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图1.LCoS面板示意图。
图1展示了LCoS面板的基本结构示意图,入射光束经由透明的ITO玻璃电极层及液晶层后在底部反射电极层处发生反射。在反射电极与ITO层间施加的电压可形成电场,根据电场的方向与强度,液晶层中的液晶分子具有相应的取向,基于液晶分子的双折射效应,LCoS面板可以对像素的相位信息进行调制,控制每个像素的相移。反射光束的相位信息会根据LCoS面板的信号发生变化,从而在远场得到衍射、聚焦或形成全息图等光学效应。2利用SLM生成全息投影全息投影是空间光调制器最常见的应用之一。图2展示了一种利用空间光调制器进行全息投影的光路图,图3为相应装置实物图。激光束通过两透镜扩束准直,穿过偏振片LP_1与半波片λ/2WP后,其偏振方向与LCoS的偏振方向一致,经过液晶面板上加载的计算全息图(CGH)的相位调制,再被非偏振分束立方NPBS反射,基于远场衍射,通过微调一组透镜(Lens_3,焦距50mm及Lens_4,焦距75mm),可产生清晰的全息图像。
图2.计算全息投影光路图。
图3.计算全息投影装置实物图。
图4展示了输入目标图形、计算得到对应的CGH图案及最终的得到投影图的操作过程。在软件主界面中点击CGH按钮进入计算全息图模块,在目标文件夹中选取bmp格式的原始图像,此时可以设置计算数及波长(本实验采用的是nm激光光源),点击开始按钮计算全息图,软件会自动保存全息图至指定位置并给出复现后的参考图,在软件主界面载入保存好的全息图,最终在投影屏上得到复现后的图像。
Step1.计算全息图▼
Step2.加载全息相位
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Step3.获得复现图像
图4.生成全息图过程。
最终的全息投影图中会存在高阶的衍射光斑及高能的零级光斑,此零级光斑通常与所投影图像的中心重叠,这一现象是由液晶面板的物理结构造成的(LCoS面板各像素间存在很小的间距)。
3利用SLM进行强度调制图5为一种使用空间光调制器进行强度调制的光路原理图,调整起偏器LP_1,使入射光的偏振态与SLM的偏振方向夹角45°,同时检偏器LP_2的偏振方向与起偏器偏振方向平行。空间光调制器液晶面板上所载入图像的灰度值若发生变化,可改变反射光束的偏振态,检偏器后的光功率计所接收的光强大小也随之变化。
图5.空间光调制器光强调制光路图。
功率计检测到的反射光强与加载灰度的变化曲线如图6所示,类似余弦变化。其对比度变化与使用的起偏器与检偏器有关,通过这种方法可使用空间光调制器进行强度调制,具体灰度对应关系需要根据测试曲线而定。
图6.功率计探测光强与加载灰度变化曲线。
LBTEK目前提供的SLM-2K-8系列空间光调制器介绍可参见《空间光调制器》,更多相关信息可查阅产品使用说明书。