专利名称：利用外差干涉标定空间光调制器相位调制的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及空间光调制器相位调制的标定方法，属于光信息处理技术。
背景技术：
空间光调制器(Spatial Light Modulator，SLM)，就是能够按照输入控制信号的 要求对输入光场的振幅、相位、偏振态等物理量中的部分或全部实现空间调制的器件。空间 光调制器在现代光学领域中具有越来越重要的地位和价值，它是光学、光电混合系统进行 光互连、光学相关、光计算、模式识别、光学控制、光学检测、图象处理、显示技术等研究中的 基本构件和关键器件。其中大部分应用都涉及到器件的相位调制特性，相位调制特性直接 关系到该器件使用的效果，因此标定空间光调制器的相位调制度至关重要。纯相位液晶空间光调制器的核心部件向列相液晶是一种单轴双折射晶体，光轴平 行于液晶分子长轴排列的平均方向。当对液晶施加外部电场时，液晶分子发生倾斜，使得非 寻常光的折射率发生变化，而寻常光的折射率不发生改变，进而导致光线的两个偏振分量 通过液晶层后产生了相位差。当SLM上每个像素被加载不同的电压时，它就会对入射光波 进行相应的相位调制。在实际的操作中，采用256阶的灰度图像来控制加在液晶上的电压， 进而控制相位改变。相位标定的目的就是计算出灰度和相位之间的映射关系。传统的探测空间光调制器相位调制特性的方法有马赫-曾德尔干涉法、双缝干涉 法、循环式径向剪切干涉法及泰曼-格林干涉等测量方法，这些方法有一个共同的特点—— 间接测量，即都是通过探测器件采集干涉条纹图，利用条纹的移动通过图像处理的方法来 求解空间光调制器的相位信息，如果干涉图的条纹对比度差，条纹质量不理想，就会导致较 大的测量误差。因此，寻求一种高精度测量空间光调制器相位调制信息的方法，对完成空间光调 制器的相位调制度的标定具有重要价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种标定空间光调制器相位调制度的方法，该方法利用外差 干涉的技术直接探测相位，提高了标定精度。本发明是通过下述技术方案加以实现的首先通过声光频移器使两束相干光波的 频率产生一个频差，分别作为测量光束和参考光束。再把作为被测对象的空间光调制器有 效显示区域一分为二，一部分写入的灰度值始终为0，视为参考区域；另一部分灰度值变化 范围是0 255，视为测试区域。测量光束分别被参考区域和测试区域的空间光调制器所调 制再与参考光发生干涉后，在干涉场用两个光电探测器分别探测参考信号和被测信号，在 干涉场用两个光电探测器分别探测参考信号和被测信号，二者之间的相位差就是待测的相 位调制度，由此即可建立灰度值与相位调制度之间的对应关系，从而标定空间光调制器的 相位调制度。本发明的目的之一是提供一种标定反射式空间光调制器相位调制度的方法，所述相位调制度是反射式空间光调制器相位响应与所加电压(灰度值)之间的关系，其特征在 于利用光外差干涉技术，来探测相位调制度，标定反射式空间光调制器的方法包括以下步 骤将激光束分成两束光后，其中一束光经过第一声光频移器(10 移频后，用第一可调光 阑(104)选择声光调制器输出的指定级次衍射光作为参考光束，，参考光束顺序经过第一 扩束准直镜组(106、107)、第一分光棱镜(114)、检偏器(116)和第二分光棱镜(117)与测 量光束混合产生干涉；激光束分光生成的另一束光入射到第二声光频移器(108)移频后， 用第二可调光阑(109)来选择声光调制器输出的指定级次衍射光作为测量光束，测量光束 经由第二扩束准直透镜组(111、112)并经过线性起偏器(113)变换为线偏振光，线偏振的 测量光束透过第一分光棱镜(114)，其中一部分光经反射式空间光调制器(115)的第一部 分区域反射，该部分区域的写入的灰度值恒为0，再次通过分光棱镜(117)分光和检偏器 (116)后，与经过第一分光棱镜(114)、检偏器(116)和第二分光棱镜(117)的参考光束一 