CN103454073B - 基于4f干涉系统测试空间光调制器调制性能的测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于4F干涉系统测试空间光调制器调制性能的测试装置及方法。本装置包括激光器、偏振片、物镜、针孔、透镜、分光棱镜、反射式液晶空间光调制器、反射镜、两个傅里叶透镜、CCD相机和计算机。两个傅里叶透镜结合构成4F系统，并使空间光调制器的像素与CCD相机的像素一一对应。本发明除了能够测试空间光调制器的相位调制性能外，主要是能够测量空间光调制器的像素间相互串扰，对加载相位型给定的相位分布后SLM像素的实际相位调制量进行测量，分析实际调制量与理论值之间的偏差，并研究相应的矫正方法，以使SLM各像素实际调制量与理论值相符，从而改善全息光电再现像的质量。
Description
技术领域
本发明涉及空间光调制器调制性能测试领域，特别是基于4F干涉系统测试空间光调制器调制性能的测试装置及方法。
背景技术
空间光调制器对全息光电再现像质量的影响往往是多种因素综合的结果，对这些影响因素的综合分析及并提出矫正方法是获得高质量全息光电再现像的重要前提条件。在基于相位调制型空间光调制器的全息光电再现中，空间光调制器对不同波长入射光的调制性能有较大的差异，这种差异是导致相位型给定的相位分布在不同波长光波入射时难以达到理想的调制状态，常表现为再现像面存在零级斑和共轭像的干扰，影响了给定的相位分布的衍射效率和再现像的质量。此外，像素间相互作用对各像素对应的实际相位调制量的影响也不容忽视。这种相互作用容易导致液晶像素的实际相位调制量偏离理论调制量，进而导致相位型给定的相位分布再现时出现零级斑和共轭像，影响全息再现像的质量。
目前，国内外针对空间光调制器相位调制特性的测试方法已有不少研究报道，但是对空间光调制器像素间相互串扰的机理及其测试与矫正方法的研究较少，尚需进行深入研究。
发明内容
本发明的目的是针对空间光调制器像素间相互串扰导致各像素所对应的实际相位调制量偏离所加载相位型给定的相位分布对应像素点的理论相位值，提供一种基于4F干涉系统测试空间光调制器调制性能的测试装置及方法，实现对空间光调制器像素串扰的测量，同时也能测试空间光调制器的相位调制特性。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种基于4F干涉系统测试空间光调制器调制性能的测试装置，包括激光器、偏振片、物镜、针孔、透镜、分光棱镜、反射式液晶空间光调制器、反射镜、第一傅里叶透镜、第二傅里叶透镜、CCD相机和计算机，所述激光器固定在平台上；偏振片置于激光器之后，物镜置于偏振片之后；起滤波作用的针孔置于物镜焦点位置处，并同时处于透镜的焦点位置；激光束通过透镜后得到平行光束；反射式液晶空间光调制器置于第一傅里叶透镜的前焦面，分光棱镜置于反射式液晶空间光调制器和第一傅里叶透镜之间，反射镜置于分光棱镜之后；第一傅里叶透镜的后焦点与第二傅里叶透镜的前焦点重合；CCD相机置于第二傅里叶透镜的后焦面；计算机通过数据线分别与反射式液晶空间光调制器、CCD相机连接。
上述激光器采用波长为632.8nm的红色激光器。
上述第一傅里叶透镜和第二傅里叶透镜构成一个4F系统，并使反射式液晶空间光调制器和CCD相机的像素一一对应。
一种基于4F干涉系统测试空间光调制器调制性能的测试方法，采用上述装置进行测试，操作步骤如下：
