ES2608465T3 - Dispositivo de control de luz y procedimiento de control de luz - Google Patents

Dispositivo de control de luz y procedimiento de control de luz Download PDF

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ES2608465T3 ES09834946.7T ES09834946T ES2608465T3 ES 2608465 T3 ES2608465 T3 ES 2608465T3 ES 09834946 T ES09834946 T ES 09834946T ES 2608465 T3 ES2608465 T3 ES 2608465T3
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Taro Ando
Takashi Inoue
Yoshiyuki Ohtake
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Abstract

Dispositivo de control de luz, que comprende: una fuente de luz (10) que emite luz; un modulador de luz espacial que modula en fase (30) que recibe luz emitida desde la fuente de luz (10) está configurado para presentar un patrón de fase para modular la fase de la luz en cada uno de los píxeles, y emitir luz después de haber sido modulada en fase por este patrón de fase; y una unidad de control (32) que hace que el modulador de luz espacial (30) presente un patrón de fase, y regula la eficiencia de la difracción de la luz en el modulador de luz espacial regulando el patrón de rejilla abierta, caracterizado por el hecho de que el modulador de luz espacial que modula en fase (30) es capaz de modulación en fase en cada uno de una pluralidad de píxeles dispuestos bidimensionalmente en un rango de 4π o más y la unidad de control (32) está configurada para hacer que el modulador de luz espacial (30) presente el patrón de fase con un rango de modulación de fase de 2π o más producido mediante la superposición de un patrón de rejilla abierta para difracción de luz y un patrón de fase que tiene una distribución de modulación en fase predeterminada.

Description

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DESCRIPCION
Dispositivo de control de luz y procedimiento de control de luz Campo tecnico
La presente invencion se refiere a un dispositivo de control de luz y a un procedimiento de control de luz.
Tecnica anterior
JP 2006 113185 A se refiere a un aparato de procesamiento por laser.
JP 2008 176150 A se refiere a un dispositivo de modulacion de fase de reflexion.
Los moduladores de luz espaciales pueden modular la intensidad o la fase de la luz recibida por cada uno de una pluralidad de pfxeles dispuestos bidimensionalmente. Estos moduladores espaciales de luz incluyen un modulador de luz espacial de tipo de modulacion de la intensidad que puede modular solamente la intensidad, un modulador de luz espacial tipo de modulacion de fase que puede modular solo la fase, y un modulador de luz espacial de tipo de modulacion de la intensidad y fase que puede modular tanto la intensidad como la fase. La luz emitida despues de ser modulada en intensidad o en fase en cada pixel del modulador de luz espacial como resultado, por ejemplo, de condensarse mediante un sistema optico de condensacion dispuesto en una etapa posterior del modulador de luz espacial, puede procesar un objeto existente en su posicion de condensacion.
El modulador de luz espacial que modula en intensidad regula la transmitancia de la luz recibida pixel a pixel, y no puede utilizar la luz de una parte que no ha sido transmitida a traves del estos y, por lo tanto, tiene eficiencia de
utilizacion de la luz inferior. No es facil que el modulador de luz espacial que modula en intensidad y la fase controle
la modulacion de la intensidad y la modulacion de fase en cada pixel independientemente unos de otros, y su manipulacion es diffcil.
Por otra parte, el modulador de luz espacial que modula en fase, regula un cambio de fase de luz recibida de pixel a pixel, y puede emitir casi toda la luz y, por lo tanto, tiene una eficiencia de utilizacion de la luz excelente. Ademas, el modulador de luz espacial que modula en fase, como resultado de presentar un patron de fase preparado a partir de un holograma generado por ordenador o similar, tiene un alto grado de libertad en la distribucion de fase en una seccion del haz de la luz emitida, y tiene un alto grado de libertad en la posicion de condensacion de la luz emitida por el sistema optico de condensacion. Como aplicacion de control de luz utilizando dicho modulador de luz espacial que modula en fase, puede mencionarse el procesamiento de la superficie y el interior de un objeto de procesamiento, la generacion de un haz de modo Laguerre-gaussiano, y similares.
Ademas, es conocido que la intensidad de emision de luz que se emite que es modulada en fase pixel a pixel en el modulador de luz espacial que modula en fase puede modularse (se hace referencia a Literatura no de patente 1). Esto es para hacer que el modulador de luz espacial que modula en fase presente un patron de fase producido por la superposicion de un patron de rejilla abierta por difraccion de la luz y un patron de fase que tiene una distribucion de modulacion en fase predeterminada, y regulando la eficiencia de la difraccion de la luz en el modulador de luz espacial regulando el patron de rejilla abierta. De acuerdo con ello, se ha considerado que la luz que se emite despues de haber sido difractada por el modulador de luz espacial puede tener una distribucion de la intensidad y una distribucion de fase en su seccion de haz deseada.
Ademas, se ha considerado que, en general, dado que la fase a de una onda de luz es equivalente a una fase (a + 2nn), es suficiente que la modulacion de fase optica en cada pixel del modulador de luz espacial sea posible en un rango de 2n. Aqrn, n es un numero entero arbitrario. Por ejemplo, si la cantidad de modulacion de fase excede 2n, es suficiente anadir o restar 2nn respecto a la cantidad de modulacion de fase (en adelante, denominado "plegado de fase") para hacer, de este modo, que la modulacion de fase sea un valor que se encuentre dentro de un rango entre 0 y 2n. Se ha considerado que, incluso si la cantidad de modulacion de fase despues del plegado de fase se proporciona de este modo como la cantidad de modulacion de fase de cada pixel del modulador de luz espacial, en principio no se da ningun problema.
