基于空间光调制器的多层图像的构建与可视化研究

 为解决实时直观地观察多层再现图像的问题,提出利用发光材料实现其可视化.针对由沿光轴方向的二维图层组成的空间图像,利用高效、快速的三维Gerchberg-Saxton算法,得到位相型计算全息图,并通过计算机进行了数字模拟再现.阐述了三维Gerchberg-Saxton算法的流程,并搭建了基于液晶空间光调制器的位相全息图光学再现与可视化光路.利用液晶空间光调制器的灰度-位相曲线把计算全息图转换为灰度图,加载在液晶空间光调制器上,再现出高质量的三维光场,同时利用量子点材料的荧光特性实现了图像的可视化.实验结果表明,光学再现与计算机模拟结果较吻合.该技术在医学、军事、三维显示、微加工以及显微技术等领域有重要应用价值.     

利用空间光调制器实现计算全息三维显示

针对目前三维物体计算全息算法数据量大、计算速度慢及共轭像影响再现效果问题,提出一种全息体视图计算方法。根据人眼双目视差立体视觉原理,由摄像机获取三维物体不同角度的二维序列视差图像,通过计算全息算法得到多视角全息图,合成三维物体全息体视图。在迭代傅里叶变换算法的基础上,采用预设初始相位并增加反馈因子的方法,提高相息图的计算效率。基于液晶空间光调制器构建光学系统,对计算的全息体视图进行了光学再现。结果表明:该方法有效地排除了共轭像的干扰,相息图的迭代计算效率提高30%以上,再现图像与目标图像的结构相似度大于0.85。     

基于空间光调制器的动态全息再现技术研究

为了使空间光调制器实时产生大景深的再现像,运用GS算法计算出不同参数下的全息图。通过计算全息重建算法仿真得到不同傅里叶全息图下的再现像。在无傅里叶变换透镜的情况下,利用计算机将不同参数下的傅里叶全息图输出到空间光调制器,通过分析二维实时动态显示的再现像表明,当傅里叶全息图的采样点数为1 024×768,采样间隔为18μm时,再现像景深为275 cm,该参数下再现像景深最大;通过分析不同参数的傅里叶全息图再现像,实验结果表明相位图像元尺寸越小再现像景深越大,并且在相同参数下有傅里叶变换透镜时的再现像景深小于无傅里叶变换透镜时的再现像景深。     

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.     

利用光束整形器件阵列消除电寻址空间光调制器的"黑栅"效应

研究了电寻址空间光调制器中由于低开口率所引起的"黑栅"效应对图像质量的影响。提出了一种基于纯相位型光束整形器件阵列的"黑栅"消除方法,并分析了该方法的基本原理。介绍了用Gerchberg Saxton相位恢复算法来设计光束整形器件的基本思路,给出了光束整形的结果。理论分析及仿真计算表明,该方法能有效地消除电寻址空间光调制器相邻像素之间的黑带。     

基于液晶空间光调制器的相移数字全息显微测量系统精度分析

液晶空间光调制器的空间不均匀性和边缘场效应导致调制后相位存在畸变,为提高基于液晶空间光调制器的相移数字全息显微系统的测量精度,提出了二次相位标定相移数字全息的测量方法。首先,基于斐索干涉系统,以反射式液晶空间光调制器为被测对象,对其灰度与相移量的关系进行一次标定,并测量畸变波前相位;然后,利用二维图像插值算法及灰度化算法,设计出与液晶空间光调制器分辨率相等的畸变相位共轭灰度图;最后,将共轭灰度图加载在液晶空间光调制器上,获得理想调制相位,达到二次相位标定的目的。构建基于液晶空间光调制器的相移数字全息显微测量系统,对微透镜阵列进行测量实验,结果表明：二次标定前后微透镜阵列纵向矢高的相对测量误差由3.08%减少到1.15%,证明该方法能够有效提高相移数字全息的测量精度。     

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。     

基于空间光调制器的波面重建优化方法研究

针对不同非球面面形的实时检测需求,研究了基于空间光调制器的标准波面重建技术.基于空间光调制器波面重建的原理设计了干涉测量系统,依据空间光调制器的自身特点选取修正离轴计算全息编码方式实现对标准球波面的编码.针对实验中空间光调制器作为全息再现介质引起重建波面质量下降问题,提出了错位叠加优化方案,并将这一过程进行了模拟实验.结果表明,基于错位叠加方法的重建波面均方差值提高了近4.45倍.研究成果为非球面检测过程中标准波面的获取提供了可靠的理论基础.     

