基于空间光调制器的光束编码系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于空间光调制器的光束编码系统及方法，系统包括：激光器、预处理单元、空间光调制器、第三透镜、光阑及第四透镜；其中，激光器及所述预处理单元在同一直线上，空间光调制器设置于第三透镜的第一焦平面，光阑设置于第三透镜的第二焦平面，第三透镜及第四透镜组成第二4f系统；激光器产生的光经过预处理单元进行准直和扩束后，由空间光调制器反射，并依次经过第三透镜、光阑及第四透镜；空间光调制器用于加载0和编码相位相间的棋盘相格相息图，编码相位的范围为[0，π]。本发明专利技术实施例能够提高能量利用率和信噪比，轴向尺寸可调节，可广泛应用于信息处理技术领域。可广泛应用于信息处理技术领域。可广泛应用于信息处理技术领域。

【技术实现步骤摘要】
基于空间光调制器的光束编码系统及方法


[0001]本专利技术涉及信息处理
，尤其涉及一种基于空间光调制器的光束编码系统及方法。

技术介绍

[0002]空间光调制器的衍射成像能够完整记录和重建三维物体的波前，提供人眼视觉系统所需的全部深度信息，这些显著的优点使空间光调制器在全息投影领域脱颖而出。近年来全息显示技术逐渐成为了国内外3D立体显示领域的研究热点之一，越来越多的人研究基于空间光调制器的全息显示方法，以求得到更好的再现像。
[0003]但是，由于空间光调制器本身的像素结构的影响，输出光场会有多级衍射光的影响，其中零级光斑始终在再现像上，严重影响再现像质量。目前抑制或消除空间光调制器零级衍射光的方法主要有以下三种方法。一、在空间光调制器上加载偏移光栅，将零级衍射光与其他级次衍射光分开，而再现像光场被偏移到正一级，同时在零级衍射光的传播路径上放置光束阻隔块，阻止零级衍射光传输；这种方法虽然能够有效去除零级衍射光，但是光场的主要能量仍在零级，能量利用率低。二、在空间光调制器上加载菲涅尔透镜相位，使零级衍射光聚焦的轴向位置和高级次衍射光聚焦的轴向位置分离；这种方法是将高衍射级次聚焦位置轴向上偏离物镜焦面，但是离焦面衍射效率很低，会大大降低图像信噪比。三、使用平凹加平凸柱面透镜正交组合，并在空间光调制器上加载两个柱面透镜的共轭相位，使零级衍射光聚焦在像面两侧；这种方法由于使用了轴线正交的凹平凸柱面透镜组合，因此零级衍射光会聚焦为两条聚焦线位于像面两侧，这种方法在一定程度上限制了三维全息成像在轴向的尺寸。/>
技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术实施例的目的是提供一种基于空间光调制器的光束编码系统及方法，能够提高能量利用率和信噪比，轴向尺寸可调节。
[0005]第一方面，本专利技术实施例提供了一种基于空间光调制器的光束编码系统，包括：激光器、预处理单元、空间光调制器、第三透镜、光阑及第四透镜；其中，
[0006]所述激光器及所述预处理单元在同一直线上，所述空间光调制器设置于所述第三透镜的第一焦平面，所述光阑设置于所述第三透镜的第二焦平面，所述第三透镜及所述第四透镜组成第二4f系统；
[0007]所述激光器产生的光经过所述预处理单元进行准直和扩束后，由所述空间光调制器反射，并依次经过所述第三透镜、所述光阑及所述第四透镜；所述空间光调制器用于加载0和编码相位相间的棋盘相格相息图，所述编码相位的范围为[0，π]。
[0008]可选地，当所述激光器产生竖直偏振光，所述光束编码系统还包括波片，所述波片位于所述激光及所述预处理单元之间，所述波片用于将所述竖直偏振光转换为水平偏振光。
[0009]可选地，所述预处理单元包括第一透镜和第二透镜，第一透镜和所述第二透镜组成第一4f系统。
[0010]可选地，所述空间光调制器包括若干个棋盘单元，所述棋盘单元由所述空间光调制器的4n个像素点组成，n为正整数。
[0011]可选地，所述棋盘单元由所述空间光调制器的4个像素点组成。
[0012]第二方面，本专利技术实施例提供了一种基于空间光调制器的光束编码方法，应用于上述的光束编码系统，包括：
[0013]装配所述光束编码系统；
[0014]在所述空间光调制器上加载0和编码相位相间的棋盘相格相息图，对所述激光器产生的光进行编码调制得到目标光束；其中，所述编码相位的范围为[0，π]。
[0015]可选地，所述编码相位通过以下方法获得：
[0016]将原再现象的相位与调制相位之和作为第一相位；
[0017]将所述第一相位与补偿相位之差作为编码相位。
[0018]可选地，所述调制相位通过以下方法获得：
[0019]根据棋盘相格的坐标值的矩形函数及狄拉克函数确定第一函数；
