基于液晶空间光调制器相位调制的波面转换

本文介绍了一种基于液晶空间光调制器（LCSLM）相位调制特性的波面转换方法,可将入射光变换成任意波面。测量了液晶空间光调制器相位调制特性,得到相位和灰度的对应关系;分别以几何理论和G-S算法为基础计算出衍射光学元件（DOE）的表面相位分布;将DOE表面的相位分布转换为灰度分布显示在LCSLM上,使得LCSLM具有波面实时转换功能;并以高斯激光为入射光对其进行波面转换实验,实验结果证明了设计方法的准确性及可行性。     

电寻址空间光调制器相位调制特性的研究

利用光在液晶中的双折射效应和泰曼－格林干涉原理,提出了一种测量电寻址液晶空间光调制器相位特性,即相移量与驱动电压（灰度）之间关系的新方法。该方法抗干扰能力强,实验精度高。通过测试Boulder Nonlinear Systems(BNS)公司的256×256像素反射式液晶空间光调制器,得到了其在一定电压范围内的相位调制特性具有良好的线性关系,而且在线性调制范围内器件稳定,有效孔径内各个点的平均调制误差约为0.032?姿,与理论值相吻合,从而验证了该实验方法的有效性。     

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.     

集成薄膜晶体管液晶空间光调制器光调制特性的实验研究

提出一种测量液晶空间光调制器（liquid crystal spatial light modulator．LCSLM）光调制特性（振幅调制特性和相位调制特性）的新方法。采用Mach-Zehnder干涉仪光路，在其中一臂中引入4f成像系统。把LCSLM放置在4f系统的输入面上作为图像输入器件，用位于4f系统输出面上的高性能CCD记录输出图像或输出图像与参考光的干涉条纹。根据输出图像的强度和强度均匀性测量LCSLM的振幅调制特性；根据干涉条纹分布测量LCSLM的相位调制特性。与已有方法相比，该方法不仅可测量LCSLM的振幅和相位调制特性曲线，还可测量器件单个像元上的振幅和相位调制特性。文中以一种薄膜晶体管扭曲向列型LCSLM为例，测量了其振幅调制响应曲线、振幅调制均匀性和相位调制均匀性，实验结果证明了该方法的正确性和实用性。     

数字全息变焦系统测量液晶空间光调制器相位调制特性

针对液晶空间光调制器(LC-SLM)应用于光信息处理等诸多领域的前提是必须准确测量出其相位调制特性曲线,本文利用全息干涉计量原理和数字全息变焦系统,提出了一种测量LC-LSM相位调制特性曲线的新方法,只需拍摄两幅数字全息图就能获得完整的相位调制特性曲线,并能够消除系统误差,从而降低对光学元件和调试精度的要求,且不需要完成衍射计算。介绍了相关的测量原理,给出了具体的实验测量过程、计算方法,实验结果表明,本文方法具有系统简单、可以消除系统误差和快速的优点。     

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。     

共路外差干涉测量液晶空间光调制器相位特性

为了对液晶空间光调制器进行高精度的校准, 使其满足线性相位调制的应用需求, 采用共路外差干涉法测量了液晶空间光调制器的相位调制特性, 分析了实验系统的测量原理, 取得了液晶空间光调制器相位调制量随输入灰度值变化的实验数据, 并进行了线性校准。结果表明, 实验中所用的液晶空间光调制器的最大相位调制量为2.55π, 利用反插值法对20~240灰度范围内的相位调制曲线进行线性校正后的理论相位调制曲线非常接近理想线性曲线, 相位调制曲线与理想线性调制曲线的相关系数可达0.9996;该测量方法可克服传统测量方法对图像处理的依赖性, 具有较高的测量精度, 相位调制量直接通过锁相放大器就可获得。该研究为基于液晶空间光调制器的高精度波前校正和精密测量提供了参考。     

基于样条插值的液晶空间光调制器衍射效率优化方法研究

针对液晶空间光调制器阵元间相位调制量偏差降低光束衍射效率的问题,提出基于样条插值的液晶空间光调制器衍射效率优化方法。依据泰曼-格林干涉原理,搭建了相位调制系统。对调制器加载阶梯变化的灰度图,通过计算干涉条纹移动量,绘制液晶空间光调制器相位调制曲线。采用三次样条反插值法对相位调制曲线进行校正,实现对相位调制量的相位补偿。搭建液晶空间光调制器衍射效率测试系统,对所提优化方法进行实验验证,并与随机梯度下降法进行了对比。结果表明:当光束偏转角度为1.56°、0.78°、0.39°、0.19°时,文中所提方法提高了30%~40%的光束衍射效率,相较于随机并行梯度下降法,衍射效率提高了2%~8%。该方法有效抑制了栅瓣能量,提升了主瓣光束衍射效率,克服了随机并行梯度下降法迭代次数多,优化速度慢,易陷入局部最优的缺点。     

