Que forma la amplitud y fase de rayos láser mediante el uso de un modulador de luz espacial sólo fase

Casi todas las aplicaciones de láser están en estrecha relación con la gestión de lo frente de onda óptico de la luz. En la aproximación paraxial, el campo complejo asociado con la radiación láser se puede describir por dos términos, la amplitud y la fase. Tener control sobre estos dos términos es necesario modificar tanto la temporal y la estructura espacial de rayos láser en la voluntad. En general, la amplitud y la fase de un rayo láser pueden correctamente cambiar por varios métodos incluyendo el uso de componentes ópticos que van de a granel solo lentes, divisores de viga y espejos para dispositivos más complejos como espejos deformables o luz espacial moduladores. A continuación, os mostramos un método de codificación y reconstruir el complejo campo de rayos de láser coherente, que se basa en la teoría de holograma doble fase¹y la utilización de un interferómetro de camino común.

Hoy en día, existe una gran variedad de métodos para codificar los campos complejos de laser vigas^2,3,4,5. En este contexto, algunos métodos bien establecidos de fase y modulación de amplitud se basan en el uso de hologramas digitales⁶. Un punto común en todos estos métodos es la necesidad de generar un desplazamiento espacial para separar el haz de salida deseada de la zeroth-orden procedente de la reflexión de la luz en la pantalla SLM. Estos métodos son básicamente fuera de eje (generalmente aplicando para el primer orden de difracción de la rejilla), con rejilla de fase no sólo para codificar la fase, sino también introducir la necesaria modulación de amplitud. En particular, modulación de amplitud se realiza bajando espacialmente a la altura de la reja, que claramente se degrada la eficiencia de difracción. El proceso de reconstrucción de holograma sobre todo obtiene una reconstrucción aproximada pero no exacta, de la amplitud y la fase del campo complejo deseado. Las discrepancias entre teoría y experimento parecen que aparecen a partir de una codificación incorrecta de la información de amplitud, así como otras cuestiones experimentales ocurre durante el filtrado espacial de primer orden de difracción o debido a los efectos de pixelado SLM. Además, el perfil de intensidad de la viga de entrada puede introducir restricciones en la potencia de salida.

En cambio, con el método introducido⁷, toda la gestión de luz se realiza sobre el eje, que es muy conveniente desde el punto de vista experimental. Además, se aprovecha de considerar, en la aproximación paraxial, el complejo campo asociado con los rayos laser como la suma de dos ondas uniforme. La información de amplitud es sintetizado por la interferencia de las ondas uniforme. En la práctica, dicha interferencia se lleva a cabo por filtración espacial de frecuencias de luz en el plano de Fourier de un determinado sistema de proyección de imagen. Anteriormente, los patrones de fase asociados a ondas uniformes son multiplexados espacial y codificados en una solo fase SLM (colocado en el plano de entrada de este sistema de proyección de imagen). Por lo tanto, la configuración del conjunto óptica puede considerarse como un interferómetro de camino común (muy robusto contra vibraciones mecánicas, cambios de temperatura o desalineación óptica). Por favor, tenga en cuenta que el proceso de interferencia antes mencionadas se puede lograr también utilizando otros diseños ópticos: con un par de SLMs fase sólo bien colocado dentro de un interferómetro de dos brazos típico, o por tiempo de codificación de forma secuencial las dos fases patrones en el SLM (previa introducción de un espejo de referencia en la configuración óptica). En ambos casos, no hay ninguna necesidad de filtrado espacial y por lo tanto sin pérdida de resolución espacial, a expensas de aumentar la complejidad del sistema óptico, así como el proceso de alineación. Aquí, cabe también destacar que mediante el uso de este método de codificación, el espectro completo del campo complejo deseado puede ser obtenido exactamente en el plano de Fourier, después de filtrar todas las órdenes de difracción, pero el cero uno.

