液晶空间光调制器的同步移相共光路干涉技术
空间光调制器原理
空间光调制器原理
空间光调制器是一种利用光的相位、强度或偏振进行光信号调制的设备。
它可以将电信号转换为光信号，并对光信号进行调制，实现光通信、光传感、光计算和光存储等应用。
空间光调制器的原理可以分为两类：光学调制器和光电调制器。
光学调制器是利用物质的光学非线性效应来实现光信号调制的。
通过在光学材料中加入控制电场，可以改变材料的折射率、吸收系数或光学路径长度，从而实现对光信号的调制。
常用的光学调制器包括Mach-Zehnder插入波导调制器和热光调制器等。
光电调制器则是利用光电效应来实现光信号调制的。
光电调制器通常由光探测器和电调制器两部分组成。
光探测器将光信号转化为电信号，而电调制器则利用电信号对光信号进行调制。
常用的光电调制器包括光电晶体管、光电导和光电效应晶体等。
空间光调制器在光通信系统中起着重要的作用。
它可以将电信号转换为光信号，并调制光信号的相位、强度或偏振，实现光信号的编码、解码和传输。
同时，空间光调制器还可以用于光存储和光计算等领域，广泛应用于光学信息处理、光学传感和光纤通信等领域。
总之，空间光调制器是一种重要的光学器件，它通过光学调制或光电调制的方式对光信号进行调制，用于实现光通信、光传感、光计算和光存储等应用。
第7讲移相干涉术
取=-3，-，，3
包裹相位
位相由反正切运算而来，只能得到位相的主值
位相展开
位相展开的方法很多，已有专著出版，至今仍是热门研究课题
移相器校正
I ( ) a a1 cos a2 sin
取5步： I5-I1
I4-I2
于是
PZT的开环测量和标定
接 触 式 干 涉 仪
电压-位移曲线的测试标定
1. 移相器及移相干涉术
移相器闭环校正方法—FFT方法
移相干涉软件系统
Zygo的软件系统
应用举例—一等量块测试
应用举例—立方体楔角测试
a1x+b1y+c1z+d=0 a2x+b2y+c2z+d=0 n1=(a1,b1,c1) n2=(a2,b2,c2)
= n1 · n2 /(| n1 || n2 |)
= / [2(n-1)]
应用举例—光盘基片测试
使用红外干涉仪
移相式干涉仪的应用举例
的应用举例
刻蚀硅片
CCD阵列
移相式干涉仪的应用举例
硅片表面微观结构
硅片被面微观结构
ZYGO干涉仪光路
WYKO干涉仪光路
移相干涉的特点
数字化、定量化、数据量大 测量精度高、重复性好 波面可用数学表达式拟和 减小震动等环境因素的影响 消除系统误差的影响 应用广泛
移相干涉术的关键技术
移相器 移相算法 波面展开(phase unwrapping) 移相误差的消除
150，平面，立式
南京理工大学研制，2004年获江苏省科技进步二等奖
国产数字干涉仪
空间光调制器的相位调制特性
空间光调制器的相位调制特性作者：贺腾李建强王辉安俊鑫来源：《价值工程》2017年第03期摘要：载波的相位对其参考相位的偏离值随调制信号的瞬时值成比例变化的调制方式，称为相位调制，或称调相。
本文拟采用杨氏干涉装置，测量其相位调制特性。
具体内容包括搭建杨氏干涉光路，完成数据的采集以及实现干涉条纹的处理，得到相位调制特性。
Abstract： The phase modulation or phase refers to a modulation way in which the carrier phase will proportionally change along with the instantaneous value of the modulated signal to the reference phase deviation value modulation. This paper plans to use Young's interference device to measure the phase modulation characteristic. The specific contents include building Young's interference light path， completing the data collection， and achieving the process of interference fringes， obtaining the phase modulation characteristics.关键词：相位调制；杨氏干涉；干涉条纹Key words： phase modulation；Young's interference；interference fringe中图分类号：TN761 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）03-0120-020 引言空间光调制器是一种对光波的光场分布进行调制的元件，广泛地应用于光信息处理、光束变换、输出显示等诸多应用领域。
空间光调制器 入射光 非平行光
空间光调制器入射光非平行光空间光调制器是一种能够控制光的相位、振幅或极化状态的器件。
它通常由一个光学晶体或半导体材料制成，利用外加电压来改变光传播中的折射率，从而实现光的调制。
空间光调制器常用于光通信、光信息处理和光计算等领域。
它具有调制速度快、带宽高、噪声低等优点，因此在光纤通信系统中被广泛应用。
