq4<  
4. 总结 A4.4Dji,x  
基于采用傅里叶光学的SLM光束整形系统的性能研究。 -(i(02PX
 
NQfYxB1Yr:  
 理想光学系统采用2f系统代替具有透镜像差的真实透镜。 sIy  
 分析由不同球面和非球面的性对高帽光束质量的影响。 7tNc=,x}  
r> k-KdS  
光束整形应用需要高性能和低像差的光学系统，如非球面系统。 {%C*{,#+8q  
j%L&jH6@  
应用示例详细内容 ]PWDE"  
9i5tVOhE  
系统参数 Qck|#tc  
UDy(dn>J:J  
1. 该应用实例的内容 w]u@G-e  
"5C`,4s  
).5RPAP  
UH? p]4Nz  
eujK4s  
2. 仿真任务 lhH`dG D
 
ST5V!jz  
在之前的案例中，采用了理想的傅里叶光学系统(2f系统)。在接下来的工作中，使用真实的透镜进行替换，该透镜存在多种光学像差。 iYJZvN  
.1yT*+`  
3. 参数：准直输入光源 .B72C[' c  
BHA9
23p?  
3*ixlO:qGk  
POAw M  
4. 参数：SLM透射函数 U!(@q!>G  
\25/$Ae}c  
#>[a{<
;Kn  
5. 由理想系统到实际系统 Es5f*P0  
7y^%7U \  
{2&m`Dbm  
 用真实的傅里叶透镜代替理想2f系统。 KS}hU~
 
 因此会产生像差，像差由所用系统的性能决定。 i;z{zVR  
 对于真实透镜系统的描述，需要必要的耦合参数。 'G&{GVbXY  
 实际系统可这样选择：有效焦距有2f系统相近。 omSM:f_~  
 表格中的参数与之前采用的2f系统理想指标一致。 s 5WqR8  
ritBU:6  
 YZc>dE  
t?c}L7ht  
WW
Kvh  
应用示例详细内容 0NDftcB]  
oF]cTAqhC.  
仿真&结果 80b;I|-T,  
j;b42G~p  
1. VirtualLab中SLM的仿真 g.py+ ZFJ  
DdQ;Q5|  
 由于可以嵌入组件，VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜，真实透镜等)。 );V2?G`/  
 以一个真实的系统(双凸球面透镜)作为傅里叶透镜。 oA] KE"T  
 为优化计算加入一个旋转平面 sRSz}]  
7hP<f}xL  
x5}'7
,A  
1MlUG5  
2. 参数：双凸球面透镜 !Ucjax~  
54lu2gD'  
U>Ld~cw  
 首先，使用一个具有相同曲率半径的双凸球面透镜。 -l~Z0U>^  
 由于对称形状，前后焦距一致。 :W#rhuzC  
 参数是对应波长532nm。 YB<*"HxM)}  
 透镜材料N-BK7。 fmqb`%  
 有效焦距可通过VirtualLab中的透镜计算器进行计算。 C+[%7vF1  
)J]9 lW&y  
[^CV>RuO  
Y3.$G1{#0w  
q6Rr
.A  
:Z`:nq.a  
3. 结果：双凸球面透镜 dzLQI}89+k  
m>USD?i  
o#) {1<0vg  
 生成的礼帽光束是一个干涉图案的叠加，干涉图案的出现时由于像差造成的。 CTX9zrY*T  
 较低的转换效率(56.8%)和信噪比。 6+r$t#  
 一个对称双凸系统不能提供合适的传输性能。 L86n}+ P\  
gE#>RM5D  
,.eWQK~  
<,o>Wx*1C  
0a8/B>  
4. 参数：优化球面透镜 b@RHc!,>jV  
:w}{$v}#D;  
\(226^|j  
 然后，使用一个优化后的球面透镜。 L,y6^J!  
 通过优化曲率半径获得最小波像差。 sn7AR88M;  
 优化获得不同曲率半径，因此是一个非对称系统形状。 =qN2Xg/  
 透镜材料同样为N-BK7。 SJD@&m%?[  
#/PAA  
~wg:!VWA)  
关于使用VirtualLab进行透镜优化的更多信息参考示例BDS.0003 zvABU+{jD  
V5+SWXZ  
SGb;!T*  
" \I4u{zC  
5. 结果：优化的球面透镜 K
iGp[eb  
;^t{Il'j  
~l;[@jsw F  
 由于球面像差，再次生成一个干涉图样。 r0p w_j  
 转换效率(68.6%)和信噪比一般。 $kR N h6  
 一个优化的球面系统同样不能提供合适的传输性能。 G\|,5HED  
*s@Qtgu  
vJAZ%aW  
3u%{dGa  
6. 参数：非球面透镜 P[s8JDqu  
o7IxJCL=Q  
ss;R8:5  
 第三，从Asphericon中选择一个非球面透镜(类型：A25-50LPX)整合到SLM系统。 +`?Y?L^ J  
 非球面透镜材料同样为N-BK7。 C9p"?vX  
 该透镜从VirtualLab的透镜库中导入。 ,{\Bze1fn  
LC1(Xbf  
关于使用VirtualLab进行透镜优化的更多信息参考示例BDS.0003 E=){K  
[M+f-kl  
~-wPP
{!  
%,+leKs  

Da"j E  
7. 结果：非球面透镜 GhPK-+"X  
s-dLZ.9F  
^>"z@$|\:  
 生成期望的高帽光束形状。 <&)v~-&O  
 不仅如此，转换效率(90.8%)和信噪比都非常好。 &89oO@5  
 非球面透镜以几乎零像差将SLM函数转换成高帽光束。 1S@vGq}  
{Zp\^/  
)BRKZQN  
1sYEZO;  
GF3/RT9  
8. 总结 ~'R(2[L!;  
基于采用傅里叶光学的SLM光束整形系统的性能研究。 &=4(l|wcg  
~|<m,)!  
 理想光学系统采用2f系统代替具有透镜像差的真实透镜。 2h?uNW(0Q  
 分析由不同球面和非球面的性对高帽光束质量的影响。 *L!!]Q2c  
)V!dBl"Gq  
光束整形应用需要高性能和低像差的光学系统，如非球面系统。 L~s3b  
~axjjv  
扩展阅读 W
_0>y9?  
ZyE
HzM{$  
扩展阅读 6~*9;!th  
 开始视频 *Vho?P6y\Y  
-     光路图介绍 PTj&3`
v  
 该应用示例相关文件： [Y`,qB<B  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 Y#g4$"G9  
-     SLM.0002：空间光调制器位像素处光衍射的仿真 Q X%&~