起入射到第一光电二极管(118)并发生干涉，此时在光电二极管处接收到光场的光强随时 间以正弦方式变化，而其频率为测量光束和参考光束频率的外差拍频；测量光束的另一部 分光经过空间光调制器的第二部分反射，所述空间光调制器的第二部分是空间光调制器的 除了指定的第一部分之外的其他区域，所述空间光调制器的第二部分的写入的灰度值变化 范围是0 255，测量光束经过空间光调制器的第二部分的反射光再通过检偏器(116)、第 二分光棱镜(117)之后，与参考光束一起入射到第二光电二极管(119)，并发生干涉；两个 光电二极管(118、119)的接收信号分别为参考信号和待测信号，直接求出这两个信号之间 的相位差即可求出空间光调制器的相位调度，第一和第二声光频移器的中心频率具有设定 数值的频率差。 本发明的第二个目的是提供一种标定透射式空间光调制器相位调制度的方法，所 述相位调制度是空间光调制器相位响应与所加电压灰度值之间的关系，其特征在于利用 光外差干涉技术，来探测相位调制度，标定透射式空间光调制器的方法包括以下步骤将激 光束分成两束光后，其中一束光经过第一声光频移器(10 移频后，用第一可调光阑(104) 选择声光调制器输出的指定级次衍射光作为参考光束，参考光束顺序经过第一扩束准直镜 组(106、107)、第一分光棱镜(114)和第二分光棱镜(117)与测量光束混合产生干涉；激 光束分光生成的另一束光入射到第二声光频移器(108)移频后，用第二可调光阑(109)来 选择声光调制器输出的指定级次衍射光作为测量光束，测量光束经由第二扩束准直透镜组 (111、112)并经过线性起偏器(113)变换为线偏振光，线偏振的测量光束通过透射式空间 光调制器(120)、检偏器(116)后入射到第一分光棱镜(114)，所述的测量光束的部分光穿 过透射式空间光调制器(120)的第一部分区域，该部分区域的写入的灰度值恒为0，再次通 过分光棱镜(117)分光后，与经过第一分光棱镜(114)、第二分光棱镜(117)的参考光束一 起入射到第一光电二极管(118)并发生干涉，此时在光电二极管处接收到光场的光强随时 间以正弦方式变化，而其频率为测量光束和参考光束频率的外差拍频；测量光束的另一部 分光经过空间光调制器的第二部分透射，所述空间光调制器的第二部分是空间光调制器的 除了指定的第一部分之外的其他区域，所述空间光调制器的第二部分的写入的灰度值变化 范围是0 255，测量光束经过空间光调制器的第二部分的透射光通过第二分光棱镜(117) 之后，与参考光束一起入射到第二光电二极管(119)，并发生干涉；两个光电二极管(118、 119)的接收信号分别为参考信号和待测信号，直接求出这两个信号之间的相位差即可求出空间光调制器的相位调度，第一和第二声光频移器的中心频率具有设定数值的频率差。在所述的测量空间光调制器相位调制信息的方法，所述的光外差拍频由两个工作 频率有指定差别的声光频移器对激光器分束后的两束光产生频移，再由这两束频率不同的 光波干涉产生，且此拍频的大小在光电二极管的探测范围之内。本发明的第三个目的是提供一种标定反射式空间光调制器相位调制度的装置，所 述相位调制度是空间光调制器相位响应与所加电压灰度值之间的关系，其特征在于包括 沿主光轴顺序排列的激光光源(101)，分光镜(102)，第一和第二声光频移器(103、108)，第 一和第二可调光阑(104、109)，第一和第二反射镜(105、110)，第一和第二光束扩束准直系 统(106、107和111、112)，线性起偏器(113)，空间光调制器(115)，检偏器(116)，第一和第 二分光棱镜(114、117)，第一和第二光电二极管(118、119)，所述的激光光源输出激光束经 过分光镜(10 分束后，其中一束光入射到第一声光频移器(103)，第一声光频移器(103) 输出的光束经第一可调光阑(104)选出声光调制器输出的指定级次衍射光为参考光束，另 一束光入射到第二声光频移器(108)，该第二声光频移器(108)的输出光经第二可调光阑