1）搭建实验系统，从激光器射出的激光束经过偏振片后入射到物镜进行扩束，并通过针孔滤波后入射到透镜，经透镜准直成平行光束后入射到分光棱镜，分光棱镜将光束分成物光和参考光，物光束入射到反射式液晶空间光调制器，并经反射式液晶空间光调制器反射后穿过分光棱镜入射到第一傅里叶透镜和第二傅里叶透镜构成的4F系统，然后光束入射到CCD相机上；参考光束入射到反射镜上，并经反射镜反射后通过分光棱镜入射到第一傅里叶透镜和第二傅里叶透镜构成的4F系统，然后光束入射到CCD相机上，与物光束发生干涉并通过CCD相机采集干涉图像；
2）空间光调制器相位调制特性的测试：在反射式液晶空间光调制器上加载左半区域灰度值从0到255依次递增，灰度级增量为“1”；右半区域灰度值始终为“0”的序列图像，在CCD相机上采集到256幅干涉图像，分析干涉条纹的移动方向和位移量并计算出物光和参考光受到调制后的位相差的变化量，进而获得反射式液晶空间光调制器的位相调制特性曲线；
3）空间光调制器像素间串扰的测量：在反射式液晶空间光调制器上加载给定的相位分布图，通过CCD相机采集经过调制后的实际相位分布的干涉图，并解之直接获得相位，与理想的调制后的相位分布进行比较，测得反射式液晶空间光调制器的像素串扰。
与现有技术相比，本发明具有如下突出的实质性特点和显著的优点：
本发明除了能够测试空间光调制器的相位调制性能外，主要是能够测量空间光调制器的像素间相互串扰，对加载相位型给定的相位分布后SLM像素的实际相位调制量进行测量，分析实际调制量与理论值之间的偏差，并研究相应的矫正方法，以使SLM各像素实际调制量与理论值相符，从而改善全息光电再现像的质量。
附图说明
图1为基于4F干涉系统测试空间光调制器调制性能的测试装置的结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明技术方案的实施作进一步的详细描述：
如图1所示，一种基于4F干涉系统测试空间光调制器调制性能的测试装置，包括激光器1、偏振片2、物镜3、针孔4、透镜5、分光棱镜6、反射式液晶空间光调制器7、反射镜8、第一傅里叶透镜9、第二傅里叶透镜10、CCD相机11和计算机12，其特征在于，所述激光器1固定在平台上；偏振片2置于激光器1之后，物镜3置于偏振片2之后；起滤波作用的针孔4置于物镜3焦点位置处，并同时处于透镜5的焦点位置；激光束通过透镜5后得到平行光束；反射式液晶空间光调制器7置于第一傅里叶透镜9的前焦面，分光棱镜6置于反射式液晶空间光调制器7和第一傅里叶透镜9之间，反射镜8置于分光棱镜6之后；第一傅里叶透镜9的后焦点与第二傅里叶透镜10的前焦点重合；CCD相机11置于第二傅里叶透镜10的后焦面；计算机12通过数据线分别与反射式液晶空间光调制器7、CCD相机11连接。
本实施例中，计算机12可采用美国AMAX公司生产的SerMaxPSC-2n448核个人超级计算机，带有TeslaC2075GPU计算处理器。
本实施例中，激光器1采用的是波长为632.8nm的红色激光器（其他波长的可见光同样适合本装置）。
本实施例中，CCD相机11是采用Apogee公司生产的高性能制冷相机系统AscentA8050，阵列大小3296×2472，像素尺寸5.5μm×5.5μm，成像面积18.1mm×13.6mm。
本实施例中，反射式液晶空间光调制器7是采用HOLOEYE公司生产的PLUTO纯相位型反射式液晶空间光调制器，阵列大小1920×1080，像素尺寸8.0μm，成像面积15.36mm×8.64mm。
一种基于4F干涉系统测试空间光调制器调制性能的测试方法，采用上述装置，其具体操作步骤是：
1）搭建实验系统，从激光器1射出的激光束经过偏振片2后入射到物镜3进行扩束，并通过针孔4滤波后入射到透镜5，经透镜5准直成平行光束后入射到分光棱镜6，分光棱镜6将光束分成物光和参考光，物光束入射到反射式液晶空间光调制器7，并经反射式液晶空间光调制器7反射后穿过分光棱镜6入射到第一傅里叶透镜9和第二傅里叶透镜10构成的4F系统，然后光束入射到CCD相机11上；参考光束入射到反射镜8上，并经反射镜8反射后通过分光棱镜6入射到第一傅里叶透镜9和第二傅里叶透镜10构成的4F系统，然后光束入射到CCD相机11上，与物光束发生干涉并通过CCD相机11采集干涉图像；