当入射光为非平行光时，即光束的入射角度不等于0度时，空间光调制器仍然可以正常工作。
然而，非平行光的入射会引入一些额外的问题和挑战。
首先，非平行光的入射会导致光束在空间光调制器中出现偏移。
这是由于光在空间光调制器内部传播时，会受到晶体的非线性折射率变化的影响，导致光线发生弯曲。
这种偏移现象对于一些需要高精度定位的应用来说是一个重要的问题，需要通过调整器件结构或采用补偿措施来解决。
其次，非平行光的入射会引入光束的散斑效应。
散斑是光束经过不规则结构或介质时产生的干涉现象，会导致光的相位和振幅分布不均匀。
在光调制过程中，散斑效应会降低调制的效果，并增加系统的噪声。
因此，需要对非平行光的散斑效应进行精确的建模和校正。
除了上述问题之外，非平行光的入射还会导致光在空间光调制器中的传播路径变长，从而增加光的传播损耗。
这是由于非平行光的入射角度增加，光束在晶体中的传播距离也相应增加。
为了降低传播损耗，可以选择合适的晶体材料，优化器件结构，或者采用增益介质来增强光传播的强度。
总之，非平行光的入射对空间光调制器的性能和表现会产生一定的影响。
为了解决这些问题，需要采取适当的措施和方法，包括优化设备结构、改善材料性能、设计合理的校正算法等。
通过克服这些挑战，空间光调制器可以更好地应用于实际的光学系统中，为光通信和光信息处理领域的发展提供支持。
液晶相位调制器的工作原理
液晶相位调制器的工作原理液晶分子是带有极性的分子，具有两个基本方向：沿长轴方向排列（homeotropic orientation）和平行于平面排列（planar orientation）。
当没有电场施加在液晶相位调制器上时，液晶分子倾向于保持均匀分布并平行于光路。
这种状态下，液晶会引起光的相位延迟，光束通过液晶时将发生相位差。
当在液晶相位调制器上施加电场时，液晶分子将受到电场的影响而发生排列改变。
当电场方向与液晶分子的方向相同时，液晶分子会倾向于与电场平行排列。
当电场方向与液晶分子的方向垂直时，液晶分子会倾向于与电场垂直排列。
在液晶相位调制器中，光束通过液晶层时，被分成两个正交的振动方向的光束。
这两束光受到液晶分子排列的影响，光的相位差将发生变化。
假设入射光波为A*cos(ωt)，光束沿水平方向传播为I1*cos(ωt)和沿竖直方向传播为I2*cos(ωt+Δφ)，其中Δφ是相位差。
当没有电场施加在液晶相位调制器上时，液晶分子平行排列，光束通过液晶后的相位差为Δφ0，可将Δφ0表示为：Δφ0=2πd(nh-nl)/λ ，其中d是液晶层的厚度，nh和nl分别是液晶在两种排列状态下的折射率。
当施加电场时，液晶分子从平行排列转变为垂直排列，相位差会发生变化，记为ΔφE。
ΔφE与电场的强度和施加时间成正比。
ΔφE=2π(d/λ)eVtcos(θ)/ √(K1^2sin^2θ+K3^2cos^2θ) ，其中e 是电子电荷，V是电场电压，t是电场作用时间，θ是外部旋转电场与垂直方向的夹角，K1和K3是与液晶分子排列方向有关的弹性常数。
通过控制施加在液晶相位调制器上的电场强度和施加的时间，可以调节光的相位差。
通过添加适当的偏振片，可以将相位调制后的光转换为具有特定偏振方向的线偏振光。
液晶空间光调制器
液晶空间光调制器简介液晶空间光调制器（Liquid Crystal Spatial Light Modulator，简称LC-SLM）是一种基于液晶技术的光学器件，用于在光路中对光进行调制、调控和控制。
它利用液晶材料在电场的作用下产生折射率变化以及光学相位调制效应，可以实现空间分布上的光学信号调制。
液晶空间光调制器在广泛的光学和光电领域中有着重要的应用，如激光显示、光场计算、光学存储等。
工作原理液晶空间光调制器的工作原理基于液晶材料的电光效应和相位调制效应。
当施加电场时，液晶分子将进行重新排列，从而改变光的传播特性。
常见的液晶材料一般是向列相、螺旋相或拧曲相，电场的作用可以使液晶分子在空间上排列有序，从而产生局部折射率变化，从而实现对光信号的空间调制。
液晶空间光调制器通常由透明的玻璃基板、液晶层和透明电极组成。
通过在电极上施加电压，可以改变液晶材料的折射率，从而实现对光的调制。
根据电场的分布和电压的大小，液晶空间光调制器可以实现不同程度的相位调制，从而实现对光波的相位变化。
应用领域液晶空间光调制器在许多光学和光电设备中有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：光学显示液晶空间光调制器在光学显示设备中起着重要的作用。
通过控制液晶分子的排列，可以实现光的透射、反射和吸收等特性的调制。
液晶空间光调制器常用于液晶显示器、投影仪和头戴式显示设备中，可以实现高对比度、高分辨率的图像显示效果。
光场计算液晶空间光调制器可以模拟和重构光场，用于光学衍射、干涉和焦平面调制等应用。
通过改变液晶材料的相位和振幅分布，可以实现光学信号的空间调制和光学信号的重构，从而实现光学计算和光学信息处理。
光学存储液晶空间光调制器在光学存储领域也有着广泛的应用。
通过控制液晶材料的相位和振幅分布，可以实现光学存储介质中信息的读取和写入。
液晶空间光调制器常用于光存储器件、光盘读写头和光学存储系统中，可以实现高速、大容量的光学存储。
