一种空间光调制器零级光的分离系统的制作方法

1.本实用新型涉及空间光场调控领域，尤其涉及一种空间光调制器零级光的分离系统。


背景技术：

2.全息投影显示技术在3d立体显示领域广泛应用，全息投影显示技术是通过计算机进行编码生成目标图像的相息图，然后将相息图加载到空间光调制器上，利用激光衍射来进行成像。空间光调制器的衍射成像能够完整记录和重建三维物体的波前，提供人眼视觉系统所需的全部深度信息，这是其他投影显示方式无法比拟的。然而，由于空间光调制器固有的像素结构和有限的填充因子，其器件结构会形成的死区与活区，由于空间光调制器的死区部分对激光的反射而造成的零级干扰无法避免；将编码的相息图加载在空间调制器上时，其实是加载在空间光调制器的活区部分，而死区部分没有光调制功能，因此，将零级光与再现像分离可以提高成像质量。
3.目前，有方法对空间光调制器所产生的零级光与再现像进行分离之后，再通过滤波将零级光进行消除；但是，零级光焦点与再现像焦点仍处于共线位置，且零级光焦点与再现像焦点相距较近，此时对零级光进行消除，不仅会影响再现像的成像质量，还会损耗再现象的能量。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型实施例的目的是提供一种空间光调制器零级光的分离系统，该系统能够实现零级光焦点与再现像焦点的不共轴分离，减少零级光的干扰，提高成像质量且实验装置简单。
5.本实用新型实施例提供了一种空间光调制器零级光的分离系统，包括：波片、第一凸透镜、第二凸透镜、空间光调制器及第三凸透镜；其中，所述波片、所述第一凸透镜及所述第二凸透镜组成4f系统，所述空间光调制器位于所述第三凸透镜的第二焦平面，所述空间光调制器与所述4f系统不共轴；入射激光依次经过所述波片、所述第一凸透镜及所述第二凸透镜后，由所述空间光调制器相位调制后反射并经过所述第三凸透镜。
6.可选地，所述波片为二分之一波片。
7.可选地，所述空间光调制器为液晶空间光调制器。
8.可选地，所述空间光调制器的轴线与所述4f系统的轴线之间的夹角在预设范围内。
9.可选地，所述第一凸透镜的焦距小于或等于所述第二凸透镜的焦距。
10.可选地，所述第一凸透镜的焦距为100mm，所述第二凸透镜的焦距为600mm。
11.可选地，所述第三凸透镜的焦距位于所述第一凸透镜的焦距及所述第二凸透镜的焦距之间。
12.可选地，所述第三凸透镜的焦距为500mm。
13.实施本实用新型实施例包括以下有益效果：本实用新型实施例通过波片、第一凸透镜及第二凸透镜形成4f系统，入射激光通过4f系统后形成准直的光束，准直的光束通过空间光调制器的调整后形成不共轴的零级光焦点和再现象焦点，减少零级光的干扰，从而提高成像质量且实验装置简单。
附图说明
14.图1是本实用新型实施例提供的一种空间光调制器零级光的分离系统的结构示意图。
具体实施方式
15.下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的详细说明。
16.如图1所示，本实用新型实施例提供了一种空间光调制器零级光的分离系统，包括：波片p、第一凸透镜f1、第二凸透镜f2、空间光调制器slm及第三凸透镜f3；其中，所述波片p、所述第一凸透镜f1及所述第二凸透镜f2组成4f系统，所述空间光调制器slm位于所述第三凸透镜f3的第二焦平面，所述空间光调制器slm与所述4f系统不共轴；激光器l发出的入射激光依次经过所述波片p、所述第一凸透镜f1及所述第二凸透镜f2后，由所述空间光调制器slm相位调制后反射并经过所述第三凸透镜f3，零级光的聚焦点在第三凸透镜f3的焦平面p1，再现象的聚焦点在平面p2。
17.具体地，激光器l输出的基模高斯光束经过波片p后产生水平偏振光，再经过平行放置的第一凸透镜f1和第二凸透镜f2组成的4f系统后产生准直的高斯光束，空间光调制器slm置于高斯光束的任意位置及第三凸透镜f3的前焦面，在空间光调制器slm加载调制相位，准直的高斯光束经过空间光调制器slm的相位调制后反射，反射的光束经过第三凸透镜f3后分为不共轴的零级光和再现象两部分；其中，零级光聚焦于第三凸透镜f3的后焦面，再现像聚焦于距离第三凸透镜f3焦平面δz处。
