液晶空间光调制器用于光学测量的研究

研究了利用液晶空间光调制器的相位调制特性进行光学测量的方法。测试美国BNS公司反射式256×256纯相位液晶空间光调制器,相位响应呈非线性。利用反插值法对非线性相位响应进行了校正,使非线性度缩小1/8,获得了该器件线性的相位响应曲线。利用液晶空间光调制器产生相息图,能够将PV值为0.78λ,均方根为0.13λ的不规则波面,调制成PV值为0.27λ,均方根为0.02λ的近似平面波。实验结果表明,液晶空间光调制器作为补偿器能够应用于任意光学表面的测量。     

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。     

液晶空间光调制器与相干光波前实时变换

介绍了一种利用纯相位调制液晶空间光调制器进行波前相位实时变换的方法,可将相干平面波变换成任意期望的波前。该方法采用由伪随机编码产生初始相位矩阵的相位恢复优化算法,从期望的远场衍射图形得到液晶空间光调制器所在衍射面的相位分布,当单色相干平面波通过液晶空间光调制器时,利用液晶空间光调制器纯相位调制特性复现该相位分布,在远场产生期望的衍射图形。实验验证了上述波前实时变换的可行性。     

液晶空间光调制器用于波前校正的研究

为了提高液晶空间光调制器用于波前校正的精度,测试了美国BNS公司反射式255×256像素纯相位液晶空间光调制器.由于非线性相位响应特性会降低该器件用于波前校正的性能,因此通过反插值法将相位调制曲线的非线性度减小到原来的1/8,建立了0～2π区间内相位与灰度之间的线性关系.以液晶空间光调制器作为渡前校正器,数字相移干涉仪作为波前传感器,对含有高频误差的不规则波面进行了测量和误差校正.畸变波前的峰谷值(PV)由校正前的0.78A减小到校正后的0.27A,均方根(RMS)由校正前的0.13λ减小到校正后的0.02λ.实验结果表明:液晶空间光调制器能够代替传统的变形镜,实现低成本、高分辨、高精度的波前校正.     

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。     

斜入射下液晶空间光调制器纯相位调制特性研究

利用Zygo干涉仪对斜入射下液晶空间光调制器的纯相位调制特性进行了测量。建立了斜入射下液晶空间光调制器的纯相位调制数学模型,研究了斜入射角度对相位调制特性的影响,搭建了基于Zygo干涉仪的测量系统,对不同入射角度下的相位调制特性进行了测量。测量结果表明:不同入射角度下相位调制量近似线性递增,入射角度越大,相位调制量递增的斜率越小;相同灰度值下,随着入射角度的增加,相位调制量逐渐减小;入射角度小于5°时相位调制曲线几乎重合,相同灰度值下相位调制量最大相位差为0.032λ。     

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.     

反射式空间光调制器的相位调制特性测试

为了测试德国HOLOEYE公司LC-R2500型102像素×768像素反射式空间光调制器的纯相位调制特性,采用了基于双光束干涉原理的测量方法,得到了输入图像灰度与相移量对应关系.将相位恢复算法编码后的纯相位图像作为空间光调制器的输入信息,进行了理论分析和实验验证.结果表明,光学再现像与数值模拟结果相吻合,验证了纯相位调制特性测量的准确性.     

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。     

联合菲涅耳变换相关器相关性能研究

使用纯相位空间光调制器编码线性相位掩模,实现了联合菲涅耳变换相关器.为分析空间光调制器相位调制误差对相关器相关性能的影响,数值模拟了不同相位调制误差下的相关输出,结果表明相位调制误差越大,相关器相关峰值越低,且相关峰半高宽越大.与双光楔联合菲涅耳变换相关器进行了实验对比,由于空间光调制器的相位调制精度低于光楔器件,实验结果表明双光楔联合菲涅耳变换相关器具有更高的相关峰值和更小的半高宽,与数值模拟结果相符.     

一种基于正弦波磁光调制的空间大范围方位自动对准方法

针对基于正弦波磁光调制的方位对准系统存在方位失调角对准范围小的问题,在阐述了方位对准原理、分析磁光调制后混合信号成分的基础上,提出了一种空间大范围方位自动对准方法。通过磁光调制前后交流信号(AC)的相位对比得出了判断失调角正负的方法,利用方位对准系统中下仪器的初始架设位置和转动方式实现了初始光强的自主测量,在此基础上利用大角度范围内采集的磁光调制后的直流信号(DC)建立了粗略失调角的计算模型,并详述了具体实现方案,下仪器在粗略失调角信号的控制下逐渐转动至小角度范围内。之后,利用磁光调制后采集的交流信号实现了小角度范围内失调角的精确测量,两个模型紧密配合保证了空间大范围方位自动对准。仿真结果表明,提出的方法理论上可以实现-90°～90°范围内较高精度的自动对准,有效扩大了方位失调角的对准范围,解决了传统的方位对准范围小的问题。     

LC-SLM调制传递函数的实验研究

根据液晶空间光调制器调制传递函数的定义和测量方法,建立了测量LC-SLM调制传递函数的实验系统,对EPSON 0.9 in L3D09H-41C00型液晶空间光调制器的调制传递函数进行了测量,得到了调制传递函数曲线,并对实验测量结果进行了分析和讨论.     

开环双波段人眼视网膜成像液晶自适应光学系统设计

设计了一套基于开环双波段模式的人眼视网膜成像液晶自适应光学系统。该光学系统分别采用夏克-哈特曼波前传感器和液晶空间光调制器来探测和校正波前畸变。探测波段采用830nm近红外光,成像波段采用790nm近红外光。采用开环模式以提高光能利用率和系统的稳定性,采用双波段模式以增大视场。新加入了瞳孔监控子系统和响应矩阵测量子系统,使系统更加灵活方便。介绍了系统的关键参数,并通过ZEMAX软件对光学系统进行模拟分析,认为系统可以达到接近衍射极限的效果。传递函数MTF@50lp/mm达到0.25(对应视网膜上3μm),满足设计要求。     

Y波导调制器残余强度调制的测量

为了便于分析Y波导调制器残余强度调制的产生机理,提出一种Y波导调制器残余强度调制的测试方法.系统采用Spartan-6系列的FPGA作为主控芯片,控制模数转换芯片ADS5560对经光电转换后的调制光信号进行采集,将采集到的数据打包后通过UART通信模式发送至PC机,获取Y波导调制器残余强度调制大小及波形信息.根据残余强度调制大小和波形信息分析模场改变引起的线性和杂散光与输出光的干涉两种机理产生的残余强度调制所占比例.测试结果表明,系统稳定性良好,对于Y波导调制器的开发有重要意义.     

Nonlinear pulse shaping-assisted ultrashort optical pulse generation

An ultrashort optical pulse generator based on nonlinear pulse shaping is proposed and demonstrated. With a spatial light modulator placed prior to a high nonlinearity fiber, \((\mu +\lambda )\)-evolution strategy is introduced to dynamically adjust the transfer function of spatial light modulator both in phase and in amplitude. Nearly chirp-free 2.2-ps optical Gaussian pulse and 0.73-ps optical Nyquist pulse with a repetition rate of 25 GHz are both achieved in simulation. The scheme also has a certain tolerance to phase quantization error of the spatial light modulator and power fluctuation.     

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。