液晶空间光调制器相位调制特性的快速测量与标定方法

为提高液晶空间光调制器（LC-SLM）在波前相位调制中的精度,提出了一种能对LC-SLM实现快速标定的数字全息测量方法。该方法仅需在成像面上采集单幅数字全息图像,就能实时测量LC-SLM在特定波长下的相位调制特性,系统结构简单,且无需经过复杂的衍射传播计算,测量效率较高。在不改变光路结构的情况下利用Twyman-Green干涉法开展对比实验,进一步验证了数字全息法在测量精度方面的优势。实验结果表明,LC-SLM在标准光波波长（633 nm）下的相位调制范围为0～6.185 rad,利用反插值法校正相位响应的非线性特性使得非线性误差降低到2.45%,有效提升了器件的线性驱动精度。最后,针对LC-SLM的波长响应特性,建立了相位-波长调制修正系数模型,对LC-SLM在非标准光波波长（670 nm）下的实际相位调制范围进行了修正,探究了该器件在双波长干涉测量系统中用于相位校正的可行性。     

液晶空间光调制器相位调制测量及波前校正

提供了一种简单且精度较好的测量液晶空间光调制器相位调制特性的方法,即相位与电压(灰度)之间的关系。采用数字波面移相干涉仪,由干涉仪直接给出不同灰度对应的相位差,从而得到液晶空间光调制器的相位调制曲线。利用液晶空间光调制器实现了波前校正。由干涉仪作波前测试,对待校正的畸变波前进行泽尼克多项式描述,根据液晶空间光调制器的相位与灰度的关系,产生相应的灰度图,获得畸变波前的共轭波前,从而完成静态波前的校正,使相关参数如PV值、RMS值和Strehl比值得到了改善。     

液晶空间光调制器相位调制的色散特性研究

提出用椭偏仪法测试了自制液晶空间光调制器(LCSLM)的相位调制色散特性.椭偏仪法具有光路简单,结果准确,测试自动化等优点,相比单色光源干涉仪测量方法更加简单实用.结果表明,在短波长(450 nm)处,LCSLM的相位调制能力为1.54λ(λ=450 nm),在长波长(800 nm)处,LCSLM的相位调制能力为0.70λ(λ=800 nm),与理论分析的色散特性基本一致.     

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...     

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．     

利用相关分析法测量空间光调制器的相位调制特性

基于一维干涉条纹图像的相关分析法可实现液晶空间光调制器相位调制特性的测试。给出了XGA2L11型电寻址液晶空间光调制器的相位现场测试原理、测试装置和测试步骤。利用范德卢格特型光电混合相关器对测试结果进行了实验验证。结果表明,该方法具有原理简单、适应性强和精度高等优点。     

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。     

在粗糙表面上用液晶空间光调制器进行振动测量

为实现在一段时间内连续实时观测振动物体的全息干涉图形,采用覆盖铝箔的喇叭作为振动物体,利用铝箔原有未经特殊处理表面反射的漫反射光成像,并用光寻址液晶空间光调制器(Liquid crystal-sparial lightmodulator,LC-SLM)作为全息记录载体,来实现振动测量。实验中采用时间平均干涉测量法,得到了不同振动频率下物体的干涉图形。同时在连续改变振动物体的振动频率时,可以清晰地观察到物体振动全息干涉图形的变化过程,即近实时的全息干涉图形。     

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。     

Diffractive characteristics of the liquid crystal spatial light modulator

The liquid crystal spatial light modulator (LC SLM) is very suitable for wavefront correction and optical testing and can produce a wavefront with large phase change and high accuracy. The LC SLM is composed of thousands of pixels and the pixel size and shape have effects on the diffractive characteristics of the LC SLM. This paper investigates the pixel effect on the phase of the wavefront with the scalar diffractive theory. The results show that the maximum optical path difference modulation is 41\,$\mu$m to produce the paraboloid wavefront with the peak to valley accuracy better than $\la$/10. Effects of the mismatch between the pixel and the period, and black matrix on the diffraction efficiency of the LC SLM are also analysed with the Fresnel phase lens model. The ability of the LC SLM is discussed for optical testing and wavefront correction based on the calculated results. It shows that the LC SLM can be used as a wavefront corrector and a compensator.     

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.     

Nonlinear image self-filtering with liquid crystal spatial light modulator

Nonlinear spatial filtering is realized due to the electro-optical effect in spatial light modulators (SLMs). Optical methods with nonlinear filtering are suggested for various optical applications such as optical inspection of photolithography masks, wavefront sensor, etc. A fast optical response of the SLM allows optical inspection with a video (or faster) rate. The optical system proposed is tolerant to the vibrations and temperature variations because of the dynamic properties of the SLM.     

Modulation transfer function of a liquid crystal spatial light modulator

The modulation transfer function (MTF) of a pixelated liquid crystal spatial light modulator (LC-SLM) has been derived as a function of the fill factor. Based on the formula, we have investigated the dependence of the MTF on the orientations and spatial frequency of the input patterns. Furthermore, we have proposed and demonstrated a method for improving the MTF of a LC-SLM.     

Mueller-Stokes polarimetric characterization of transmissive liquid crystal spatial light modulator

In the twisted nematic liquid crystal spatial light modulators (TN-LCSLM), distortion of uniform twist and decrease in tilt angle of liquid crystal molecules on application of an electric field lead to amplitude and phase modulations of the transmitted or reflected wavefront, respectively. The amplitude and phase modulation characterization of TN-LCSLM using Jones calculi is simple and extensively used but does not give any information about important polarimetric parameters such as diattenuation and depolarizance. On the other hand, the characterization using Mueller calculi provides all information in terms of polarimetric properties such as diattenuation, retardance (birefringence) and depolarization. In this paper, polarimetric properties of the transmissive TN-LCSLM (HOLOEYE LC2002) are characterized measuring 17 different Mueller matrices at different addressed gray scale through Mueller Matrix Imaging Polarimeter (MMIP) at 530 nm wavelength. Lu-Chipman polar decomposition for Mueller matrix is utilized to separate out three independent Mueller matrices for diattenuation, depolarization and retardance as a function of addressed gray scale. Further, Mueller-Stokes combined formulation is used to examine the effect of depolarization present in the TN-LCSLM on six different states of polarization and evaluation of eigenpolarization states for the TN-LCSLM has been presented.     

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。     

反射式液晶空间光调制器用于光束会聚控制

根据偏心透镜组的结构原理,利用液晶空间光调制器(LC-SLM)对其结构进行了优化。对LC-SLM等效透镜功能的原理进行了分析,模拟仿真了利用LC-SLM对光束进行调制的结果。实验验证了LC-SLM通过加载菲涅尔透镜相位图,实现了对光束会聚功能,并且通过耦合位移相位因子可以实现会聚光斑平移的功能,能够代替在偏心透镜组中实现同一功能的透镜。配合后续的透镜组,理论上可以控制光束实现大角度的扫描。     

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。     

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。