18.需要说明的是，空间光调制器slm加载的相位由两部分组成，一部分是原再现象的相位，另一部分是要叠加的偏移发散球面波相位。设任意再现象的相位为将偏移发散球面波相位叠加到相息图的相位分布上，叠加后的相位为：
[0019][0020][0021]
其中，k＝2π/λ，λ为入射波长，r为发散球面波的半径，a为x方向的偏移量，b为y方向的偏移量，a的取值范围为小于等于5.5mm，b的取值范围为小于等于5.5mm，偏移量是相对于第三凸透镜f3的聚焦点。
[0022]
本领域技术人员可以理解的是，根据透镜成像公式，δz的计算公式可表示为：
[0023][0024]
其中，r表示加载的球面波半径，z表示空间光调制器slm与第三凸透镜f3的距离，f3表示第三凸透镜f3的焦距。
[0025]
上述系统的工作原理如下：由于空间光调制器slm的像素结构，其死区部分无法对入射光进行调制，从而形成了零级光；而活区部分能够对入射光束进行调制，从而产生再现像。加载的相息图只作用在活区部分，对死区产生的零级光没有任何影响；当不在相息图上叠加偏移发散球面波因子时，再现像与零级光的聚焦平面都在f3焦面处；当在相息图上叠加偏移发散球面波因子后，叠加的偏移发散球面波因子也同样只作用于活区，对死区所产生的零级光没有任何影响，偏移发散球面波因子作用于再现像上，使再现像的聚焦平面在p2平面处，因此，偏移量的引入使零级光的焦点与再现像的焦点不公轴。
[0026]
可选地，所述波片为二分之一波片。
[0027]
可选地，所述空间光调制器为液晶空间光调制器。硅基液晶具有高集成度、高分辨率、开口率大、小尺寸、响应快等优势，被广泛应用与全息光学系统中。
[0028]
可选地，所述空间光调制器的轴线与所述4f系统的轴线之间的夹角在预设范围内。其中，夹角的预设范围与空间光调制器的属性有关。
[0029]
可选地，所述第一凸透镜的焦距小于或等于所述第二凸透镜的焦距。
[0030]
可选地，所述第一凸透镜的焦距为100mm，所述第二凸透镜的焦距为600mm。
[0031]
可选地，所述第三凸透镜的焦距位于所述第一凸透镜的焦距及所述第二凸透镜的焦距之间。
[0032]
可选地，所述第三凸透镜的焦距为500mm。
[0033]
实施本实用新型实施例包括以下有益效果：本实用新型通过波片、第一凸透镜及第二凸透镜形成4f系统，入射激光通过4f系统后形成准直的光束，准直的光束通过空间光调制器的调整后形成不共轴的零级光焦点和再现象焦点，减少零级光的干扰，从而提高成像质量且实验装置简单。
[0034]
下面以一个具体实施例说明上述系统，激光器为氦氖激光器，波长为532nm，空间光调制器为液晶空间光调制器，波片为二分之一波片，第一透镜的焦距为100mm，第二透镜的焦距为600mm，第三透镜的焦距为500mm，空间光调制器与f2的距离为300mm且在f3的焦平面上。在空间光调制器上分别加载第一相息图和第二相息图，其中，第一相息图是未叠加发散球面波因子的相息图；第二相息图是叠加了发散球面波的相息图，其中，叠加的发散球面波的球面波半径为3000mm，x方向偏移量为5mm，y方向偏移量为0mm，按照上述公式(2)计算加载的发散球面波相位氦氖激光器发射的激光经过上述系统后形成图像；其中，未叠加发散球面波因子的第一相息图在第三透镜的焦平面p1处形成图像，零级光和再现象的聚焦点在同一处，无法对零级光进行分离；叠加了上述发散球面波因子的第二相息图在平面p2形成图像，在平面p2处形成长方形光斑且长方形光斑内部有一个亮点，其中，亮点是再现象的聚焦点，而长方形的光斑是零级光在平面p2处的衍射光斑，此时，空间光调制器反射产生的零级光的聚焦点依然在第三透镜的焦平面p1处，而再现象的聚焦点在平面p2处。因此，相息图在空间光调制器中叠加偏移发散球面波因子后，很好地错开了零级光与再现像的聚焦平面并使其焦点不共轴。
[0035]
以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。