LCOS-SLMとは

光の位相と波面

位相とは周期的な運動をする現象が、1回の周期内のどのタイミングにいるかを示すものです。

波としての光に当てはめると、ある点が交互に繰り返す山と谷の間のどの状態にあるかということになります。

位相は0~2πで定められ、周期内のあるタイミングの位相を0とすると、1周期めぐったタイミングの位相は2πとなります。このとき、周期内の状態としては位相が0のときと同じ状態です。例えば、波の山の頂点の位相を0とすると、位相が2πの点は次の山の頂点部分となります。

光の波は1次元軸上だけで振動しているのではなく、3次元的に広がりながら進むので、周期内で同じタイミングの状態にある(同じ位相である)点を結ぶと面が形成されます。この面が波面となります。位相を自由に変化させることで波面を制御することが可能となります。

光の位相と波面1

波面の形状は光源の性質によって異なります。点光源の場合、光が球面状に広がるため光の波面も球面状(球面波)となります。一方、レーザ光の場合は光の位相がそろっているため、波の同じ位置(位相)を結ぶと、平面状の波面(平面波)になります。

このような波面の形状は、光が伝搬していく途中の物質との相互作用で変化していきます。例えば、光の波が進む途中にガラスなどの透明な物体やレンズ、プリズムなどの光学素子がある場合、その物体の屈折率に応じて光の速度が低下して、その部分の波面の進行が遅れることで波面の形状が変化していきます。

光学設計においては、一般的に多くの光学素子は光線の向きを変化させるものとして設計されます。この光線は波面に対して垂直な線として定義されるため、光学素子による様々な機能は波面形状の変化でも説明することが可能です。すなわち、LCOS-SLMで波面を自由に制御することで様々な光学素子の機能を実現することが可能です。

光の位相と波面2

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