基于SLM光束整形系统中光学系统像差的研究

发表于 2024-11-11 11:38:19

基于SLM光束整形系统中光学系统像差的研究

时间:2016-12-04 20:40 来源:讯技光电作者:技术部

空间光调制器(SLM.0003 v1.0)

应用示例简述
1. 系统细节
 光源
— 高斯激光束
 组件
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统
— 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
 探测器
— 视觉感知的仿真
— 高帽，转换效率，信噪比
 建模/设计
— 场追迹：
 基于不同性能傅里叶透镜的SLM光束整形系统的性能评估。

2. 系统说明

1-161204201535M0.png.jpg

3. 建模&设计结果

不同真实傅里叶透镜的结果：

1-161204201641D9.png.jpg

4. 总结
基于采用傅里叶光学的SLM光束整形系统的性能研究。

 理想光学系统采用2f系统代替具有透镜像差的真实透镜。
 分析由不同球面和非球面的性对高帽光束质量的影响。

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。

应用示例详细内容

系统参数

1. 该应用实例的内容

2. 仿真任务

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。

3. 参数：准直输入光源

1-161204202216220.png.jpg

4. 参数：SLM透射函数

1-16120420233Q35.png.jpg

5. 由理想系统到实际系统

 用真实的傅里叶透镜代替理想2f系统。
 因此会产生像差，像差由所用系统的性能决定。
 对于真实透镜系统的描述，需要必要的耦合参数。
 实际系统可这样选择：有效焦距有2f系统相近。
 表格中的参数与之前采用的2f系统理想指标一致。

1-16120420250NW.png.jpg

应用示例详细内容

仿真&结果

1. VirtualLab中SLM的仿真

 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)。
 以一个真实的系统(双凸球面透镜)作为傅里叶透镜。
 为优化计算加入一个旋转平面

2. 参数：双凸球面透镜

 首先，使用一个具有相同曲率半径的双凸球面透镜。
 由于对称形状，前后焦距一致。
 参数是对应波长532nm。
 透镜材料N-BK7。
 有效焦距可通过VirtualLab中的透镜计算器进行计算。

1-16120420301Kc.png.jpg

3. 结果：双凸球面透镜

 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。
 较低的转换效率(56.8%)和信噪比。
 一个对称双凸系统不能提供合适的传输性能。

1-161204203151546.png.jpg

4. 参数：优化球面透镜

 然后，使用一个优化后的球面透镜。
 通过优化曲率半径获得最小波像差。
 优化获得不同曲率半径，因此是一个非对称系统形状。
 透镜材料同样为N-BK7。

关于使用VirtualLab进行透镜优化的更多信息参考示例BDS.0003

1-1612042033162W.png.jpg

5. 结果：优化的球面透镜

 由于球面像差，再次生成一个干涉图样。
 转换效率(68.6%)和信噪比一般。
 一个优化的球面系统同样不能提供合适的传输性能。
1-161204203441B3.png.jpg

6. 参数：非球面透镜

 第三，从Asphericon中选择一个非球面透镜(类型：A25-50LPX)整合到SLM系统。
 非球面透镜材料同样为N-BK7。
 该透镜从VirtualLab的透镜库中导入。

关于使用VirtualLab进行透镜优化的更多信息参考示例BDS.0003

1-161204203601529.png.jpg

7. 结果：非球面透镜

 生成期望的高帽光束形状。
 不仅如此，转换效率(90.8%)和信噪比都非常好。
 非球面透镜以几乎零像差将SLM函数转换成高帽光束。

1-161204203H2B6.png.jpg

8. 总结
基于采用傅里叶光学的SLM光束整形系统的性能研究。

 理想光学系统采用2f系统代替具有透镜像差的真实透镜。
 分析由不同球面和非球面的性对高帽光束质量的影响。

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。

扩展阅读

扩展阅读
 开始视频
-    光路图介绍
 该应用示例相关文件：
-    SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计
-    SLM.0002：空间光调制器位像素处光衍射的仿真

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