(109)选出声光调制器的指定级次衍射光为测量光束，测量光束被第二反射镜(110)反射 的光束经两个透镜(111、11幻组成的第一扩束准直镜扩束，然后经过线性起偏器(113)后， 变换为线偏振光，该线偏振光透过第一分光棱镜(114)，其中一部分光经反射式空间光调制 器(115)的第一部分反射，反射式空间光调制器(115)的第一部分写入的灰度值恒为0，再 通过检偏器(116)、第二分光棱镜(117)之后，与顺序经过第二反射镜(105)、第二扩束准直 镜(106、107)、第一分光棱镜(114)、检偏器(116)和第二分光棱镜(117)的参考光束一起 入射到第一光电二极管(118)并发生干涉；测量光束的另一部分光经过反射式空间光调制 器的第二部分反射，再通过检偏器(116)、第二分光棱镜(117)之后，与参考光束一起入射 到第二光电二极管(119)，并发生干涉。反射式空间光调制器的第二部分写入的灰度值变 化范围是0 255，反射式空间光调制器的第二部分是除空间光调制器第一部分之外的其 余区域；围绕光轴旋转起偏器(11 和检偏器(116)，改变起偏器(113)的透光轴和检偏器 (116)的透光轴之间的夹角，使经检偏器透射出的光波强度不随相位调制度而变化且相位 调制度最大。两个光电二极管(118、119)的接受信号分别为参考信号和待测信号，直接由 这两个信号之间的相位差即可求出空间光调制器的相位调度。本发明的第四个目的是一种标定透射式空间光调制器相位调制度的装置，所述相 位调制度是空间光调制器相位响应与所加电压灰度值之间的关系，其特征在于包括沿主 光轴顺序排列的激光光源(101)，分光镜(102)，第一和第二声光频移器(103、108)，第一 和第二可调光阑(104、109)，第一和第二反射镜(105、110)，第一和第二光束扩束准直系统 (106,107和111、112)，线性起偏器(113)，透射式空间光调制器(120)，检偏器(116)，第 一和第二分光棱镜(114、117)，第一和第二光电二极管(118、119)，所述的激光光源输出激 光束经过分光镜(10 分束后，其中一束光入射到第一声光频移器(103)，第一声光频移 器(10 输出的光束经第一可调光阑(104)选出声光调制器输出的指定级次衍射光为参 考光束；另一束光入射到第二声光频移器(108)，该第二声光频移器(108)的输出光经第 二可调光阑(109)选出声光调制器的指定级次衍射光为测量光束，测量光束被第二反射镜
(110)反射的光束经两个透镜(111、11幻组成的第一扩束准直镜扩束，然后经过线性起偏 器(11 后，变换为线偏振光，该线偏振光的一部分通过透射式空间光调制器(120)的第一部分再通过检偏器(116)、第一分光棱镜(114)和第二分光棱镜(117)之后，与顺序经过第 二反射镜(105)、第二扩束准直镜(106、107)、第一分光棱镜(114)和第二分光棱镜(117) 的参考光束一起入射到第一光电二极管(118)并发生干涉；透射式空间光调制器(120)的 第一部分的写入的灰度恒是0;测量光束的另一部分光经过透射式空间光调制器(120)的 第二部分透射，所述空间光调制器的第二部分是空间光调制器的除了指定的第一部分之外 的其他区域，所述空间光调制器的第二部分的写入的灰度值变化范围是0 255，测量光束 经过空间光调制器的第二部分的透射光再通过检偏器(116)、第二分光棱镜(117)之后，与 参考光束一起入射到第二光电二极管(119)，并发生干涉；围绕光轴旋转起偏器(11 和检 偏器(116)，改变起偏器(11 的透光轴和检偏器(116)的透光轴之间的夹角，使经检偏器 透射出的光波强度不随相位调制度而变化且相位调制度最大，两个光电二极管(118、119) 的接收信号分别为参考信号和待测信号，直接求出这两个信号之间的相位差即可求出空间 光调制器的相位调度，第一和第二声光频移器的中心频率具有设定数值的频率差。
