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液晶空间光调制器模拟变焦透镜的原理及应用简介

发布时间:2023-01-29 17:20:08 浏览量:1975 作者: Damian

摘要

LC-SLM作为一种新型波前调制器件,能够完成各种复杂的光波前调制。其中一种应用是模拟可变焦透镜。利用计算机生成模拟不同焦距的透镜的相位灰度图,在不改变光路和器件位置情况下,SLM的切换相位灰度图相当于更换不同焦距的透镜。利用这种数字处理办法,可以简化激光束散角调整系统,无需硬件调整,即可完成散角调整。

正文


液晶空间光调制模拟变焦透镜的原理及应用简介


光通信系统中,长距离传输激光信号需要通信光束能够适应变化的大气环境,自主调整光束参数。激光束散角作为激光束的基本参数,对其调整控制在开发自适应通信系统中有重要意义。


在透镜两倍焦距的点光源穿过透镜后,会在透镜后侧两倍焦距处生成一个像。点光源的波前是球面传播的,入射透镜时,波前曲率半径为-1/2f(f=焦距),当穿过透镜,波前曲率半径变为1/2f。可知透镜将波前改变,即透镜轴为圆心的圆圈位置处,光波的相位发生改变。



随着液晶光学技术发展,液晶空间光调制器(LC-SLM)的性能也越来越强,在相位调制领域已经比较成熟。在LC-SLM上加载一定规律的相位灰度图片,激光经过LC-SLM反射,效果等同于一个有确定焦距的透镜,加载特定的其它相位灰度图片,等效于不同焦距的透镜。利用LC-SLM构建变焦透镜与固定焦距匹配透镜离焦配合,实现对激光束的散角大小控制。这种利用LC-SLM的激光束散角控制方法无需机械操作,依靠LC-SLM对光束调制的特性实现功能,快速灵活。



当LC-SLM模拟的透镜焦平面和匹配透镜焦平面对应,出射的光束为平行光,如上图红线表示。固定LC-SLM和匹配透镜,更换LC-SLM加载的相位灰度图片,模拟焦距变长的透镜(如上图),光束聚焦在匹配透镜的左焦面内侧,光束经过匹配透镜后出射光斑扩散。然后再更换相位图,模拟焦距变短的透镜(如下图),光束聚焦在匹配透镜的左焦面外侧,光束经过匹配透镜后出射光斑收缩。



经过上述LC-SLM加载相位图的切换过程,整个光路在不更换透镜的的情况下调节了激光束经过光路的出射散角。因为LC-SLM可以高速切换不同的加载图片,激光束散角可以实时根据需要动态调节。这有利于简化光路设计,灵活控制激光束散角参数。


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