利用SLM实现对透镜的仿真
2018年3月19日。
这是我写下的第一篇博客。
此次使用的SLM为HOLOEYE公司的纯相位反射型SLM。主要应用SLM实现对透镜的仿真。
首先简要介绍一下SLM的基本参数(数据来源于网络):
德国Holoeye产品主要为LCOS面板,空间光调制器和衍射光学元件。主要应用、成像&投影、光束分束、激光束整形、相干波前调制、相位调制、光学镊子、全息投影、激光脉冲整形等。
硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon)简称(LCOS),是一种全新的数码成像技术。采用半导体CMOS集成电路芯片作为反射式LCD的基片,CMOS芯片上涂有薄薄的一层液晶硅,控制电路置于显示装置的后面,可以提高透光率,从而实现更大的光输出和更高的分辨率。LCOS技术最大的优点是分辨率高。
PLUTO高精度纯相位空间光调制器系统
有效面积 15.36mm×8.64mm
像素数 1920×1080
调制器光学头类型 反射式
相位变化范围 2π弧度@420-850nm
像素间距 8um 图像帧速率 60 Hz
工作光谱范围 可见光(420-850nm)
填充因子 87%
调制类型 纯相位调制
应用领域
显示应用、成像&投影、光束分束、激光束整形、相干波前调制、相位调制、光学镊子、全息投影、激光脉冲整形等
入射光束和SLM法线的夹角一般控制在6度以内,对相应偏振光的影响较小。
SLM的控制方法是通过软件加载灰度图像到SLM上,0-255每个灰度值对应一个相位值,
对应关系的“LUT”针对不同波长有所不同,例如633nm波长255相当于2π。
LUT全称look-up-table(显示查找表),LUT本质上就是一个RAM。它把数据事先写入RAM后,每当输入一个信号就等于输入一个地址进行查表,找出地址对应的内容,然后输出。实际上就是一张像素灰度值的映射表,它将实际采样到的像素灰度值经过一定的变换如阈值、反转、二值化、对比度调整、线性变换等,变成了另外一个与之对应的灰度值,这样可以起到突出图像的有用信息,增强图像的光对比度的作用。很多PC系列卡具有8/10/12/16甚到32位的LUT,具体在LUT里进行什么样的变换是由软件来定义的。
其实就是起到颜色空间转换的作用,再直白一点,就是把一种颜色的效果转化为另一种颜色效果。
那么,根据之前的等效原理,0可以等效为255,所有灰度相差255整数倍的灰度值均可
等效,可以依据该原理制作各种类型的相位图(灰度图)。
对透镜的仿真:
当我们把一个点光源放在透镜两倍焦距处,那么在透镜的另一侧两倍焦距处就会生成一个像。
点光源的波前是以球面的形状传播的,在入射透镜时,波前的曲率半径为-1/2f(f为焦距),当光经过透镜之后,波前的曲率半径就变成了1/2f。 也就是说,透镜的作用就是将波前改变了1/f,而轴外点从中间到周围依次递增地增加了一个相位差。
复振幅透过率:
球面波:
透镜成像公式
则有上面表达式的任何物体即可看做焦距为f的透镜。
而对于SLM,其通过改变光的相位(即改变波前)来调制光的,
根据manual可以知道Pluto型号的反射型的相位和灰度图:
目标:仿真50mm透镜入射光为633nm。
通过相位与位置的关系以及SLM的灰度与相位关系,可以得到灰度与位置的关系:
g=r^2/0.247,(0<=r<=17.6),r=sqrt(x^2+y^2)
利用PS绘制出灰度图如图:
将灰度图加载到SLM上结果图如图:
转载自:https://blog.csdn.net/weixin_40678482/article/details/79592250
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