液晶空间光调制器及其在自适应光学中的应用

液晶空间光调制器(LC-SLM)通过对液晶折射率的调制来实现对光程的控制,在自适应光学中起着重要的作用。文章梳理了国内外LC-SLM的发展现状,对LC-SLM的工作原理和相位标定原理进行了详细介绍,针对LC-SLM在自适应光学中的应用,对国内外LC-SLM关键技术研究状况进行了讨论,分析总结了西安理工大学在该领域的实验研究。最后展望了LC-SLM的应用前景。

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(450nm)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.

液晶空间光调制器相位调制特性研究

研究了美国BNS公司生产的Modal P256反射型电寻址液晶空间光调制器的相位调制特性和时间响应特性。采用He-Ne激光作光源,建立迈克尔孙干涉光路观察波前相位变化,给出器件的相位调制特性曲线。分析测量了器件的相位响应不一致性和像素间的相位交连。通过测量液晶器件对方波和正弦控制信号的相位响应延迟,分析了液晶空间光调制器(LC-SLM)的时间响应特性。理论分析与实验结果说明:在特定的入射偏振条件下,LC-SLM实现纯相位调制,可用作高分辨力波前校正器件,然而极慢的响应速度和极低的时间带宽限制了它在动态变化波前相差校正中的应用。

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。

纯相位液晶空间光调制器相位校正方法

利用泰曼-格林干涉系统,对纯相位液晶空间光调制器在808nm的相位调制特性进行了研究.为了提高其在大气湍流模拟时的仿真度,采用近似法和反插值法对相位调制曲线完成了线性校正,并对校正结果进行了对比分析.结果表明,虽然近似法校正简单易行,但经反插值法校正后,相位调制曲线的线性相关度更高,可达0.9916,校正误差更低,仅为0.06rad.通过对校正方法和误差来源的分析发现,反插值法还具有优化灵活的特点,能进一步改善校正效果,更具应用价值.

利用径向剪切干涉法测量液晶空间光调制器的位相调制特性

研究了一种测量液晶空间光调制器的相位调制特性方法 ,采用共光路径向剪切干涉仪 ,对经空间光调制器调制后的波面进行径向剪切干涉后 ,获得其干涉条纹图 ,并用迭代算法计算其波面的相位分布 。

基于液晶空间光调制器的附面层效应模拟

为了给航空动平台激光通信的附面层效应校正系统提供验证条件,设计了一种基于液晶空间光调制器来模拟附面层效应的模拟器。首先,从几何光学的角度分析附面层效应,将其等效为负透镜。然后,利用计算机对不同飞行条件下附面层效应与等效负透镜焦距之间的关系进行数值分析仿真。之后在液晶空间光调制器上导入不同焦距透镜的相位灰度图以实现变焦透镜的功能,通过改变变焦透镜的焦距来模拟航空平台不同飞行条件下的附面层效应。最后通过实验验证模拟的准确性,在环境温度下,模拟附面层效应的液晶空间光调制器得到的光斑图像由红外相机拍摄,之后进行图像处理分析实际光斑大小,并与理论计算光斑大小比较,得出误差曲线图。研究结果显示,基于液晶空间光调制器模拟附面层效应引起散斑效应的理论光斑大小与实际光斑大小的均方根误差为0.04375,验证了所提出的方法的可行性和有效性。

液晶空间光调制器与相干光波前实时变换

介绍了一种利用纯相位调制液晶空间光调制器进行波前相位实时变换的方法,可将相干平面波变换成任意期望的波前。该方法采用由伪随机编码产生初始相位矩阵的相位恢复优化算法,从期望的远场衍射图形得到液晶空间光调制器所在衍射面的相位分布,当单色相干平面波通过液晶空间光调制器时,利用液晶空间光调制器纯相位调制特性复现该相位分布,在远场产生期望的衍射图形。实验验证了上述波前实时变换的可行性。

基于液晶空间光调制器的相息图扫描三维成像

本文提出了一种利用纯相位型液晶空间光调制器(LC-SLM)实现相息图三维显示的方法。该方法以LC-SLM为显示器件,通过相息图的衍射进行三维像的重构。详细研究了相息图的计算及其与LC-SLM参数间的关系,并对再现像像质进行了讨论。为提高显示的空间分辨率,采用分时复用技术,对三维物体进行分组取样,并计算每一分组的相息图,形成分组相息图序列,再现时依次将相息图输入到LC-SLM,利用人眼的视觉残留效应以达到连续扫描三维成像的目的。实验结果表明,该方法实现了三维物体的再现,为三维显示提供了一种有效的方法。

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%。

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。

纯相位液晶空间光调制器相位调制特性的优化

针对美国BNS生产的Model PF512反射型纯相位液晶空间光调制器进行了相位调制的特性研究.通过实验和分析比较,优化了相位调制对灰度响应的关系,修正了客户查找表,提高了调制器的精度,对该调制器的使用具有重要的意义.

