[发明专利]光相位调制方法及任意位置和形状照射的空间光调制方法

说明书

本发明公开了一种光相位调制方法及任意位置和形状照射的空间光调制方法，其中，所述光相位调制方法包括，傅里叶变换步骤；第一幅值替换步骤；傅里叶逆变换步骤；第二幅值替换步骤和将上述步骤进行迭代计算。根据本发明的光相位调制方法可以通过计算全息的方法获得所需的光场强度分布，从而可以对光进行任意位置及形状的多点照射，根据算法中误差衰减的过程，增加背景值来提高迭代算法的性能和图像均一性，通过掩模的优化迭代算法，抑制支持域中背景部分的幅值分布，从而消除其对光场分布的影响，通过空间滤波的方法滤除支持域外的背景，有着更高的光能利用率。

技术领域

本发明涉及成像技术领域，尤其是涉及一种光相位调制方法及任意位置和形状照射的空间光调制方法。

背景技术

对于光学调控系统而言，选取的往往是视场内(比如大脑皮层)的某个点、或某些点、或者某些区域进行光照射。相对于整个视场范围而言，这些区域的面积相对较小。目前一种是通过DMD(Digital Micromirror Device)一类的光强调制器件，调控输入光束使得其光照范围限制在刺激区域处，这种方法光利用率较低。另一种是通过计算全息方法提高光能利用率，通过计算全息的方法，直接利用计算机模拟光波衍射和干涉的过程，得到数字化的相息图，主要包括振幅型计算全息图和相位型计算全息图，其中，相位型计算全息图的方法，可以通过优化迭代算法逆向获得输入平面(调制平面)的相位分布，常见的迭代算法有傅里叶迭代算法、菲涅尔迭代算法、模拟退火算法等。其中，傅里叶迭代算法利用了快速傅里叶变化将光强分布转换到频域中的频谱分布，并在频域面上与像面上进行幅值约束，进而逐步降低误差。

但是，目前的相位傅里叶迭代算法，随着迭代的增加，误差衰减逐渐减少，甚至迭代前后的误差几乎不变，算法停滞，进而造成光调制面的光利用率不理想，有待进一步优化。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

本发明第一方面实施例提供了一种光相位调制方法，该光相位调制方法可以进一步增大误差衰减，提高空间光调制光利用率。

本发明第二方面实施例提供了一种任意位置和形状照射的空间光调制方法。

为解决上述问题，本发明第一方面实施例的光相位调制方法包括：赋予输入光束一初始相位分布φ_m，n，定义输入光束复振幅分布的幅值|U_m，n|；傅里叶变换步骤，对输入光束复振幅分布u_m，n进行傅里叶变换以获得输入光束在频域上的复振幅分布第一幅值替换步骤，将所述输入光束在频域上的复振幅分布的幅值替换为目标光场复振幅分布的幅值|A_u，v|，获得幅值替换后的复振幅分布f′_u，v＝|A_u，v|exp(iφ_u，v)，其中，所述目标光场复振幅分布的幅值包括目标图像及背景值，且所述背景值不为零；傅里叶逆变换步骤，对幅值替换后的复振幅分布f′_u，v进行傅里叶逆变换，获得所述输入光束在空域上的复振幅分布第二幅值替换步骤，将所述输入光束在空域上的复振幅分布的幅值替换为所述输入光束的复振幅分布的幅值|U_m，_n|，获得空域上的新的输入光束复振幅分布g′_m，n＝|U_m，n|exp(iφ′_m，n)；以所述傅里叶变换步骤、所述第一幅值替换步骤、所述傅里叶逆变换步骤、所述第二幅值替换步骤进行迭代计算，获得对输入光束进行相位调制所需的相位分布函数φ′_m，n。

根据本发明实施例的光相位调制方法，通过在第一幅值替换步骤中，增加目标图像及背景值，其中，背景值不为零，使得背景区域可以参与误差的衰减过程，从而可以增大迭代算法的误差衰减，进而可以使得迭代算法获得的相息图有着更高的均一性和更小的误差分布。