Los moduladores de luz espaciales convencionales se configuran de manera que presenten un rango de modulacion de fase de 2n. Esto se debe a que, si el rango de modulacion de fase en el modulador de luz espacial es 2n, una modulacion de fase superior a 2n puede expresarse en principio tambien realizando un plegado de fase en el patron de fase. Ademas, esto se debe a que un modulador de luz espacial que tiene un rango de modulacion de fase superior a 2n no solo es redundante, sino que tambien causa una reduccion de la resolucion y una reduccion de la velocidad de respuesta en terminos de relacion entre el valor de gradacion de entrada y cantidad de modulacion de fase.
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Lista de citas Literatura no de patente:
Literatura no de patente 1: Joseph P. Kirk y Alan L. Jones, "Phase-only complex-valued spatial filter", Journal of the optical society of America, vol. 61, No. 8, 1971
Descripcion de la invencion Problema tecnico
Mientras tanto, el presente inventor ha participado en diversas investigaciones y desarrollo, aprovechando la posibilidad de hacer que un modulador de luz espacial que modula en fase presente un patron de fase producido mediante la superposicion de un patron de rejilla abierta y un patron de fase que tiene una distribucion de modulacion de fase predeterminada, y module la intensidad de luz de emitida que es modulada en fase p^xel a pixel en este modulador de luz espacial. El presente inventor, en el transcurso de la investigacion y el desarrollo, ha descubierto que puede producirse un fenomeno de la distribucion de la intensidad y la distribucion de fase en una seccion del haz de la luz emitida desde el modulador de luz espacial diferente del efecto deseado, es decir, puede producirse un fenomeno que resulte en la degradacion de la calidad del haz de luz emitido desde el modulador de luz espacial. Ademas, el presente inventor ha descubierto que el fenomeno es debido al plegado fase.
La presente invencion se ha realizado con el fin de resolver los problemas anteriores, y un objeto de la presente invencion es presentar un dispositivo de control de luz y un procedimiento de control de luz capaces de obtener luz que presente una seccion de haz deseada en la tecnica de hacer que un modulador de luz espacial que modula en fase presente un patron de fase producido por la superposicion de un patron de rejilla abierta y un patron de fase que presenta una distribucion de modulacion en fase predeterminada.
Solucion al problema
Un dispositivo de control de luz de acuerdo con la reivindicacion 1 de la presente invencion incluye (1) una fuente de luz que emite luz, (2) un modulador de luz espacial que modula en fase el cual es capaz de modulacion de la fase en cada uno de una pluralidad de pfxeles dispuestos bidimensionalmente en un rango de 4n o mas, recibe luz emitida desde la fuente de luz, presenta un patron de fase para modular la fase de la luz en cada uno de los pfxeles, y envfa luz despues de ser modulada en fase por este patron de fase, y (3) una unidad de control que hace que el modulador de luz espacial presente un patron de fase producido por la superposicion de un patron de rejilla abierta para difraccion de la luz y un patron de fase que tiene una distribucion de modulacion en fase predeterminada y con un rango de modulacion de fase de 2n o mas, y regula la eficiencia de la difraccion de la luz en el modulador de luz espacial regulando el patron de rejilla abierta.
En el dispositivo de control de luz de acuerdo con la presente invencion, es preferible que la unidad de control haga que el modulador de luz espacial presente un patron de fase para el cual el patron de rejilla abierta que tiene una distribucion de eficiencia de la difraccion de la luz de acuerdo con una distribucion de la intensidad en una seccion de haz del haz de modo Laguerre-gaussiano con un mdice espedfico y el patron de fase que tiene una distribucion de modulacion en fase de acuerdo con una distribucion de fase en una seccion de haz del haz de modo Laguerre- gaussiano se superponen.
Ademas, en el dispositivo de control de luz de acuerdo con la presente invencion, es preferible que la unidad de control haga que el modulador de luz espacial presente un patron de fase para el cual el patron de rejilla abierta que presenta una distribucion de eficiencia de la difraccion de luz de acuerdo con una distribucion de la intensidad y una distribucion de fase espedficas en una seccion de haz y el patron de fase que tiene una distribucion de modulacion en fase de acuerdo con la distribucion de fase se superponen.
Un procedimiento de control de luz de acuerdo con la reivindicacion 4 de la presente invencion utiliza (1) una fuente de luz que emite luz, y (2) modulador de luz espacial que modula en fase, el cual es capaz de modular la fase en cada uno de una pluralidad de pfxeles dispuestos bidimensionalmente en un rango de 4n o mas, recibe luz emitida desde la fuente de luz, presenta un patron de fase para modular la fase de la luz en cada uno de los pfxeles, y emite luz despues de ser modulada en fase por este patron de fase, y (3) hace que el modulador de luz espacial presente un patron de fase producido por la superposicion de un patron de rejilla abierta para difraccion de la luz y un patron de fase que presenta una distribucion de modulacion en fase predeterminada con un rango de modulacion de fase de 2n o mas, y regula la eficiencia de la difraccion de la luz en el modulador de luz espacial regulando el patron de rejilla abierta.
Es preferible que el procedimiento de control de luz de acuerdo con la presente invencion haga que el modulador de luz espacial presente un patron de fase para el cual el patron de rejilla abierta presenta una distribucion de la eficiencia de la difraccion de luz de acuerdo con una distribucion de la intensidad en una seccion del haz de un haz
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de modo Laguerre-gaussiano con un mdice espedfico y presentando el patron de fase una distribucion de modulacion en fase de acuerdo con una distribucion de fase en una seccion de haz del haz de modo Laguerre- gaussiano se superponen.