用平行向列液晶空间光调制器制作相息图的研究

利用液晶空间光调制器制作相息图是目前惟一的一种能实现动态实时计算全息的方法,它在光信息处理和光学测量方面具有重要的应用价值。文章首先介绍了由低成本的商业液晶电视改造而成的平行向列液晶空间光调制器,在液晶空间光调制器上制作相息图,用液晶电视制作的相息图再现物体。通过再现像的误差分析,我们认为位相失配和液晶屏的黑栅效应是导致再现像不清晰的主要原因。最后探讨了它在位相滤波器方面的应用。

基于液晶空间光调制器相位调制的波面转换

本文介绍了一种基于液晶空间光调制器(LCSLM)相位调制特性的波面转换方法,可将入射光变换成任意波面。测量了液晶空间光调制器相位调制特性,得到相位和灰度的对应关系;分别以几何理论和G-S算法为基础计算出衍射光学元件(DOE)的表面相位分布;将DOE表面的相位分布转换为灰度分布显示在LCSLM上,使得LCSLM具有波面实时转换功能;并以高斯激光为入射光对其进行波面转换实验,实验结果证明了设计方法的准确性及可行性。

干涉法测量液晶空间光调制器的相位调制特性

研究一种基于干涉法测量液晶空间光调制器(LCSLM)的相位调制特性。利用合适的光路将一束激光分成两束并分别经过LCSLM,通过改变LCSLM中局部图像的灰度值,使其中一束光的相位发生变化,另一束保持不变。经过LCSLM后,两束光形成干涉条纹并被CCD接收,再根据干涉理论分析出SLM的相位调制特性。实验结果表明该SLM调制的相位与灰度值非线性关系,该方法能有效测出任意透射式LCSLM的相位调制特性。

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0.7μm,最小调整步长是0.052μm.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.

采用条形光栅相位图的液晶空间光调制器的标定

为了提高液晶空间光调制器(LC-SLM)的校准精度,采用条形光栅相位图对LC-SLM进行了标定。首先基于傅里叶光学模拟计算得出了条形光栅相位图对比度与零级衍射光斑光强之间的对应关系,然后搭建实验光路并在LC-SLM上加载了条形光栅相位图,测量LC-SLM控制程序中加载的灰度图所对应的零级衍射光斑光强值,经过分析计算得出计算机灰度信号与相位调制量之间的映射关系,并最终得到了针对488 nm激光的LC-SLM的标定文件LUT。经过标定之后,相位调制曲线的线性相关度可达0.996 4,校正误差仅为0.224 0 rad。结果表明,在LC-SLM上加载复杂的高阶相位,并结合LUT文件可以调制生成高质量的双螺旋光斑。此研究结果表明:针对特定波长,利用条形光栅相位图标定的LC-SLM得到的LUT文件可以使LC-SLM根据加载的相位对光束进行有效调制,且其方法更简单。

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。

共路外差干涉测量液晶空间光调制器相位特性

为了对液晶空间光调制器进行高精度的校准,使其满足线性相位调制的应用需求,采用共路外差干涉法测量了液晶空间光调制器的相位调制特性,分析了实验系统的测量原理,取得了液晶空间光调制器相位调制量随输入灰度值变化的实验数据,并进行了线性校准。结果表明,实验中所用的液晶空间光调制器的最大相位调制量为2.55π,利用反插值法对20~240灰度范围内的相位调制曲线进行线性校正后的理论相位调制曲线非常接近理想线性曲线,相位调制曲线与理想线性调制曲线的相关系数可达0.9996;该测量方法可克服传统测量方法对图像处理的依赖性,具有较高的测量精度,相位调制量直接通过锁相放大器就可获得。该研究为基于液晶空间光调制器的高精度波前校正和精密测量提供了参考。

液晶空间光调制器相位调制精度的校正

随着光信息处理技术的不断发展,液晶空间光调制器被广泛应用,由于液晶空间调制器中液晶背板的空间不均匀性,入射波前引入了像差项,校正此像差对于提高液晶空间光调制器的相位调制精度至关重要。提出了一种测量液晶空间光调制器相位调制特性的方法,即相位与灰度之间的关系。采用斐索干涉仪,由干涉仪直接给出不同灰度对应的相位值,再通过矩阵运算,从而得到液晶空间光调制器的相位调制曲线。利用反插值法对相位调制曲线完成了线性校正,并生成输入灰度和驱动灰度的查找表(LUT)。测量结果表明,经反插值法校正后,相位调制曲线的线性相关度可达0.9987,校正误差为0.13,该方法简单,易于实现,且结果有效,测量精度高。