專利名稱：三維復(fù)雜光場的全相位調(diào)制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用全相位空間光調(diào)制器調(diào)制復(fù)雜光場的方法，尤其是涉及 一種在多個(gè)平面同時(shí)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜光場振幅調(diào)制，即通過全相位空間光調(diào)制器實(shí)現(xiàn)三 維空間復(fù)雜光場振幅調(diào)制的方法。
背景技術(shù)：
全相位空間光調(diào)制器(phase only spatial light modulator)在相干光波前調(diào)制 領(lǐng)域有非常重要的應(yīng)用前景。全相位空間光調(diào)制器還被用于二維動態(tài)圖像的投影 (參考文獻(xiàn)l: A Georgiou, J Christmas, N Collings, J Moore and WA Crossland, 'Aspects of hologram calculation forvideo什ames', J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 10 (2008) 035302 (9叩))，具有低功耗、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)。利用全相位空間光調(diào)制器實(shí)現(xiàn)二 維動態(tài)圖像投影的基本原理在于，全相位空間光調(diào)制器和成像平面上的復(fù)雜光場 之間滿足傅里葉變換關(guān)系，在預(yù)先設(shè)定成像平面復(fù)雜光場的振幅分布函數(shù)條件 下，可以通過迭代方法(參考文獻(xiàn)2:丄R. Fienup, 'Phase retrieval algorithms: a comparison', APPLIED OPTICS, Vol. 21, No. 15, 1982: 2758-2769)或解析方法(參考 文獻(xiàn)3: T. E. Gureyev, , A. Pogany, D. M. Paganin, S. W. Wilkins, 'Linear algorithms for phase retrieval in the Fresnel region', Optics Communications 231 (2004) 53—70)
求得對應(yīng)的全相位空間光調(diào)制器的相位分布函數(shù)。將全相位空間光調(diào)制器調(diào)制為 計(jì)算獲得的相位分布函數(shù)，并采用相干光照射全相位空間光調(diào)制器，經(jīng)過衍射，
在成像平面上可以觀察到預(yù)先設(shè)定的振幅分布。但是目前的調(diào)制方法主要集中在 二維空間光場的調(diào)制上，本發(fā)明提供一種實(shí)現(xiàn)三維空間復(fù)雜光場的調(diào)制方法。
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題為克服目前全相位空間光調(diào)制器只能對二維空間復(fù)雜光場進(jìn)行調(diào) 制，本發(fā)明提供一種三維空間復(fù)雜光場的調(diào)制方法，該方法可以在多個(gè)成像平面
上同時(shí)對復(fù)雜光場振幅進(jìn)行調(diào)制。
技術(shù)方案本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
采用相干光源1照射全相位空間光調(diào)制器2,全相位空間光調(diào)制器2出射平 面的相干光經(jīng)光學(xué)成像系統(tǒng)3傳播到達(dá)第一成像平面4，相干光在自由空間繼續(xù) 傳播，并依次到達(dá)第二成像平面5，第三成像平面6等多個(gè)成像平面，在每個(gè)成
像平面的設(shè)定區(qū)域(例如4、 4、 4)內(nèi)，振幅分布滿足設(shè)定值(例如巧(x,力、
F"x,y)、 F;(x，力)。相干光的傳播過程符合標(biāo)量衍射原理(參考文獻(xiàn)4: jos印h
W. Goodman, 'Introduction to Fourier Optics, Third Edition',電子工業(yè)出版社， 2006)，自由空間的傳播函數(shù)為
<formula>formula see original document page 5</formula>
0其它
其中，A為相干光波長，z為傳播距離。
全相位空間光調(diào)制器2僅對入射相干光的相位進(jìn)行調(diào)制，而振幅保持不變。 光學(xué)成像系統(tǒng)3可以是不包含任何光學(xué)組件的自由空間，也可以是包含一個(gè)
或多個(gè)共軸透鏡的系統(tǒng)，采用透鏡可以縮小復(fù)雜光場在光學(xué)成像系統(tǒng)3出射平面
的空間分布范圍，擴(kuò)大衍射角度，或相反呈放大的像。