2）空间光调制器相位调制特性的测量：在反射式液晶空间光调制器7上加载左半区域灰度值从0到255依次递增灰度级增量为“1”，右半区域灰度值始终为“0”的序列图像，在CCD相机11上可以采集到256幅干涉图像，分析干涉条纹的移动方向和位移量可计算出两束光线受到调制后的相位差的变化量，进而获得反射式液晶空间光调制器7的相位调制特性曲线；
3）空间光调制器像素间串扰的测量：在反射式液晶空间光调制器7上加载给定的相位分布，通过CCD相机11采集经过调制后的实际相位分布的干涉图，并解之直接获得相位，与理想调制后的相位分布进行比较，可以测得反射式液晶空间光调制器7的像素串扰。
Claims (1)
1.一种基于4F干涉系统测试空间光调制器调制性能的测试方法，采用的测试装置包括激光器（1）、偏振片（2）、物镜（3）、针孔（4）、透镜（5）、分光棱镜（6）、反射式液晶空间光调制器（7）、反射镜（8）、第一傅里叶透镜（9）、第二傅里叶透镜（10）、CCD相机（11）和计算机（12），其特征在于，所述激光器（1）固定在平台上；偏振片（2）置于激光器（1）之后，物镜（3）置于偏振片（2）之后；起滤波作用的针孔（4）置于物镜（3）焦点位置处，并同时处于透镜（5）的焦点位置；激光束通过透镜（5）后得到平行光束；反射式液晶空间光调制器（7）置于第一傅里叶透镜（9）的前焦面，分光棱镜（6）置于反射式液晶空间光调制器（7）和第一傅里叶透镜（9）之间，反射镜（8）置于分光棱镜（6）之后；第一傅里叶透镜（9）的后焦点与第二傅里叶透镜（10）的前焦点重合；CCD相机（11）置于第二傅里叶透镜（10）的后焦面；计算机（12）通过数据线分别与反射式液晶空间光调制器（7）、CCD相机（11）连接，其特征在于该方法的具体操作步骤如下：
1）搭建实验系统，从激光器（1）射出的激光束经过偏振片（2）后入射到物镜（3）进行扩束，并通过针孔（4）滤波后入射到透镜（5），经透镜（5）准直成平行光束后入射到分光棱镜（6），分光棱镜（6）将光束分成物光和参考光，物光束入射到反射式液晶空间光调制器（7），并经反射式液晶空间光调制器（7）反射后穿过分光棱镜（6）入射到第一傅里叶透镜（9）和第二傅里叶透镜（10）构成的4F系统，然后光束入射到CCD相机（11）上；参考光束入射到反射镜（8）上，并经反射镜（8）反射后通过分光棱镜（6）入射到第一傅里叶透镜（9）和第二傅里叶透镜（10）构成的4F系统，然后光束入射到CCD相机（11）上，与物光束发生干涉并通过CCD相机（11）采集干涉图像；
2）空间光调制器相位调制特性的测试：在反射式液晶空间光调制器（7）上加载左半区域灰度值从0到255依次递增，灰度级增量为“1”；右半区域灰度值始终为“0”的序列图像，在CCD相机（11）上采集到256幅干涉图像，分析干涉条纹的移动方向和位移量并计算出物光和参考光受到调制后的位相差的变化量，进而获得反射式液晶空间光调制器（7）的位相调制特性曲线；
3）空间光调制器像素间串扰的测量：在反射式液晶空间光调制器（7）上加载给定的相位分布图，通过CCD相机（11）采集经过调制后的实际相位分布的干涉图，并解之直接获得相位，与理想的调制后的相位分布进行比较，测得反射式液晶空间光调制器（7）的像素串扰。
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