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OptiXplorer - 光学教育キット
OptiXplorerは、光物理学の入門および上級実験コースのための教育用キットです。以下に挙げる6つの実験モジュールで扱う主なトピックは、偏光効果、振幅変調、位相変調、フォーリエ光学です。
OptiXplorerの主要コンポーネントは、XGA解像度の透過型ツイストネマティックLCディスプレイをベースにしたHOLOEYE空間光変調器 LC2012（SLM）です。さらに、レーザーモジュール、2つの回転可能な偏光子、およびいくつかの光学機械部品がキットに含まれています。
このキットは、カスタマイズされたソフトウェアのバンドルと共に提供されます。「OptiXplorer」ソフトウェアは、自作のコンピュータ生成ホログラム（CGH）を含むさまざまな光学機能をSLMに表示することを可能にします。「PhaseCam」ソフトウェアは、干渉計による位相測定に使用できます。「DynRon」ソフトウェアは、ロンキグレーティングでの回折測定用のLabVIEW™プログラムです。SLMデバイス制御ソフトウェアは、SLMのデバイス設定を調整するための便利なツールです。
SLMデバイスは、画像のアドレッシングにHDMIインターフェース、高度なキャリブレーションにUSB接続、外部デバイスと同期するためのトリガー同期出力を使用します。
HEO 7020-1 6001ドライバには、デュアルコアARM® Cortex™-A9プロセッサも搭載されています。これにより、ユーザーはドライバユニット上で直接処理される追加機能をプログラムできます（例：USBフラッシュ（OTG USBスロット経由）または内部メモリから読み込んだ画像のスライドショー）。デュアルコアシステムは組み込みLinux™ SMPオペレーティングシステムを実行し、ディスプレイとドライバ自体の完全な制御と監視を提供するライブラリが含まれています。
ドライバユニットは、シリアルおよびUSB2経由のEthernet-over-USB2 (RNDIS) インターフェースを介してアクセスでき、標準的なUbuntu™クロスコンパイルGCCツールチェーンを使用してプログラムすることができます。
トピックと実験
- AMP – SLMを振幅変調器として使用し、画像投影実験を行う
- JON – SLMのTN-LCセルのジョーンズマトリックス成分を測定し、セルパラメータを導き出す
- LIN – SLMを使用してバイナリリニアおよび2D分離ビームスプリッタグレーティングを作成する
- RON – 動的にアドレス指定されたロンキグレーティングを使用してSLMの位相変調を測定する
- CGH – レンズとプリズムの位相関数を含むコンピュータ生成ホログラム
- INT – SLMの位相変調の干渉縞シフト測定
ハンドブックでの理論的な紹介と追加文献の参照と共に、これらの6つの実験モジュールは、OptiXplorerを強力で低コストな教育ツールとし、広範な光学現象の実演と積極的な調査を可能にします。
ハードウェア
- オプトメカニカルマウント付き空間光変調器（XGA解像度 1024 x 768ピクセル、60Hzフレームレート）
- オプトメカニカルマウントとビームエキスパンダー付きレーザーモジュール
- ケーブルセット
- 回転式偏光板２枚
- マウンティングレール1個
- ４本のポスト、ポストホルダー、およびキャリア
ソフトウェア
- SLM設定マネージャー（デバイス設定用GUI）
- OptiXplorerソフトウェア（SLMで光学機能を生成するためのソフトウェア）
- PhaseCam（干渉実験用測定ソフトウェア）
- LabVIEWプログラム「DynRon」（回折測定用）
OptiXplore - 実験モジュール
AMPモジュールでは、SLMを動的画像生成器として使用します。まず、光源の偏光特性とSLMを通過することでの変化を調査します。照明と画像の基本法則を見直し、単純なプロジェクターを構築します。画像の拡大率とコントラストを測定できます。
JONモジュールでは、回転可能な偏光子を使用した透過測定からSLMのジョーンズマトリックスの成分を決定します。LCセルの複屈折、ディレクタの向き、およびツイストは、詳細な数値計算から導き出されます。複数の解が得られるため、他の波長やグレーレベルを用いた追加測定で曖昧さを排除します。
LINモジュールでは、SLMを静的回折格子として調査し、その幾何学的パラメータの一部を導き出します。レンズを使用して、拡大された回折角度でも遠距離回折パターンを観察できます。ビームスプリッタおよびアレイジェネレータとして使用できるバイナリ線形格子および2D分離格子をSLMに表示し、測定された回折効率を理論予測と比較します。
RONモジュールでは、可変グレーレベルコントラストのロンキ格子をアドレス指定し、測定された回折効率から位相変調を導き出します。この測定はまず、「OptiXplorer」ソフトウェアを使用して原理を理解するために数個の格子で行います。LabView™ソフトウェアプログラムを使用すると、この測定を自動化して繰り返すことができます。これにより、高い位相変調を得るための回転可能な偏光子の最適な向きを決定できます。その後、提供された「PhaseCam」ソフトウェアを使用して測定を自動化し、より正確な結果を得ることができます。
CGHモジュールでは、「OptiXplorer」ソフトウェアを使用して、ユーザー指定の信号に対してIFTAアルゴリズムを用いた動的レンズおよびプリズム、ならびに動的CGH（またはDOE）を生成します。ABCD行列を使用して、光学要素の位置とフラウンホーファー回折面までの距離の測定値を理論予測と比較できます。重ね合わせたレンズおよびプリズム関数を使用して、遠距離パターンを空間内で移動させ、非回折光から空間的に分離します。これにより、フォーリエ光学の原理への活発な導入が行われます。
INTモジュールでは、単純な二光束干渉計を使用して干渉縞を生成し、CCDカメラで記録します。2つの光束はSLMによって相互に位相シフトされ、半画面画像が表示されます。空間的な縞シフトを使用して位相変調を導き出します。この測定はまず、「OptiXplorer」ソフトウェアを使用して原理を理解するために行います。その後、提供された「PhaseCam」ソフトウェアを使用して測定を自動化し、より正確な結果を得ることができます。
