[發明專利]基于雙平凸柱面透鏡抑制空間光調制器的零級衍射光系統

在審

• 申請號: 202010108817.6
• 申請日: 2020-02-21
• 公開（公告）號: CN111258080A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 斯科;龔薇;王一帆;鄭瑤
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G02B27/42
• 分類號: G02B27/42;G02F1/1335
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發明公開了一種基于雙平凸柱面透鏡抑制空間光調制器的零級衍射光系統。激光器發出激光，經過4F系統擴束后入射半波片，入射到反射鏡，反射后經4F系統擴束后入射到孔闌，再入射到偏振片；經偏振片透射出的光束經過軸線正交雙平凸柱面透鏡組合后入射到液晶空間光調制器，調制后再次反射回到軸線正交雙平凸柱面透鏡組合透射后入射到4F系統擴束后再經前物鏡透射聚焦成像，最后經由后物鏡和管透鏡圖像放大后被CCD相機接收。本發明解決了空間光調制器調制的零級衍射光會在像面上聚焦為一個零級衍射光斑的技術問題，消除像面上零級衍射光斑的影響，具有適用范圍廣泛、成像過程中不易對樣本損傷、兼容性和容錯能力強等優點。

技術領域

本發明涉及光學成像領域的一種空間光調制衍射光系統和方法，具體涉及一種基于雙平凸柱面透鏡抑制空間光調制器的零級衍射光的系統。

背景技術

空間光調制器是一種可由計算機控制，對光束施加某種形式的空間變化的光學設備，這種變化可以是相位調制或強度調制，也可以是偏振態轉換。空間光調制器多個規則排布的獨立單元，每個單元可獨立接受光學信號或電學信號的控制，利用泡克爾斯效應、聲光效應、磁光效應等物理效應改變自身光學特性進而實現對入射到調制器的光波的相應調制。將入射到空間光調制器上的光束和被其調制后出射的光束分別稱為輸入光和讀出光，那么，按照光讀出方式的不同，空間光調制器分為反射型和透射型；按照輸入的控制信號的性質,可以分為光尋址(O-SLM)和電尋址(E-SLM) 的兩類。

硅基液晶空間光調制器(以下簡稱液晶空間光調制器)利用液晶層作為光波調制材料，以其出色的波前相位及振幅調節能力、便捷的編程控制方式而被廣泛應用在顯微成像、全息成像、自適應光學、激光通信、全息光鑷等研究領域。液晶空間光調制器在使用時，根據目標圖形計算出對應的相位信息圖并加載到液晶層上，根據菲涅爾衍射原理，讀出光將在與液晶層對應的傅里葉面位置(即成像面、物鏡后焦面)形成目標圖案。由于液晶空間光調制器的像素網格結構造成的零級衍射光，經物鏡后在后焦面上聚焦成零級亮斑，作為空間光調制器固有結構屬性導致的零級亮斑在像面上始終存在，不可避免地將影響全息圖的應用，因此需要通過一定方式排除零級亮斑的影響。

目前抑制或消除空間光調制器零級衍射光的方法主要有三種；一是在空間光調制器上加載偏移光柵，將零級衍射光與其他級次衍射光分開，在零級衍射光的傳播路徑上放置光束阻隔塊，阻止零級衍射光傳輸；二是在空間光調制器上加載菲涅爾透鏡相位，使零級衍射光聚焦的軸向位置和高級次衍射光聚焦的軸向位置分離；三是近幾年報道的使用平凹加平凸柱面透鏡正交組合，并在空間光調制器上加載兩個柱面透鏡的共軛相位，使零級衍射光聚焦在像面兩側。

第一種方法雖然能夠有效去除零級衍射光，并且可以保證目標像面的分辨率和信噪比不產生明顯改變，但是會在成像視場中引入盲區，雖然可以通過移動位移臺對盲區進行成像，但是這樣做可能會損傷樣本且增加掃描時間。

第二種方法是將高衍射級次聚焦位置軸向上偏離物鏡焦面，但是離焦面衍射效率很低，會大大降低圖像信噪比。

第三種方法由于使用了軸線正交的凹平凸柱面透鏡組合，因此零級衍射光會聚焦為兩條聚焦線位于像面兩側，這種方法在一定程度上限制了三維全息成像在軸向的尺寸。

發明內容

為了解決背景技術中存在的問題，本發明提出了一種基于雙平凸柱面透鏡抑制空間光調制器的零級衍射光系統，能夠在物鏡焦面上不改變信噪比和分辨率且不形成盲區的情況下實現零級衍射光的抑制，同時軸線正交的雙平凸柱面透鏡正交組合時零級衍射光聚焦線位于像面一側，一定程度上解除了三維全息成像軸向尺寸的限制。

而且本發明解決了空間光調制器調制的零級衍射光會在像面上聚焦為一個零級衍射光斑的技術問題，具有結構簡單，調節靈活，成本低廉，不改變原有光路即可實現像面零級消除等優勢。

本發明采用的技術方案如下：