基于空间光调制器的波面重建优化方法研究

针对不同非球面面形的实时检测需求,研究了基于空间光调制器的标准波面重建技术.基于空间光调制器波面重建的原理设计了干涉测量系统,依据空间光调制器的自身特点选取修正离轴计算全息编码方式实现对标准球波面的编码.针对实验中空间光调制器作为全息再现介质引起重建波面质量下降问题,提出了错位叠加优化方案,并将这一过程进行了模拟实验....     

Readout of Images on Spatial Light Modulator Using Reading Light Supplier

A readout function of a reading light supplier (RLS) is demonstrated by reading out images from an optical addressable spatial light modulator (SLM). The RLS supplies reading light to the reading side of the SLM and transmits readout images from the SLM. The RLS consists of a fiber plate and a redirector which has micro conical-hollows. The RLS contrast, which is the intensity ratio of the reading light to the stray light, is 9.2 and the power efficiency of the reading light supply is about 5%. A writing pattern on the SLM is a checkered pattern of 5 mm×5 mm cells, and it is read out successfully using the RLS. The maximum contrast of the readout image is 1.9.     

基于空间光调制器的飞秒激光深微孔加工方法

针对飞秒激光振镜加工系统中聚焦透镜焦深短等原因导致微孔加工深度不足的问题,提出了一种基于高损伤阈值空间光调制器加载菲涅尔透镜相位进行焦点轴向调控的加工方法 .通过加载不同焦距的菲涅尔透镜相位图,控制焦点以100μm为间隔进行焦点轴向位移,随着加工深度的增加控制焦点向下移动,并开展了相应的实验加工和测试.实验结果表明,采用该方法在保证高加工质量的前提条件下,在厚度为2 mm的不锈钢样件上实现了直径约为330μm的微孔加工.该方法开辟了二维振镜系统实现超深微孔加工的新探索,在激光加工领域有较好的应用前景.     

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。     

Spatial Light Modulator Based on Surface Plasmon Polaritons for Chromatic Display

A spatial light modulator （SLM） based on surface plasmon polaritons （SPPs） that can generate chromatic pattern is demonstrated. The device is composed of a waveguide with a thin silver film and an active material. The simulated results show that the SLM can modulate the intensity of three different wavelengths at the same time and combine a colour picture in the image surface. The SLM also owns the characteristics of high sensitivity, high contrast, fast time response etc. This means that the SLM is promising in the chromatic display.     

基于空间光调制器的计算全息成像特性

把基于高分辨空间光调制器(SLM)的动态计算全息波面变换系统看作一个相干光学成像系统,分析并推导了该系统的点扩展函数（PSF）,进而研究了SLM像素结构所引起的固有切趾和展宽效应. 通过计算机模拟考察了SLM填充因子和衍射距离对系统分辨率的影响,给出了满足抽样定理所要求的系统的最小衍射距离. 最后提出了一种消除SLM像素结构影响的物波频谱预处理方法. 这一研究为优化系统设计,完善波面变换系统提供了新的途径.     

Spatial Temporal Analysis of Electrically-Addressable Phase-Only Spatial Light Modulator

An optically addressed parallel-aligned nematic-liquid-crystal spatial light modulator (PAL-SLM) has been studied as a dynamic phase-only modulation device. A computer control feature of the spatial light modulator is strongly desired for practical applications. For those demands, an electrically-addressable phase-only spatial light modulator has been developed to combine a liquid crystal display (LCD) with a PAL-SLM (LCD-coupled PAL-SLM) and its performance has been reported. However, a temporal characteristic especially two-dimensional (2D) response has not been discussed before. In this paper, 2D response analysis system has been constructed by using a high-speed complementary Metal-Oxide-Semiconductor (CMOS) camera (1000 frames/sec) and the 2D-modulation characteristic of the LCD-coupled PAL-SLM has been observed. As a result, the LCD has a spatially non-uniform modulation characteristic due to a scanning addressing. It has the potential to cause problems in high speed switching for a computer generated hologram. On the other hand, the spatial non-uniformity has not been observed with the LCD-coupled PAL-SLM.