[发明专利]一种相位型空间光调制器的标定方法及装置

说明书

本发明公开了一种相位型空间光调制器的标定方法及装置。光源发出线偏振光入射到加载有灰度图的空间光调制器，灰度图分布为：一半屏幕的灰度始终为0，另一半屏幕的灰度为G，在标定过程中G逐步由0增加至255；经过空间光调制器进行相位调制后反射到达相机；通过相机接收并记录衍射图样，通过衍射图样中暗条纹强度即可推算出相位型空间光调制器上加载的灰度G所对应的调制相位。与已有技术相比，本发明所公开的方法及装置简单稳定，标定效率高，精度高，能够广泛用于相位型空间光调制器的标定与检测。

技术领域

本发明涉及光学工程领域，具体涉及一种相位型空间光调制器的标定方法及装置。

背景技术

液晶空间光调制器(LC-SLM)和数字微镜器件(DMD)是两种最成功的空间光调制器。对于相位调制，液晶空间光调制器已经用于很多领域，如：全息显示、精密测量、光镊、光刻、光束整形等。在这些领域里，对激光光束进行高精度的相位调制是很有必要的，特别是把空间光调制器当作可编程的衍射器件来说。对于电寻址的空间光调制器来说，其所加载的相位是被寻址的灰度或者像素电压所调制的。理想情况下，从灰度到所调制的相位之间的转换是与空间光调制器中的用户手册中提供的曲线是一致的。但是在实际使用过程中，由于存在液晶的非线性的光学响应，同时由于制造上的偏差，灰度对应于调制相位的响应往往是有个体差异的，甚至同一个空间光调制器上的不同区域也是存在差异的。

造成空间光调制器性能的下降可归咎于两种静态的误差：全局的灰度—调制相位不匹配和空间上的分布不均匀。全局上的灰度—相位不匹配是由于空间光调制器不合适的查找表所导致，而空间上的分布不均匀是由不均匀的电子元件，背板的平整度，或者液晶层厚度变化引入的像差等所导致的。不仅如此，所加电压与每个像素上所显示的灰度之间的对应精确度也会导致误差。一般来说，对于不同的入射光的波长，这个响应是不同的。除了静态误差，响应还会由于动态误差而波动，比如入射光束和环境条件的变化导致局部的热差，比如温度和湿度。并且空间光调制器的老化同样会导致其性能的下降。因此空间光调制器的相位调制不会和其最先设计的一样，所以对其进行系统的相位标定对于提升其性能是很有必要的，特别是进行静态的标定，尤其重要。比如，用标定过的空间光调制器对光镊强度进行控制，从而提升全息操控系统的精确度。

对空间光调制器进行标定的关键在于获取灰度级对应的调制相位值。主要的难点是高效并且精确地测量空间光调制器的调制相位。目前所有的标定方法都是通过将直接不能测量的相位分布转化为可以直接测量的强度来分析，比如：干涉条纹。这些方法可以分为两类：干涉仪相位标定法和衍射图样分析法。这两类方法都能将相位转化为强度，并且已经广泛用于相位物体的测量，比如生物样品的定量相位成像。但是目前的标定方法，其系统都比较复杂，并且需对干涉条纹或者衍射图样进行复杂的分析，标定效率不高。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种相位型空间光调制器的标定方法及装置。本发明标定装置简单，不需要搭建复杂的光学系统，具有良好的机械稳定性。并且在空间光调制器上加载的灰度图简单，不需要对衍射图样进行后期复杂的分析处理，标定效率高。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种相位型空间光调制器的标定方法，该方法包括：

光源发出线偏振光入射到加载有灰度图的空间光调制器，所述灰度图分布为：一半屏幕的灰度始终为0，另一半屏幕的灰度为G，在标定过程中G逐步由0增加至255；

经过空间光调制器进行相位调制后反射到达相机；

通过相机接收并记录衍射图样，通过衍射图样中暗条纹强度即可推算出相位型空间光调制器上加载的灰度G所对应的调制相位。

进一步地，光束衍射所产生的暗条纹强度可被表示为：