[发明专利]一种测量空间光调制器相位调制特性的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于光电测试技术领域，具体涉及一种测量空间光调制器相位调制特性的装置及方法。

背景技术

液晶空间光调制器(LC-SLM)具有体积小、空间分辨率高、功耗低、光能损失小和可编程控制等优点。在无线激光通信、自适应光等领域被广泛应用，作为现代光学领域中的关键器件，它的光调制特性越来越为人们所关注。

目前LC-SLM大多是在入射偏振光垂直入射下使用的，而当入射偏振光以一定的角度斜入射到LC-SLM上能够获得更强的反射光强，可解决分光器件带来的光强损失问题。传统的相位调制特性方法如偏光干涉法、双孔干涉法、泰曼-格林法都是测量垂直入射下的相位调制特性，关于斜入射下相位调制特性相关研究较少，主要采用偏光干涉法和Zygo干涉仪法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种简便地实现不同角度下(正入射和斜入射)对LC-SLM的相位调制特性的测量装置及方法，通过在液晶空间光调制器上加载组合模式灰度图，利用自干涉法，与其他实验装置相比，装置简便，操作简单，能够减小空气扰动等对测量的影响，提高了稳定性。

本发明采用以下技术方案：

一种用于测量空间光调制器相位调制特性的装置，包括激光器和空间光调制器，在激光器和空间光调制器之间依次设置有用于扩束的显微物镜，准直透镜，用于将任意偏振态的光转变为线偏振光的起偏器以及分光镜，分光镜用于透过经起偏器的光，并反射经空间光调制器出来的光束，空间光调制器连接有计算机用于加载组合模式灰度图，计算机连接有用于采集干涉条纹图的CCD相机。

具体的，在显微物镜和准直透镜之间设置有用于对显微物镜扩束后光进行滤波的针孔，针孔用于使扩束后的光束覆盖空间光调制器的靶面。

具体的，准直透镜距离针孔的距离为准直透镜焦距的150mm，用于使扩束后的光束完全覆盖空间光调制器的靶面。

具体的，在准直透镜与起偏器之间设置有用于改变沿入射光路照向空间光调制器光束尺寸的光阑。

具体的，空间光调制器下部设置有用于调整光束入射角度的旋转台。

一种用于测量空间光调制器相位调制特性装置的方法，包括以下步骤：

S1、选择测量空间光调制器相位调制特性区域，根据空间光调制器的参数设计，编码生成对应其像素的组合模式灰度图；

S2、调整旋转台，得到预设的入射角度，启动激光器，激光器预热稳定后，从激光器出射的激光束入射到显微物镜进行扩束，并通过针孔滤波后入射到准直透镜，经准直透镜成平行光束后通过光阑消除杂光，光束入射到偏振器，得到振动方向平行于液晶分子的线偏振光，偏振光通过分光镜入射到空间光调制器，然后由液晶闪耀光栅衍射的+1级光与经过相位调制但未偏转的出射光束经分光镜反射到CCD相机上，根据斜入射式的衍射公式和空间几何关系，找出0级光和+1级光的干涉位置，通过CCD相机分别采集液晶闪耀光栅衍射的+1级光和经过相位调制的出射光束干涉产生的条纹图；

S3、对采集到的干涉条纹进行图像后处理，通过条纹的相对移动，使用傅里叶变换位相分析法计算测量区域的相位调制量，通过傅里叶变换及傅里叶反变换得到干涉条纹的待测相位公式，使用减基准条纹法消除载频引起的位相以及成像畸变引起的位相，得到上下两部分条纹相应的待测相位，两组条纹相位作差求得相移量即得到相位调制的大小，通过调整不同的入射角度可以获得不同入射角下空间光调制器的相位调制曲线。

具体的，步骤S1中，利用自干涉法将空间光调制器8加载的组合模式灰度图分为三部分，在空间光调制器一侧屏幕加载液晶闪耀光栅，另一侧屏幕的上半部分为0～255灰度级的测量区域，下半部分是灰度级为0的参考区域。

进一步的，步骤S2中，斜入射式的衍射公式具体计算如下：

d(sinφ-sinθ)＝mλ

其中，d为衍射光栅周期，θ为衍射角，φ为入射角，m＝0,±1,±2...m为衍射光级次，λ表示入射光波长。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明提出了一种用于测量空间光调制器的纯相位调制特性的装置，包括激光器和空间光调制器，通过加入分光镜，可实现大角度入射范围下对空间光调制器相位调制特性的测量，采用对空间光调制器加载组合模式灰度图的方式，利用液晶闪耀光栅，增强条纹对比度，自干涉法减小了空气湍流的影响，得到的条纹质量更高，且不需要复杂的光学元件，能准确测量大角度入射范围下空间光调制器的相位调制特性。