图1是外差干涉相位检测原理图。图2是反射式空间光调制器测量原理示意图。图3是透射式空间光调制器测量原理示意图。图4是空间光调制器输入图像的灰度值示意图。图5是相位调制图灰度值与空间光调制器透射率之间的关系曲线。图6是示波器显示的待测信号和参考信号图。图7是AD8302在测量模式下的相位差的理想响应特性曲线。图8是相位调制度与灰度之间的关系图。图中101为光源，102为分光镜，103为声光频移器一，104为可调光阑一，105为反 射镜一，106为透镜一，107为透镜二，108为声光频移器二，109为可调光阑二，110为反射镜 二，111为透镜三，112为透镜四，113为起偏器，114为分光棱镜一，115为反射式空间光调制 器，116为检偏器，117为分光棱镜二，118为光电二极管一，119为光电二极管二，120为透射 式空间光调制器，121为分光镜二，122为待测物体。
具体实施例方式下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述。附图1是外差干涉相位检测原理图，图中102、121为分光镜，119为光电二极管， 122为待测物体。一束频率为Qci的光束入射于测量面的某一点，一束频率为(Coc^Co1)的 光束入射到另一点，反射后两束光在至少有《工频率宽度的光电探测器(一般为光电二级 管)上合成，探测器响应是光波复振幅和的平方。表示为i [ ξ iCOS ω 0t+ ξ 2cos (( ω 0+ ω 工)t+ Φ ) ]2 (1)其中ξ工和ξ 2分别表示两束光的振幅，略去公式(1)的直流分量，其交流分量简 化为iξ ！ ξ 2οο8(ω1 +Φ) (2)上式中的i是由探测器测出的交流信号，它反映了干涉场中各点随时间变化的交流光强信号，其被测的光学相位差Φ原先是由光学载频( IO13Hz)所载运，而现在由电子 信号( IO6Hz)所运载。在干涉场上放置两个光电探测器，一个位于基准点( ，处，称 为基准探测器，其输出信号作为比对的基准信号i ( ，％，t)，另一个位于干涉场中的某待测 点(Xi，yi)处，称为测试探测器，其输出信号为测试信号i(Xi，yi，t)。利用后续的高精度外差 拍频相位检测电路系统，就可以求得被测点(Xi，yi)相对于基准点(X(l，y。)的相位差Δ Φ。附图2是反射式空间光调制器测量原理示意图。如图所示，光源101输出的光波 经分光镜102分束后，其中入射到声光频移器一 103上的为参考光束，另一路入射到声光频 移器二 108为测量光束，两个声光频移器的中心频率略有差别，可调光阑104、109用来选择 声光调制器的+1衍射光；测量光束由反射镜110反射的光经两个透镜111、112扩束准直并 经过线性起偏器113后，变成线偏振光，该线偏振光透过分光棱镜114，其中一部分光经反 射式空间光调制器115的下半部分(其写入的灰度值恒为0)反射，再通过检偏器116、分 光棱镜117之后，与顺序经过反射镜105、扩束准直镜106和107、分光棱镜114、检偏器116 和分光棱镜117的参考光束一起入射到光电二极管118并发生干涉，此时在光电二极管处 接收到光场的光强随时间以正弦方式变化，而其频率为测量光束和参考光束频率的外差拍 频；测量光束的另一部分光经过SLM的上半部分(其写入的灰度值变化范围是0 255)反 射，再通过检偏器116、分光棱镜117之后，与参考光束一起入射到光电二极管119，并发生 干涉。起偏器113和检偏器116的作用是确保入射光波为线偏光，并且在线偏光入射的情 况下反射式空间光调制器115工作在相位调制状态。附图3是透射式空间光调制器测量原理示意图。如图所示，光源101输出的光波 经分光镜102分束后，一束光进入声光频移器103，另一束光进入声光频移器108，出射后的 两束光波分别被可调光阑104和109选择+1级衍射光。