Ademas, es preferible que el procedimiento de control de luz de acuerdo con la presente invencion haga que el modulador de luz espacial presente un patron de fase para el cual el patron de rejilla abierta presente una distribucion de eficiencia de la difraccion de luz de acuerdo con una distribucion de la intensidad de luz que presente una distribucion de la intensidad y una distribucion de fase espedficas en una seccion de haz y el patron de fase presente una distribucion de modulacion en fase de acuerdo con la distribucion de fase se superponen.
Efectos ventajosos de la invencion
De acuerdo con la presente invencion, puede obtenerse luz que presente una seccion de haz deseada en la tecnica de hacer que un modulador de luz espacial que modula en fase presente un patron de fase producido por la superposicion de un patron de rejilla abierta y un patron de fase que presente una distribucion de modulacion en fase predeterminada.
Breve descripcion de los dibujos
La figura 1 es un diagrama de configuracion de un dispositivo de control de luz 1.
La figura 2 es una vista que muestra un patron de rejilla abierta.
La figura 3 es un diagrama que muestra un ejemplo de la distribucion de la modulacion de fase en un patron de rejilla abierta.
La figura 4 es una grafica que muestra una relacion entre el valor k y la eficiencia de la difraccion en un patron de rejilla abierta presentado en un modulador de luz espacial real.
La figura 5 es un diagrama que muestra un ejemplo de la distribucion de la modulacion de fase en un patron de rejilla abierta.
La figura 6 es una tabla que muestra un ejemplo de la cantidad de modulacion de fase de cada pixel en el patron de rejilla abierta.
La figura 7 es un diagrama que muestra un ejemplo de la distribucion de la modulacion de fase en un patron de fase. La figura 8 es un diagrama que muestra una distribucion de modulacion en fase en un patron de fase en la que el patron de rejilla abierta (figura 5 y figura 6) y el patron de fase que tiene una distribucion de modulacion en fase predeterminada (figura 7) se superponen.
La figura 9 es un diagrama que muestra una distribucion de modulacion en fase en un patron de fase despues de realizar plegado fase para el patron de fase Result (figura 8).
La figura 10 es una vista que muestra un ejemplo de la distribucion de la intensidad en una seccion del haz de luz que se emite desde un modulador de luz espacial en el caso de un ejemplo comparativo.
La figura 11 es una vista que muestra una distribucion de la intensidad en una seccion de radiacion de una luz LGi,3. La figura 12 es una vista que muestra un patron de rejilla abierta gating para obtener la distribucion de la intensidad (figura 11) en una seccion del haz de una luz LG13.
La figura 13 es una vista que muestra un patron de fase deseada desire para obtener una distribucion de fase en una seccion del haz de una luz LG13.
La figura 14 es una vista que muestra una distribucion de la intensidad en una seccion del haz de una luz LG13 generada por la presente realizacion.
La figura 15 es una vista que muestra una distribucion de la intensidad en una seccion del haz de una luz LG13 generada por el ejemplo comparativo.
La figura 16 es un diagrama que muestra unos ejemplos de la distribucion de la intensidad antes de la conformacion del haz y la distribucion de la intensidad despues de la conformacion del haz.
Lista de signos de referencia
1 ... dispositivo de control de luz, 2 ... dispositivo de imagen, 10 ... fuente de luz, 20 ... prisma, 30 ... modulador de luz espacial, 31 ... unidad de accionamiento, 32 ... unidad de control, 41 ... lente, 42 ... apertura, 43 ... lente.
Descripcion de realizaciones
En lo sucesivo, se describira en detalle el mejor modo de llevar a cabo la presente invencion con referencia a los dibujos adjuntos. Ademas, los mismos componentes se designan con los mismos numeros de referencia en la descripcion de los dibujos y se omitira una descripcion coincidente.
La figura 1 es un diagrama de configuracion de un dispositivo de control de luz 1. El dispositivo de control de luz 1 que se muestra en esta figura incluye una fuente de luz 10, un prisma 20, un modulador de luz espacial 30, una
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unidad de accionamiento 31, una unidad de control 32, una lente 41, una apertura 42, y una lente 43. Tambien se muestra en esta figura, no solo el dispositivo de control de luz 1, sino tambien un dispositivo de imagen 2.
El modulador de luz espacial que modula en fase, el cual se utiliza en la presente invencion, puede ser de tipo de reflexion o bien de tipo de transmision. El modulador de luz espacial tipo de reflexion puede ser cualquiera de tipo LCOS (cristal lfquido sobre silicio), de tipo MEMS (sistemas microelectromecanicos), y de tipo de direccion optica. Por otra parte, el modulador de luz espacial transmisor puede ser una pantalla LCD (pantalla de cristal lfquido) o similares. En la figura 1, se muestra un modulador de luz espacial de reflexion como modulador de luz espacial 30.
La fuente de luz 10 es para emitir luz que se requiere modular en fase mediante el modulador de luz espacial 30 es preferiblemente una fuente de luz laser, puede ser una fuente de luz laser pulsada tal como una fuente de luz laser de femtosegundo y una fuente de luz laser Nd:YAG, y puede ser una fuente de luz laser CW tal como una fuente de luz laser de He-Ne. Es preferible que la luz que se emite desde la fuente de luz 10 sea colimada mediante una lente colimadora despues de atravesar un filtro espacial.
El prisma 20 tiene una primera superficie de reflexion 21 y una segunda superficie de reflexion 22. La primera superficie de reflexion 21 del prisma 20 recibe luz emitida desde la fuente de luz 10, y refleja la luz hacia el modulador de luz espacial 30. La segunda superficie de reflexion 22 del prisma 20 recibe luz emitida desde el modulador de luz espacial 30, y refleja la luz hacia la lente 41.
