[发明专利]液晶空间光调制器Gamma曲线线性化调整方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学技术领域，具体地说，本发明涉及一种液晶空间光调制器Gamma曲线线性化调整方法。

背景技术

液晶空间光调制器是一种高对比度、高分辨率、主动型、可编码的空间光调制器件，在光学领域有着极其重要的应用。例如，利用液晶空间光调制器进行激光束的实时、可调控光束空间整形，可以方便地获得所需形状(如方形、圆形等几何形状)的近平顶光强分布的光束，在高功率激光系统前级放大器或振荡器中的光束整形中具有重要的应用前景。

液晶空间光调制器Gamma曲线是指激光束通过液晶空间光调制器后的透过率随着在液晶空间光调制器上写入图像的灰度值变化(灰度值变化范围一般是0～255)而变化的曲线。其中，透过率为激光束通过液晶空间光调制器后的功率除以激光束进入液晶空间光调制器时的功率。在测试Gamma曲线时，所使用的入射激光束的功率的RMS值(RMS即均方根，是光束质量的重要评价函数)一般较低，且不同时刻的入射激光束的功率大致恒定，因此，有时可将Gamma曲线用激光束通过液晶空间光调制器后的功率随着在液晶空间光调制器上写入图像的灰度值变化而变化的曲线来表示。

一般来说，液晶空间光调制器原始的Gamma曲线是一条S形曲线。这种S形曲线往往难以满足应用需要。例如：高功率激光装置中，液晶空间光调制器前存在较多光学元件及前级放大器，光束入射到液晶空间光调制器上强区分布是随时间而变化的。当Gamma曲线为非线性的S形曲线时，在非线性变化较大的区域，即Gamma曲线上1＜k＜∞(k为Gamma曲线的斜率)的区域内，在液晶空间光调制器上写入图像灰度的微弱变化都会导致激光透过率出现较大的起伏，进而导致强区随时间漂移对补偿后光束近场调制度影响明显。而当Gamma曲线呈线性变化时，激光强区随时间变化对补偿的影响不明显，补偿后的光束近场调制度小且能长期维持稳定，从而达到对激光光束进行有效地空间整形，输出近场调制度较低的超高斯平顶光束的目的。因此常常需要调节液晶空间光调制器的Gamma曲线形状，使其线性化。

现有技术中，要调整Gamma曲线形状，需要将液晶空间光调制器与计算机显卡连接，用计算机显卡驱动液晶空间光调制器。计算机显卡驱动程序为使用者提供可以调节亮度、对比度和灰度，或者亮度、对比度和伽马的人机接口。通过该人机接口可在一定程度上调整Gamma曲线形状，使其线性化。然而，显卡驱动程序人机接口中的亮度、对比度和灰度(或者亮度、对比度和伽马)与Gamma曲线的关系十分复杂，每调整一次，都需要测试0～255之间灰度的透过率变化进而绘制Gamma曲线并验证其是否呈线性变化。这导致Gamma曲线线性化调整过程十分繁琐、耗时。另外，上述Gamma曲线调整方案效果并不理想，不可能使gamma曲线完全线性化。

综上所述，当前迫切需要一种快速、精确的液晶空间光调制器Gamma曲线线性化调整方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种快速、精确的液晶空间光调制器Gamma曲线线性化调整方法。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种液晶空间光调制器Gamma曲线线性化调整方法，包括下列步骤：

1)根据实测的液晶空间光调制器的原始Gamma曲线离散点确定所期望的线性化的Gamma曲线；

2)通过插值对原始Gamma曲线的一系列离散点进行拟合得到原始Gamma曲线的方程；

3)对于所期望的线性化的Gamma曲线中对应灰度值X间隔为1的每一个功率值Y，基于拟合所得到的原始Gamma曲线的方程求出该功率值Y所对应的新灰度值x，从而得到灰度值X与新灰度值x的对应关系。

其中，将步骤3)所得到的灰度值X与新灰度值x的对应关系写入图像处理模块，所述液晶空间光调制器与所述图像处理模块连接并由该图像处理模块驱动，在通过所述图像处理模块对液晶空间光调制器写入某一灰度图像时，该图像处理模块先将该灰度图像各像素点由旧灰度值X替换为新灰度值x，再将替换成新灰度值的图像写入液晶空间光调制器。

其中，所述步骤2)中，采用Lagrange插值的方法进行拟合得到原始Gamma曲线的方程。

其中，所述步骤3)中，采用Bolzano二分法求解功率值Y所对应的新灰度值x。

本发明还提供了一种用于液晶空间光调制器Gamma曲线线性化调整的测试系统，其光路依次包括：测试光源、反射镜组、扩束镜组，1/2波片、第一格兰棱镜、液晶光阀、第二格兰棱镜、透镜和功率计。