如何利用液晶空间光调制器生成高精度光波面？

空间光调制器是一种可以调制光波空间分布的装置。一般来说，空间光调制器由许多独立单元组成，这些单元在空间中排列成一维或二维阵列结构。每个单元独立接收光信号或电信号的控制，并改变空间接收光的振幅或强度、相位和偏振。

由于液晶的优良特性，液晶空间光调制器（LC-SLM）被广泛应用于自适应光学、衍射光学元件、光学测试等领域。近年来，由于液晶显示和超大规模集成电路技术的飞速发展以及液晶材料的丰富，电寻址液晶空间光调制器作为波前校正器件在自适应光学中的应用受到越来越多的关注。因此，电寻址 LC-SLM 在实现光学系统的高分辨率波前控制方面具有巨大潜力。

反射式 LC-SLM 的典型结构

LC-SLM 提供了一种灵活的方法，可借助加载在其上的灰度图案调制光的相位。然而，由于SLM中液晶层的非线性和不均匀响应，调制相位曲线的精度相对较低。为了提高LC-SLM 在波前生成方面的性能，需要对非线性和非均匀相位响应进行有效的校准和补偿。相位响应校准是测量相对于施加电压（灰度）的相位调制曲线。

基于衍射的方法示意图

一般来说，相位调制特性的测量方法可分为干涉法和衍射法两类。干涉测量的相位调制特性的测量主要取决于条纹图案的位移，但两个光束在干涉之前必须在空气中行进很长的路径，机械振动、空气湍流等环境因素会引起其光程差的变化，导致条纹图案的采集波动较大。衍射方法主要基于由相全息图在其焦平面上产生的衍射图的辐照度测量.强度传输可以很好地抑制环境振动和空气湍流的影响，但从相位提取的角度来看，相位估计的操作过程更为复杂。

双缝干涉测量的光学设置

一般来说，与透射型 LC-SLM 相比，反射型 LC-SLM 在纯相位调制中的应用更为广泛。原因在于反射式结构允许入射光束在 LC 层上移动两次，从而获得双倍调制深度。然而，由于硅代工厂抛光工艺的限制，反射型硅衬底或背板会产生静态像差，导致 SLM 的空间响应不均匀。要解决这一问题并确保反射式 LC-SLM 的相位调制精度，就必须精确测量和补偿静态像差。近年来，人们提出了多种方法来完成这项任务。这些方法也可分为两类--基于衍射的方法和基于干涉测量的方法。

基于迭代相位检索的静态像差测量的光学设置

本期推送论文详细介绍了测量LC-SLM相位调制曲线的新方法。该测量LC-SLM背板引起的静态像差的方法对非线性响应和静态像差这两个因素进行了全面研究，同时，也介绍了一种基于LC-SLM自生成光栅的相位校准方法。此外，还引入了随机移相干涉测量法来测量反射式SLM的静态像差。在相位校准和静态像差补偿的帮助下，LC-SLM 重建波面的质量大大提高。该论文研究基于SLM型号为UPOLabs的液晶空间光调制器HDSLM80R，作者为西安交通大学赵自新老师。

审核编辑：刘清