用平行向列液晶空间光调制器制作相息图的研究

利用液晶空间光调制器制作相息图是目前惟一的一种能实现动态实时计算全息的方法，它在光信息处理和光学测量方面具有重要的应用价值。文章首先介绍了由低成本的商业液晶电视改造而成的平行向列液晶空间光调制器，在液晶空间光调制器上制作相息图，用液晶电视制作的相息图再现物体。通过再现像的误差分析，我们认为位相失配和液晶屏的黑栅效应是导致再现像不清晰的主要原因。最后探讨了它在位相滤波器方面的应用。     

多信道铁电液晶空间光调制器

描述了矩阵电寻址铁电液晶(FLC)多信道透射型空间光调制器(SLM)的结构和运转特性，测量了器件的二进制相位调制的空间和时间特性。     

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。     

基于液晶空间光调制器的光束偏转控制

液晶空间光调制器(LCSLM)通过实时调制波前倾斜实现光束偏转,与传统的快反镜相比,具有非机械调制、体积小、功耗低、轻巧灵敏等优点,可应用于空间光通信中。简单介绍了液晶实现光束偏转的原理,并测试了LCSLM的调制特性,根据调制特性设计基于LCSLM的光束偏转闭环系统。实验结果表明LCSLM能有效地抑制光束抖动,使相对误差小于±1.75%。分析了LCSLM的衍射效率对于光束质量的影响及液晶响应速度、系统传输时延和算法复杂度对控制系统带宽的制约。     

泰曼-格林干涉仪测量液晶空间光调制器的相位调制特性

为了评价美同BNS公司反射式256 pixel×256 pixel纯相位液品空间光调制器(LC SLM)的性能,提出利用泰曼-格林干涉仪对相位调制特性进行干涉测量.实验结果表明,液晶空间光调制器的相化随灰度呈非线性分布,利用反插值法建立线性查找表,校正了器件的非线性.非线性度由原来的17.23%减小到2.85%;中心与边缘的相位调制,在同一灰度级最大相位差达到0.22π,中心相位调制均方根误差是边缘的4倍,说明该器件存在相位调制的不均匀性,中心相位误差较大,在波前控制中应给予校正.     

基于液晶空间光调制器的涡旋相位恢复检测系统像差

提出一种基于液晶空间光调制器对涡旋相位进行相位恢复的方法,这有别于传统相位恢复算法。实验中利用液晶空间光调制器产生光学涡旋,再利用CMOS摄像头来捕捉涡旋光斑。采用改进的GS算法对系统相位进行恢复,算法中入射液晶面光振幅与随机输入相位结合进行迭代计算恢复液晶波阵面。因为程序经过多次迭代计算均恢复出涡旋相位,故证实该方法可进行相位恢复。通过计算得出系统的像差,同时利用泽尼克多项式对系统像差进行了定量分析。     

液晶纯位相空间光调制器

从空间光调制器概念入手，介绍了液晶空间光调制器的发展历史，主要是对液晶作为纯位相空间光调制器的可行性从理论和实验上做了分析总结，并对前人所得结论进行了讨论，由此得到了有价值的结论。     

液晶空间光调制器Gamma曲线的线性化调试算法及其对光束整形的影响

在惯性约束聚变(ICF)驱动装置中利用液晶空间光调制器进行激光束的实时、可调控光束空间整形时,Gamma曲线呈线性变化有着重要意义。针对现有调整Gamma曲线呈线性变化的方法费时费力、效果不理想的现状,提出了一种新的调整方法,即依靠Lagrange插值将横坐标为灰度值、纵坐标为功率值的离散点拟合得到曲线方程,然后利用Bolzano二分法求得该曲线方程上与目标Gamma曲线中灰度间隔为1的功率值对应的新灰度值,将新、旧灰度值逐点替换使Gamma曲线呈线性变化。将其应用到大型高能量激光放大装置的光束整形中,得到近场调制度较低且长时间保持稳定的超高斯平顶光束。     

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。