[發明專利]一種高精度的空間光調制器衍射波前調制方法和裝置

在審

• 申請號: 202110461799.4
• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113126381A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 薛帥;戴一帆;陳善勇;劉俊峰;翟德德
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G02F1/21
• 分類號: G02F1/21;G02F1/01;G02B27/00;G01M11/02
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 徐珍妮

一種高精度的空間光調制器衍射波前調制方法和裝置，模擬生成參考波前以及帶設計像差和空間光調制器固有像差共軛像差的模擬物波，通過模擬方法使模擬生成的參考波前和模擬物波發生干涉，并產生干涉圖；對干涉圖進行灰度量化和像素離散化，得到灰度量化和像素離散化后的干涉圖；將灰度量化和像素離散化后的干涉圖加載到通電工作的空間光調制器上，利用參考波前作為照射空間光調制器的入射波，當空間光調制器被參考波前照射時，空間光調制器對參考波前產生調制，實現對空間光調制器自身固有誤差的補償并實現設計像差的高精度調制。本發明能夠實現較高精度的波前調控，滿足波面干涉測量等領域對波前調控精度的要求。

技術領域

本發明屬于光學精密測量技術領域，特別涉及一種高精度的空間光調制器衍射波前調制方法和裝置。

背景技術

空間光調制器是一種能實現光場調制的元件。其中，液晶空間光調制器在空間光調制器中占有主導地位，可對光束的相位、偏振態、振幅或強度進行一維或二維分布的實時空間調制。液晶空間光調制器由液晶陣列構成，液晶受光信號或電信號控制，通過物理效應改變液晶的光學性質，從而達到對入射光場進行調制的目的。液晶空間光調制器采用集成電路的制備技術，具有驅動器數量多、體積小、易于控制的特點。液晶空間光調制器的這些優點使其在激光整形、光束凈化、大氣自適應光學、人眼科學和波面干涉檢測等應用的波前調控系統中得到越來越多的應用。

波面干涉檢測技術是超精密加工領域最常用的高精度面形檢測手段，面形檢測作為超精密制造的前提和基礎，是精密工程發展的核心動力之一。波面干涉檢測以波前作為標準樣板，要求波面形狀與被測面的設計形狀完全匹配。但傳統波面干涉儀標準鏡頭只有平面和球面兩種，針對不同非球面和自由曲面的檢測需要設計補償元件將波面干涉儀參考波前轉換成任意波前。液晶空間光調制器類似于可編程的計算全息片，但是避免了補償元件制作過程，具有產生動態可變像差的潛在優勢，因而作為像差校正元件得到了波面干涉檢測領域研究人員的廣泛關注。研究人員將空間光調制器引入傳統波面干涉檢測領域，利用空間光調制器在檢測光路中產生可變的相位，將波面干涉儀的標準平面和球面波前轉換成與不同非球面或自由曲面匹配或者部分匹配的波前，降低干涉條紋數目，實現不同非球面和自由曲面面形的可變補償干涉檢測，不斷拓展出自適應補償干涉檢測學術方向。然而波面檢測的檢測精度典型要求為均方根值(Root-mean-square,RMS)優于數十納米，傳統的空間光調制器波前調控方法難以滿足要求。

傳統的波前調控方法基于空間光調制器的電控雙折射效應。空間光調制器波前調控能力極為有限，一般來說這種方法僅僅能產生約2π的相位。為了能產生更大的波前調控，通常采用相位回卷，即對待控制相位作2π量化的方法。但是無論是否采用相位回卷方法，基于電控雙折射效應的波前調控精度并不高。主要原因在于這種控制方法依賴于空間光調制器的相位響應函數。相位響應函數是相位調制深度與加載灰度或電壓的函數關系。這種函數關系一般是非線性。實際上，相位響應函數還具有空間不均勻性，即相位響應函數因像素位置而異。為了取得較高的波前調控精度，需要用實驗的方法對空間光調制器逐像素或者逐像素區域的相位響應函數標定，這種校準過程很復雜并且耗時。即使進行了相位響應函數的標定，使用這種控制方法還會受很多因素的影響。比如，相位響應與入射波的偏振態有關，因此空間光調制器實際應用的光路中需要使用偏振片，并且偏振態需要與相位響應校準光路的偏振態一致。而且，2π量化過程會造成2π整倍數相位區域的像素灰度劇烈變化，使得波前調控精度進一步下降。

綜上所述，空間光調制器波前調控精度尤其是較大相位調制量下的控制精度難以滿足干涉檢測需求，當前如何實現空間光調制器的高精度波前調控已成為自適應補償干涉檢測技術發展的重要瓶頸。

發明內容

針對現有技術存在的缺陷，本發明提供一種高精度的空間光調制器衍射波前調制方法和裝置。

為實現上述技術目的，本發明提出的技術方案為：

高精度的空間光調制器衍射波前調制方法，包括：

S1.模擬生成參考波前；