由反射镜110反射的光经透镜三 111、透镜四112扩束准直后通过起偏器113使得光波以线偏光入射到透射式空间光调制器 120，光波经过透射式空间光调制120后，再经过一片检偏器116，起偏器113和检偏器116 的作用是确保入射光波为线偏光，并且在线偏光入射的情况下透射式空间光调制器120工 作在相位调制状态。通过透射式空间光调制器120下半部分的光波与被反射镜105反射的 另一频率的光波通过分光棱镜一 114、分光棱镜二 117 —起入射到光电二极管一 118 ；通过 透射式空间光调制器120上半部分的光波与被反射镜105反射的另一频率的光波通过分光 棱镜一 114、分光棱镜二 117 —起入射到光电二极管一 119。为了求出空间光调制器上显示的灰度值与偏移相位之间的对应关系，首先设置成 阶梯分布的驱动灰度，空间光调制器输入图像的灰度值如附图4所示。写入空间光调制器 的是上半部分灰度为实时可调，视为测试信号，其灰度值变化范围是0 255 ；下半部分灰 度值恒为0，视为参考信号。由于SLM对不同灰度图案的相位响应不同，因此两束频率不同的光表示为U1 = Α^χρ [ ( ω c+ ω ^ t+ Φ 0] (3)U2 = A2expi [ ( ω c+ ω 2) t+ Φ J (4)其中，GJ1 = 2 π f\，ω2 = 2 π f2，各位声光移频器的圆频率；ω。为入射激光的圆频 率。Φ C1为SLM灰度为0时的相位调制度，Cti为SLM某一灰度时的相位调制度。那么，干涉 场的光强为I = (U^U2) (UJU2) * (5)
= A12+A22+2A1A2cos ( Δ ω t+ Δ φ )式中Δ ω = GJ1-CO2是两束光的频率差，即拍频，Δ φ = Φ厂Φ ^是待测相位。在常规干涉法中Aw = 0，所以Δ φ转化为与时间无关的光强分布，即干涉条纹。 相位测量的精度极大程度的依赖于干涉条纹图的质量。在光外差干涉中Aw兴0，由(6)式 可见干涉光场的任意一点的光强都以拍频随时间以正弦方式变化，其相位正是待测相 位Δφ。光外差技术采用的拍频较低，使之处于光电探测器的频率响应范围之内。干涉光 场的光强变化经光电探测器转化为与光强对应的电流(或电压)信号，去掉直流成分得i α cos ( Δ ω t+ Δ φ ) (6)这样，光的相位检测最终转化为拍频电信号的相位检测。空间光调制器工作在相位调制的状态下，光波入射到SLM之前放置一个起偏器， 以使得入射到SLM上的光为线偏光，SLM后面放置一个检偏器，围绕光轴旋转起偏器和检偏 器之间的夹角，可使SLM工作在相位调制状态，此时经检偏器透射出的光强基本不随写入 SLM的图像灰度值，即相位调制度的变化而变化。一组在不同夹角下的经检偏器后的光强透 过率实际测量曲线如附图5所示，从图中三条曲线可以看到当角度为160°时，透过率基本 不随相位调制图的灰度值改变而变化，而在其他角度例如20°和90°时，透过率随着灰度 值的变换变化明显，无法满足相位型空间光调制器的工作要求。附图6是用示波器显示的待测信号和参考信号图。其中上半部分为测试信号，下 半部分为参考信号。(a)图是测试信号的灰度值为10，(b)图是测试信号的灰度值为M0。 由图可见，当输入空间光调制器图像的灰度值不同时，空间光调制器的相位调制度就不同， 外差拍频信号也自然不同。因此可根据参考信号和测试信号利用相位计算电路系统直接求 解出空间光调制器的相位调制信息。与已有的发明和技术相比，本发明具有以下优点在传统的干涉方法中，要想获得相位信息必须先采集到干涉条纹图，如果参考光 和测量光的光强差别比较大，就会引起条纹对比度下降，降低测量精度，此外在求解的过程 中还需要涉及条纹分析和图像处理，因此比较耗时。本发明的方法不需要采集干涉条纹图， 而是利用外差拍频直接探测相位，即使参考光和测量光的光强相差不相等，甚至相差较大， 也不会影响测量结果。所以这种方法不仅精度高，而且速度快。根据光电二极管接收到的参考信号和待测信号，本发明设计了一套实现实时高精 度外差拍频相位检测的电路系统。传统的幅度、相位差、阻抗测量需要采用多个中小规模集 成电路，不仅电路复杂，测量精度低，而且适用的频率范围窄，只能测量低频或中频信号。