[发明专利]一种高精度的空间光调制器衍射波前调制方法和装置

说明书

一种高精度的空间光调制器衍射波前调制方法和装置，模拟生成参考波前以及带设计像差和空间光调制器固有像差共轭像差的模拟物波，通过模拟方法使模拟生成的参考波前和模拟物波发生干涉，并产生干涉图；对干涉图进行灰度量化和像素离散化，得到灰度量化和像素离散化后的干涉图；将灰度量化和像素离散化后的干涉图加载到通电工作的空间光调制器上，利用参考波前作为照射空间光调制器的入射波，当空间光调制器被参考波前照射时，空间光调制器对参考波前产生调制，实现对空间光调制器自身固有误差的补偿并实现设计像差的高精度调制。本发明能够实现较高精度的波前调控，满足波面干涉测量等领域对波前调控精度的要求。

技术领域

本发明属于光学精密测量技术领域，特别涉及一种高精度的空间光调制器衍射波前调制方法和装置。

背景技术

空间光调制器是一种能实现光场调制的元件。其中，液晶空间光调制器在空间光调制器中占有主导地位，可对光束的相位、偏振态、振幅或强度进行一维或二维分布的实时空间调制。液晶空间光调制器由液晶阵列构成，液晶受光信号或电信号控制，通过物理效应改变液晶的光学性质，从而达到对入射光场进行调制的目的。液晶空间光调制器采用集成电路的制备技术，具有驱动器数量多、体积小、易于控制的特点。液晶空间光调制器的这些优点使其在激光整形、光束净化、大气自适应光学、人眼科学和波面干涉检测等应用的波前调控系统中得到越来越多的应用。

波面干涉检测技术是超精密加工领域最常用的高精度面形检测手段，面形检测作为超精密制造的前提和基础，是精密工程发展的核心动力之一。波面干涉检测以波前作为标准样板，要求波面形状与被测面的设计形状完全匹配。但传统波面干涉仪标准镜头只有平面和球面两种，针对不同非球面和自由曲面的检测需要设计补偿元件将波面干涉仪参考波前转换成任意波前。液晶空间光调制器类似于可编程的计算全息片，但是避免了补偿元件制作过程，具有产生动态可变像差的潜在优势，因而作为像差校正元件得到了波面干涉检测领域研究人员的广泛关注。研究人员将空间光调制器引入传统波面干涉检测领域，利用空间光调制器在检测光路中产生可变的相位，将波面干涉仪的标准平面和球面波前转换成与不同非球面或自由曲面匹配或者部分匹配的波前，降低干涉条纹数目，实现不同非球面和自由曲面面形的可变补偿干涉检测，不断拓展出自适应补偿干涉检测学术方向。然而波面检测的检测精度典型要求为均方根值(Root-mean-square,RMS)优于数十纳米，传统的空间光调制器波前调控方法难以满足要求。

传统的波前调控方法基于空间光调制器的电控双折射效应。空间光调制器波前调控能力极为有限，一般来说这种方法仅仅能产生约2π的相位。为了能产生更大的波前调控，通常采用相位回卷，即对待控制相位作2π量化的方法。但是无论是否采用相位回卷方法，基于电控双折射效应的波前调控精度并不高。主要原因在于这种控制方法依赖于空间光调制器的相位响应函数。相位响应函数是相位调制深度与加载灰度或电压的函数关系。这种函数关系一般是非线性。实际上，相位响应函数还具有空间不均匀性，即相位响应函数因像素位置而异。为了取得较高的波前调控精度，需要用实验的方法对空间光调制器逐像素或者逐像素区域的相位响应函数标定，这种校准过程很复杂并且耗时。即使进行了相位响应函数的标定，使用这种控制方法还会受很多因素的影响。比如，相位响应与入射波的偏振态有关，因此空间光调制器实际应用的光路中需要使用偏振片，并且偏振态需要与相位响应校准光路的偏振态一致。而且，2π量化过程会造成2π整倍数相位区域的像素灰度剧烈变化，使得波前调控精度进一步下降。

综上所述，空间光调制器波前调控精度尤其是较大相位调制量下的控制精度难以满足干涉检测需求，当前如何实现空间光调制器的高精度波前调控已成为自适应补偿干涉检测技术发展的重要瓶颈。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种高精度的空间光调制器衍射波前调制方法和装置。

为实现上述技术目的，本发明提出的技术方案为：

高精度的空间光调制器衍射波前调制方法，包括：

S1.模拟生成参考波前；