El modulador de luz espacial 30 es un modulador de luz espacial que modula en fase, incluye una pluralidad de pfxeles dispuestos bidimensionalmente, es capaz de modular en fase en cada uno de estos pfxeles en un rango de 4n o mas, y puede presentar un patron de fase para modular la fase de luz en cada uno de los pfxeles. El modulador de luz espacial 30 recibe luz que ha llegado despues de haber sido emitida desde la fuente de luz 10 y es reflejada sobre la primera superficie de reflexion 21 del prisma 20, y emite la luz despues de ser modulada en fase por el patron de fase a la segunda superficie de reflexion 22 del prisma 20. Ejemplos del patron de fase que se presentan en el modulador de luz espacial 30 incluyen un CGH (holograma generado por ordenador) determinado por calculo numerico.
La unidad de accionamiento 31 es para regular la cantidad de modulacion de fase en cada uno de los pfxeles dispuestos bidimensionalmente del modulador de luz espacial 30, y proporciona una senal para el ajuste pixel a pixel de la cantidad de modulacion de fase para el modulador de luz espacial 30. La unidad de accionamiento 31 establece la cantidad de modulacion de fase en cada uno de los pfxeles dispuestos bidimensionalmente del modulador de luz espacial 30 para hacer, de este modo, que el modulador de luz espacial 30 presente un patron de fase.
La unidad de control 32 esta formada, por ejemplo, por un ordenador, y controla el funcionamiento de la unidad de accionamiento 31 para, de esta manera, hacer que se escriba un patron de fase en el modulador de luz espacial 30 de la unidad de accionamiento 31. Es decir, la unidad de control 32 guarda un patron de fase A que se requiere presentar mediante el modulador de luz espacial 30, o prepara ese patron de fase A, y hace que el patron de fase A se escriba en el modulador de luz espacial 30 desde la unidad de accionamiento 31.
Este patron de fase A se produce mediante la superposicion de un patron de rejilla abierta por difraccion de luz y un patron de fase que tiene una distribucion de modulacion en fase predeterminada. Este patron de fase que tiene una distribucion de la modulacion de fase predeterminada incluye preferiblemente un componente para realizar una distribucion de fase deseada en una seccion del haz de luz, y tambien incluye, ademas, un componente para corregir una distorsion de la fase de un sistema optico en el dispositivo de control de luz 1. Ademas, este patron de fase A es con un rango de modulacion de fase de 2n o mas. La eficiencia de la difraccion de la luz en el modulador de luz espacial 30 puede regularse ajustando el patron de rejilla abierta.
La lente 41 recibe la luz emitida desde el modulador de luz espacial 30 y se refleja sobre la segunda superficie de reflexion 22 del prisma 20. La lente 41 y la lente 43 forman un sistema optico 4f, y tiene una abertura de la apertura 42 dispuesta en una posicion focal entre las mismas. La abertura esta dispuesta de manera que pase a traves.
El dispositivo de imagen 2 recibe luz B emitida desde la lente 43 del dispositivo de control de luz 1, y obtiene una distribucion de la intensidad en una seccion del haz de luz B. El dispositivo de imagen 2 es para observar la calidad de la luz emitida desde el dispositivo de control de luz 1. Tambien, en el caso de utilizarse para procesamiento o similar, se dispone una nueva lente en una etapa posterior de la lente 43, y se dispone un objeto de procesamiento en su posicion de condensacion.
El funcionamiento general del dispositivo de control de luz 1 es el siguiente. Mediante la unidad de accionamiento 31 controlada por la seccion de control 32, se presenta, en el modulador de luz espacial 30, un patron de fase
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producido por la superposicion de un patron de rejilla abierta y un patron de fase. La luz emitida desde la fuente de luz 10 se refleja en la primera superficie de reflexion 21 del prisma 20, y se envfa al modulador de luz espacial 30.
La luz enviada al modulador de luz espacial 30 se emite despues de haber sido difractada por el patron de rejilla abierta fuera del patron de fase presentado en el modulador de luz espacial 30. La eficiencia de la difraccion en esa difraccion de luz vana en funcion de la forma del patron de rejilla abierta, y puede variar en funcion de la posicion en una superficie de incidencia de luz del modulador de luz espacial 30. Por otra parte, la luz difractada y emitida desde el modulador de luz espacial 30 ha sido modulada en fase por el patron de fase que tiene una distribucion de modulacion en fase predeterminada fuera del patron de fase presentado en el modulador de luz espacial 30.
La luz emitida desde el modulador de luz espacial 30 se refleja en la segunda superficie de reflexion 22 del prisma 20, atraviesa la lente 41, la apertura 42, y la lente 43, y es recibida por el dispositivo de imagen 2 para obtener una distribucion de la intensidad en una seccion del haz de luz. En este momento, la lente 41, la apertura 42, y la lente 43 se forman en una configuracion para permitir que la luz difractada de un orden de difraccion deseado fuera de la luz emitida desde el modulador de luz espacial 30 pase selectivamente a traves del mismo. Por lo tanto, la luz B, que se emite al dispositivo de imagen 2 de la lente 43 es una luz que tiene una distribucion de la intensidad y una distribucion de fase deseadas.
