[发明专利]液晶光栅干涉测量空间光调制器相位调制特性的装置及方法

说明书

本发明公开了一种液晶光栅干涉测量空间光调制器相位调制特性的装置及方法，该方法操作简单，具有良好的鲁棒性。加载到空间光调制器的灰度图由三部分组成，一半屏幕是二元衍射光栅灰度图，另一半屏幕分为上下两部分，其中作为参考的区域加载零灰度级，而测量区域从零灰度级递增至255。随着灰度值增加，经过相位调制的反射光束与光栅产生的+1级衍射光干涉生成一整幅错位条纹图，通过测量同一幅干涉条纹的周期和错位条纹之间的相对移动量来计算SLM的相位调制量大小，消除了环境振动或空气湍流引起的条纹抖动对测量的影响，提高了测量精度。该方法不需要复杂的光学装置，且具有优良的机械稳定性，反应快速更易实施。

【技术领域】

本发明属于光电测试技术领域，涉及液晶空间光调制器(LC-SLM)相位调制特性的测量，特别涉及一种液晶光栅干涉测量空间光调制器相位调制特性的方法。

【背景技术】

基于LC-SLM空间分辨率高、可编程控制、质量轻等优点，在众多领域得到广泛应用。许多应用对波前相位控制的高精度和相位调制深度范围的线性化提出了要求，这就需要准确评价空间光调制器的性能，甚至校正厂家预设的相位响应参数。

目前研究LC-SLM相位调制特性的方法很多，传统的检测方法主要分为两类：干涉法和衍射法。其中干涉法的相位测量依赖条纹图的位移，而双光束在干涉之前都要行进较长的路径，机械振动、空气湍流等环境因素都会引起它们光程差的变化，导致采集的条纹图不稳定。而衍射法基于强度传输对于振动和空气湍流具有较高的鲁棒性，但就相位计算的角度来看，强度图像用有效相位差的余弦值来表征，使得相位估计的运算过程更复杂。

传统干涉法均是入射偏振光垂直入射空间光调制器，在光路中采用分光器件将入射光和出射光在空间上分离，这样会引起光强的损失，影响测量的准确性。而北京工业大学Panezai和中国科学院大学鲁强等人研究证明小角度入射的情况和垂直入射得到的结果没有太大差别。所以测量SLM相位调制特性时可用小角度斜入射来代替垂直入射。

【发明内容】

本发明提出了一种液晶光栅干涉测量空间光调制器相位调制特性的装置及方法。实验简单，所需仪器成本低，不需要复杂的光学装置，克服了干涉法入射光和出射光空间分离和衍射法相位估计复杂的问题，且具有良好的鲁棒性和机械稳定性。

本发明采用以下技术方案：

液晶光栅干涉测量空间光调制器相位调制特性的方法，以消除环境振动或空气湍流引起的条纹抖动对测量的影响，包括以下步骤：

(1)设计空间光调制器的组合灰度图，其中，在空间光调制器上加载的灰度图分为三部分，其中一半屏幕加载二元垂直的衍射光栅，另一半屏幕分为上下两部分，均加载均匀的灰度级，上下两部分分别为测量区域和参考区域，其中，参考区域加载零灰度级，测量区域从零灰度级逐步增加至255；

(2)采集光束：将从激光中发出的激光光束经扩束、滤波、准直为平行光束后，经偏振器得到振动方向平行于液晶分子的线偏振光，偏振光入射到空间光调制器，由CCD相机采集：由液晶光栅衍射的+1级光、经过相位调制的出射光束，以及没有经过相位调制的出射光束相互干涉产生的干涉条纹图像；

(3)计算空间光调制器的相位调制量

根据以下公式采用相对条纹移动法在错位条纹图上计算测量区域的相位调制量δ：

δ＝2π(Δ/Λ)

其中，Δ和Λ分别为条纹相对移动量和条纹周期宽度。