一种纯相位型空间光调制器的密度加权式复合调制方法

摘要

本发明涉及一种纯相位型空间光调制器的密度加权式复合调制方法。所述方法包括：S1：所述空间光调制器像素分成多个子区域，每个子区域内的像素分为两组，每个组内包含若干个像素点；S2：对任一子区域内的第一组的像素进行相控阵调制，相控阵调制可将该组像素点的能量进行集中，当将第一组像素的能量移出时，原光束经过调制后仅剩余第二组像素的能量，通过对每个子区域内第一组像素点能量的控制而实现整个像素平面的密度加权式振幅调制；S3：对任一子区域内的第二组的像素进行相控阵调制，纯相位型空间光调制器对第二组像素点可直接实现相位调制；通过这种方式即可同步且独立的实现振幅调制及相位调制。

权利要求

1.一种纯相位型空间光调制器的密度加权式复合调制方法，其特征在于，所述的方法是基于纯相位型空间光调制器，其方法分为以下三步：S1：所述空间光调制器像素分成多个子区域，每个子区域内的像素分为两组，每个组内包含若干个像素点；

S2：对任一子区域内的第一组的像素进行相控阵调制，相控阵调制可将该组像素点的能量进行集中，当将第一组像素的能量移出时，原光束经过调制后仅剩余第二组像素的能量，通过对每个子区域内第一组像素点能量的控制而实现整个像素平面的密度加权式振幅调制；

S3：对任一子区域内的第二组的像素进行相控阵调制，纯相位型空间光调制器对第二组像素点可直接实现相位调制；

即通过控制每个子区域的第一组像素的比例即可实现等效振幅调制，通过控制第二组像素点的调制相位可实现相位调制，通过这种方式即可同步且独立的实现振幅调制及相位调制。

2.根据权利要求1所述的一种纯相位型空间光调制器的密度加权式复合调制方法，其特征在于，所述任一子区域内第一组像素个数占总像素个数的比例为P1,第二组像素个数占总像素个数的比例为1-P1，设第(i，k)单元像素的电流幅度为Iik，当第(i，k)单元像素分配为第一组像素时，其能量被移出，因此其第一组像素的Iik＝0，即调制后仅剩余第二组像素能量，第二组像素的振幅假定为1时，其第一组像素电场为：第二组像素的表达式:

式中E(i,k)表示经过第(i，k)个像素点调制后的输出光，子区域内包含N*M个像素点，ω是光的频率， 是光的相位， 是第一组像素所加载的线性相控阵调制相位， 是光束所需要的调制相位。

3.根据权利要求2所述的一种纯相位型空间光调制器的密度加权式复合调制方法，其特征在于，所述的线性相控阵调制相位 满足：式中λ为光的波长，θi为第一组光束调制前后的横向偏移角度，θk为第一组光束调制前后的纵向偏移角度。

4.根据权利要求2所述的一种纯相位型空间光调制器的密度加权式复合调制方法，其特征在于，第二组像素包含的能量即为调制后光束的总能量，即调制后光束的振幅为调制之前光束振幅的(1-P1)×100％。

说明书

一种纯相位型空间光调制器的密度加权式复合调制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及光学调制领域，尤其涉及光的相位调制和振幅调制。

背景技术

[0002] 相位型液晶空间光调制器是一种能够对空间光束进行相位调制的器件，用于将原始光束的相位信号调制到所需要的形态。相位型液晶空间光调制器包含若干多个独立的调制单元，这些单元在空间中呈一维或者二维阵列，每个单元都可以独立的接收光学信号或者电信号的控制，并按照此信号来改变自身的光学性质，这些器件通常可以改变空间上光分布的振幅或相位、以及偏振态。

[0003] 近些年液晶空间光调制器的在成像、投影、相干波前调制、光学镊子、激光脉冲整形等领域引用十分广泛。空间光调制器在各类光学系统中的影响十分重大，且其成本也较昂贵。目前商用的空间光调制器能够实现振幅、相位或者偏振态中的一种形式的调制，而难以在同一个空间光调制器上同步且独立的实现振幅和相位两种模态的调制。在光学系统中，对振幅和相位的调制都十分重要，目前大部分需要两种调制的光学系统需要在系统中同时加入相位型液晶空间光调制器和振幅型液晶空间光调制器。而同时加入两种调制器不仅增加了系统的成本而且会使得系统更加的复杂、增大了系统的搭建难度。本发明提出了一种基于纯相位型空间光调制器的相位及振幅调制方法，这种调制方法通过相控阵光束偏移技术将需要调制光束中的一部分偏移到其他地方以实现等效的振幅调制，同时通过自身的相位调制能力而实现两种形态的同步且独立调制。

发明内容

[0004] (一)要解决的技术问题

[0005] 目前单个空间光调制器无法同步且独立地对振幅和相位进行调制。

[0006] (二)技术方案

[0007] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种纯相位型空间光调制器的密度加权式复合调制方法，包括：

[0008] 所述的空间光调制器为纯相位型空间光调制器，能够直接调制光束的相位而不能够直接实现光束的振幅调制。该相位型空间光调制器包含多个像素点同时将其划分为多个子区域。

[0009] 每个子区域包含多个像素点，其包含像素点的个数由其所需要的振幅调制的等级决定。

[0010] 将每个子区域中的点划分为两组，第一组像素点通过一种线性相位调制可将该组像素点的能量进行集中且集中的位置由线性相位决定，当将第一组像素的能量移出时，原光束经过调制后仅剩余第二组像素的能量，通过对每个组像素能量的控制而实现整个像素平面的振幅调制，纯相位型空间光调制器对第二组像素点可直接实现相位调制，即通过这种方式可同时实现振幅调制和相位调制。

