采用条形光栅相位图的液晶空间光调制器的标定

为了提高液晶空间光调制器（LC-SLM）的校准精度,采用条形光栅相位图对LC-SLM进行了标定。首先基于傅里叶光学模拟计算得出了条形光栅相位图对比度与零级衍射光斑光强之间的对应关系,然后搭建实验光路并在LC-SLM上加载了条形光栅相位图,测量LC-SLM控制程序中加载的灰度图所对应的零级衍射光斑光强值,经过分析计算得出计算机灰度信号与相位调制量之间的映射关系,并最终得到了针对488 nm激光的LC-SLM的标定文件LUT。经过标定之后,相位调制曲线的线性相关度可达0.996 4,校正误差仅为0.224 0 rad。结果表明,在LC-SLM上加载复杂的高阶相位,并结合LUT文件可以调制生成高质量的双螺旋光斑。此研究结果表明:针对特定波长,利用条形光栅相位图标定的LC-SLM得到的LUT文件可以使LC-SLM根据加载的相位对光束进行有效调制,且其方法更简单。     

相位型空间光调制器的自参考标定方法

相位型空间光调制器(SLM)是一种对光的相位信息进行定量调控的器件。由于制造和使用过程中的一些不确定因素,需要标定SLM的相位调制,即输入灰度和输出相位的响应(LUT)。本文介绍了基于自参考光路的SLM相位调制标定方法。通过在SLM上产生光栅相位,光栅的衍射级次作为参考光,与标定区域的光干涉、形成干涉图。利用傅立叶频谱分析技术和数字全息技术分析干涉图,可分别对SLM的全局LUT和局部LUT进行测量标定。自参考标定方法仅需一个分束器和CMOS即可标定SLM,同时可实现原位标定,是一种简便高效的标定方法。     

温度对液晶波前校正器响应速度及LUT的影响研究

温度起伏会对液晶器件的相位调制特性、响应速度有影响,从而影响自适应光学系统中的液晶波前校正器的相位调制精度。针对该问题,本文研究了温度对512×512像素的硅基液晶波前校正器(LCOS)的LUT(look-up table)的影响,正是由于LUT的变化导致其相位调制特性不同;实验测量了不同温度下LCOS的时间和相位响应特性,由此计算了对应的LUT,利用最小二乘拟合方法对得到的数据进行拟合,给出了16～26℃范围内的关系式,利用此关系式可以获得该温度范围内不同温度下合理的LUT。我们在LCOS上施加闪耀光栅灰度图后,对不同LUT下入射光束的衍射效率分别进行测量,结果表明我们利用关系式内对应温度下的LUT取代LCOS中固定值的LUT方法可以克服温度的起伏带来的影响,提高LCOS的相位调制能力。本方法对于液晶器件在自适应光学、显示等领域的应用也有帮助。     

液晶空间光调制器用于光束偏转控制的衍射效应

液晶空间光调制器(LC-SLM)能实现光束动态偏转,而它的像素结构以及相位回卷方法造成的衍射效应使其光效率降低.通过数值仿真和实验分析了像素结构造成的衍射效应,给出了像素填充因子和衍射效率的关系.利用256 pixel×256 pixel的液晶空间光调制器构建动态光束偏转实验装置,使入射光束偏转不同角度时测量远场光斑强度,得到衍射效率随光束偏转角的变化关系.理论分析与实验结果表明,填充比越小,像素结构造成的衍射效应越强,衍射效率降低;当填充比为0.85时衍射效率的测量值仅为51.3%.相位回卷方法使液晶空间光调制器形成类似闪耀光栅结构,随着光束偏转角度的增大,衍射效率降低.     