A continuacion, se describira en detalle el patron de fase que se presenta en el modulador de luz espacial 30. Este patron de fase se produce por la superposicion de un patron de rejilla abierta por difraccion de la luz y un patron de fase que tiene una distribucion de modulacion en fase predeterminada. La figura 2 es una vista que muestra un patron de rejilla abierta. En esta figura, la cantidad de modulacion de fase (anchura de modulacion de 2n) de cada pixel se muestra mediante escala de grises. Cuando el modulador de luz espacial 30 recibe la luz, donde se presenta el citado patron de rejilla abierta, la luz es difractada. La eficiencia de la difraccion en esa difraccion de la luz vana en funcion de la forma del patron de rejilla abierta.
Un patron de rejilla abierta gating que tienen N pfxeles a lo largo de una direccion espedfica en la superficie de incidencia de la luz del modulador de luz espacial 30 como un penodo se expresa mediante la siguiente formula (1). Aqrn, n denota una posicion del pixel dentro del penodo a lo largo de la direccion espedfica. k puede tomar un valor no inferior a 0 y no mayor de 1. Por lo tanto, el patron de rejilla abierta gating tiene un rango de modulacion de fase de 2kn, que es 2n o menos.
[Formula numerica 1]
La eficiencia de la difraccion teorica I+m de este patron de rejilla abierta gating se expresa mediante la siguiente formula (2), y vana en funcion del valor k. Si k toma un valor de 1, la eficiencia de la difraccion teorica I+m tiene el valor maximo de 1.
[Formula numerica 2]
imagen1
sin(;r(l - &))
-(2)
Por lo tanto, si los valores k son desiguales y distribuidos en la superficie incidencia de la luz del modulador de luz espacial 30, la eficiencia de la difraccion de la luz en la superficie de incidencia de la luz del modulador de luz espacial 30 esta tambien distribuida. La figura 3 es un diagrama que muestra un ejemplo de la distribucion de la modulacion de fase en un patron de rejilla abierta grating. En esta figura, el eje horizontal indica la posicion del pixel. Al igual que en el ejemplo mostrado en esta figura, cuando el valor k se vuelve mas grande a medida que avanza hacia la derecha, la eficiencia de la difraccion se vuelve mayor a medida que avanza hacia la derecha. La figura 4 es una grafica que muestra una relacion entre el valor k y la eficiencia de la difraccion en un patron de rejilla abierta ^grating presentado en un modulador de luz espacial real. Tal como se muestra en esta figura, cuanto mayor es el valor k, mayor es la eficiencia de la difraccion. Ademas, el angulo de la difraccion no depende del valor k.
Un patron de fase Result que se presenta en el modulador de luz espacial 30 es un patron para el cual se superpone el patron de rejilla abierta gating tal como se ha descrito anteriormente y un patron de fase deseada desire que sirve de patron de fase, y se expresa mediante la siguiente formula (3). Alternativamente, se produce un patron de fase Result que se presenta en el modulador de luz espacial 30 mediante la superposicion del patron de rejilla abierta
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^grating tal como se ha descrito anteriormente, un patron de fase deseada desire que sirve de patron de fase, y un patron correccion de distorsion ^correction, y se expresa por la siguiente formula (4).
[Formula numerica 3]
^result ^grating fidestre
[Formula numerica 4]
<Prau.lt = ^grating + ^desire + <Pcc
■•(3)
El patron de fase deseado desire es un patron para realizar una distribucion de fase deseada en una seccion del haz de luz, y su rango de modulacion de fase es 2n o menos. Ademas, el patron de correccion de distorsion ^correction es un patron para corregir una distorsion de fase del sistema optico en el dispositivo de control de luz 1, y el rango de modulacion de fase es generalmente del orden de unos pocos n. La distorsion de fase del sistema optico en el dispositivo de control de luz 1 puede existir en la primera superficie de reflexion 21 y la segunda superficie de reflexion 22 del prisma 20, el modulador de luz espacial 30, y las lentes 41 y 43. La luz difractada y emitida desde el modulador de luz espacial 30, donde se presenta dicho patron de fase Result, tiene una distribucion de la intensidad y una distribucion de fase deseadas en su seccion del haz.
A continuacion, para simplificacion de la descripcion, la formula (3) y la formula (4) descritas anteriormente se expresaran mediante la siguiente formula (5). Un patron de fase ^phase en esta formula (5) es el patron de fase deseado desire de la formula (3) o, alternativamente, es una suma del patron de fase deseado desire y el patron de correccion de distorsion ^correction de la formula (4).
[Formula numerica 5]
^result = ^granng + 0phase ''' ( 5 )
El patron de fase Result que se presenta en el modulador de luz espacial 30 es con un rango de modulacion de fase de 2n o mas en la presente realizacion. Como ejemplo del patron de rejilla abierta 9grating incluido en este patron de fase 9result, se considera uno mostrado en la figura 5 y la figura 6. La figura 5 es un diagrama que muestra un ejemplo de la distribucion de la modulacion de fase en un patron de rejilla abierta. En esta figura, el eje horizontal indica la posicion del pixel. Por otra parte, la figura 6 es una tabla que muestra un ejemplo de la cantidad de modulacion de fase de cada pixel en el patron de rejilla abierta. En este patron de rejilla abierta 9grating, el valor k es 0,5, el valor N es 8, y la diferencia en la cantidad de modulacion de fase entre dos pfxeles adyacentes es 0,125n. En la figura 5 se muestra el patron de rejilla abierta 9grating durante aproximadamente seis penodos.
Como ejemplo del patron de fase 9phase incluido en el patron de fase 9result se considera el que se muestra en la figura 7. La figura 7 es un diagrama que muestra un ejemplo de la distribucion de la modulacion de fase en un patron de fase. En esta figura, el eje horizontal indica la posicion del pixel. Este patron de fase 9phase incluye una parte en la que la cantidad de modulacion de fase es 0 y una parte en la que la cantidad de modulacion de fase es 1,25n.
