[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) T \d
-r#{  
应用示例简述 wQ!C9Gp3e  
1. 系统细节 VHwAO:+-  
 光源 X
)P;UVR0  
— 高斯激光束 =z_.RE  
 组件 Vu6$84>-,  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 !kAjne8]d  
— 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 -.XICKz  
 探测器 )?es3Ehqq  
— 视觉感知的仿真 LHit9O[_/s  
— 高帽，转换效率，信噪比 -%R3YU3  
 建模/设计 4}C^s\?z  
— 场追迹： :zN{>,sC  
 基于不同性能傅里叶透镜的SLM光束整形系统的性能评估。 %+BiN)R*x  
zvJQ@i"Z  
2. 系统说明 H?\b   
A5U//y![{  
9 GEMmo3  
r1vF/yt(  
3. 建模&设计结果 # !:u*1  
*2nQZ^c.  
不同真实傅里叶透镜的结果： 5W%^g_I  
q.xt%`@aA  
#kho[`9  
VTM*=5|c  
4. 总结 zVeQKN
9^Z  
基于采用傅里叶光学的SLM光束整形系统的性能研究。 kBF.TGT[l  
FBDRbJ su  
 理想光学系统采用2f系统代替具有透镜像差的真实透镜。 BC*)@=
7fx  
 分析由不同球面和非球面的性对高帽光束质量的影响。 uP;qs8  
^?-SMcUHB  
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。 Ii*tux!S  
QkY]z~P4  
应用示例详细内容 ,q[aV 6kO  
0j@nOj(3  
系统参数 3mmp5 d  
idG}p+(;  
1. 该应用实例的内容 kMJf!%L(  
^v5v7\!  
`=}w(V8pc  
3u&>r-V6Fn  
H YA<  
2. 仿真任务 F0Nl,9h('  
6R`q{}.  
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。 >0^oC[ B  
 ~OdE!!  
3. 参数：准直输入光源 [.ya&E)x  
|{STk
V]  
zc1y)s0G  
CO%o.j=1  
4. 参数：SLM透射函数 PM(M c]6  
ca@?-)  
Bz7rf^H`Z  
5. 由理想系统到实际系统 "W"
2Y(  
h vC gd^M  
{Yt@H

 
 用真实的傅里叶透镜代替理想2f系统。 5*~]=(BE  
 因此会产生像差，像差由所用系统的性能决定。 s|cL mL[  
 对于真实透镜系统的描述，需要必要的耦合参数。 Xyz w.%4c  
 实际系统可这样选择：有效焦距有2f系统相近。 t9C.|6X  
 表格中的参数与之前采用的2f系统理想指标一致。 ;$il_xA)\>  
_"4u?C#  
N*B
_or  
{/u}  
k Q Sx65  
应用示例详细内容 OrG1Mfx&2%  
2:8p>^g=  
仿真&结果 Oh&k{DWE$  
P5$L(x%~  
1. VirtualLab中SLM的仿真 h?D>Dfeg%  
8lNkY`P7s  
 由于可以嵌入组件，VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜，真实透镜等)。 Hv3<gyD  
 以一个真实的系统(双凸球面透镜)作为傅里叶透镜。 1
xf Pe#  
 为优化计算加入一个旋转平面 _MmSi4]yd  
>>>&{>}!  
 << X
WL:  
zJMm=Mw^  
2. 参数：双凸球面透镜 UN8]>#\"`  
#Yd'Vve  
X5Fi , /H  
 首先，使用一个具有相同曲率半径的双凸球面透镜。 *vqr+jr9  
 由于对称形状，前后焦距一致。 >Q-"-X1  
 参数是对应波长532nm。 gfPR3%EXs  
 透镜材料N-BK7。 CAJ]@P#Xj+  
 有效焦距可通过VirtualLab中的透镜计算器进行计算。 ua8Burl7  
VfFXH,j  
S.! n35  
mne?r3d  
kGkfLY6B  
p7Xe[94d^  
3. 结果：双凸球面透镜 S^zt>  
GKg&lM!O$  
Y0?<~Gf  
 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。 @
5,Xr`]  
 较低的转换效率(56.8%)和信噪比。 02F\1fXS  
 一个对称双凸系统不能提供合适的传输性能。 9sId2py]W  
5 A2u|UU  
d7U%Q8?wUR  
OMz_xm.UPi  
vIQu"J&fE  
4. 参数：优化球面透镜 Tw]].|^f-  
G@=H=' :~  
-|WQs'%O  
 然后，使用一个优化后的球面透镜。 "oLY";0(=  
 通过优化曲率半径获得最小波像差。 `JZ`j7f  
 优化获得不同曲率半径，因此是一个非对称系统形状。 (j%;)PTe+&  
 透镜材料同样为N-BK7。 vxt<}h5J/!  
nvOJY6)$V  
ZDl6F`  
关于使用VirtualLab进行透镜优化的更多信息参考示例BDS.0003 Fu$JI8  
n]<>$  
')82a49eA  
$%"?0S  
5. 结果：优化的球面透镜 p3
W-*lE  
Js0hlWu  
$OP w$  
 由于球面像差，再次生成一个干涉图样。 T:|PSJc0  
 转换效率(68.6%)和信噪比一般。 0<$t9:dq  
 一个优化的球面系统同样不能提供合适的传输性能。 wyC1
M  
`;v5o4.`  
B4kJ 7Pdny  
F&6Xo]?  
6. 参数：非球面透镜 H"vy[/UcR  
KwxO%/-}S  
ELgq#z  
 第三，从Asphericon中选择一个非球面透镜(类型：A25-50LPX)整合到SLM系统。 tGVC"a  
 非球面透镜材料同样为N-BK7。 ]dU/;8/%  
 该透镜从VirtualLab的透镜库中导入。 '(-SuaH49  
'p> *4}  
关于使用VirtualLab进行透镜优化的更多信息参考示例BDS.0003 FI=]K8  
haoQr)S  
(-bLP
 
Uf`~0=w  
+/|t8zFWs  
7. 结果：非球面透镜 1 [D,Mu%E  
d'UCPg<Y  
u~7 ,v  
 生成期望的高帽光束形状。 _gn`Y(c$%  
 不仅如此，转换效率(90.8%)和信噪比都非常好。 N^@aO&+A  
 非球面透镜以几乎零像差将SLM函数转换成高帽光束。  X0&[cyP!  
P;DGs]PF  
$PbwC6>8  
"qxu9Hg!  
N799@:.  
8. 总结 i&',g  
基于采用傅里叶光学的SLM光束整形系统的性能研究。 0sGAC  
d7i 0'R  
 理想光学系统采用2f系统代替具有透镜像差的真实透镜。 j" ~gEGfK  
 分析由不同球面和非球面的性对高帽光束质量的影响。 M.h8Kr!.  
'@3Kq\/  
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。 ]O 8hkGa  
-V'h>K  
扩展阅读 DD^iEh
G  
y{O817 \  
扩展阅读 vC|V8ea  
 开始视频 ZMn~QU_5  
-     光路图介绍 9%6W_0>  
 该应用示例相关文件： "4[8pZO/  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 _7P#?:h  
-     SLM.0002：空间光调制器位像素处光衍射的仿真 60Szn]z'8[