用液晶空间光调制器产生光阱阵列

液晶空间光调制器能够方便地用于制作各种衍射型光学元件, 但液晶空间光调制器存在分辨率有限的缺点, 本文提出了用液晶空间光调制器制作相位型光栅, 产生一维和二维光阱阵列的新方案, 用迭代傅里叶级数算法优化设计光栅的相位分布, 在不改变空间光调制器硬件参数设置的情况下, 充分利用和发掘了空间光调制器的优点, 同时又能较好地回避其所存在的缺陷. 根据现有的空间光调制器的技术参数, 模拟仿真设计光栅, 计算光强分布, 结果表明: 用大失谐、小功率激光照明, 能够产生具有很高峰值光强和光强梯度的光阱阵列, 囚禁冷原子的光学偶极势达到mK量级, 对原子的作用力远大于原子的重力.     

光栅光调制器的表面弯曲度分析及实验

讨论了二维光栅光调制器阵列的表面弯曲度对衍射光学特性的影响.利用实测的表面结构数据建立了阵列模型,利用Matlab软件计算了不同弯曲度对频谱面上衍射光强的分布影响.得到了弯曲度与对比度之间的关系.结果表明暗态时光栅面的弯曲度对成像对比度的影响很大,如果将光栅面的中心弯曲度控制在0.1λ以内,在像面上将获得1000以上的对比度.并通过实验动态显示器件的明暗态调制,得出减少光栅面弯曲度的优化方案.     

Mask相位法校准液晶空间光调制器的相位调制特性

提出Mask相位法校准出厂标定波长在532 nm的液晶空间光调制器(LC-SLM)在561 nm处的相位调制特性曲线.首先基于傅里叶光学模拟计算得出棋盘型二维相位光栅相位对比度与零级衍射光斑光强之间的对应关系,然后搭建实验光路测量计算机所发灰度图所对应的零级衍射光斑光强值.根据前面两组结果最后得到相位延迟量与计算机灰度...     

基于像素结构空间光调制器的全息再现像问题研究

基于纯相位空间光调制器的全息显示系统在重构显示时,再现像的视觉效果受到空间光调制器像素结构引起的多级衍射光和多级再现像的干扰。在分析具有有限填充因子空间光调制器的像素结构对再现像影响的基础上,提出了一种提高全息再现像的视觉效果并且再现像成像位置和大小可调节的方法。先加载闪耀光栅到纯相位全息图,其次通过叠加会聚球面波相位,分离再现像与空间光调制器像素结构引起的多级衍射光的聚焦平面的位置,再利用光阑和高通滤波器的共同作用,消除高级衍射光、多级再现像以及零级光干扰对重构视觉效果的影响,最后引入成像透镜,调节再现像的成像位置与大小。建立了一套基于硅基液晶的全息显示系统用于实验验证。实验结果表明,最终的单一再现像清晰且可以方便地调节成像位置和大小。该方法同样适用于各种基于像素结构空间光调制器的全息光学系统。     

液晶空间光调制器产生可调三光学势阱

提出了产生三光学势阱的新方案, 在该方案中用液晶空间光调制器制作相位型闪耀光栅, 单色相干光照明, 产生按等边三角形分布的三个光学势阱, 三个光阱光强大小分布相同, 调节空间光调制器的相位分布, 可以改变光阱的相对位置, 实现三光阱到单个光阱、两光阱合并为一个光阱等演变及其反向演变, 调节过程简单、方便. 根据现有空间光调制器性能和尺寸, 模拟设计光栅, 计算三光阱的光强分布和调控过程中光强的变化, 结果表明: 用一般功率的激光照明, 能够得到具有较大峰值光强和较高光强梯度的可调三光阱, 在原子和分子光学实验研究中有多种重要的应用. 关键词： 原子和分子光学 可调三光学势阱 空间光调制器     

基于光栅光调制器的投影物镜设计

设计了一种在发光二极管(LED)光源照明下,基于4f信息处理系统的光栅光调制器的投影物镜。对经光栅光调制器的衍射光进行滤波处理,实现对调制后像的投影放大显示。设计结果表明:该物镜总长70.71 mm,最大口径12.40 mm;整体像差控制在理想范围之内,可以满足成像要求。根据设计结果搭建实验系统,实验结果与理论分析一致,说明了设计的可行性。     

光栅光调制器投影系统信息处理优化设计

光学信息处理是投影系统设计的关键环节,利用部分相干光理论分析了具有一定光斑尺寸的激光照明下滤波面上的光学特性并进行了数值仿真。结果表明,滤波面上的衍射光强分布是调制器透过率函数傅里叶变换模的平方与激光光斑尺寸在滤波面上几何投影间的卷积;滤波面上各衍射级次出现了展宽,并产生了混叠;各级次混叠的程度随滤波面与调制器间距的增大而减弱。搭建了相关实验系统观察到了滤波面上的衍射图样,实验结果和理论分析一致。最后提出了在光栅光调制器与滤波面间设置一个会聚透镜来减小系统光学尺寸,提高系统信息处理效果的方法,并通过实验得到了最优方案,为研究光栅光调制器的微型化投影系统提供了理论基础与实验指导。     

