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.     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于空间光调制器的非相干数字全息单次曝光研究

菲涅耳非相干相关全息术(Fresnel incoherent correlation holography,FINCH)利用在空间光调制器(spatial light modulator,SLM)上加载双透镜模式对同一物点光分束自相干,并通过改变加载的相位因子得到不同的相移全息图.本系统利用SLM可分区编码调制特性,将FINCH成像中SLM上分三次加载的0°,120°,240°相位双透镜掩模各提取1/3组成一幅复合相移模式加载,并研究了三种相位分布方式对FINCH成像质量的影响.结果表明:三个相位在SLM上分布间隔越大,再现像越清晰.在此基础上,提出了一种新的掩模加载方式,在SLM加载透镜阵列,每一个相位因子对应一个双透镜,具有一个光轴.实验表明,通过这种加载方式,通过SLM后形成的三个相移图能够一次在电荷耦合器上记录,并且三个相移图不重叠,然后通过MATLAB编程计算将不同相移角度的全息图分别提取出来,通过三步相移计算合成一幅包含有物光波的复值全息图,最后通过数值再现算法重建待测样品.此系统可用于对光源相干性较低的实时成像系统,也为微小形变测量、动态物体的观测提供了新方法,为非相干数字全息术的发展提供了新思路.     

两步相移数字全息物光重建误差分析与校正

系统研究了两步相移数字全息干涉术中相移误差引起的波前再现误差的计算和校正方法. 基于衍射物光相位分布的随机性和振幅相位的相互独立性原理,介绍了相移数字全息中物光波前再现误差的表达形式,推导出步长为π/2的两步算法中物光重建误差的表达式. 通过进一步分析这一重建误差的结构和特点,结合物光表达式,给出了自动校正相移误差引起的波前重建误差的校正方法. 该方法无需增加测量,在未知相移误差大小的情况下,只对标准两步相移算法恢复的物光复振幅进行处理就可以实现对物光振幅和相位的同时校正. 计算机模拟结果表明,校正后可将 关键词： 相移干涉术 数字全息 物光重建 误差校正     

彩色全息显示中液晶空间光调制器位相调制偏差的矫正方法

采用三基色激光照明并结合时分复用或空间复用技术,可实现基于液晶空间光调制器(LC-SLM)的彩色全息显示.但由于在不同激光波长入射条件下LC-SLM的位相调制特性曲线不同,难以同时满足多波长入射条件下2π线性位相调制的要求,致使彩色全息再现结果受到共轭像和零级斑的干扰.针对该问题,本文通过实验测试获得LC-SLM在不同波长入射时的位相调制特性曲线,并分析了RGB激光器各分量的位相调制特性曲线非线性偏差和调制幅度偏差对多阶位相型傅里叶变换相息图再现效果的影响.根据"查表法"建立了各波长入射条件下满足2π线性位相调制的灰度映射关系,并对RGB分量相息图进行修正.通过对修正前后RGB分量相息图的数值模拟再现和光电再现实验与分析,结果表明:该方法有效地克服了LC-SLM位相调制特性曲线偏差的不利影响,从而改善了彩色全息显示中各分量相息图的再现质量.     

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脉冲整形系统校准及应用

搭建了反射式光脉冲整形系统,通过改变加载到液晶空间光调制器各像素点的调制电压,测定系统分辨率及调制电压与输出信号光强和相位变化的关系,并对液晶空间光调制器进行校准.实验结果表明:光强随调制电压周期变化,相位随调制电压非线性变化;系统分辨率为10GHz,像素调制间隔为0.08nm,即能够实现对频率间隔10GHz的光信号的调制.应用该系统,以谱线间隔为10GHz的光学频率梳为信号源,对脉冲频谱进行整形,产生了平坦、高斯型、三角、倒三角及光学频率梳信号.     

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．     

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。     

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。     

纯相位液晶空间光调制器拟合泽尼克像差性能分析

纯相位液晶空间光调制器作为波前校正器构成的高分辨率、低能耗、价格低廉、易于控制的自适应光学系统受到越来越多的关注.作为一种新型波前校正器件,它对波前像差的校正能力是反映其在自适应光学系统中应用的一个重要的指标,因此有必要仔细地研究它对各种像差的校正能力,以确定其可能的应用范围.波前校正器对各阶泽尼克像差的拟合效果有效地反映了该器件对不同像差的校正能力.利用256×256像素的纯相位液晶空间光调制器(LC-SLM)产生不同系数的前36项泽尼克像差分析LC-SLM对不同像差的校正能力.讨论了填充因子、离散像素 关键词： 液晶空间光调制器 相位调制 自适应光学 泽尼克多项式     

纯相位液晶空间光调制器拟合泽尼克像差性能分析

纯相位液晶空间光调制器作为波前校正器构成的高分辨率、低能耗、价格低廉、易于控制的自适应光学系统受到越来越多的关注.作为一种新型波前校正器件，它对波前像差的校正能力是反映其在自适应光学系统中应用的一个重要的指标，因此有必要仔细地研究它对各种像差的校正能力，以确定其可能的应用范围.波前校正器对各阶泽尼克像差的拟合效果有效地反映了该器件对不同像差的校正能力.利用256×256像素的纯相位液晶空间光调制器(LC-SLM)产生不同系数的前36项泽尼克像差分析LC-SLM对不同像差的校正能力.讨论了填充因子、离散像素