CN112924032A - 用于透射式空间光调制器相位和偏振调制特性的检测方法 - Google Patents

用于透射式空间光调制器相位和偏振调制特性的检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明适用于空间光调制器的测试应用领域，公开了用于透射式空间光调制器相位和偏振调制特性的检测方法，包括如下步骤：通过光路系统输出结构光和参考光，改变光路系统的第二偏振片的角度以使结构光和参考光干涉形成干涉条纹；采集干涉条纹图像；重复上述步骤，直至得到清晰的干涉条纹图像，根据第二偏振片的角度判断结构光的偏振状态，并确定调制器对入射光的偏振调制特性；通过图像处理相关的轮廓处理以及中心线提取方法得到干涉条纹曲线；在获得清晰的干涉条纹图像基础上，改变空间光调制器的灰度值，获取新的干涉条纹曲线，采用相位模型转换的方法计算出灰度相位曲线；该检测方法能够快速便捷地检测透射式空间光调制器相位和偏振调制特性。

Description

用于透射式空间光调制器相位和偏振调制特性的检测方法
技术领域
本发明涉及空间光调制器的测试应用技术领域，尤其涉及一种用于透射式空间光调制器相位和偏振调制特性的检测方法。
背景技术
空间光调制器是一种对光波光场进行调制的器件，可对光束的相位、强度以及偏振进行一维或二维分布的实时空间调制，广泛应用于光信息处理、光束变换和输出显示等领域。透射式空间光调制器属于空间光调制器的一种，在可变电信号的驱动下对入射光场的振幅进行调制。除了振幅调制外，透射式空间光调制器由于电压改变，液晶折射率变化，也会对入射光场会有部分相位调制。检测这种相位调制量常用的测量方法有干涉法和入射至波前分析仪检测相位变化。波前分析仪精密且价格昂贵，干涉法所需元件简单便宜，但是现有技术中，采用干涉法测量经过透射式空间光调制器光束的偏振和相位的方式较为复杂，测试速度慢，因此需要提供一种快速便捷的测量方法测量经过透射式空间光调制器光束的偏振和相位。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于透射式空间光调制器相位和偏振调制特性的检测方法，其能够快速便捷的测量经过透射式空间光调制器光束的偏振和相位。
为达到上述目的，本发明提供的方案是：
用于透射式空间光调制器相位和偏振调制特性的检测方法，包括如下步骤：
步骤S10，搭建光路系统，通过所述光路系统输出结构光和参考光，改变所述光路系统的第二偏振片的角度以使所述结构光和所述参考光干涉形成干涉条纹；
步骤S20，采集所述干涉条纹图像；
步骤S30，重复步骤S10和步骤S20，直至得到清晰的干涉条纹图像，根据第二偏振片的角度判断结构光的偏振状态，并确定空间光调制器对入射光的偏振调制特性；
步骤S40，通过图像处理相关的轮廓处理以及中心线提取方法得到干涉条纹曲线；
步骤S50，在获得清晰的干涉条纹图像基础上，改变空间光调制器的灰度值，获取新的干涉条纹曲线，采用相位模型转换的方法计算出灰度相位曲线，所述相位模型转换满足以下关系式：
Figure BDA0002926589030000021
其中，∧为条纹周期，
Figure BDA0002926589030000022
为相位调制量；δ为条纹平移量。
优选地，所述光路系统包括激光扩束单元、第一偏振片、四分之一波分片、第一分光棱镜、起偏器、空间光调制器、第一反射镜、第二反射镜、第二偏振片、衰减片和第二分光棱镜；经所述激光扩束单元扩束后的光束经所述第一偏振片，第一偏振片输出偏振度更高的线偏光，所述线偏光入射到所述四分之一波分片，所述四分之一波分片输出圆偏光，所述圆偏光照射到所述第一分光棱镜上，被分为两束传播方向互相垂直的第一圆偏光束和第二圆偏光束；所述第一圆偏光束经过所述起偏器照射到所述空间光调制器，经过所述空间光调制器调制后的第一圆偏光束由第一反射镜射入所述第二分光棱镜，作为结构光；所述第二圆偏光束由第二反射镜射入所述第二偏振片，并经所述衰减片衰减后射入所述第二分光棱镜，作为参考光；所述结构光和所述参考光于所述第二分光棱镜处汇合发生干涉形成干涉条纹。
优选地，所述步骤S10中，通过改变所述第二偏振片的角度调整参考光之外，还通过加配衰减片对参考光进行调整。
优选地，所述步骤S20中，通过电荷耦合元件采集所述干涉条纹图像。
本发明提供的用于透射式空间光调制器相位和偏振调制特性的检测方法能够快速便捷地检测透射式空间光调制器相位和偏振调制特性，且搭建的光路系统调整参考光的方式简单可靠，有利于提高检测速度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的用于透射式空间光调制器相位和偏振调制特性的检测方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的光路系统的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的清晰的干涉条纹图像；
图4是本发明实施例提供的不清晰的干涉条纹图像；
图5是本发明实施例提供的空间光调制器加载黑白图案示例图；
图6是本发明实施例提供的干涉条纹曲线示例图。
附图标号说明：
1、激光扩束单元；2、第一偏振片；3、四分之一波分片；4、第一分光棱镜；5、起偏器；6、空间光调制器；7、第一反射镜；8、第二反射镜；9、第二偏振片；10、衰减片；11、第二分光棱镜。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
还需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
请参阅图1-图6，本发明实施例的一种用于透射式空间光调制器相位和偏振调制特性的检测方法，包括以下步骤：