本 发明采用美国ADI公司推出的AD8302芯片进行相位测量电路设计。AD8302内含两个精密匹配宽带对数检波器、一个相位检波器、输出放大器组、一个 偏置单元和一个输出参考电压缓冲器等，能同时测量从低频到2. 7GHz频率范围内的两个 输入信号之间的幅度比和相位差。该器件将精密匹配的两个对数检波器集成在一块芯片 上，因而可将误差源及相关温度漂移减小到最低限度。AD8302的幅度和相位测量原理主要基于对数放大器的对数压缩功能，其一般数学 表达式为Vout = VSLPlog(V1N/Vz) (7)其中，Vin为输入电压，Vz为截距，Vslp为斜率。
AD8302正是利用上述对数放大器的对数压缩原理，并通过精密匹配的两个宽带对 数检波器来实现对两输入通道信号的幅度和相位的测量，其幅度和相位测量方程式如下Vmag = Vslp log (VinaAinb) (8)Vphs = νφ[Φ (Vina) - Φ (Vinb) ] (9)其中，Vina和Vinb分别为A、B两通道的输入信号幅度，Vslp为斜率，Vmag为幅度比较 输出；Φ (Vina)和Φ (Vinb)分别为待测信号和参考信号的输入相位，Vtc为斜率，Vphs为相位 比较输出。当AD8302进入测量模式并且工作在默认的斜率和中心点上时相位差灵敏度Vtc =IOmV/° 。AD8302在测量模式下的相位差的响应特性曲线如附图7所示，具有180° 的相位差范围。该相位差范围既可以是0° +180° (以90°为中心)，也可以是 0° -180° (以-90°为中心)。根据AD8302的相位差响应特性曲线在0° -180°和 在0° +180°时的斜率不同，即可判定两个被测信号的相位差为正或者为负。这样就可 以通过输出的电压直接得到SLM的相位响应。附图8是SLM相位调制度与灰度之间的关系图，其中横坐标为输入的灰度值，纵坐 标是SLM的相位调制度。由图可见，当所加的灰度值为255时，SLM的相位调制度达到2 π。
权利要求
1.一种标定反射式空间光调制器相位调制度的方法，所述相位调制度是反射式空间光 调制器相位响应与所加电压(灰度值)之间的关系，其特征在于利用光外差干涉技术，来 探测相位调制度，标定反射式空间光调制器的方法包括以下步骤将激光束分成两束光后， 其中一束光经过第一频移器(10 移频后，用第一可调光阑(104)选择第一频移器(103) 输出的指定级次衍射光作为参考光束，参考光束顺序经过第一扩束准直镜组(106、107)、 第一分光棱镜(114)、检偏器(116)和第二分光棱镜(117)与测量光束混合产生干涉；激 光束分光生成的另一束光入射到第二频移器(108)移频后，用第二可调光阑(109)来选择 第二频移器(108)输出的指定级次衍射光作为测量光束，测量光束经由第二扩束准直透镜 组(111、112)并经过线性起偏器(113)变换为线偏振光，线偏振的测量光束透过第一分光 棱镜(114)，其中一部分光经反射式空间光调制器(115)的第一部分区域反射，该部分区域 的写入的灰度值是0，再次通过分光棱镜(117)分光和检偏器(116)后，与经过第一分光棱 镜(114)、检偏器(116)和第二分光棱镜(117)的参考光束一起入射到第一光电器件(118) 并发生干涉，在光电二极管处接收到光场的光强随时间以正弦方式变化，而其频率为测量 光束和参考光束频率的外差拍频；测量光束的另一部分光经过空间光调制器的第二部分 反射，所述空间光调制器的第二部分是空间光调制器的除了指定的第一部分之外的其他区 域，所述空间光调制器的第二部分的写入的灰度值变化范围是0 255，测量光束经过空间 光调制器的第二部分的反射光再通过检偏器(116)、第二分光棱镜(117)之后，与参考光束 一起入射到第二光电器件(119)，并发生干涉；两个光电器件(118、119)的接收信号分别为 参考信号和待测信号，计算出这两个信号之间的相位差即求出空间光调制器的相位调度。 第一和第二频移器的中心频率具有设定数值的频率差。
