[发明专利]一种基于空间光调制器的可调光阑

说明书

技术领域

本发明涉及非机械式光开关技术，更具体地说，本发明涉及一种用空间光调制器实现光阑可调技术。

背景技术

光阑是一种对光起衰减作用的开关，它不仅在控制光束、减少像差、调谐视场以及其他光学系统中具有广泛的应用，同时，它还可以作为光衰减器、光阀和光切换器等器件的元部件。传统的光阑是基于旋转叶片设计一个可调节的光孔。然而，由于机械的操作方式，光阑的孔径变化不准确，速度也比较慢。液体光阑由于内部不需要引入可移动的固体元部件而具有小型化、制作简单和低能耗等优点。现有的基于介电力效应的液体光阑虽然响应时间快、工作电压低，但是由于介电力本身比较弱，因此基于介电力效应的液体光阑尺寸较小，限制了其应用范围。此外，基于电湿润效应的液体光阑也被广泛研究。然而，液体光阑的寿命有限，且存在内部液体的重力效应，因此，器件性能还有待提升。近年来，空间光调制器以其可编程性、体积小、响应时间快等独特的优势受到广泛的关注，基于空间光调制器的光学系统不仅结构简单、控制迅速、插损小，而且具有与信号光偏振态无关等优势。

发明内容

本发明提出一种基于空间光调制器的可调光阑。如附图1所示，该可调光阑包括偏振分光棱镜1、空间光调制器和偏振分光棱镜2，它们平行放在同一水平面上。

在初始状态下，用光源照射偏振分光棱镜1时，s光被偏振分光棱镜1反射，p光直接经过偏振分光棱镜1并照射在空间光调制器上，在空间光调制器上加载一定结构的光阑灰度图以改变p光的通光孔径。设定空间光调制器的像素数为M×N，相面尺寸为m×n。首先测出空间光调制器对波长为λ的光波的相位调制范围，并记录空间光调制器相位调制为0和π时的灰度值，分别记为a和b。然后，将灰度值为a和b的灰度图相结合，制作出一幅光阑灰度图（像素数为M×N），如附图2所示，其中，中间部分（像素数为M₁×N₁）的灰度为a，周围部分（像素数为(M×N-M₁×N₁)）的灰度为b。当在空间光调制器上加载光阑灰度图时，中间部分对光的相位调制为0，而周围部分对光的相位调制为π。p光经过中间部分后依然为p光并通过偏振分光棱镜2；而周围部分的光由于π相位调制转化为s光，无法通过偏振分光棱镜2。当光阑灰度图中间部分的像素数大小改变时，光阑的大小也会随之改变，光阑的大小为m₁×n₁，其中，。当中间部分灰度图的形状改变时，可调光阑的通光形状也会相应地发生改变，其形状与中间部分灰度图的形状相同。通过改变M₁和N₁的大小，可以方便地调节光阑的形状和大小，从而实现可调光阑的作用。

优选地，空间光调制器的调制类型为纯相位型调制，光阑灰度图的中间部分像素数满足0≤M₁≤M，0≤N₁≤N。当M₁=0，N₁=0时，可调光阑为全关状态；当M₁=M，N₁=N时，光阑为全开状态，此时光阑的大小等于空间光调制器的相面尺寸，即m×n。

优选地，偏振分光棱镜1和偏振分光棱镜2型号相同，边长d₁≥m且d₁≥n。

附图说明

附图1为可调光阑的结构示意图。

附图2为光阑灰度图的结构示意图。

附图3为波长为λ=633nm时，空间光调制器的相位调制变化图。

附图4为中间部分灰度图的像素大小变化时的光阑灰度图。

上述各附图中的图示标号为：