相位型空间光调制器的自参考标定方法

李儒佳， 高云晖， 曹良才

(清华大学 精密仪器系，北京 海淀100084)

1 引 言

相位型空间光调制器(SLM)是一种可以对光的相位信息进行定量调控的数字器件，其被应用于诸多领域，如全息三维显示[1-3]、波前传感相位成像[4-6]、光操控[7-8]等。由于SLM调制面板每层材料对环境变化的响应不同、有限加工精度导致的液晶层厚度分布不均、液晶对调制电压的非线性响应等潜在因素，实际使用SLM进行相位调制时具有调制误差[9-11]。同时，由于SLM通过改变e光等效折射率调制相位，当SLM实际工作波长与预设工作波长不同时，相同的折射率也会调制出不同的相位。为了获得准确的相位调制，需要对SLM进行标定。

SLM的标定方法本质上是测量相位的方法。为此可使用传统的相位恢复算法[12-13]，通过衍射强度信息迭代求解相位。相位恢复是一个优化问题，所得到的解是迭代产生的近似解。同时，由强度信息求解复振幅信息的过程是一个病态过程，利用含有噪声的实验数据求解时迭代计算的鲁棒性不强。因而，利用相位恢复的方法还无法高效定量地标定SLM的调制相位。同时，可利用 SLM的调制能力来模拟光学元件，如光栅[14]、菲涅尔波带片[15]等，通过测量所模拟的光学元件的傅立叶频谱强度变化，求解器件的调制相位变化。这种标定方法可定量地获得调制相位，光路抗干扰性强。但由于模拟一个完整的光学元件需要一定数量的SLM像素，通过该方法难以获得较高空间分辨率的测量结果。

干涉法利用干涉图记录相位信息，通过分析干涉图定量的求解相位。……