2.一种标定透射式空间光调制器相位调制度的方法，所述相位调制度是空间光调制器 相位响应与所加电压灰度值之间的关系，其特征在于利用光外差干涉技术，来探测相位调 制度，标定透射式空间光调制器的方法包括以下步骤将激光束分成两束光后，其中一束光 经过第一频移器(10 移频后，用第一可调光阑(104)选择第一频移器输出的指定级次衍 射光作为参考光束，参考光束顺序经过第一扩束准直镜组(106、107)、第一分光棱镜(114) 和第二分光棱镜(117)与测量光束混合产生干涉；激光束分光生成的另一束光入射到第二 频移器(108)移频后，用第二可调光阑(109)来选择第二频移器输出的指定级次衍射光作 为测量光束，测量光束经由第二扩束准直透镜组(111、11幻并经过线性起偏器(11 变换 为线偏振光，线偏振的测量光束通过透射式空间光调制器(120)、检偏器(116)后入射到第 一分光棱镜(114)，所述的测量光束的部分光穿过透射式空间光调制器(120)的第一部分 区域，该部分区域的写入的灰度值是0，再次通过分光棱镜(117)分光后，与经过第一分光 棱镜(114)、第二分光棱镜(117)的参考光束一起入射到第一光电器件(118)并发生干涉， 在光电器件处接收到光场的光强随时间以正弦方式变化，而其频率为测量光束和参考光束 频率的外差拍频；测量光束的另一部分光经过空间光调制器的第二部分透射，所述空间光 调制器的第二部分是空间光调制器的除了指定的第一部分之外的其他区域，所述空间光调 制器的第二部分的写入的灰度值变化范围是0 255，测量光束经过空间光调制器的第二 部分的透射光通过第二分光棱镜(117)之后，与参考光束一起入射到第二光电器件(119)， 并发生干涉；两个光电器件(118、119)的接收信号分别为参考信号和待测信号，计算出这 两个信号之间的相位差即求出空间光调制器的相位调度，第一和第二频移器的中心频率具有设定数值的频率差。
3.如权利要求1或2所述的测量空间光调制器相位调制信息的方法，所述的光外差拍 频由两个工作频率有指定差别的第一和第二频移器对激光器分束后的两束光产生频移，再 由这两束频率不同的光波干涉产生，且此拍频的大小在光电器件的探测范围之内。
4.一种标定反射式空间光调制器相位调制度的装置，所述相位调制度是空间光调制器 相位响应与所加电压灰度值之间的关系，其特征在于包括沿主光轴顺序排列的激光光源 (101)，分光镜(102)，第一和第二频移器(103、108)，第一和第二可调光阑(104、109)，第一 和第二反射镜(105、110)，第一和第二光束扩束准直系统(106、107和111、112)，线性起偏 器(113)，空间光调制器(115)，检偏器(116)，第一和第二分光棱镜(114、117)，第一和第 二光电器件(118、119)，所述的激光光源输出激光束经过分光镜(10 分束后，其中一束光 入射到第一频移器(103)，第一频移器(10 输出的光束经第一可调光阑(104)选出第一 频移器输出的指定级次衍射光为参考光束，另一束光入射到第二频移器(108)，该第二频移 器(108)的输出光经第二可调光阑(109)选出第二频移器输出的指定级次衍射光为测量 光束，测量光束被第二反射镜(110)反射的光束经两个透镜(111、11幻组成的第一扩束准 直镜扩束，然后经过线性起偏器(11 后，变换为线偏振光，该线偏振光透过第一分光棱镜(114)，其中一部分光经反射式空间光调制器(115)的第一部分反射，反射式空间光调制器(115)的第一部分写入的灰度值为0，再通过检偏器(116)、第二分光棱镜(117)之后，与顺 序经过第二反射镜(105)、第二扩束准直镜(106、107)、第一分光棱镜(114)、检偏器(116) 和第二分光棱镜(117)的参考光束一起入射到第一光电器件(118)并发生干涉；测量光束 的另一部分光经过反射式空间光调制器的第二部分反射，再通过检偏器(116)、第二分光棱 镜(117)之后，与参考光束一起入射到第二光电器件(119)，并发生干涉。反射式空间光调 制器的第二部分写入的灰度值变化范围是0 255，反射式空间光调制器的第二部分是除 空间光调制器第一部分之外的其余区域；围绕光轴旋转起偏器(11 和检偏器(116)，改变 起偏器(113)的透光轴和检偏器(116)的透光轴之间的夹角，使经检偏器透射出的光波强 度不随相位调制度而变化且相位调制度最大。两个光电器件(118、119)的接受信号分别为 参考信号和待测信号，直接由这两个信号之间的相位差即求出空间光调制器的相位调度。