La figura 8 es un diagrama que muestra una distribucion de modulacion de fase en un patron de fase 9result en la que se superpone el patron de rejilla abierta 9grating (figura 5 y figura 6) y el patron de fase 9phase (figura 7). En esta figura, el eje horizontal indica la posicion del pixel. En el patron de fase 9result que se muestra en esta figura, la cantidad de modulacion de fase es 2n o mas.
La figura 9 es un diagrama que muestra una distribucion de modulacion de fase en un patron de fase despues de realizar un plegado fase para el patron de fase 9result (figura 8). En esta figura tambien, el eje horizontal indica la posicion del pixel. En la distribucion de modulacion de fase en el patron de fase (figura 9) despues del plegado fase, se ha restado 2n de las cantidades de modulacion de fase para pfxeles con cantidades de modulacion de fase inferiores o iguales a 2n en el patron de fase 9result (figura 8) antes del plegado de fase, y la cantidad de modulacion de fase en cada pixel se encuentra en un rango entre 0 y 2n.
En el caso de la presente realizacion en la que se utiliza el modulador de luz espacial 30 que tiene un rango de modulacion de fase de 4n o mas, el patron de fase (figura 8) se presenta en ese modulador de luz espacial 30 antes del plegado de fase. Por otra parte, en el caso de un ejemplo comparativo en el cual se utiliza un modulador de luz espacial que tiene un rango de modulacion de fase de 2n, el patron de fase (figura 9) se presenta en ese modulador de luz espacial despues del plegado de fase.
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El patron de fase (figura 8) antes del plegado de fase y el patron de fase (figura 9) despues del plegado de fase tienen efectos mutuamente equivalentes en principio. Sin embargo, en un modulador de luz espacial real, una region denominada region de retorno donde se completa la fase para producir una visualizacion incorrecta en una parte en la que la diferencia en la cantidad de modulacion de fase entre dos pfxeles adyacentes es grande. Es decir, en comparacion con el patron de fase (figura 8) antes del plegado de fase, en el patron de fase (figura 9) despues del plegado de fase, las regiones de retorno existen en las posiciones mostradas por las flechas en la figura, y, en consecuencia, no puede obtenerse luz que presente una distribucion de la intensidad y una distribucion de fase deseadas.
En el caso de un ejemplo comparativo en el que el patron de fase (figura 9) se presenta despues del plegado de fase en el modulador de luz espacial que tiene un rango de modulacion de fase de 2n, la diferencia en la cantidad de modulacion de fase entre dos pfxeles adyacentes que ha sido leve antes del plegado de fase es aproximadamente 2n despues del plegado fase. Cuando se hace que un modulador de luz espacial real presente un patron de fase despues del plegado fase, en una zona donde la diferencia en la cantidad de modulacion de fase es grande entre dos pfxeles adyacentes en ese modulador de luz espacial, la cantidad de modulacion de fase no puede variar completamente de manera drastica, y se produce una diafoma entre los dos pfxeles adyacentes. Se considera que dicha parte (region de retorno), cuando existe diafoma, tiene un efecto particularmente notable cuando hay un paso de aproximadamente 2n en la cantidad de modulacion de fase entre los dos pfxeles adyacentes y la region de retorno existe dentro de la estructura periodica de un patron de rejilla abierta.
En el caso en que un cambio en la cantidad de modulacion de fase en el patron de fase que se presenta en el modulador de luz espacial es relativamente moderado, hay pocas regiones de retorno y, en la mayona de los casos, puede ignorarse el efecto que tienen las regiones de retorno sobre la distribucion de la intensidad y la distribucion de fase en una seccion del haz de la luz emitida desde el modulador de luz espacial.
La figura 10 es una vista que muestra un ejemplo de la distribucion de la intensidad en una seccion del haz de luz emitida desde un modulador de luz espacial como otro ejemplo del ejemplo comparativo. Un patron de fase que se presenta en el modulador de luz espacial aqrn es un patron para el cual se superpone un patron de rejilla abierta 9grating y un patron de fase deseado 9desire, y es con la intencion de que la distribucion de la intensidad en una seccion del haz de luz emitida desde el modulador de luz espacial se vuelva uniforme. En la distribucion de la intensidad prevista en una seccion del haz de luz, la region negra en la figura es para extenderse completamente por toda la zona. Sin embargo, en la distribucion de la intensidad obtenida en realidad en una seccion del haz de la luz, existen regiones con una intensidad fuerte (regiones blancas en la figura) contra la intensidad que ha descrito anteriormente. Esto se debe a que, ademas del patron de rejilla abierta 9grating que tiene muchas regiones de retorno, el patron de fase 9result producido por la superposicion sobre los mismos del patron de fase deseada 9desire y el patron de correccion de la distorsion 9correction presenta todavfa mas regiones de retorno.
En el ejemplo comparativo, una parte en la que se ha encontrado realmente un fallo en una seccion del haz de la luz emitida coincide con un lugar donde la cantidad de modulacion de fase vana abruptamente en el patron de fase. En un modulador de luz espacial real, la degradacion de la calidad de la luz emitida se convierte en un problema que no puede despreciarse. Asf, en el ejemplo comparativo, no puede obtenerse luz que presente una distribucion de la intensidad y una distribucion de fase deseadas debido al efecto de las regiones de retorno.