Por otro lado, la eficiencia del método depende de varios factores: las especificaciones del fabricante de SLM (p. ej., fill factor, reflexión o difracción de eficiencia), el tamaño del patrón codificado y la manera en que la luz incide sobre la SLM (reflexión con un pequeño ángulo de bateo o incidencia normal mediante el uso de un divisor de haz). En este punto, bajo condiciones experimentales apropiadas, el rendimiento medido de luz total puede ser más del 30%. Sin embargo, tenga en cuenta que el rendimiento total de la luz sólo debido al uso del SLM que puede menos del 50%. La falta de al azar o elementos del difusor dentro de la óptica configuración permite la recuperación de los patrones de amplitud y fase sin ruido coherente (moteado). Otros aspectos importantes a señalar son la utilización de un algoritmo de codificación directa en lugar de procedimientos iterativos y su capacidad para realizar arbitraria e independiente de la amplitud y modulación de la fase en la frecuencia actualización (hasta tiempo del SLM cientos de hertz según la tecnología actual).

En principio, el método⁷ está diseñado para ser utilizado con ondas planas de entrada, pero no se limita a eso. Por ejemplo, si un haz gaussiano es golpear el MST, es posible modificar su forma de irradiación en la salida del sistema mediante la codificación de un patrón de amplitud adecuada en el SLM. Sin embargo, como la intensidad del haz de salida no puede excederla de la viga de entrada en cualquier posición transversal (x, y), la forma de la amplitud se realiza por las pérdidas de intensidad originadas por un proceso de interferencia parcialmente destructiva.

La teoría subraya la codificación de método⁷ es como sigue. Cualquier campo complejo representado en la forma U(x,y)= A(x,y)e^φ()^x,y) también puede reescribirse como:

(1)

donde

(2)

(3)

En las ecuaciones 1-3, la amplitud y la fase del complejo bidimensional del campo U(x,y)está dada por el A(x,y) y φ(x,y), respectivamente. Tenga en cuenta que términos un_máximo (máximo de A(x,y)) y B = un_máximo/2 no dependen de las coordenadas transversales (x,y). De la teoría, si establece una_máxima= 2, entonces B =1. Por lo tanto, el complejo campo U(x,y) puede obtenerse de una manera sencilla, desde la suma coherente de ondas uniforme ser^θ()^x,y) y ^{iθ (x,y)}. En la práctica, esto se logra con un interferómetro de camino común compuesto de una sola fase elemento α(x,y), en el plano de entrada de un sistema de proyección de imagen. El elemento monofásico es construido por multiplexación espacial de los términos de fase θ(x,y)

y θ (x,y) con la ayuda de dos dimensiones rejillas binarias (patrones de tablero de ajedrez) M₁(x,y) y M₂(x,y) como sigue

(4)

por lo tanto,

(5)

Estos patrones binarios cumplir con la condición de M₁(x,y) + M₂(x,y) = 1. Tenga en cuenta que, la interferencia de ondas uniforme no puede ocurrir si no mezclamos la información contenida en el elemento de faseα(x,y). En el presente método, esto se lleva a cabo mediante el uso de un filtro espacial capaz de bloquear todas las órdenes de difracción, pero el cero uno. De esta manera, tras el proceso de filtrado en el plano de Fourier, el espectro de H(u,v)= F{e^iα()^x,y)} de la fase codificada función está relacionada con el espectro del campo complejo F{U(x,y)} por la expresión

(6)

En la ecuación (6), (u,v) indican coordenadas en el dominio de la frecuencia, P(u,v) tiene el filtro espacial, mientras que la transformada de Fourier de una función dada Θ(x,y) se representa en forma F {Θ(x,y)}. De ecuación (6), se sigue que, en el plano de salida del sistema de proyección de imagen, el campo complejo obtenido U_RET(x,y), (sin considerar factores constantes), está dada por la convolución de la magnificada y espacial complejo campo U(x,y) la transformada de Fourier de la máscara de filtro invertido. Es decir:

(7)

En la ecuación (7), la operación de convolución se denota por el símbolo y el término Mag representa la ampliación del sistema de proyección de imagen. Por lo tanto, la amplitud y fase de U(x,y) es totalmente obtenido en el plano de salida, excepto una pérdida de resolución espacial debido a la operación de convolución.