光学通信液晶空间光调制器在光学通信中也有着重要的应用。
液晶空间光调制器原理
液晶空间光调制器（Liquid Crystal Spatial Light Modulator，LC-SLM）是一种利用液晶材料来调制光波相位或强度的光学器件。
它在光学和光电子应用中广泛使用，包括光通信、光信息处理、全息术、激光技术等领域。
液晶空间光调制器的工作原理如下：
液晶是一种具有液态和晶体态之间性质的物质，它的分子具有长程有序性和定向性。
液晶空间光调制器通常由一块透明的基底、液晶材料和电极组成。
1. 光束入射：光束从液晶空间光调制器的一侧进入，照射到液晶层上。
2. 液晶分子排列：液晶层中的分子排列受到电场的影响。
当没有电场施加时，液晶分子通常处于无序状态。
但是，当电场施加在液晶层上时，液晶分子会发生定向排列。
3. 电场调制：通过在液晶层上施加电场，可以改变液晶分子的排列方式。
电场可以通过透明的电极在液晶层上施加，从而调制光波通过液晶层时的相位或强度。
4. 光波调制：液晶层中的分子排列改变会引起光波的相位或强度的调制。
液晶分子的定向和排列会改变光波通过液晶层时的折射率，从而改变光波的相位。
通过调节电场的大小和分布，可以控制液晶分子的定向和排列，从而实现对光波的相位或强度的调制。
液晶空间光调制器可以通过调节电场的强弱和空间分布，实现对光波的高精度调制。
它可以用于光学干涉、光学相位调制、光学图像处理等应用中。
液晶光子学 第2章 液晶光场调控技术
pLmp
0
(2.5)
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2.1 光场调控的基本介绍
u(r,
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2
r w( z )
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r2 w( z )2
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i
k 2q(z)
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expi(2 p m 1)(z)exp(im )
第二章 液晶光场调控技术
特点：
1) 主峰光强以反比于αρ的速率衰减
2) 零阶贝塞尔光束的中心光斑周围有许多旁瓣，形成一系列的同心圆环状结
构，每个环形光圈所含的能量跟中心光斑几乎是相等的
3）高阶贝塞尔光束的中心是中空的环状光斑
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2.1 光场调控的基本介绍
贝塞尔光束
应用： 1) 激光打孔微加工 2) 加速带电粒子 3) 精密准直 4) 显微成像技术 5) 光镊 ……
02
矢量光束
特点： 1）径向偏振矢量光束的波阵面上，任意位置处的偏振方向都沿着径向，角向 偏振矢量光束各点的偏振方向都垂直于径向 2）中心偏振奇点的存在导致了光场的环形分布 应用（径向偏振矢量光束）： 1) 超分辨显微成像 2) 光学微粒操控 3) 表面等离子体的共振激发 4) 微纳加工 ……
(a)径向(b)角向(c)径向和角向线性叠加的矢量光场偏振分布示意图
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2.1 光场调控的基本介绍
第二章 液晶光场调控技术
03
艾里光束
归一化衍射傍轴方程：
i
1 2
2 s 2
0
(2.12)
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液晶空间光调制器的同步移相共光路干涉技术
1、引言
与采用分离光路干涉的泰曼-格林、马赫-曾德等干涉仪相比，共光路干涉仪的物光和参考光在同一光路中传播，能够较好抑制外界振动、温度起伏等噪声影响，具有一定抗干扰能力，因而在光学表面、形变、厚度及折射率等检测领域更具吸引力。
经典的共光路干涉仪结构有相衬法斐索干涉法和剪切干涉法等。
相衬法利用滤波器对物光的零频分量和高频分量分别施加不同的相移实现干涉测量，方法结构简单，且干涉图样与输入相位直接对应，恢复算法也简单，但依赖于对零频分量的分离，且滤波器的选择对测量结果影响较大;斐索干涉法利用一个标准平面产生参考光，但对平面表面质量和均匀性要求高;剪切干涉仪通过在两束物光之间引入剪切量实现干涉测量，不仅剪切量调控困难，而且因为获得干涉条纹仅是剪切波前的相位差，需要复杂的算法实现相位恢复。
近年，Arrizón等提出一种基于4f系统和光栅滤波的共光路干涉法，将输入平面分成两个窗口，一个用作物光，另一个用作参考光，通过合理选择光栅周期、透镜焦距和窗口尺寸等参数，以及轴向或横向移动光栅或引入偏振片组获得不同相移的干涉图，进而实现测量，方法原理简单、抗干扰能力强，但测量精度仍受限于光栅相移或偏振片质量。
为了解决这些问题，本课题组提出了三窗口共光路干涉仪，将输入平面分成3个窗口，其中心窗口用作物光，其余两窗口用作参考光，利用光栅自身的相移特性，通过一次曝光采样可在输出平面上获得3个不同相移的干涉图样，不仅增强系统的稳定性和抗干扰能力，而且大大提高系统的操作性和实时性。