基于二维标量衍射的液晶光束偏转性能仿真

液晶空间光调制器(LCSLM)可用于光束偏转,针对一维衍射解析理论分析液晶光束偏转时仅能考虑衍射效率的问题,严格分析二维标量衍射数值方法的采样要求和算法实现,对液晶器件的相位调制级数和非线性进行建模,计算圆形光斑经过液晶器件和聚焦透镜后的光斑空间分布。仿真分析各种条件下液晶器件的衍射效率和偏转精度,得出不同偏转角度时相位调制级数与偏转精度和衍射效率的关系,为液晶器件的选择提供了依据。利用BNS256×256向列液晶构建光束偏转实验,同时也根据实验参数仿真分析不同偏转角度对应的偏转精度和衍射效率,实验结果与仿真基本吻合,表明二维标量衍射分析可用于液晶偏转器件的工程性能评估。     

斜入射液晶空间光调制器的特性

用读出光斜入射到液晶空间光调制器(LC-SLM)的读出面,是一种有效的提高空间光调制器(SLM)读出效率的方法。测量了读出光以不同角度入射到液晶空间光调制器的读出面上时,相位调制深度与写入光强的关系、衍射效率与二值光栅对比度的关系。得到随着入射角度的增加,最大相位调制深度减小,而衍射效率变化并不明显。在45°时有最大相位调制深度2.0936π和35.4%的正一级衍射效率。     

可用于四波横向剪切干涉波前检测的随机编码混合光栅设计

提出了一种可用于四波横向剪切干涉波前检测的随机编码混合光栅。由期望得到的四波前衍射频谱出发,根据夫琅禾费衍射原理并结合光通量约束的随机编码方法得到了由振幅编码光栅和棋盘式相位光栅构成的随机编码混合光栅,与改进的哈特曼模板(MHM)相比,其衍射场中只有四个级次,更好地实现了四波横向剪切干涉。分析确定了入射光束口径、光栅栅距以及观察距离等系统参数。分别给出了随机编码混合光栅和MHM的远场衍射光场分布及四波横向剪切干涉图,对比发现随机编码混合光栅的远场衍射光场中只有四个等光强的光斑存在,其四波横向剪切干涉图稳定,可以实现任意畸变的波前检测。     

利用LCD相位调制获得高效率空心光束

空心光束由于具有一系列特殊物理性质,所以它在对微观粒子的三维操控技术中占据了极其重要的地位.本文提出采用LCD对入射激光进行相位调制得到高衍射效率空心光束的方法.文章研究了螺旋波的特性,分析了LCD相位调制的原理,在LCD上作出螺旋波的实时纯相位图对入射光进行相位调制,获得具有高衍射效率的空心光束.实验结果表明,采用LCD相位调制方法产生空心光束不但具有实时可调,方便、精确的优点,还具备高衍射效率.     

一种新型的光束分束结构--复合调制型光栅

提出利用表面既有浮雕,体内又有折射率调制的一种新型衍射光栅来实现光束分束功能。针对波长为850nm正负一级和零级等衍射效率的光束分束器,优化设计了面型为正弦形、三角形、矩形的浮雕光栅以及体积相位全息光栅和复合调制型光栅共五种光栅。同时数值模拟了该光栅结构在实验制作过程中对各光栅参量误差的不敏感程度,该光栅在实验制作上优于其他类型光栅。     

基于液晶空间光调制器的变倍率激光扩束技术研究

由于激光器发出的光束通常在毫米量级,然而在激光测距、激光通信、激光全息等领域中需要较宽的光束,因此需要对激光束进行准直扩束。本文提供了一种基于LC-SLM的变倍率激光扩束方法,利用LC-SLM产生透镜的波阵面。由计算机数值模拟出焦距不同的变焦透镜相位调制图,将其加载到LC-SLM上,利用焦距不同的变焦透镜相位调制图的灰度信号来控制LC-SLM外加电压变化,实现了基于LC-SLM的变焦透镜功能。根据伽利略望远镜形式的扩束系统,本文利用LC-SLM的变焦透镜功能与匹配透镜配合,搭建了基于LC-SLM的变倍率激光扩束系统,实现对激光束的变倍扩束。实验结果表明,该系统实现了2~×~10~×连续变倍率激光扩束。系统结构简单、精度高、响应速度快,具有很大的实用价值。     

Generation of regular optical vortex arrays using double gratings

In order to generate high quality regular optical vortex array (OVA), we present an experimental method for generating OVA using phase only liquid crystal spatial light modulator (LC-SLM) assisted two gratings. In the scheme, holograms of two grating are displayed on the screen of two LC-SLMs respectively; the diffraction optical fields are captured by a CCD camera. The simulated and experimental results show that the regular OVA can be generated by using double diffraction gratings. The generated OVAs have a constant topological charge of ±1. The method can provide a useful pathway to produce regular OVA for some applications in optical communication, particle trapping and optical metrology.     

