液晶空间光调制器常用的校准测量方式

不同的LCOS所能调制的范围不同，因此在使用之前，需要对每个LCOS都进行调制性能的标定。主要测量方法有功率计探测法、马赫—曾德干涉方法、径向剪切干涉方法、泰曼格林干涉方法、双孔干涉方法等。下面简单介绍几种。

功率计直接探测法

图1

功率计直接探测法的原理图如图1所示，激光经准直扩束后照射在非偏振分束片上，其中透射光经LCOS调制后反射，反射光经反射镜反射后作为参考光，与待测的 LCOS调制后的光发生干涉后被功率计接收，记录光强的变化。测试方法非常简单，但是由于照射光不是严格的平行光，干涉后的光强较难保证完全均匀，导致测量结果精度不高，而且得到的相位调制特性结果为整个LCOS液晶层表面的平均结果，无法通过该方法得到液晶层特定表面的调制结果。

马赫-曾德干涉方法

图2

马赫-曾德干涉方法原理图如图2所示。激光经过第一个BS后将光分成两路，一路光由反射镜反射到第二个BS，另一路光透过液晶空间光调制器发生调制后，与参考光干涉。得到的干涉条纹的相对移动量即为液晶空间光调制器的相位调制量。马赫-曾德干涉仪通过计算干涉图的相对移动来得到液晶空间光调制器的相位调制情况。马赫-曾德干涉基于干涉原理进行测量，但是由于装置需要的参考光为严格的平面波，对实验装置的稳定性要求较高，此外该方法适用于测量透射式液晶空间光调制器。

径向剪切干涉方法

径向剪切干涉方法工作原理图如图3所示，该方法通过对液晶空间光调制器调制后的波面与本身错位后放大和缩小的波面产生干涉条纹，通过迭代算法分析得到干涉条纹，以得到液晶空间光调制器的相位调制特性。

图3

在剪切干涉光路中，将放大的波面作为参考光，避免了引入额外参考光所带来的误差，保持了系统的稳定性，具有较高的精度。在记录干涉条纹的过程中， 针对整个波面进行记录，只需要一幅干涉图即可。但缺点是若放大的波面畸变比较大时，将无法被视为平面波，干涉条纹将较为复杂，不利于后续的实验结果处理。

上海昊量光电设备有限公司代理的Meadowlark Optics 的硅基液晶 (LCoS) 空间光调制器 (SLM) 采用模拟电压寻址，4096（12bit）个模拟寻址电压级次，保证绝佳的线性度和相位准确性，专为纯相位应用而设计。可以提供高速的响应时间和高相位稳定性。

许多用于表征和校正像差的算法都基于Zernike多项式。然而，对圆形孔径的依赖不适用于描述正方形或矩形阵列的像差。美国Meadowlark Optics公司已经开发了基于SLM的干涉子孔径的替代方案，以确保SLM的有效通光区域上的像差可以被校正到λ/ 40或更好。如下图所示， 矫正后的MLO空间光调制器波前像差（波前畸变）变得很低。

a）原始的1920 x 1200像素SLM波前（λ/ 7 RMS）（b）应用了像差校正的波前（λ/ 20 RMS）（c）未应用校正的像差曲面图。（d）应用校正后的像差曲面图。

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