用空间光调制器产生三维光阱阵列

本文提出了用液晶空间光调制器制作复合相位光栅、产生三维光阱阵列的新方案．在本方案中,首先将一维矩形光栅转变为能够产生纵向光阱阵列的环形光栅,再把环形光栅和二维矩形光栅组合成复合光栅．根据现有空间光调制器的技术参数,模拟仿真设计了产生5×5×5光阱阵列的光栅,以普通功率的高斯光波为输入光,正透镜聚焦衍射光,计算输出光强分布,结果表明：在透镜焦点附近获得具有很高峰值光强和光强梯度的三维光阱阵列,囚禁冷原子的光学偶极势达到mK量级,对原子的作用力远大于原子的重力．用大功率激光作为输入光波时,产生的光阱阵列也能用于囚禁Stark减速后的冷分子．     

基于光栅光调制器的投影显示光学系统设计与实验

基于微机电系统(MEMS)光栅光调制器在静电压驱动下可改变其衍射效果,并在光学4f系统中实现光信息处理,从而应用于投影显示.在典型4f光学系统基础上,优化设计了基于MEMS光栅光调制器的投影显示系统,根据菲涅耳衍射分析了该系统;分别利用两种光栅光调制器实验样品在设计的光学系统中进行了显示实验研究.结果表明,该系统可实现投影显示;配以驱动电路可实现动态显示,并可进行工作电压、吸合电压、响应频率等特性测试.     

利用纯相位型液晶空间光调制器实现空心光束

为了提高激光系统的整体效率,需要将出射光强整形为空心分布。采用纯相位型液晶空间光调制器整形近高斯分布光强到空心分布。基于能量守恒定律和等光程原理,分析了纯相位型液晶空间光调制器光束整形系统,得出了整形系统所需的相位分布。采用衍射光学方法,数值模拟了整形效果,讨论了入射光束束腰半径和强度分布等因素对整形效果的影响。利用纯相位型液晶空间光调制器实验实现了空心光束,实验测得的转换效率大于99%。     

Grating light modulator for projection display

A novel grating light modulator for projection display is introduced. It consists of an upper moveable grating, a bottom mirror, and four supporting posts between them. The moveable grating and the bottom mirror compose a phase grating whose phase difference is controlled by the actuating voltage. When the phase difference is 2kπ, the grating light modulator will switch the incident light to zero-order diffraction; when the phase difference is （2k - 1）π, the grating light modulator will diffract light to first-order diffraction. A 16 × 16 modulator array is fabricated by the surface micromachining technology. The device works well when it is actuated by a voltage with 1-kHz frequency and 10-V amplitude. The fabricated grating light modulator can show blackness and brightness when controlled by the voltage. This modulator has potential applications in projection display system.     

基于数字闪耀光栅的位相全息图光电再现优化

针对利用液晶空间光调制器（LC-SLM）进行全息图光电再现过程中,再现像面存在多级衍射像造成单一像能量利用率低的问题,提出了一种在位相全息图中加载数字闪耀光栅的方法,以提高全息图光电再现中单一衍射像的衍射效率.分析了闪耀光栅作为衍射光学元件的特性及其对光波进行位相调制的原理,并阐述了在LC-SLM中加载数字闪耀光栅对位相全息图光电再现时像面能量分布的影响.搭建了基于LC-SLM的位相全息图光电再现实验系统.理论分析表明：在其他条件不变的情况下,加载竖直（或水平）槽向周期为2 pixels的数字闪耀光栅可使 关键词： 全息光电再现 位相全息图 数字闪耀光栅 液晶空间光调制器     

High Efficiency Electrically-Addressable Phase-Only Spatial Light Modulator

To realize a high efficiency electrically addressable phase-only modulator, we have coupled a liquid crystal display (LCD) to an optically addressed parallel-aligned nematic liquid crystal spatial light modulator (PAL-SLM) with a set of lenses. Phase modulation exceeding 3ϖ at 532 nm wavelength was obtained. We obtained linear transfer characteristics for phase modulation at various desired phase levels after calibration and adjustment of the transfer characteristics of the PAL-SLM and the LCD. Diffraction efficiency of 40% for binary phase grating and of 90% for 8-level blazed phase grating, which were very close to the simulation values, were observed. The power loss of the readout light was caused when passed through a half mirror, therefore, we examined a setup using an oblique readout light at the modulator. Very high diffraction efficiency was obtained from the setup by optimizing the polarization direction and optical path for this light, and the orientation of liquid crystals. Since the modulator can perform at better than 90% diffraction efficiency and at nearly 100% reflectivity, various high efficiency systems utilizing such modulators are expected.     

