[发明专利]基于DMD器件和共轴光学系统的高速高精度空间光调制器及调制方法

说明书

本发明提供了一种基于DMD器件与共轴光学系统的高速高精度空间光调制器及调制方法。该空间光调制器由DMD器件和一个共轴4f小孔滤波光学系统构成；DMD器件可对空间光进行高速二进制调制，通过共轴光学系统可将简单的二进制调制转换为任意幅度和相位的调制结果，调制精度由共轴光学系统中的小孔和DMD器件的偏转角度共同控制，在合适的偏转角度配合下小孔孔径越小获得的调制精度越高。本发明的空间光调制器采用共轴光学系统，实现了DMD器件对空间光的幅度和相位的独立调制；其具有速度快、调制精度高、调制精度可调等优势，其在速度方面能提升两个数量级，通过调节小孔孔径可以实现任意精度，且可以实现幅度与相位的高度独立调制。

技术领域

本发明属于光学技术领域，涉及空间光调制技术、信息光学、全息成像和显示技术，具体涉及一种基于DMD器件和共轴光学系统的高速高精度空间光调制器及调制方法。

背景技术

空间光调制技术是信息光学、全息成像、高精度显示、显微成像等领域的关键核心技术之一。空间光调制器是实现空间光调制的器件，能够对入射的空间光实现幅度或者相位方面的调制。调制信息通常以数字或模拟的电信号形式加载在空间光调制器上。现有成熟的商品化的空间光调制器件采用特殊材料制成，利用这些材料的电特性对入射光的幅度和相位施加调制。主要代表性的材料为液晶等。

现有的空间光调制器(Spacial Light Modulator，SLM)，严重依赖器件材料的特性，而这些材料主要是复杂有机化合物，对工作环境要求较为苛刻，也受环境影响较大。此外，现有的空间光调制器存在着调制精度低、调制数据更新速度慢、幅度和相位无法独立调制等问题，在调制速度、调制精度、被调制的参量类型等方面均难以满足快速增长的技术需求。

发明内容

本发明的目的是：针对现有空间光调制器件存在的缺陷，提供一种能够摆脱材料对调制精度和调制速度的约束，能够实现较高调制精度和调制速度的，基于DMD器件和共轴光学系统的高速高精度空间光调制器及调制方法。

本发明的技术方案如下：

本发明一种基于DMD器件和共轴光学系统的高速高精度空间光调制器，它由DMD器件和一个共轴4f小孔滤波光学系统构成；DMD器件、第一傅里叶变换透镜、滤波小孔光阑、第二傅里叶变换透镜和调制结果输出面在同一光轴上依次排列；DMD器件、第一傅里叶变换透镜、滤波小孔(即滤波小孔光阑上用于滤波的小孔)、第二傅里叶变换透镜和调制结果输出面之间的距离分别为一倍的傅里叶变换透镜的焦距f，整个系统的光路长度共为4f；在同一光轴上，DMD器件与第一傅里叶变换透镜之间，还设有倾斜角度为45度的分光镜。

所谓的共轴4f小孔滤波光学系统，其中：共轴，是指两个傅里叶变换透镜和用于滤波的小孔处于相同的光轴之上；4f，是指4倍焦距，f是指傅里叶变换透镜的焦距；4f小孔滤波光学系统，是指DMD器件、第一傅里叶变换透镜、用于滤波的小孔、第二傅里叶变换透镜和调制面之间的距离分别为一倍的焦距f，整个系统的光路长度共为4f。

进一步地，该空间光调制器的调制速度由DMD器件的微镜翻转速度或微镜更新速度决定；该空间光调制器的调制精度由滤波小孔的孔径尺寸所决定；在DMD器件偏转角度的配合下，滤波小孔的孔径尺寸越小，调制精度越高。

进一步地，DMD器件通过围绕自身中心的三个轴旋转可以实现对调制方案的修正，在滤波小孔孔径尺寸的配合下可以形成多种调制方案。

进一步地，该空间光调制器可以同时对入射光信号的幅度和相位进行调制，而且幅度和相位的调制彼此独立。

进一步地，该空间光调制器，其幅度与相位的调制精度可以根据实际的应用需求进行调节。

利用本发明的基于DMD器件和共轴光学系统的高速高精度空间光调制器，对空间光进行幅度和相位调制的调制方法如下：