Голография в матричных фазовых модуляторах света
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
?ки адресуемого жидкокристаллического пространственного модулятора света (ЭА ЖК ПМС).
Аналоговый метод асимметризации основан на применении схемы с обратной оптической связью (ООС) и наличии в схеме эксперимента управляемого устройства, способного менять фазу поступающих на него световых волн.
Схема основана на том, что один из пучков, образующих исследуемую интерференционную картину, до интерференции с другим пучком пропускается через ЖК модулятор, в котором формируется дополнительный к разности хода волновых фронтов интерферирующих волн профиль набега фазы.
Этот метод был предложен и исследован теоретически в работе [4] и численное моделирование показало, что фазовый профиль записывающих волн (картины их интерференции, модели динамической голограммы) за время, соответствующее двум-четырём циклам обновления картины, превращается в пилообразный, а эффективность дифракции в +1 или - 1 порядок достигает 100% (шумы и помехи не учитывались).
Схема установки для проведения эксперимента
Рис. 3. Схема экспериментальной установки №2.1 - He-Ne лазер; 2 - коллиматор; 3 - светоделительный кубик; 4 - зеркало; 5 - линза; 6 - ЭА ЖК ПМС; 7 - юстировочное зеркало; ПЗС - ПЗС камера; ПК - персональный компьютер.
Излучение Не-Nе-лазера 1 (l = 0,633 мкм) расширялось телескопом 3 и коллиматором 3 и направлялось в интерферометр Майкельсона, образованный светоделительным кубиком 4, плоским зеркалом 5 и юстировочным зеркалом 8. В одном из плеч интерферометра установлен ЭА ЖК ПМС Holoeye-SLM-LC-2002. Параметры такого модулятора (подробнее см. [2]) обеспечивают оптически управляемую модуляцию оптической толщины слоя ЖК в пределах 2p (0.532 мкм) на длине волны Не-Nе лазера с разрешением 800х600 пикселей.
Световые пучки, отраженные зеркалом 5 и юстировочным зеркалом 8, сводились под небольшим углом и интерферировали на ПЗС-матрице (апертура 8 мм) ПЗС-камеры. При этом с помощью линзы 6 на матрице строилось изображение плоскостей зеркала 5 и окна модулятора 7.
Период интерференционной картины с помощью юстировочного зеркала менялся в разных сериях экспериментов от 0.5 до 2 мм, т.е. на апертуре ПЗС-матрицы умещалось 4-16 периодов интерференционной картины.
При использовании ЖК-модуляции в схеме с оптической обратной связью также наблюдается ассиметричный профиль интерференционной структуры. На рис.9 изображен наиболее яркий пример асимметризации, который удалось получить.
Результаты эксперимента
Рис. 4. Примеры интерференционных картин.
а и б - до и после включения ЭА ЖК ПМС в начальное время работы модулятора; в и г - до и после включения ЭА ЖК ПМС по истечении 20 минут работы модулятора.
Для более выраженного асимметричного профиля необходимо очень точное пространственное совмещение картины интерференции и подаваемого на модулятор изображения и более совершенная фильтрация шумов и помех. Дифракционную эффективность полученных в результате применения аналогового метода асимметризации интерферограмм можно оценить на уровне 65-70%.
3. Прототип истинно трехмерной голографической дисплейной системы
Область поставленной задачи
Цифровые голографические дисплеи представляют собой пиксельные устройства, с помощью которых возможно воспроизводить голографические изображения на видео-частотах. Для построения таких устройств могут использоваться пространственные модуляторы света (ПМС), способные реализовать как фазовую, так и амплитудную модуляции падающего света в каждом пиксельном элементе, но возможно реализовать голографические дисплеи и на коммерчески более доступных только амплитудных или только фазовых модуляторах света.
Задача построения голографического дисплея, способного воспроизводить трехмерные изображения реальных или смоделированных объектов имеет на данный момент уже достаточно сильную как теоретическую, так и экспериментальную базу, немаловажную роль в построении которой сыграли появившиеся на рынке управляемые компьютером жидкокристаллические матричные фазовые модуляторы света [5, 6]. Такие элементы, а в частности, используемый в настоящей работе модулятор LC-2002 фирмы Holoeye, позволяют легко записывать и воспроизводить тонкие фазовые голограммы.
О рабочих прототипах голографических дисплейных устройств различных конфигураций уже было написано множество работ. Размеры и разрешение используемых для построения таких прототипов ПМС сильно сказывается на качестве воспроизводимого трехмерного изображения. Порядок пространственной частоты может служить хорошим численным показателем при оценке качества таких устройств. Для стационарного наблюдателя достаточно средних значений пространственной частоты, но при проектировании дисплея, ориентированного на наблюдателя, имеющего поступательные и вращательные степени свободы, требования к пространственной частоте резко возрастает.
При оптимизации голографического дисплея на практике приходится учитывать свойства человеческого глаза, в частности ограниченный размер зрачка и его положение относительно дисплея. В настоящее работе производились эксперименты по проявлению компьютерно генерированных голограмм, рассчитанных с учетом свойств человеческого глаза и предоставленных партнером по развитию данной тематики (Санкт-Петербургским центром исследований компании Intel).
Схема установки для проведения эксперимента
Рис. 5. Схема прототипа голографического дисплея н?/p>