利用动态相位掩膜板法制作光纤光栅

在相位掩膜板法光纤Bragg光栅(FBG)制作系统中,通过高精度陶瓷压电(PZT)促动器对相位掩膜板进行运动控制,实现对光栅折射率交流调制量和相位的任意调制,从而实现相移、切趾和啁啾等FBG的制作,从而提高FBG制作工艺的灵活性。     

基于液晶空间光调制器的同步移相共光路干涉技术

为了实现透明物体的相位测量,提出一种基于液 晶空间光调制器(LC-SLM)的同步移 相共光路干涉 方法。在由4f光学成像系统构成的三窗口共光路干涉仪基础上, 利用LC-SLM的灰度调制能力,在 LC-SLM上加载光栅进行频域滤波,进而通过1次曝光获得3幅移相干涉图实现相位测量。 给出了本文 方法的相位恢复数学模型,并通过光学实验对本文方法和标准四步相移算法的性能进行了比 较,最后通过重 复实验对方法的稳定性和重复性进行了评估。结果表明,本文方法具有较好的相位恢复效果 ,而且稳定性和重复性以标准差表示时分别可达0.032rad和 0.073rad。     

液晶空间光调制器的斜入射特性

对液晶空间光调制器(LC-SLM)在读出光斜入射下的理论进行了推导,建立了读出光斜入射时液晶空间光调制器的理论模型,并进行了模拟计算。以正入射时液晶空间光调制器的电压—输出光强的关系,推导出液晶空间光调制器在不同调制电压下液晶分子的转角,从而进一步计算相位差。结果表明,随着入射角的增加,液晶层的相位调制深度逐渐减小;随着分子倾角的减小,相位调制深度逐渐升高,即随着写入光的增强,加到液晶层两端的电压增加;随着入射角的增加,读出光强的初相位逐渐减小,但该初相位值并不大,即使在入射角10°下达到最大,也仅为0．21π。计算结果与实验数据相吻合。     

LC-SLM激光大气传输湍流模拟及通信实验分析

采用功率谱反演法与叠加低频谐波方式数值模拟静态湍流相位屏,并根据湍流冻结理论仿真了动态湍流相位屏。采用液晶空间光调制器(LC-SLM)在实验室内搭建了大气湍流信道仿真平台,进行了Kolmogorov湍流模型下,不同湍流强度的激光大气传输模拟研究,对比分析了实验结果,与理论较为符合。同时实验研究了不同模拟湍流强度下激光通信误码率的响应关系,这对实验室内评估实际激光通信系统的性能具有重要应用价值。     

光寻址液晶空间光调制器用于激光光束整形的可控系统和设计算法

提出了一种利用光寻址液晶空间光调制器(LC-SLM)来实现实时可控的激光光束整形的系统和算法.用几何变换法和盖师贝格-撒克斯通(G-S)算法对有振幅调制和位相畸变光束进行均匀分布的平顶光束整形及数值模拟,用几何变换法可以得到非常好的小尺度的均匀性输出光束,而G-S算法能够有效地改善入射光束的大尺度不均匀性.为了减少输出光束的均方根误差和顶部不均匀度,提出结合几何变换方法和G-S算法,由几何变换方法得到的相位分布为G-S算法的初始相位分布.计算机设计的仿真结果表明:利用这种算法可以有效减少大尺度的不均匀度值,并得到合适的输出光束.     

一种相位调制的微波移相实现新设计

相位调制有多种实现方法。常见的是正交调制。文中提出了一种采用微波移相技术实现相位调制的新设计,通过与正交调制方法进行对比,实现了2,8,16,32和64相的相位调制。实测表明,文中设计的移相误差＜1.2°,误码率达到了常见的正交相位调制实现技术的误码水平。此外新设计无需常见的正交相位调制实现技术所必须的数模转换器、正交调制器和混频器,使系统得以简化,且成本有所降低。