Формирование амплитуда и фаза лазерных лучей, используя только фаза пространственный модулятор света

Почти все Лазерные приложений находятся в тесной связи с руководством оптический волнового фронта света. В приближении Параксиальная комплекс поле, связанное с лазерного излучения можно охарактеризовать двумя терминами, амплитуда и фаза. Имея контроль над этими двумя терминами необходимо изменить как временных, так и пространственной структуры лазерных лучей на будет. В целом амплитуда и фаза лазерный луч можно должным образом изменить несколькими способами, включая использование оптических компонентов этого диапазона от одного массового линзы, пучка сплиттер и зеркала для самых сложных устройств, таких как деформируемые зеркала или пространственные свет Модуляторы. Здесь мы покажем способ кодирования и реконструкции комплекса области согласованной лазерных лучей, которая основана на двухфазные Голограмма теории¹и использование интерферометра общий путь.

В настоящее время существует широкий спектр методов для кодирования сложных полей лазерных лучей^2,3,4,5. В этом контексте некоторые устоявшиеся методы для производства модуляции амплитуды и фазы полагаются на использование цифровой голограммы⁶. Общую точку во всех этих методов является необходимость создания пространственного смещения отделить желаемого выходного пучка от нулевого порядка, из отражения света на экране ОДС. Эти методы являются в основном вне оси (обычно применение для первого порядка дифракционной решетки), используя фазы решетки не только для кодирования этапа, но и ввести необходимые амплитудной модуляции. В частности амплитудная модуляция осуществляется пространственно снижение высоты решетки, которая явно ухудшает Дифракционная эффективность. Процесс восстановления голограмма основном получает примерный, но не точный, реконструкция амплитуды и фазы желаемого сложные поля. Расхождения между теорией и экспериментом, как представляется, появляются из кодировки неточной информации амплитуды, а также другие экспериментальные вопросы, происходит во время пространственной фильтрации первого порядка дифракции или из-за эффекты пикселизации ОДС. Кроме того профиль интенсивности ввода луча может ввести ограничения на мощность.

В отличие от этого, с введен метод⁷, все легкие управление осуществляется на оси, который очень удобно с экспериментальной точки зрения. Кроме того он принимает преимущество рассмотрения в приближении Параксиальная, комплекс поля, связанные с лазерными лучами как сумму двух форма волн. Амплитуда информация является синтезированный вмешательство этих единообразных волн. На практике такое вмешательство осуществляется пространственной фильтрации света частот на плоскости Фурье данной системы визуализации. Ранее фаза шаблоны, связанные с единой волны пространственно мультиплексированием и кодируется в фазы только ОДС (размещен на плоскости входа этой тепловизионные системы). Следовательно весь оптические установки может рассматриваться как интерферометра общего пути (очень устойчив к механической вибрации, изменения температуры или оптический некоаксиальности). Пожалуйста, обратите внимание, что процесс вмешательства вышеуказанного может осуществляться либо с помощью других оптических макетов: с парой фазы только SLMs, надлежащим образом размещены в течение типичного две руки интерферометра, или по времени последовательно кодирования два этапа шаблоны в ОДС (предыдущий введение зеркалом ссылку в оптические установки). В обоих случаях существует необходимость пространственной фильтрации и следовательно без потери пространственного разрешения, за счет увеличения сложности оптической системы, а также процесс выравнивания. Здесь следует также подчеркнуть, что, используя этот метод кодирования, полный спектр нужного поля комплекс может быть точно проверено на плоскости Фурье, после фильтрации всех дифракции заказы, но zeroth один.

С другой стороны, эффективность метода зависит от нескольких факторов: в спецификациях ОДС (например, заполнения фактор, отражательной способности или дифракции эффективность), размер закодированного шаблон и способ, в котором свет падает на ОДС (отражение с небольшой ударяя угол, или нормального падения с использованием splitter луча). На данный момент надлежащих экспериментальных условиях, измеренной общая эффективность света может быть более чем на 30%. Однако обратите внимание, что общая эффективность света только за счет использования СОД может быть менее 50%. Отсутствие случайных или диффузор элементы внутри оптического установки позволяет извлечения амплитуды и фазы шаблонов без последовательной шума (спекл). Другие важные аспекты отметить являются использование алгоритма прямой кодификации, а не итерационные процедуры и ее способности выполнять произвольные и независимых амплитуды и фазы модуляцию с частотой обновления времени ОДС (до сотни Герц по текущей технологии).

В принципе метод⁷ предназначен для использования с ввода плоских волн, но он, не ограничивается. Например если пучок Гаусса бьет ОДС, можно изменить его форму излучения на выходе системы путем кодирования шаблон подходит амплитуды в ОДС. Однако как интенсивности выходного пучка не может превышать ввода луча в любом поперечном положении (x, y), формирование амплитуды осуществляется интенсивности потери возник частично разрушительного вмешательства процессом.

Теория, подчеркивая кодирования метод⁷ является следующим. Любой комплекс области представлен в форме U(x,y)= A(x,y)e^яφ(x,y) можно также переписать как:

(1)

где

(2)

(3)

В уравнения 1-3, амплитуда и фаза двумерных комплекса поле U(x,y),дается A(x,y) и φ(x,y), соответственно. Обратите внимание, что условия _Макс (максимум A(x,y)) и B = _Макс/2 не зависит от поперечных координат (x,y). В теории, если мы установим _Макс= 2, то B =1. Следовательно поле комплекс U(x,y) может быть получен, в простой форме, из согласованной суммы форма волны быть^яϑ(x,y) и быть ^{IΘ (x,y)}. На практике это достигается с интерферометра общий путь, состоящий из одного этапа элемент α(x,y), размещенных на плоскости ввода изображений системы. Однофазные элемент построен по пространственной мультиплексирование фазы термины ϑ(x,y)

и θ (x,y) с помощью двумерных двоичные решетки (шахматном моделей) ₁M(x,y) и M₂(x,y) следующим

(4)

Следовательно,

(5)

Эти бинарные Шаблоны выполняют условие M₁(x,y) + ₂M(x,y) = 1. Обратите внимание, что вмешательство форма волны не может произойти, если мы не смешивать информацию, содержащуюся в фазе элементα(x,y). В рамках нынешнего метода это осуществляется с помощью пространственного фильтра может заблокировать все дифракции заказы, но zeroth один. Таким образом, после процесса фильтрации на плоскости Фурье спектра H(u,v)= F{e^iα(x,y)} этапа закодированные функция связана с спектр сложных поля F{U(x,y)} выражением

(6)

В уравнение (6) (u,v) обозначают координаты частотной области, P(u,v) проводит для пространственного фильтра, тогда как Фурье функции Θ(x,y) представлена в виде F {Θ(x,y)}. От уравнение (6) он следует, что, в плоскости вывода изображений системы, проверено комплекс поле U-_RET(x,y), (без учета постоянных факторов), дается свертка увеличенное и пространственно вспять сложное поле U(x,y) с Фурье маску фильтра. То есть:

(7)

В уравнение (7), Операция свертки обозначается символом и термин Mag представляет увеличение изображений системы. Таким образом амплитуда и фаза U(x,y) полностью извлекается на плоскости вывода, за исключением некоторых потери пространственного разрешения из-за операции свертки.