泰曼格林干涉儀測量液晶空間光調(diào)制器的相位調(diào)制特性_百度

1、第卷第期年月中國激光（）。文章編號：（）泰曼一格林干涉儀測量液晶空問光調(diào)制器的相位調(diào)制特性張洪鑫張健吳麗瑩，哈爾濱工業(yè)大學(xué)超精密光電儀器丁程研究所黑龍江哈爾濱、哈爾濱理大學(xué)機械動力工程學(xué)院。黑龍江哈爾濱摘要為了評價美同公司反射式×純相位液品空間光調(diào)制器（。，）的性能提出利用泰曼一格林十涉儀對相位涮制特性進行干涉測螢。實驗結(jié)果表明，液晶空間光調(diào)制器的相位隨厭度旱非線性分布，利用反插值法建訌線性查找表校正了器件的非線性。非線性度由原來的減小到；中心與邊緣的相位調(diào)制，在同一灰度級最大相位差達。中心相髓調(diào)制均方根誤差是邊緣的倍，說明該器件存在相位調(diào)制的小均勻性，中心相位誤差較人。在波前控制應(yīng)

2、給予校。關(guān)鍵詞測量；牽日光調(diào)制器；泰曼格林下涉儀；相訌調(diào)制中圖分類號文獻標識碼：，。，×（），；引言空間光調(diào)制器（。）是可以實時編程的衍射器件，它能夠在町變的電驅(qū)動信號或光驅(qū)動信號的控制下，改變空間光分布的相位、振幅或偏振態(tài)。由于空間光調(diào)制器具有體積小、空間分辨率高、功耗低、光能損耗小和町編程控制等優(yōu)點，尤其是對光波方向和空間分布的控制表現(xiàn)出獨有的優(yōu)勢一，因此在光互聯(lián)、光計算、光存儲、光學(xué)計量、激光光鑷、可編程控制透鏡和自適應(yīng)光學(xué)等方面具有極大的應(yīng)用價值。收稿日期：一；收到修改稿日期：作者簡介：張洪鑫（一）。女，吉林人，博士研究生主要從事光電測試和光信息處理方面的研究。：導(dǎo)師簡介：張

3、?。ㄒ唬?，男，江蘇人，教授，博十生導(dǎo)師，主要從事光電精密測量和宅問光信息處理方面的研究。：期張洪鑫等：泰曼一格林干涉儀測量液晶空間光調(diào)制器的相位調(diào)制特性美國公司的反射式×純相位液晶空間光調(diào)制器（），其光學(xué)特性主要表現(xiàn)為相位調(diào)制特性。由于不同空間光調(diào)制器結(jié)構(gòu)上的差異，相位調(diào)制特性也各不相同，因此在使用之前必須對器件進行測量和標定。目前已經(jīng)有一些較成熟的方法，如利用雙縫干涉儀、馬赫一曾德爾干涉儀、徑向剪切干涉儀口引、邁克耳孫干涉儀口和數(shù)字相移干涉儀等對空間光調(diào)制器的相位調(diào)制特性進行測量。前三種方法更適合于測量透射式空間光調(diào)制器；而數(shù)字相移干涉儀，雖然測量精度高，但所需成本也更高。本文提出

4、采用泰曼一格林干涉儀測量液晶空間光調(diào)制器的相位調(diào)制特性引。泰曼一格林干涉儀是邁克耳孫干涉儀的改型，由于液晶空間光調(diào)制器適用于激光波長，因此可以省略邁克耳孫干涉儀光路中的補償板。液晶空間光調(diào)制器的相位調(diào)制特性液晶空間光調(diào)制器利用向列相液晶的電控雙折圖反射式空間光調(diào)制器示意圖射效應(yīng)，能夠?qū)θ肷涔猱a(chǎn)生一定的相位延遲，但需夾在兩個偏振片之間工作，如圖所示。光在液晶中傳播會發(fā)生雙折射，非常光的折射率為卵。，尋常光的折射率為以。，非常光方向平行于軸，即為液晶分子方向。起偏器與檢偏器的偏振方向與軸的夾角分別為妒和她。根據(jù)瓊斯矩陣【“引，光經(jīng)過起偏器、液晶空間光調(diào)制器和檢偏器后，強度透射率為丁百。（咖妒）（驢

5、一咖）盧。（化驢）。（咖一妒。）丟盧。（咖妒）。（咖一咖），式中為雙折射系數(shù)。相位延遲為艿一盧忑再萬寒舞等肄等篙麓篙告忑薩麗。（）保持起偏器和檢偏器的偏振方向均平行于軸，即幽覷，當(dāng)給液晶層施加電壓時，液晶空間光調(diào)制器的強度透射率一，相位延遲為艿。（）一，（）式中為液晶層的厚度，為入射光的波長。由于向列相液晶是平行排列的，液晶分子不發(fā)生扭曲，因此垂直于液晶層表面外加電壓時，液晶空間光調(diào)制器能夠產(chǎn)生純相位調(diào)制引。測量原理液晶空間光調(diào)制器的每一個像素是可以獨立編程控制的，制造商將器件的驅(qū)動電壓映射為計算機顯示的灰度值，可以由計算機將灰度變化范圍在的位位圖加載到液晶空間光調(diào)制器的驅(qū)動器中。位圖的灰度值

