[发明专利]一种采用直角棱镜组的反射式液晶空间光调制器耦合装置

说明书

本发明属于空间光场调控领域，具体涉及一种采用直角棱镜组的反射式液晶空间光调制器耦合装置。耦合装置包括沿光路依次设置的直角棱镜反射镜、第一直角棱镜、第二直角棱镜和反射式液晶空间光调制器；入射光依次经过直角棱镜反射镜、第一直角棱镜、第二直角棱镜、反射式液晶空间光调制器和第二直角棱镜后出射。本发明在高效率耦合输入和输出激光的前提下，压缩了空间光场调控光路的尺寸和体积，解决了反射式空间光场调控系统中普遍存在的元器件离散、系统不稳定的问题，实现了空间光场调控装置的小型化和紧凑化，有利于光学系统的模块化和集成化。

技术领域

本发明涉及空间光场调控领域，具体涉及一种采用直角棱镜组耦合输入和输出激光束的反射式液晶空间光调制器耦合装置。

背景技术

由于激光具有强度高、单色性和方向性好等优点，已成为科学研究和工业应用等领域中最常用的光源。随着激光器通常输出的高斯光束已经难以完全满足各领域日益增长的需求，空间光场调控技术应运而生。它利用空间光场调控器件调控光束，可以产生振幅、相位和偏振态非均匀分布的新颖空间结构光场。以此为基础，人们能够更加灵活地操控光场，将其应用于光学成像、光学微操纵、激光加工、光学数据存储、光通信及全息显示等领域。

空间光场调控器件和编码方法是空间光场调控技术的核心。常用的空间光场调控器件主要有数字微镜器件(Digital Micro-Mirror Devices,DMD)、变形镜(DeformableMirror,DM)及液晶空间光调制器(Liquid Crystal Spatial Light Modulator,LC-SLM)等。数字微镜器件能够实现空间光场振幅调制，具有高速(数十kHz)、高反射率、高填充因子及高损伤阈值的特点。变形镜对光场的空间波前分布进行调制，调制深度较小，像元尺寸较大，分辨率不高。液晶空间光调制器利用液晶分子的双折射特性对入射光场进行调控，所使用的平行向列棒状液晶分子可看做是单轴晶体，在外加电场的驱动下液晶分子旋转，改变有效折射率，从而实现对光场相位分布的调制，具有更高的衍射效率。当与检偏器结合时，也可实现振幅调制，常用于液晶显示。液晶空间光调制器因具有更高的空间分辨率和更大的相位调制深度，成为目前最常使用的空间光场调制器件，其中又以具有高光能利用率的反射式液晶空间光调制器最为常用。

作为一种单轴晶体，液晶分子的各向异性使液晶空间光调制器对光场的调制深度取决于液晶分子的光轴取向和入射光场偏振方向的夹角，一般要求入射光为水平偏振的线偏振光。反射式液晶空间光调制器在使用时有正入射(图1)和小角度入射(图2)两种方式。使用正入射方式时，为了使入射光和出射光分离，并实现纯相位调制，往往需要使用非偏振分光棱镜(如图1中的NPBS)进行耦合。但是这种耦合方式会造成最终的能量利用率低于25％，因此很少使用。小角度入射的方式则具有很高的能量利用率，但是入射角度(如图2中的θ)的增大会降低相位调制的精度，因此常用的商用空间光调制器要求入射角度不大于6°(德国HoloEYE公司)或10°(日本Hamamatsu公司)。在后续的光学系统中要使入射光和出射光分离的距离满足光学元件的安装尺寸，需要传播较长的距离。如图2中的d，对于HoloEYE公司的空间光调制器，d至少为86.1mm。再考虑到后续光学元件的尺寸限制，需要的传播距离d更大。这会增大空间光场调控系统的尺寸和体积，降低系统的稳定性。

发明内容

为了解决现有反射式液晶空间光调制器采用小角度入射方式而导致空间光场调控系统存在的光路长、体积大及不稳定的问题，本发明提供了一种紧凑化的采用直角棱镜组的反射式液晶空间光调制器耦合装置，实现小角度入射时，大大压缩了空间光场调控光路的尺寸和体积。

本发明的技术方案是提供一种采用直角棱镜组的反射式液晶空间光调制器耦合装置，其特殊之处在于：包括沿光路依次设置的直角棱镜反射镜、第一直角棱镜、第二直角棱镜和反射式液晶空间光调制器；