Por otra parte, en la presente realizacion, un patron de fase (por ejemplo, figura 8) con un rango de modulacion de fase superior a 2n se presenta en el modulador de luz espacial 30 que tiene un rango de modulacion de fase de 4n o mas en cada pixel. Por lo tanto, puede obtenerse luz que presente una distribucion de la intensidad y una distribucion de fase deseadas en una seccion del haz, sin necesidad de realizar plegado de fase.
A continuacion, se dara una descripcion del caso donde se genera un haz de modo de Laguerre-gaussiano mediante el uso del dispositivo de control de luz 1 de acuerdo con la presente realizacion. El haz de modo de Laguerre- gaussiano tiene una distribucion de la intensidad y una distribucion de fase que se especifican por un mdice radial y un mdice azimutal en su seccion del haz. A continuacion, se dara una descripcion del caso en que se genera un haz de modo Laguerre-gaussiano con un mdice radial de 1 y un mdice azimutal de 3 (en lo sucesivo, descrito como una "luz LGi,3").
La figura 11 es una vista que muestra una distribucion de la intensidad en una seccion del haz de una luz LGi,3. Se establece un patron de rejilla abierta 9grating de modo que la distribucion de la intensidad en una seccion del haz se convierte en una distribucion tal como se muestra en la misma figura. La figura 12 es una vista que muestra un patron de rejilla abierta 9grating para obtener una distribucion de la intensidad (figura 11) en una seccion del haz de una luz LG13. Ademas, la figura 13 es una vista que muestra un patron de fase deseada 9desire para obtener una distribucion de fase en una seccion del haz de una luz LG13. En cada una de la figura 12 y la figura 13, la cantidad de modulacion de fase de cada pixel se muestra mediante escala de grises.
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Un patron de fase Jesuit para generar una luz LG13 mediante el modulador de luz espacial 30 es un patron para el cual el patron de rejilla abierta 9grating y un patron de fase deseada 9desire descritos anteriormente se superponen, y un patron de correccion de la distorsion 9correction se superpone, ademas, sobre los mismos. Este patron de fase 9result se presenta en el modulador de luz espacial 30. Este patron de fase 9result normalmente tiene un rango de modulacion de fase superior a 2n.
En la presente realizacion, dado que se utiliza el modulador de luz espacial 30 que presenta un rango de modulacion de fase de 4n o mas, puede obtenerse una luz LG13 que presente una distribucion de la intensidad y una distribucion de fase deseadas, sin necesidad de realizar plegado de fase para el patron de fase 9result. Por otra parte, en el ejemplo comparativo, puesto que se utiliza un modulador de luz espacial con un rango de modulacion de fase de 2n, se muestra un patron de fase despues del plegado de fase en ese modulador de luz espacial y, por lo tanto, no puede obtenerse una luz LG13 que presente una distribucion de la intensidad y una distribucion de fase deseadas.
La figura 14 es una vista que muestra una distribucion de la intensidad en una seccion del haz de una luz LG13 generada por la presente realizacion. Ademas, la figura 15 es una vista que muestra una distribucion de la intensidad en una seccion del haz de una luz LG13 generada mediante el ejemplo comparativo. Tal como puede entenderse mediante la comparacion de ambos, la luz LG13 generada por la presente realizacion presenta una distribucion de la intensidad cerca de una deseada en comparacion con la luz LG13 generada por el ejemplo comparativo.
Un haz de modo Laguerre-gaussiano que se genera de este modo mediante el dispositivo de control de luz 1 de acuerdo con la presente realizacion esta cerca del deseado en terminos no solo de distribucion de fase, sino tambien de distribucion de la intensidad en una seccion del haz, y tiene una alta pureza de modo. Por lo tanto, este haz de modo Laguerre-gaussiano puede utilizarse preferiblemente en pinzas opticas o una operacion cuantica.
A continuacion, se dara una descripcion de conformacion del haz mediante el dispositivo de control de luz 1 de acuerdo con la presente realizacion. La conformacion del haz es una tecnica para la conversion de una luz recibida, donde la distribucion de la intensidad en una seccion del haz es no uniforme respecto a una luz emitida donde la distribucion de la intensidad en una seccion del haz es segun se desea. La figura 16 es un diagrama que muestra ejemplos de la distribucion de la intensidad antes de la conformacion del haz y de la distribucion de la intensidad despues de la conformacion del haz. La lmea continua muestra la distribucion de la intensidad antes de la conformacion del haz, mientras que la lmea discontinua muestra la distribucion de la intensidad despues de la conformacion del haz. Se establece que, cuanto mas cerca del centro de la distribucion de la intensidad (lmea continua) antes de la conformacion del haz, mas fuerte es la intensidad y la distribucion de la intensidad (lmea discontinua) despues de la conformacion del haz es uniforme.
Para un patron de rejilla abierta 9grating para utilizarse para esta conformacion del haz, la distribucion de los valores k se establece de manera que presente una distribucion de la eficiencia de la difraccion de acuerdo con una relacion de la distribucion de la intensidad antes de la conformacion del haz y la distribucion de la intensidad despues de la conformacion del haz en una seccion del haz. Ademas, se dispone un patron de fase Result que se presenta en el modulador de luz espacial 30 como aquel para el cual un patron de fase deseada 9desire y un patron de correccion distorsion 9correctio se superponen al patron de rejilla abierta 9grating. El rango de modulacion de fase en este patron de fase 9result puede exceder 2n.
