VirtualLab运用：基于SLM光束整形系统中光学系统像差的研究

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

 

3.建模&设计结果

 

不同真实傅里叶透镜的结果：

 

 

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

 

 

4.参数：SLM透射函数

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。

 

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。

 

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。

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

 

 

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。

 

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

 

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。

 

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。