如何利用液晶空間光調(diào)制器生成高精度光波面？

空間光調(diào)制器是一種可以調(diào)制光波空間分布的裝置。一般來說，空間光調(diào)制器由許多獨(dú)立單元組成，這些單元在空間中排列成一維或二維陣列結(jié)構(gòu)。每個(gè)單元獨(dú)立接收光信號或電信號的控制，并改變空間接收光的振幅或強(qiáng)度、相位和偏振。

由于液晶的優(yōu)良特性，液晶空間光調(diào)制器（LC-SLM）被廣泛應(yīng)用于自適應(yīng)光學(xué)、衍射光學(xué)元件、光學(xué)測試等領(lǐng)域。近年來，由于液晶顯示和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展以及液晶材料的豐富，電尋址液晶空間光調(diào)制器作為波前校正器件在自適應(yīng)光學(xué)中的應(yīng)用受到越來越多的關(guān)注。因此，電尋址 LC-SLM 在實(shí)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)的高分辨率波前控制方面具有巨大潛力。

反射式 LC-SLM 的典型結(jié)構(gòu)

LC-SLM 提供了一種靈活的方法，可借助加載在其上的灰度圖案調(diào)制光的相位。然而，由于SLM中液晶層的非線性和不均勻響應(yīng)，調(diào)制相位曲線的精度相對較低。為了提高LC-SLM 在波前生成方面的性能，需要對非線性和非均勻相位響應(yīng)進(jìn)行有效的校準(zhǔn)和補(bǔ)償。相位響應(yīng)校準(zhǔn)是測量相對于施加電壓（灰度）的相位調(diào)制曲線。

基于衍射的方法示意圖

一般來說，相位調(diào)制特性的測量方法可分為干涉法和衍射法兩類。干涉測量的相位調(diào)制特性的測量主要取決于條紋圖案的位移，但兩個(gè)光束在干涉之前必須在空氣中行進(jìn)很長的路徑，機(jī)械振動、空氣湍流等環(huán)境因素會引起其光程差的變化，導(dǎo)致條紋圖案的采集波動較大。衍射方法主要基于由相全息圖在其焦平面上產(chǎn)生的衍射圖的輻照度測量.強(qiáng)度傳輸可以很好地抑制環(huán)境振動和空氣湍流的影響，但從相位提取的角度來看，相位估計(jì)的操作過程更為復(fù)雜。

雙縫干涉測量的光學(xué)設(shè)置

一般來說，與透射型 LC-SLM 相比，反射型 LC-SLM 在純相位調(diào)制中的應(yīng)用更為廣泛。原因在于反射式結(jié)構(gòu)允許入射光束在 LC 層上移動兩次，從而獲得雙倍調(diào)制深度。然而，由于硅代工廠拋光工藝的限制，反射型硅襯底或背板會產(chǎn)生靜態(tài)像差，導(dǎo)致 SLM 的空間響應(yīng)不均勻。要解決這一問題并確保反射式 LC-SLM 的相位調(diào)制精度，就必須精確測量和補(bǔ)償靜態(tài)像差。近年來，人們提出了多種方法來完成這項(xiàng)任務(wù)。這些方法也可分為兩類--基于衍射的方法和基于干涉測量的方法。

基于迭代相位檢索的靜態(tài)像差測量的光學(xué)設(shè)置

本期推送論文詳細(xì)介紹了測量LC-SLM相位調(diào)制曲線的新方法。該測量LC-SLM背板引起的靜態(tài)像差的方法對非線性響應(yīng)和靜態(tài)像差這兩個(gè)因素進(jìn)行了全面研究，同時(shí)，也介紹了一種基于LC-SLM自生成光柵的相位校準(zhǔn)方法。此外，還引入了隨機(jī)移相干涉測量法來測量反射式SLM的靜態(tài)像差。在相位校準(zhǔn)和靜態(tài)像差補(bǔ)償?shù)膸椭?，LC-SLM 重建波面的質(zhì)量大大提高。該論文研究基于SLM型號為UPOLabs的液晶空間光調(diào)制器HDSLM80R，作者為西安交通大學(xué)趙自新老師。

審核編輯：劉清