[0011] 其中一个子区域有M*N个像素点，M表示像素的行数，N表示像素的列数，该子区域内第一组像素个数占总像素个数的比例为P1,第二组像素个数占总像素个数的比例为1-P1，设第(i，k)单元像素的电流幅度为Iik，当第(i，k)单元像素分配为第一组像素时，其能量被移出，因此其第一组像素的Iik＝0，即调制后仅剩余第二组像素能量，第二组像素的振幅假定为1时，其第一组像素电场表为：

[0012]

[0013] 第二组像素的表达式:

[0014]

[0015] 式中E(i,k)表示经过第(i，k)个像素点调制后的输出光，ω是光的频率， 是光的相位， 是第一组像素所加载的线性调制相位， 是光束所需要的调制相位。

[0016] 所述的线性相位 满足：

[0017]

[0018] 式中λ为光的波长，θi为第一组光束调制前后的横向偏移角度，θk为第一组光束调制前后的纵向偏移角度。

[0019] 按照上述方式调制后，该子区域内光束的振幅为调制之前光束振幅的(1-P1)×100％。

[0020] (三)有益效果

[0021] 本发明在现有纯相位型空间光调制器基础上不需要添加其他器件，通过对其中部分像素使用相控阵光束偏移技术移出照射在该像素上的能量从而达到改变等效振幅，可以实现相位与振幅相互独立的联合调制。

附图说明

[0022] 图1为一维像素分组调制示意图；

[0023] 图2为二维像素阵列的子区域划分与等效振幅示意图；

[0024] 图3为一维像素的光束偏转原理图；

[0025] 其中图中黑色像素点为第一组像素点，白色像素点为第二组像素点，图3中d为空间调制器的像素尺寸，λ为光束的波长，θ0为光束偏转的角度， 是光的初始相位， 是第一组像素所加载的线性调制相位， 是光束所需要的调制相位。

具体实施方式

[0026] 下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

[0027] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0028] 具体实施方式一：结合图1至图3说明本实施方式。本实施方式所述的基于纯相位型液晶空间光调制器的振幅调制及相位调制的同步实现，空间光调制器可以为反射式空间光调制器或者透射式空间光调制器。

[0029] 本实施方式以透射式纯相位型液晶空间光调制器为例。

[0030] 步骤一：空间光调制器多个像素点，将其划分为多个子区域。

[0031] 步骤二：将每个子区域中的点划分为两组，第一组像素点通过一种线性相控阵相位调制可将该组像素点的能量进行集中移出，原光束经过调制后仅剩余第二组像素的能量。

[0032] 线性相控阵相位 满足：

[0033]

[0034] 式中 表示第(i，k)个像素点所配置的线性相位，i为像素点的横坐标，k为像素点的纵坐标，λ为光的波长，θi为第一组光束调制前后的横向偏移角度，θk为第一组光束调制前后的纵向偏移角度。

[0035] 步骤三：在按照步骤二对每个子区域进行划分后得到两组像素点，第二组像素点可以由液晶空间光调制器直接实现相位调制，其中一个子区域有M*N个像素点，M表示像素的行数，N表示像素的列数，该子区域内第一组像素个数占总像素个数的比例为P1,第二组像素个数占总像素个数的比例为1-P1，设第(i，k)单元像素的电流幅度为Iik，当第(i，k)单元像素分配为第一组像素时，其能量被移出，因此其第一组像素的Iik＝0，即调制后仅剩余第二组像素能量，第二组像素的振幅假定为1时，其第一组像素电场表为：

[0036]

[0037] 第二组像素的表达式:

[0038]

[0039] 式中E(i,k)表示经过第(i，k)个像素点调制后的输出光，ω是光的频率， 是光的相位， 是第一组像素所加载的线性调制相位， 是光束所需要的调制相位也即加载在第二组像素点上的调制相位。

[0040] 按照上述方式调制后，该子区域内光束的振幅为调制之前光束振幅的(1-P1)×100％；子区域内光束的相位调制前后，相位的改变

[0041] 在上述的步骤一中，子区域可以依据振幅调制等级来划分，一个子区域内包含n个像素点时，该子区域可以实现 级振幅调制。如图2所示，四个子区域均包含4个像素点，像素点为黑色表示其为第一组像素点，像素点为白色表示其为第二组像素点，子区域1内包含4个白色像素点也即其等效的振幅为1。子区域2包含2个黑色像素点和2个白色像素点也即其等效的振幅为 子区域3包含1个黑色像素点和3个白色像素点也即其等效的振幅为 子区域4包含4个黑色像素点也即其等效的振幅为0。

[0042] 在上述的步骤二中，如图1所示，当一个区域内部分像素的光束发生偏转后，其调制后总能量会相应的减少。光束偏转技术的一维原理图如图3所示，通过一种线性相位配置可以使第一组像素的调制后光束与原光束发生偏转，光束偏转的角度θ0与实际相邻像素间距d相关，空间光调制器是一个二维平面装置，像素点均匀分布在二维平面上，因此需要对第一组像素设置一种二维线性相位配置。

[0043] 通过对每个子区域像素能量的控制而实现整个像素平面的振幅调制，纯相位型空间光调制器对第二组像素点可直接实现相位调制，即通过这种方式可同步且独立的实现振幅调制和相位调制。