Analysis on diffraction properties of the transmission phase grating

Diffraction properties of the transmission phase grating are analyzed in terms of the Fourier optics theory. The analysis results show that the diffraction intensity distribution of the transmission phase grating is closely related to the optical thickness of the grating and the wavelength of the incident light, and not only determined by the grating's period and slit width. For monochromatic incident light, more than 80% of the diffraction energy will concentrate to the first diffraction order under certain conditions. For white incident light, the energy of the first order of diffraction spectrum may be much higher than other orders. Based on these results, some possible applications of the transmission phase grating are discussed.     

畴腐蚀掺镁铌酸锂可调阵列光分束器的研究

研究了不同畴腐蚀深度的掺镁铌酸锂二维六角可调阵列光分束器的分数Talbot效应.对不同Talbot分数β和不同畴腐蚀深度的阵列光分束器Talbot衍射像进行了数值模拟理论研究.模拟结果表明,Talbot分数β可以改变Talbot衍射像的周期及结构分布,而畴腐蚀深度可有效调制衍射像的光强分布.在理论研究的基础上,设计并制备了具有不同畴腐蚀深度的掺镁铌酸锂二维六角阵列光分束器,对其在不同Talbot分数β条件下的分数Talbot效应进行了通光实验研究,实现了畴腐蚀阵列光分束器对近场Talbot衍射光强分布的调制,实验结果与理论研究结果一致.     

光栅平动式光调制器结构参量的优化分析

提出的光栅平动式光调制器是一种基于微机电系统(MEMS)工艺的光调制器,利用其表面具有的变形部分(可动光栅)提供衍射光栅,通过控制可动光栅的位移实现光调制器的两种工作状态,即亮态和暗态。根据衍射理论和傅里叶光学对光栅平动式光调制器工作状态的光学特性进行了详细的理论分析和仿真。重点讨论了可动光栅占空比、长度L1、垂直光栅周期方向上边框长度、光栅栅条宽度、整个器件的光栅周期数等对光调制器工作性能的影响。结果表明,可动光栅与反射镜的距离为入射波长的一半时,调制器工作在暗态;而当可动光栅向反射镜方向下移入射波长的1/4时,光调制器工作在亮态;要达到最佳的衬比度,需满足可动光栅的栅条宽度为光栅周期的一半,L1应该为光栅周期的整数倍;在不满足L1为光栅周期d的整数倍时,可动光栅在垂直于光栅周期方向上的边框越小越好;光栅栅条越宽、光栅周期数越多,衬比度越高。     

Nearly-analogue blazed phase grating using high birefringence liquid crystal

Diffraction of liquid crystal gratings has been thoroughly studied for many applications such as diffraction optics, optical processing, and spectral analysis. In pure optical processing one varies the direction of propagation of light beam without any mechanical adjustment. In this work we propose a beam steering device using highly birefringent liquid crystal material. Using a highly birefringent material one can reduce the LC layer thickness needed to achieve 2π of phase modulation and thus reduce the fringing effect caused by deformation of the electric field at the edge of the pixel. Here, we present 1.5-μm thick, high-resolution diffraction grating with non-detectable fringing.     

相移法在光栅投影测量中的应用

利用双目CCD相机记录的光栅投影测量技术是一种新型的光学测量方法。为了获得高精度测量相位值，提出一种优化相位测量精度的相移方法。该方法通过投影相传递函数和投影光的光强函数计算相位值，并考虑了测量投影光非正弦、非周期性的影响，提高了投影光栅的条纹精度和相位精度，相位精度为像素级，通过插值可达到亚像素级。     

光栅投影式三维肖像测量的关键技术

提出了一种在光栅投影式三维肖像测量系统中光栅投影平面的标定方法,讨论了该方法在应用中需要注意的问题。根据光栅投影式测量系统所获取的三维点群的特点,提出了基于线状分布的对三维测量点群进行曲面重建的方法,在对人物肖像的拟合应用中,既可确保所生成的三角形片形状良好,又可避免三维点的遗漏、曲面裂缝或形成孔洞,生成的三角片所逼近的人物肖像具有很好的连续性和光顺性。     

反射镜平动式光栅光调制器的光学特性分析

提出了一种反射镜平动式光栅光调制器，每个像素主要由一个可动反射镜和上面的固定光栅组成，通过控制可动反射镜和固定光栅的距离达到对入射光的调制.依据标量衍射理论对反射镜平动式光栅光调制器工作状态的光学特性进行了详细的理论分析；并仿真了光调制器的结构参量对衍射效率和对比度的影响.发现:当可动平板和光栅的距离为λ0和5λ0/4，像素表现为暗态和亮态；这种光调制器的工作原理决定了其有效面积大，具有形成面阵的潜力；固定光栅占空比为1/2时，对比度最优；同时给出了对比度随入射光带宽的关系，即带宽越大，对比度急剧下降.