DOE光场变换 实验报告.docx

DOE 光场变换 实验目的：1. 了解使用DOE 对光束实现整形变换的意义及原理 熟悉光场测试的基本过程，学习CCD 的使用 观测各个光学元器件表面反射和干涉对测试结果的影响实验原理： 衍射光学元件（DOE：Diffractive Optical Elements）是基于光波的衍射理论，利用计算机辅助设计，并用超大规模集成（VLSI）电路制造工艺，在片基上（或传统光学器件表面） 刻蚀产生台阶型或连续浮雕结构，形成纯位相、同轴再现、且有极高衍射效率的一类衍射型光学元件。DOE 有许多独特的功能，有很多是传统光学器件无法完成的。 从理论上说，DOE 几乎可以在物理实际条件允许范围内，将任意光束进行光场变换得到我们所需要的任意光束。利用DOE 对光束的光强分布进行整形变换是其应用的一个重要方面。通过控制DOE 上的位相分布，就可以实现对入射光场的整形，输出我们所需的光场分布。本实验是使用DOE 将透镜会聚形成的高斯型光强分布圆斑整形成光强均匀分布的矩形光斑，实现光强均匀化照明。 激光器 衰减片显微物镜 激光器 衰减片 显微物镜 DOE 透镜 CCD 靶面  整形后光束 整形前光束 d f 图 1 用DOE 对光场进行整形变换原理示意图 CCD 是目前广泛使用的一种光强探测器，可将采集的光强信号转化为图像存储到计算机中。实验中 CCD 探头放置于主透镜焦平面处，探测出射光强分布。实验所用DOE 是圆对称型，其与透镜中心的同轴对准非常重要；理论证明接受平面离焦量大于 5μm 时，均匀照明会遭到破坏，所以CCD 探头平面必须与主透镜焦平面准确重合；衰减片、DOE、透镜等器件所在平面都必须与光轴严格垂直；各光学元器件表面存在着衍射和反射，对结果将产生一定影响。 实验装置 核心设备为口径Ф100mm 的 K9 玻璃园对称型DOE，CCD 摄像机、高速图像采集卡及采集系统，激光器、透镜以及衰减片。实验光路如图1 所示。 实验过程 实验中应注意CCD 探头光敏元件的保护，勿接触损伤，并防止光强过大烧伤光敏元件。 将激光器、衰减片、透镜、CCD 按光路图顺序布置，调整至同轴。 开启激光器，选用合适衰减片至光强合适，打开 CCD 及数采监控计算机系统， 观察图像，通过调整CCD 前后位置使图像清晰，以达到CCD 探头平面与透镜焦平面重合。 观察没有DOE 情况下，焦平面光强分布。 将DOE 放入光路中，调节其中心与透镜中心同轴及其平面与光轴垂直。 观察此时的图像、光强分布。并采集一幅图像，导入Matlab 软件，观察光强分布 三维图，并对其中某一截面的光强分布描绘二维曲线。图2、图 3 为实验结果。光强分布曲线中平台部分对应图像中亮斑区域，可见顶部很平整，光强分布均匀。 图 2 DOE 整形后光斑图像 图 3 矩形光斑某截面上的光强分布