基于纯位相液晶空间光调制器的可变焦透镜的实现

提出一种基于纯位相液晶空间光调制器(LC-SLM)实现变焦透镜的方法。根据液晶空间光调制器的位相调制原理,以相息图控制LC-SLM来调制入射光波,并衍射产生透镜波面,改变相息图的衍射距离,可实现变焦位相菲涅耳透镜的功能。分析衍射孔径、衍射距离、相息图位相阶数等参数对变焦位相菲涅耳透镜的影响,并以点光源相息图为例对该方法的可行性进行了实验验证。实验结果表明:通过改变计算衍射距离,提出的方法可得到焦距不同的透镜,且易于控制,为三维扫描显示的实现提供了可行性依据。     

基于液晶空间光调制器的空间滤波实验

空间滤波实验可以实现对输入物体的频谱分析及图像的边缘增强、噪声消除等各种图像处理。液晶空间光调制器可以作为衍射波面变换器件来使用。在空间滤波实验系统的滤波面上放置了液晶空间光调制器,并用CCD数码相机进行输出图像的观察和记录,分别给出了低通滤波、高通滤波、方向滤波等的仿真实验结果。该实验实现了输入数字物体的实时改变,并能够实时观察采用不同空间滤波器对输出像的影响。     

基于液晶空间光调制器的全息显示

在传统的纯相位全息显示系统中, 一般基于快速傅里叶变换(FFT)算法来计算相位全息图, 在FFT的计算中需要遵循Nyquist采样定理, 因此, 重建图像的尺寸往往受限于空间光调制器的固定采样率. 这个限制可以通过卷积算法或者两步菲涅耳衍射算法来解决, 但是需要使用多个FFT的计算, 导致计算量增大. 鉴于此, 提出了一种基于透镜的纯相位全息图计算方法. 在全息图的计算中, 通过透镜的成像原理建立一个采样率可变的虚拟全息面, 通过调节相应的距离参数使得在全息图的计算中可以任意调节原始图像的采样率, 摆脱了传统方法中液晶空间光调制器带宽积对重建图像尺寸的限制, 并且这种算法只需使用一次FFT就能达到变采样率的衍射计算, 大幅提高了全息图的计算速度. 数值模拟及光学实验结果证明了此方法可以在全息显示光学系统中清晰地重建不同尺寸的图像. 同时该系统可以有效地消除由空间光调制器的像素化结构带来的零级衍射.     

基于液晶空间光调制器的激光束整形

采用相位混合算法(PMA)与平滑修正法相结合的混合算法,对激光发出的高斯光束进行整形,得到了均方误差和顶部不均匀度均明显降低的等光强分布。利用液晶空间光调制器(LCSLM)的相位调制特性,实现了对高斯光束的光束整形,获得了光强均匀分布的圆光束和矩形光束输出。得到的输出光束顶部不均匀度和均方误差都低于5%,能量集中度在90%以上。表明此方法是一种实时、可控和高效的激光束整形方法。     

基于液晶空间光调制器的光栅衍射效率

基于Jones矩阵理论和液晶弹性自由能理论,分析计算了扭曲向列型液晶空间光调制器（TN-LCSLM）的复振幅调制特性.以显示一维矩形光栅为例,详细计算了不同输入输出偏振器配置下的一级衍射效率.数值计算结果和分析表明,在加输出偏振器和不加输出偏振器两种情况下都存在一个具有最大一级衍射效率的取向配置.     

基于液晶空间光调制器的激光束近场整形

激光器输出的光束光强通常为高斯分布,但在很多实际应用中,为了提高激光系统的整体利用效率,需要将高斯分布的光束整形为空间均匀分布的平顶光束。从能量守恒定律和等光程原理出发,分析了非球面镜整形系统,得到了面型相位分布,基于此原理利用纯相位型液晶空间光调制器实现了对近高斯分布光束的光强整形,获得了近"平顶"的光束近场分布,并利用哈特曼波前传感器测量了整形后的光束波前相位分布。     

