純相位型空間光調制器的振幅調制方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及光學技術領域，尤其涉及一種純相位型空間光調制器的無相位耦合振 幅調制和相位與振幅相互獨立的聯合調制方法及裝置。
【背景技術】
[0002] 空間光調制器是一種能夠對空間光束進行調制的器件，用于將待處理的原始信息 處理成所要求的形式。空間光調制器由一系列獨立的單元組成，其每個單元可以通過輸入 電信號或光信號對系統的光信號進行調制，并根據控制輸入信號改變其自身的光學特性， 從而實現對空間光波的調制，這些單元也稱為像素。
[0003] 根據尋址方式的不同，空間光調制器可分為電尋址空間光調制器和光尋址空間光 調制器，其中電尋址空間光調制器通過一對電極把電信號加載到調制器上，光尋址空間光 調制器則可以把光學信號的光強分布轉換成電荷的分布或折射率的分布等。根據輸出光的 輸出方式不同，空間光調制器可以分為反射式空間光調制器和透射式空間光調制器，其中 透射式空間光調制器的輸入光與輸出光在調制器兩側(如圖1(a)所示），反射式空間光調制 器的輸入光與輸出光在調制器同側(如圖1(b)所示）。本發明即可用于透射型也可用于反射 型。
[0004] 空間光調制器主要應用于成像、投影、光束分束、激光束整形、相干波前調制、相位 調制、光學鑷子、全息投影、激光脈沖整形等，是實時光學信息處理，自適應光學和光計算等 現代光學領域的關鍵器件。空間光調制器的性能在很大程度上影響和決定了這些領域的實 用價值和發展前景，而且也是各種光學系統中成本占比很高的光學器件，調制方法是影響 其在各光學技術的實際應用中的重要影響因素。空間光調制器的材料大多為液晶，其基本 調制原理為，通過改變加載在液晶兩端的電壓值，改變液晶的空間結構，從而改變液晶的折 射率，使得進入液晶的光束產生相位、振幅以及偏振態的變化。根據入射光的偏振狀態，空 間光調制器可工作在振幅模式、相位模式，以及振幅/相位混合模式下（如圖2所示）。其中振 幅模式只調制光波的振幅，相位模式只調制光波的相位，混合型模式同時對振幅和相位進 行調制。然而混合型空間光調制器在對振幅和相位進行調制時，二者之間有耦合關系，即調 制振幅時相位隨著改變，調制相位時振幅亦隨著改變，因此難以實現單個空間光調制器同 時且獨立地對振幅和相位分別進行調制。
【發明內容】
[0005] 針對現有技術中的缺陷，本發明提供一種純相位型空間光調制器的振幅調制方法 及裝置，可以解決現有技術中無法實現單個空間光調制器同時且獨立地對振幅和相位分別 進行調制的問題。
[0006] 第一方面，本發明提供了一種純相位型空間光調制器的振幅調制方法，所述方法 包括：
[0007] 獲取所述空間光調制器像素的數量Ntcltal*Mtcltal，將其分為多個子區域;N tQtal表示 像素總行數，Mtotal表示像素總列數；
[0008] 各子區域的像素數量為N*M，將該N*M個像素隨機劃分為多個1*2調制單元；
[0009] 對所述調制單元中的兩個相鄰像素的入射光相位進行調制，通過該相鄰像素輸出 光的干涉疊加或干涉抵消實現調制單元的無相位耦合振幅調制的同時，可以采用該空間光 調制器原有的相位調制模式對輸入光進行純相位調制；
[0010] 經過子區域上的各個調制單元之間的幅值相互調制，從而實現所述空間光調制器 上的多個灰度等級的調制。
[0011] 可選地，所述空間光調制器在實現純相位調制和無相位耦合振幅調制的步驟中 采用以下表達式對每個像素的入射光相位進行調制：
[0012] Etj = Am cos(rrf + φ? + φ? +φ])；
[0013]式中，Ει謙示經過第i個像素調制后的輸出光丄表示待調制光的振幅；ω表示待 調制光的角頻率；％表示待調制光的初始相位；的表示該像素用于振幅調制所需要的調制 相位；巧為該像素用于相位調制所需要的調制相位。
[0014] 可選地，所述空間光調制器在實現無相位耦合振幅調制的步驟中，調制單元各像 素輸出光波上任意一點的振動狀態米用以下表達式表不： 「 ， ￡, = A^co^oJt ^φ,,+φ,) _
[0015] ^ ； 二/^ + 奶} + )
[0016] 式中，E1和E2表示該調制單元的兩個相鄰像素調制后的輸出光;六》表示待調制光的 振幅；ω表示待調制光的角頻率；灼表示待調制光的初始相位；約和於表示該調制單元的 兩個相鄰像素用于振幅調制所需要的調制相位。
[0017] 可選地，所述空間光調制器在實現無相位耦合振幅調制的步驟中，調制單元輸出 光的合幅值、初相位、灰度值分別采用以下公式表示：
[0018]
[0019] 式中，Atclt表示所述調制單元輸出光的合振幅；^?表示所述調制單元輸出光的初 相位；It。*表示所述調制單元輸出光的灰度值;六》表示待調制光的振幅；ω表示待調制光的 角頻率；約和約表示該調制單元的兩個相鄰像素用于振幅調制所需要的調制相位。
[0020] 可選地，所述子區域上的各個調制單元之間的幅值相互調制時，該子區域上可以 實現(Ν*Μ)/2+1個灰度等級的控制。
[0021] 第二方面，本發明實施例還提供了一種純相位型空間光調制器的振幅調制裝置， 所述裝置包括：
[0022]子區域獲取模塊，用于獲取所述空間光調制器像素的數量Ntcltal*Mtcltal，將其分為 多個子區域;Ntotal表示像素總行數，Mtcltal表示像素總列數；
[0023]調制單元獲取模塊，用于將子區域隨機劃分為多個1*2調制單元，所述子區域的像 素數量為N*M;
[0024]幅值調制模塊，用于對所述調制單元中的兩個相鄰像素的入射光相位進行調制， 通過該相鄰像素輸出光的干涉疊加或干涉抵消實現調制單元的無相位耦合振幅調制的同 時，可以采用該空間光調制器原有的相位調制模式對輸入光進行純相位調制；
[0025] 灰度調制模塊，用于對所述子區域上的各個調制單元之間的幅值相互調制，從而 實現所述空間光調制器上的多個灰度等級的調制。
[0026] 可選地，所述幅值調制模塊實現純相位調制和無相位耦合的振幅調制時，采用以 下表達式對每個像素的入射光相位進行調制：
[0027] Eg = Am cos(ml+ φα +φι+φ])\
[0028] 式中，表示經過第i個像素調制后的輸出光;六》表示待調制光的振幅；ω表示待 調制光的角頻率；％表示待調制光的初始相位；鈣表示該像素用于振幅調制所需要的調制 相位；Α為該像素用于相位調制所需要的調制相位。
[0029] 由上述技術方案可知，本發明對調制單元中的兩個相鄰像素的入射光相位進行調 制，通過該相鄰像素輸出光的干涉疊加或干涉抵消實現調制單元的無相位耦合振幅調制的 同時，可以采用該空間光調制器原有的相位調制模式對輸入光進行純相位調制。本發明在 現有硬件基礎上不需要添加其他器件，不僅可以使純相位型空間光調制器實現純相位調 制和無相位耦合的振幅調制，還可以實現相位與振幅相互獨立的聯合調制。
【附圖說明】
[0030] 通過參考附圖會更加清楚的理解本發明的特征和優點，附圖是示意性的而不應