6、與施加到像素單元的驅(qū)動電壓相對應(yīng)，因此相位調(diào)制特性就是確定相位延遲與計算機灰度級之間的對應(yīng)關(guān)系。泰曼一格林干涉儀的實驗光路如圖所示，波長為的激光束通過起偏器，被分束器（）分為二束光，經(jīng)參考鏡反射回來的一束光與空間光調(diào)制器反射的另一束光會聚到分束器，通過檢偏器發(fā)生干涉。將放置在透鏡的像平面采集干涉條紋。圖泰曼一格林干涉儀光路圖當(dāng)給液晶空間光調(diào)制器加載如圖（）所示的階梯灰度時，干涉條紋產(chǎn)生了對應(yīng)的相對移動，相移與干涉條紋相對移動量的關(guān)系為中國激光艿一（），（）式中為十涉條紋的相對移動繢。為涉條紋的周期寬度。 圖灰度圖與對應(yīng)的干涉條紋實驗結(jié)果圖是空光調(diào)制器強度透射率隨灰度級變化的曲線。曲線的均方根（

7、）值為，這表明液晶空光調(diào)制器在純相位調(diào)制模式下伴隨的振幅調(diào)制非常小，可忽略。圖是。的相位調(diào)制特性曲線，最大相位調(diào)制達到，并且對應(yīng)和的灰度范圍相位呈非線性分布，在灰度范圍內(nèi)相位曲線的非線性度達到。由于卒間光調(diào)制器為動態(tài)衍射器件，通常要求它工作在相位為的線性區(qū)域，因此必須對該器件相位調(diào)制的非線性進行校正。堂皇曼量屯量嗣重圖強度透射率隨灰度級變化曲線在圖曲線中找到灰度范圍為對應(yīng)的比較平滑的相位曲線。在個灰度級上對應(yīng)的相位調(diào)制。采反插值法建立線性查找表。確定實際灰度值在內(nèi)與計算灰度值在之間的對應(yīng)關(guān)系，如圖所示。利用該杏找表可以實現(xiàn)戶輸入端灰度級與器件相位調(diào)制的線性對應(yīng)父系。圖相垃調(diào)制特性曲線宅己一九罌

8、高三圖計算灰度值與實際厭度值的對應(yīng)關(guān)系圖線性相位調(diào)制特性曲線校正的相位特性曲線如圖所示。通過組測量數(shù)據(jù)得到相位調(diào)制范圍為，非線性度減，是原相位曲線的，可見利用線性查找表能夠明顯改善相位調(diào)制的非線性。相位曲線相對理想值的均方根誤差平均波動范圍為，如圖所示，表明該器件的相位調(diào)制能滿足一定的精度要求。為了評價相化調(diào)制的不均勻性，加載如圖（），（）所示的灰度圖，分別得到液晶空間光調(diào)制器期張洪鑫等：泰曼一格林干涉儀測量液晶空間光調(diào)制器的相位調(diào)制特性圖相位調(diào)制均方根誤差曲線圖中心與邊緣相位調(diào)制特性曲線圖中心與邊緣相位調(diào)制均方根誤差曲線工作孔徑上中心與邊緣的相位曲線，如圖所示。中心與邊緣的相位曲線出現(xiàn)了偏差

9、，在同一灰度級最大相位差達到【。進一步分析圖中心與邊緣相位調(diào)制量偏離理想值的均方根誤差分布曲線，得出中心的均方根誤差為，邊緣的均方根誤差為，中心相位誤差是邊緣的倍。實驗結(jié)果表明，液晶空間光調(diào)制器的相位調(diào)制具有不均勻性，中心的相位誤差較大，主要是由反射基板的固有誤差造成的，因此在波前控制等應(yīng)用中必須對器件的固有誤差進行校正。結(jié)論利用泰曼一格林干涉儀測量了液晶空間光調(diào)制器的相位調(diào)制特性。該器件實際的相位調(diào)制范圍為，相位隨灰度級呈非線性分布，非線性度達到。利用反插值法建立了線性查找表，在范圍內(nèi)實現(xiàn)了相位調(diào)制與灰度級的線性關(guān)系，非線性度減至，表明利用線性查找表能夠明顯改善相位調(diào)制的非線性。該器件中心與

10、邊緣的相位調(diào)制，在同一灰度級最大相位差達到，中心相位調(diào)制偏離理想值的均方根誤差是邊緣的倍，說明空間光調(diào)制器的相位調(diào)制不均勻，中心的相位誤差較大。對于綜合評價液晶空間光調(diào)制器的相位特性和相位調(diào)制不均勻性，泰曼一格林干涉儀是一種簡單有效的方法。參考文獻。，。，（）：，。（）：，（）：劉伯晗張健純相位空間光調(diào)制器動態(tài)控制光束偏轉(zhuǎn)中國激光。，（）：，（）：劉伯晗吳麗瑩。張健一種用于衍射光元件優(yōu)化設(shè)計的快速算法的研究光學(xué)學(xué)報。，（）：，。矗，（）：，。（）：，。（）：，。（）：。（）。（）：陳懷新，隋展陳禎培等利用液晶電視（）的光學(xué)調(diào)制特性及其應(yīng)用中國激光。（）：。（）：，。，口囂皇盤孟中國激光卷（）。，（）：】趙曉風(fēng)李大海陳禎培利用徑向剪切下涉法測鼉液晶審問光調(diào)制器的位相凋制特性四