基于液晶空间光调制器的光束变换研究

搭建了基于液晶空间光调制器的光束变换光路系统,介绍了一种通过编写程序来实现特定的光束强度分布的方法。利用MATLAB编写了闪耀光栅、菲涅尔透镜、环聚焦透镜、柱面菲涅尔透镜、小孔以及衍射调制板的灰度光栅图,并将其加载于液晶空间光调制器上,成功实现了光束变换。     

液晶空间光调制器的混合场效应

通过研究透射光的偏振方向或者偏振状态研究了液晶空间光调制器的混合场效应.观测了不同条件下液晶空间光调制器的透射光的线偏度以及主轴方向,分析了扭曲向列效应和双折射效应的变化.实验结果表明:液晶的双折射效应叠加在扭曲向列效应上,共同影响透射光的状态,其综合效应即混合场效应是液晶空间光调制器的主要工作模式.     

基于扭曲向列液晶空间光调制器的矢量光生成

基于扭曲向列型液晶空间光调制器的旋光特性, 根据空间光调制器所加电压和加载相位与旋光角度的对应关系, 设计了可以生成多种涡旋矢量光的通用光路. 利用该原理和光路系统, 在实验上生成了多种携带轴对称相位的矢量光以及图案般复杂的矢量光, 观察和检测了它们的偏振特性, 获得了较好的实验结果. 并且模拟了具有涡旋相位的矢量光的紧聚焦场, 分析了它们的紧聚焦特性. 由于这种生成矢量光的方法光路装置简单、操作容易, 产生矢量光的过程中几乎不损失能量, 并且不存在聚焦过程, 因此在如强激光矢量光束与物质相互作用、激光加速等方面具有重要的应用潜力.     

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.     

铁电液晶光寻址空间光调制器性能分析

针对氢化非晶硅/铝/铁电液晶结构的光寻址空间光调制器（OASLM）,依据其等效电路模型,利用Pspice和Matlab软件对其分辨率、响应速度、对比度及灰度响应等性能进行了分析。结果表明:在铁电液晶（FLC）层厚度一定的情况下,减小光敏感层（a-Si:H层）的厚度可以提高FLC-OASLM的调制传递函数,从而提高分辨率;在其他参量一定的情况下,FLC-OASLM的响应速度随写入光光强增大而增大（写入光从0.08 mW/cm2增大到10 mW/cm2,延迟时间减小110 s,上升时间减小154 s）,随擦除光光强增大而减小（擦除光从0增大到1 mW/cm2,延迟时间增大41 s,上升时间仅增加3 s）;FLC-OASLM的对比度随控制光光强增大而增大,最终趋于一个稳定值21∶1;在其他参量不变时,随着擦除光光强的增大,输出光响应呈现等级下降,且发现当擦除光光强达到一定值（3 mW/cm2）后,擦除光的改变主要影响下降时间而对上升时间几乎无影响;合理设计激励源信号波形,可以得到超过十级灰度输出,表明擦除光具有实现FLC OASLM的灰度响应的功能。     

位相可控液晶空间光调制器的研究

论述了平行排列液晶的位相调制理论，进行了理论结果的计算模拟．研制出平行取向TFT型液晶空间光调制器并分析了其位相调制特性.结果表明,此平行取向的液晶空间光调制器可用于位相调制，其调整量优于0.7 μm，最小调整步长是0.052 μm．在ZYGO干涉仪上进行的位相控制实验，得到了很好的实验结果．     

液晶空间光调制器的调制特性测量

分析了液晶空间光调制器LC2002的工作原理,测量了振幅调制特性和最佳相位调制特性曲线.对经扭曲向列液晶空间光调制后的待测波面进行横向剪切干涉,用CCD记录其干涉图样,采用一维图像分析法得到最大相位调制为0.837π.实验证明液晶空间光调制器可以很好地进行相位调制.     