[0020]根据棋盘相格的坐标值的梳状函数确定第二函数；
[0021]将所述第一函数及所述第二函数的卷积作为第一数值；
[0022]将所述第一数值与调制函数的乘积作为所述调制相位。
[0023]可选地，所述调制函数通过以下方法获得：
[0024]将2倍的目标光束的复振幅分布的平方值与1的差值作为第二数值；
[0025]将所述第二数值的反余弦值与π之商作为所述调制函数。
[0026]可选地，所述补偿相位通过以下方法获得：
[0027]将所述编码相位的余弦值与1之和作为第三数值；
[0028]将所述编码相位的正弦值与所述第三数值之商作为第四数值；
[0029]将所述第四数值的反正切值作为所述补偿相位。
[0030]实施本专利技术实施例包括以下有益效果：本专利技术实施例激光器产生的光经过预处理单元进行准直和扩束后，由空间光调制器反射，并依次经过第三透镜、光阑及第四透镜后，在第四透镜的焦平面得到再现象，空间光调制器加载有0和编码相位相间的棋盘相格相息图；从而抑制再现象中的零级光，同时保持再现象的相位，实现提高能量利用率和信噪比；另外，第三透镜及第四透镜组成第二4f系统中，第三透镜和第四透镜的焦距可调，从而实现系统的轴向尺寸可调节。
附图说明
[0031]图1是本专利技术实施例提供的一种基于空间光调制器的光束编码系统的结构示意图；
[0032]图2是本专利技术实施例提供的另一种基于空间光调制器的光束编码系统的结构示意图；
[0033]图3是本专利技术实施例提供的一种基于空间光调制器的光束编码方法的步骤流程示意图；
[0034]图4是本专利技术实施例提供的一种使用棋盘相格法在数值上产生高斯光束的补偿相位；
[0035]图5是本专利技术实施例提供的一种使用棋盘相格法在数值上产生高斯光束的进行补偿相位后的相位；
[0036]图6是本专利技术实施例提供的一种使用棋盘相格法在数值上产生高斯光束与目标高斯光束的对比图；
[0037]图7是本专利技术实施例提供的一种使用棋盘相格法在数值上产生圆pearcey光束相位与目标圆pearcey光束相位的对比图；
[0038]图8是本专利技术实施例提供的一种使用棋盘相格法在数值上产生圆pearcey光束光强与目标圆pearcey光束光强的对比图；
[0039]图9是本专利技术实施例提供的一种使用棋盘相格法得到的圆pearcey光束的相息图；
[0040]图10是本专利技术实施例提供的一种使用棋盘相格法得到的圆pearcey光束光强的实验图；
[0041]图11是本专利技术实施例提供的一种使用棋盘相格法得到的圆pearcey光束光强的理论图。
具体实施方式
[0042]下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
[0043]空间光调制器是一种由计算机编码相息图来对光场施加某种形式的空间变化的光学设备；空间光调制器可以通过加载相息图来对输入光场进行相位调本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于空间光调制器的光束编码系统，其特征在于，包括：激光器、预处理单元、空间光调制器、第三透镜、光阑及第四透镜；其中，所述激光器及所述预处理单元在同一直线上，所述空间光调制器设置于所述第三透镜的第一焦平面，所述光阑设置于所述第三透镜的第二焦平面，所述第三透镜及所述第四透镜组成第二4f系统；所述激光器产生的光经过所述预处理单元进行准直和扩束后，由所述空间光调制器反射，并依次经过所述第三透镜、所述光阑及所述第四透镜；所述空间光调制器用于加载0和编码相位相间的棋盘相格相息图，所述编码相位的范围为[0，π]。2.根据权利要求1所述的光束编码系统，其特征在于，当所述激光器产生竖直偏振光，所述光束编码系统还包括波片，所述波片位于所述激光及所述预处理单元之间，所述波片用于将所述竖直偏振光转换为水平偏振光。3.根据权利要求1所述的光束编码系统，其特征在于，所述预处理单元包括第一透镜和第二透镜，第一透镜和所述第二透镜组成第一4f系统。4.根据权利要求1所述的光束编码系统，其特征在于，所述空间光调制器包括若干个棋盘单元，所述棋盘单元由所述空间光调制器的4n个像素点组成，n为正整数。5.根据权利要求4所述的光束编码系统，其特征在于，所述棋盘单元由所述空间光调制器的4个像素点组成。6.一种基于空间光调制器的光束编码方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡巍，邝文辉，寿倩，陆大全，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：