步骤S10，搭建光路系统，通过光路系统输出结构光和参考光，改变光路系统的第二偏振片9的角度以使结构光和参考光干涉形成干涉条纹；
光路系统包括激光扩束单元1、第一偏振片2、四分之一波分片3、第一分光棱镜4、起偏器5、空间光调制器6、第一反射镜7、第二反射镜8、第二偏振片9、衰减片10和第二分光棱镜11，经激光扩束单元1扩束后的光束经第一偏振片2，第一偏振片2输出偏振度更高的线偏光，线偏光入射到四分之一波分片3，所述四分之一波分片3输出圆偏光，圆偏光照射到所述第一分光棱镜4上，被分为两束互相垂直的第一圆偏光束和第二圆偏光束，所述第一圆偏光束经过起偏器5照射到所述空间光调制器6，经过所述空间光调制器6调制后的第一圆偏光束由第一反射镜7射入所述第二分光棱镜11，作为结构光，第二圆偏光束由第二反射镜8射入第二偏振片9，并经衰减片10衰减后射入第二分光棱镜11，作为参考光，结构光和参考光于第二分光棱镜11处汇合发生干涉形成干涉条纹。
可选地，衰减片10可根据实际情况选择不同透过率的衰减片10。
步骤S20，利用电荷耦合元件采集干涉条纹图像。
步骤S30，重复步骤S10和步骤S20，直至得到清晰的干涉条纹图像，根据第二偏振片9的角度判断结构光的偏振状态，并确定空间光调制器6对入射光的偏振调制特性。
请参阅图3和图4，可以理解地，只有入射光与偏振片的偏振角度一致，参考光和结构光产生的干涉条纹才是清晰，此时，干涉条纹边缘没有杂光，条纹明显。
优选地，步骤S30中，改变第二偏振片9的角度，同时加配衰减片10对参考光进行调整。
步骤S40，通过图像处理相关的轮廓处理以及中心线提取方法得到干涉条纹曲线。
步骤S50，在获得清晰的干涉条纹图像基础上，改变空间光调制器6的灰度值，获取新的干涉条纹曲线，采用相位模型转换的方法计算出灰度相位曲线，从而确定空间光调制器6的相位调制特性，所述相位模型转换满足以下关系式：
Figure BDA0002926589030000051
其中，∧为条纹周期，
Figure BDA0002926589030000052
为相位调制量；δ为条纹平移量。
如图5所示，空间光调制器6加载黑白图案，灰度图由两部分组成，一半黑一半白，灰度为0呈现出全黑状态，灰度为255呈现出全白。激光光斑照在空间光调制器6中心，这样光斑一半通过黑色区域，一半通过白色区域，如果黑白区域相位不同，会在中间产生一条分界线，左右的条纹位置会有所改变，如果黑色部分的灰度逐渐发生变化，例如，黑色部分逐渐变白，则相位逐渐变化，可以看到有一半的条纹是在移动的(如图6所示，右边干涉条纹从上往下位移了δ距离)，这时，可以根据左右两条条纹的相对偏移量δ和条纹间距∧(如图6所示，左边两条干涉条纹之间的距离为∧)来计算相位改变量，如果条纹正好移动了一个周期，即分开后继续移动，左右条纹重合在了一起，则说明相位改变了2π。
本发明实施例的用于透射式空间光调制器相位和偏振调制特性的检测方法能够快速便捷地检测透射式空间光调制器相位和偏振调制特性。而且其搭建的光路系统调整参考光的方式简单可靠，有利于提高检测速度。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.用于透射式空间光调制器相位和偏振调制特性的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S10，搭建光路系统，通过所述光路系统输出结构光和参考光，改变所述光路系统的第二偏振片的角度以使所述结构光和所述参考光干涉形成干涉条纹；
步骤S20，采集所述干涉条纹图像；
步骤S30，重复步骤S10和步骤S20，直至得到清晰的干涉条纹图像，根据第二偏振片的角度判断结构光的偏振状态，并确定空间光调制器对入射光的偏振调制特性；
步骤S40，通过图像处理相关的轮廓处理以及中心线提取方法得到干涉条纹曲线；
步骤S50，在获得清晰的干涉条纹图像基础上，改变空间光调制器的灰度值，获取新的干涉条纹曲线，采用相位模型转换的方法计算出灰度相位曲线，所述相位模型转换满足以下关系式：
Figure FDA0002926589020000011
其中，∧为条纹周期，
Figure FDA0002926589020000012
为相位调制量；δ为条纹平移量。
2.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述光路系统包括激光扩束单元、第一偏振片、四分之一波分片、第一分光棱镜、起偏器、空间光调制器、第一反射镜、第二反射镜、第二偏振片、衰减片和第二分光棱镜；经所述激光扩束单元扩束后的光束经所述第一偏振片，第一偏振片输出偏振度更高的线偏光，所述线偏光入射到所述四分之一波分片，所述四分之一波分片输出圆偏光，所述圆偏光照射到所述第一分光棱镜上，被分为两束传播方向互相垂直的第一圆偏光束和第二圆偏光束；所述第一圆偏光束经过所述起偏器照射到所述空间光调制器，经过所述空间光调制器调制后的第一圆偏光束第一反射镜射入所述第二分光棱镜，作为结构光；所述第二圆偏光束由第二反射镜射入所述第二偏振片，并经所述衰减片衰减后射入所述第二分光棱镜，作为参考光；所述结构光和所述参考光于所述第二分光棱镜处汇合发生干涉形成干涉条纹。
3.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述步骤S10中，通过改变所述第二偏振片的角度调整参考光之外，还通过加配衰减片对参考光进行调整。
4.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述步骤S20中，通过电荷耦合元件采集所述干涉条纹图像。
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