5.一种标定透射式空间光调制器相位调制度的装置，所述相位调制度是空间光调制器 相位响应与所加电压灰度值之间的关系，其特征在于包括沿主光轴顺序排列的激光光源 (101)，分光镜(102)，第一和第二频移器(103、108)，第一和第二可调光阑(104、109)，第一 和第二反射镜(105、110)，第一和第二光束扩束准直系统(106、107和111、112)，线性起偏 器(113)，透射式空间光调制器(120)，检偏器(116)，第一和第二分光棱镜(114、117)，第一 和第二光电二极管(118、119)，所述的激光光源输出激光束经过分光镜(10 分束后，其中 一束光入射到第一频移器(103)，第一频移器(10 输出的光束经第一可调光阑(104)选出 第一频移器输出的指定级次衍射光为参考光束；另一束光入射到第二频移器(108)，该第 二频移器(108)的输出光经第二可调光阑(109)选出第二频移器输出的指定级次衍射光为 测量光束，测量光束被第二反射镜(110)反射的光束经两个透镜(111、11幻组成的第一扩 束准直镜扩束，然后经过线性起偏器(11 后，变换为线偏振光，该线偏振光的一部分通过 透射式空间光调制器(120)的第一部分再通过检偏器(116)、第一分光棱镜(114)和第二分 光棱镜(117)之后，与顺序经过第二反射镜(105)、第二扩束准直镜(106、107)、第一分光棱镜(114)和第二分光棱镜(117)的参考光束一起入射到第一光电器件(118)并发生干涉； 透射式空间光调制器(120)的第一部分的写入的灰度是0;测量光束的另一部分光经过透 射式空间光调制器(120)的第二部分透射，所述空间光调制器的第二部分是空间光调制器 的除了指定的第一部分之外的其他区域，所述空间光调制器的第二部分的写入的灰度值变 化范围是0 255，测量光束经过空间光调制器的第二部分的透射光再通过检偏器(116)、 第二分光棱镜(117)之后，与参考光束一起入射到第二光电器件(119)，并发生干涉；围绕 光轴旋转起偏器(11 和检偏器(116)，改变起偏器(11 的透光轴和检偏器(116)的透光 轴之间的夹角，使经检偏器透射出的光波强度不随相位调制度而变化且相位调制度最大， 两个光电器件(118、119)的接收信号分别为参考信号和待测信号，直接求出这两个信号之 间的相位差即求出空间光调制器的相位调度，第一和第二频移器的中心频率具有设定数值 的频率差。
全文摘要
本发明公开了一种标定空间光调制器相位调制度的方法。该方法利用光外差干涉技术，来探测相位调制信息。通过声光频移器使两束相干光波的频率产生一个频差，分别作为测量光束和参考光束，再把空间光调制器有效显示区域一分为二，一部分写入的灰度值始终为0，视为参考区域；另一部分灰度值变化范围是0～255，视为测试区域。测量光束分别被参考区域和测试区域的空间光调制器所调制再与参考光发生干涉后，在干涉场用两个光电探测器分别探测参考信号和被测信号，在干涉场用两个光电探测器分别探测参考信号和被测信号，二者之间的相位差就是待测的相位调制度，由此即可建立灰度值与相位调制度之间的对应关系，从而标定空间光调制器的相位调制度。
文档编号G02F1/11GK102109414SQ20101058815
公开日2011年6月29日 申请日期2010年12月15日 优先权日2010年12月15日
发明者李 东, 王瑞松, 田劲东, 胡名西 申请人:深圳大学