[发明专利]一种数字菲涅耳消除相位型空间光调制器黑栅效应的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及相位型空间光调制器黑栅效应的消除方法，属于光信息处理技术。

背景技术

空间光调制器(Spatial Light Modulator，SLM)是一种在信号源的控制下，能对光波的某 个参量进行调制的器件，例如通过吸收调制振幅，通过折射率调制相位，通过偏振面的旋转 调制偏振态等。它有效地利用了光的并行、互联和高速的处理能力，使之能够实时地在空间 上调制光束，成为实时光学信息处理等系统的核心部件，在现代光学领域中具有越来越重要 的地位和价值，它是光学、光电混合系统进行光互连、光学相关、光计算、模式识别、光学 控制、光学检测、图像处理、显示技术等研究中的基本构件和关键器件。

按SLM的调制方式，主要分成两类，一类是振幅调制型，一类是相位调制型。振幅调制 型SLM是通过其透射率或反射率的变换调制入射光波的振幅，主要用于光开关、滤波和光学 相关等应用。而SLM之所以在能够在光信息处理中愈来愈受到重视，应用越来越广，主要是 因为它能够实现相位调制，它可以把图像的强度变化变成SLM的折射率变化，从而调制相位。 这样无法直接用强度来表征的相位可以用一副强度图像的方式通过SLM实现相位调制的作 用。因此，广泛的光信息处理系统，尤其是一些最新的技术，例如计算全息、衍射光学元件、 光束整形、光镊等等都是使用相位型空间光调制。

空间光调制器通常是由单个分离像素组成，可以独立控制每个像素的变化，从而实现对 光波面以像素为单位的调制。一副用于调制光波的数字图像写入SLM，这时SLM会显示这 幅图像，入射光波经过SLM时，会受到空间调制。但由于每个像素周围均需电极包围，会在 SLM上形成纵横交错的不透光区域，使得但该器件呈二维周期性栅格结构排列。光波经这种 二维光栅式的结构发生衍射，会带来两个问题：中心亮斑和多级衍射像，尤其是中心亮斑， 由于能量高度集中，其强度远高于其他衍射级。把这种现象称为空间光调制器的“黑栅效应”。

“黑栅效应”是SLM所固有的一种现象，即使在未向SLM写入任何图像时也会存在，而 当写入调制图像时，则写入图像的衍射像的中心和中心亮斑重合，其高级衍射像的中心同样 也会和空间光调制器的高级衍射亮斑重合，而使得在接收面上的图像的中心始终和空间光调 制器固有的多级衍射亮斑耦合在一起无法分开，造成衍射像的质量严重下降，甚至无法使用。 这种效应影响了空间光调制器的应用，为空间光调制器的应用带来极为不利的影响，使得空 间光调制器在光信息处理中的应用受到了很大限制。

因此，寻求一种能够抑制黑栅效应的方法，对空间光调制器在光信息处理中的应用具有 重要价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够消除相位型空间光调制器黑栅效应的方法，该方法提高了 空间光调制器的相位调制性能。

本发明是通过下述技术方案加以实现的：它通过在相位调制图上叠加数字菲涅耳透镜， 利用菲涅耳透镜的聚集作用使得相位调制图的衍射像与黑栅的衍射像成像位置发生分离，以 克服空间光调制器的黑栅效应，其特征在于包括以下过程：入射光波被起偏器，变换为线偏 振光，该线偏振光入射到空间光调制器的受光面，空间光调制器工作在相位调制的状态下， 空间光调制器后面放置一个检偏器，调整起偏器和检偏器的偏振轴的夹角角度，使空间光调 制器工作在相位调制状态，且经检偏器透射出的光强不随相位调制度的大小而变化；在用于 调制入射光波的相位调制图上叠加一个数字菲涅耳透镜，将叠加后的相位调制图写入空间光 调制器，光波受菲涅耳透镜的折射，在菲涅耳透镜焦平面上能够接收到相位调制图所对应的 衍射像，调节数字菲涅耳透镜的焦距以在不同位置接收观察到相位调制图衍射成像的结果； 空间光调制器的二维周期性栅格结构并未受到数字运算的任何影响，在所加入的数字菲涅耳 透镜的焦平面位置上，没有形成“黑栅效应”，黑栅衍射的光波传播到此，根据菲涅耳衍射的 效应仅形成一个均匀的背景光，使得接收到的衍射像的背景较亮，从而使得相位调制图的衍 射像与黑栅的衍射像在沿光轴的方向完全分开，以消除“黑栅效应”的影响，改善空间光调 制器的调制性能。