反射式液晶空间光调制器电控光束偏转

为获得较大的光束电控偏转范围,使用空间分辨力高达8 m的反射式液晶空间光调制器实现了对入射632 nm激光的电控偏转。利用双光束共焦干涉方法测量了液晶空间光调制器的电控相位延迟特性,最大相移量可达3。根据二元光学理论和器件的电控相位延迟特性,设计了周期台阶相位模式和相应的加载灰度图,以最大衍射效率实现对入射光束的闪耀电控偏转。结果表明：相位模式台阶数为8时,可以实现10 mrad的光束偏转,闪耀级次衍射效率可达46%。利用二元光学的衍射模型对影响衍射效率的关键因素进行了分析,认为器件较低的填充因子和周期台阶模式相位重置点诱导的指向矢回程区是限制光束衍射效率的主要因素。

     

反射式液晶空间光调制器电控光束偏转

为获得较大的光束电控偏转范围,使用空间分辨力高达8 m的反射式液晶空间光调制器实现了对入射632 nm激光的电控偏转。利用双光束共焦干涉方法测量了液晶空间光调制器的电控相位延迟特性,最大相移量可达3。根据二元光学理论和器件的电控相位延迟特性,设计了周期台阶相位模式和相应的加载灰度图,以最大衍射效率实现对入射光束的闪耀电控偏转。结果表明:相位模式台阶数为8时,可以实现10 mrad的光束偏转,闪耀级次衍射效率可达46%。利用二元光学的衍射模型对影响衍射效率的关键因素进行了分析,认为器件较低的填充因子和周期台阶模式相位重置点诱导的指向矢回程区是限制光束衍射效率的主要因素。     

基于液晶空间光调制器的太赫兹波频谱调制

频谱可调制的太赫兹波具有广泛的应用价值。利用一台纯相位式的液晶空间光调制器对飞秒激光脉冲进行空间整形,通过改变飞秒激光脉冲的横向空间分布,实现太赫兹波频谱的调制。在实验中,利用光泵浦整流方式产生太赫兹波,并利用太赫兹时域光谱系统对太赫兹信号进行探测。通过GS算法在液晶空间光调制器上加载不同的相位图,获得了不同的飞秒激光脉冲横向空间分布。通过改变探测距离和飞秒脉冲的空间分布参数,实现了太赫兹波频谱的调制。还利用菲涅尔衍射算法对这一过程进行了理论模拟,理论模拟结果与实验结果吻合的较好,这充分说明了基于飞秒脉冲空间整形的太赫兹光谱调制技术的可行性。     

基于阴极射线管耦合液晶光阀空间光调制器的联合变换相关器

描述了一种基于电寻址空间调制器的二值化联合变换相关器，该系统主要包括阴极射线管耦合液晶光阀（ＣＲＴ－ＬＣＬＶ）、ＣＣＤ摄象机和ＣＯＭＰＡＱ３８６计算机，文中在理论分析的基础上给出了计算机模拟和初步的实验结果，表明该相关器具有良好的识别性能。     

液晶空间光调制器光谱整形的理论研究

 将液晶空间光调制器用于超高斯种子脉冲光谱整形,重点分析了调制器参数对压缩脉冲信噪比的影响,以此为依据对其结构参数进行优化设计,以降低其影响。对整形、放大及压缩过程的理论模拟表明:应用液晶空间光调制器进行光谱整形时,能够有效克服钕玻璃啁啾脉冲放大系统的非线性效应,在放大器输出端保持原始光谱宽度,但液晶空间光调制器对光谱的调制作用使压缩脉冲信噪比降低。     

高精度纯相位液晶空间光调制器的研究

研制了平行排列液晶空间光调制器（LC SLM）。论述了平行排列液晶相位调制的理论,进行了计算模拟。对液晶空间光调制器相位调制特性和振幅调制特性进行了测量,实验结果表明,在整个灰度级范围内是纯相位调制的空间光调制器,并且调制的范围可达到0．6λ。在ZYGO菲佐干涉仪上进行了精度特性的研究,得到了非常好的结果,在1cm^2的面积上,进行了畸变波前的调制,其精度峰谷值可达0．098λ,均方根值可达0．017λ。在此精度的基础上产生了π相位差的栅结构,证明了这种液晶空间光调制器可以很好的进行相位调制。     

采用液晶空间光调制器进行激光光束的空间整形

提出采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的新方法,研究了液晶空间光调制器的光学调制特性,用液晶空间光调制器衬时产生的软边切趾光阑与空间滤波器结合,有效地对任意光束进行空间整形,获得光束填充因子高,近“平顶”光强的光束近场分布。