En la presente realizacion, dado que se utiliza un modulador de luz espacial 30 que tiene un rango de modulacion de fase de 4n o mas, puede obtenerse una luz despues de la conformacion del haz que presente una distribucion de la intensidad y una distribucion de fase deseadas, sin necesidad de realizar un plegado de fase para el patron de fase 9result. Por otra parte, en el ejemplo comparativo, puesto que se utiliza un modulador de luz espacial con un rango de modulacion de fase de 2n, en el modulador de luz espacial se muestra un patron de fase despues de un plegado de fase y, por lo tanto, no puede obtenerse una luz despues de la conformacion del haz que presente una distribucion de la intensidad y una distribucion de fase deseadas.
Realizando de este modo una conformacion del haz mediante el dispositivo de control de luz 1 de acuerdo con la presente realizacion, una luz recibida, donde la distribucion de la intensidad en una seccion del haz no es uniforme, puede convertirse en una luz emitida donde la distribucion de la intensidad en una seccion del haz es segun se desea. Por ejemplo, un haz de luz con una distribucion gaussiana puede ser conformado en un haz de luz con una distribucion uniforme denominada "flat-top". Esta tecnica de conformacion del haz es util para aplicaciones de procesamiento, iluminacion para un microscopio, y similares.
Aplicabilidad Industrial
La presente invencion presenta un dispositivo de control de luz capaz de obtener luz que tiene una seccion de haz deseada en la tecnica de hacer que un modulador de luz espacial que module en fase presente un patron de fase producido por la superposicion de un patron de rejilla abierta y un patron de fase que tiene una distribucion de la modulacion de fase predeterminada.
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Claims (6)

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    REIVINDICACIONES
    1. Dispositivo de control de luz, que comprende: una fuente de luz (10) que emite luz;
    un modulador de luz espacial que modula en fase (30) que recibe luz emitida desde la fuente de luz (10) esta configurado para presentar un patron de fase para modular la fase de la luz en cada uno de los pfxeles, y emitir luz despues de haber sido modulada en fase por este patron de fase; y
    una unidad de control (32) que hace que el modulador de luz espacial (30) presente un patron de fase, y regula la eficiencia de la difraccion de la luz en el modulador de luz espacial regulando el patron de rejilla abierta,
    caracterizado por el hecho de que
    el modulador de luz espacial que modula en fase (30) es capaz de modulacion en fase en cada uno de una pluralidad de pfxeles dispuestos bidimensionalmente en un rango de 4n o mas y la unidad de control (32) esta configurada para hacer que el modulador de luz espacial (30) presente el patron de fase con un rango de modulacion de fase de 2n o mas producido mediante la superposicion de un patron de rejilla abierta para difraccion de luz y un patron de fase que tiene una distribucion de modulacion en fase predeterminada.
  2. 2. Dispositivo de control de luz de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la unidad de control (32) hace que el modulador de luz espacial (30) presente un patron de fase para el cual el patron de rejilla abierta que tiene una distribucion de eficiencia de la difraccion de la luz de acuerdo con una distribucion de la intensidad en una seccion del haz de un haz de modo Laguerre-gaussiano con un mdice espedfico y el patron de fase que tiene una distribucion de modulacion en fase de acuerdo con una distribucion en fase en una seccion del haz del haz de modo Laguerre-gaussiano se superponen.
  3. 3. Dispositivo de control de luz de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la unidad de control (32) hace que el modulador de luz espacial (30) presente un patron de fase para el cual el patron de rejilla abierta que tiene una distribucion de eficiencia de la difraccion de luz de acuerdo con una distribucion de la intensidad de luz que tiene una distribucion de la intensidad y una distribucion de fase espedficas en una seccion del haz y el patron de fase que tiene una distribucion de modulacion en fase de acuerdo con la distribucion de fase se superponen.
  4. 4. Procedimiento de control de luz utilizando: una fuente de luz (10) que emite luz; y
    un modulador de luz espacial que modula en fase (30) que recibe luz emitida desde la fuente de luz (10) esta configurado para presentar un patron de fase para modular la fase de la luz en cada uno de los pfxeles, y emitir luz despues de haber sido modulada en fase por este patron de fase;
    para hacer que el modulador de luz espacial (30) presente un patron de fase, y regular la eficiencia de la difraccion de la luz en el modulador de luz espacial regulando el patron de rejilla abierta,
    caracterizado por el hecho de que
    el modulador de luz espacial que modula en fase (30) es capaz de modulacion de fase en cada uno de una pluralidad de pfxeles dispuestos bidimensionalmente en un rango de 4n o mas y el procedimiento hace que el modulador de luz espacial (30) presente un patron de fase con un rango de modulacion de fase de 2n o mas mediante la superposicion de un patron de rejilla abierta para difraccion de luz y un patron de fase que tiene una distribucion de modulacion en fase predeterminada.
  5. 5. Procedimiento de control de luz de acuerdo con la reivindicacion 4, para hacer que el modulador de luz espacial (30) presente un patron de fase para el cual el patron de rejilla abierta que tiene una distribucion de eficiencia de la difraccion de la luz de acuerdo con una distribucion de la intensidad en una seccion del haz de un haz de modo Laguerre-gaussiano con un mdice espedfico y el patron de fase que tiene una distribucion de modulacion en fase de acuerdo con una distribucion en fase en una seccion del haz del haz de modo Laguerre-gaussiano no se superponen.
  6. 6. Procedimiento de control de luz de acuerdo con la reivindicacion 4, para hacer que el modulador de luz espacial (30) presente un patron de fase para el cual el patron de rejilla abierta que tiene una distribucion de eficiencia de la difraccion de la luz de acuerdo con una distribucion de la intensidad de luz que tiene una distribucion de la intensidad
    y una distribucion de fase espedficas en una seccion del haz y el patron de fase que tiene una distribucion de modulacion en fase de acuerdo con la distribucion de fase se superponen.
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