CN105158934B - 一种基于空间光调制器的可调光阑 - Google Patents

一种基于空间光调制器的可调光阑 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种基于空间光调制器的可调光阑。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。通过在空间光调制器上加载光阑灰度图实现了光阑可调。光阑灰度图由两部分组成，中间部分对光的相位调制为0，周围部分对光的相位调制为π。通过改变中间灰度图的像素大小来调节光阑的大小。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。

Description

一种基于空间光调制器的可调光阑
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M 1×N 1）的灰度为a，周围部分（像素数为(M×N-M 1×N 1)）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m 1×n 1，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M 1和N 1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≤M 1≤M，0≤N 1≤N。当M 1=0，N 1=0时，可调光阑为全关状态；当M 1=M，N 1=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d 1≥m且d 1≥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：
（1）偏振分光棱镜1、（2） 空间光调制器、（3）偏振分光棱镜2、（4）灰度值为a的灰度图、（5）灰度值为b的灰度图。
应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。
具体实施方式
下面详细说明本发明提出的一种基于空间光调制器的可调光阑的实施例，对本发明进行进一步的描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
本发明的一个实施例为，采用为波长为λ=633nm的红色平面光束，空间光调制器的像素数为1920×1080，相面大小为 15.36mm×8.64mm。附图3为当波长为λ=633nm时，空间光调制器的相位调制变化图。从图中可以看到，当输入灰度值为8的灰度图时，空间光调制器的相位调制为0，当输入灰度值为75的灰度图时，空间光调制器的相位调制为π。按照本发明提出的方法制作光阑灰度图，使中间部分的灰度值为8，周围部分的灰度值为75，附图4(a)-(d)是当中间部分灰度图的像素大小分别为100×100、300×300、500×500和700×700时的光阑灰度图。将光阑灰度图加载到空间光调制器上，并按附图1所示使用两个偏振分光棱镜调节光的偏振状态，便可在偏振分光棱镜2后面看到四个不同大小的红色光斑。

Claims (3)

1.一种基于空间光调制器的可调光阑，其特征在于，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，空间光调制器的调制类型为纯相位型调制；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，其像素数为M×N；其中，中间部分的像素数为M 1×N 1，灰度为a；周围部分的像素数为M×N-M 1×N 1，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m 1×n 1，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M 1和N 1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。
2.根据权利要求1所述的一种基于空间光调制器的可调光阑，其特征在于，光阑灰度图的中间部分像素数满足0≦M 1≦M，0≦N 1≦N，当M 1=0，N 1=0时，光阑为全关状态；当M 1=M，N 1=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。
3.根据权利要求1所述的一种基于空间光调制器的可调光阑，其特征在于，偏振分光棱镜1和偏振分光棱镜2型号相同，边长d 1≥m且d 1≥n。
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