為實(shí)現(xiàn)三維空間復(fù)雜光場的調(diào)制，在三維空間復(fù)雜光場的傳播方向上預(yù)先設(shè)
定多個(gè)成像平面，從而將三維空間復(fù)雜光場的分布離散為多個(gè)二維成像平面復(fù)雜
光場的分布，每個(gè)成像平面的設(shè)定區(qū)域(例如4、 4、 4)，以及在設(shè)定區(qū)域內(nèi)
的振幅分布設(shè)定值(例如A(xj)、尸2(x,少)、尸3(x,力)由離散過程決定，從而
可以實(shí)現(xiàn)任意三維空間復(fù)雜光場的調(diào)制。本發(fā)明所提供的方法，可以實(shí)現(xiàn)采用單 個(gè)全相位空間光調(diào)制器2在任意三維曲面上投影清晰圖像，實(shí)現(xiàn)三維立體顯示。 在確定成像平面，以及每個(gè)成像平面設(shè)定區(qū)域(例如4、 4、 4)和在設(shè) 定區(qū)域內(nèi)的振幅分布設(shè)定值(例如巧0c,川、F"x，力、^(xj))條件下，全相 位空間光調(diào)制器2的相位分布函數(shù)由以下方法確定
該方法采用相千光源照射全相位空間光調(diào)制器2，經(jīng)光學(xué)成像系統(tǒng)3傳播， 同時(shí)在多個(gè)成像平面上調(diào)制復(fù)雜光場的振幅分布，該方法包含以下步驟
1) 初始化并設(shè)定迭代的初始平面，確定多個(gè)成像平面復(fù)雜光場的設(shè)定區(qū)域， 以及振幅分布設(shè)定值，確定全相位空間光調(diào)制器2的初始相位分布函數(shù)，
2) 復(fù)雜光場正向傳播距離zl，即全相位空間光調(diào)制器2出射平面的復(fù)雜光 場經(jīng)過光學(xué)成像系統(tǒng)3，傳播了距離zl，到達(dá)了第一成像平面4，
3) 施加第一成像平面4振幅限制條件，即在預(yù)先設(shè)定區(qū)域^內(nèi)，修正后的
振幅分布函數(shù)v4mpZ(x,力與設(shè)定值《(x，力相等，而在區(qū)域4外，保持不變，相
位分布函數(shù)保持不變，
4) 復(fù)雜光場正向傳播距離z2，即第一成像平面4出射的復(fù)雜光場傳播距離 z2，到達(dá)第二成像平面5，
5) 施加第二成像平面5振幅限制條件，即在預(yù)先設(shè)定區(qū)域^內(nèi)，修正后的
振幅分布函數(shù)Jwp/Oc，少)與設(shè)定值F";c，W相等，而在區(qū)域4外，保持不變，相
位分布函數(shù)保持不變，
6) 復(fù)雜光場正向傳播距離z3，即第二成像平面5出射的復(fù)雜光場傳播距離 z3，到達(dá)第三成像平面6，
7) 施加第三成像平面6振幅限制條件，即在預(yù)先設(shè)定區(qū)域^內(nèi)，修正后的
振幅分布函數(shù)爿wp/(;c,j;)與設(shè)定值F3(jc,力相等，而在區(qū)域4外，保持不變，相
位分布函數(shù)保持不變，
8) 計(jì)算并判斷第一、二、三成像平面重建振幅分布函數(shù)誤差是否都小于設(shè) 定值，如果誤差小于設(shè)定閾值o，則迭代結(jié)束，否則繼續(xù)步驟9)，
9) 復(fù)雜光場反向傳播距離zl+z2+z3，即第三成像平面6出射的復(fù)雜光場反 向傳播zl+z2+z3，到達(dá)全相位空間光調(diào)制器2出射平面，
10) 施加全相位空間光調(diào)制器2出射平面振幅限制條件，即將振幅分布函數(shù) ^附A(x,力修正為均勻分布，而相位分布函數(shù)保持不變，
11) 迭代循環(huán)步驟2) 步驟10)，直到步驟8)中誤差小于設(shè)定閾值o，停 止迭代。
上述步驟是一個(gè)循環(huán)迭代過程，步驟1)中的迭代的起點(diǎn)可以是全相位空間 光調(diào)制器2的出射平面，也可以是三維空間中的任何一個(gè)平面，例如第一成像平 面4，或第二成像平面5、或第三成像平面6。
本領(lǐng)域內(nèi)研究人員可以根據(jù)需要改變迭代次序，或增加嵌套循環(huán)迭代過程， 例如步驟9)中可以增加嵌套循環(huán)迭代過程，先反向傳播到第一成像平面4，并 在第一成像平面4、第二成像平面5和第三成像平面6之間進(jìn)行多次迭代，然后 再返回到全相位空間光調(diào)制器2的出射平面。
全相位空間光調(diào)制器2的相位分布函數(shù)可以采用解析方法求解，(參考文獻(xiàn) 3)，或使用解析法求解作為步驟1)中的初始值，再從步驟l)開始迭代運(yùn)算， 直至步驟8)中的誤差小于設(shè)定閾值CJ。
上述步驟討論的相干光是單波長的單色光，也可以針對多個(gè)波長的相干光分 別進(jìn)行迭代運(yùn)算，多個(gè)波長的相干光可以采用分時(shí)復(fù)用的方式通過空間光調(diào)制器 2進(jìn)行調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)全彩色圖像。
上述步驟2)中忽略光學(xué)成像系統(tǒng)3出射光瞳的影響，也可以通過增加透鏡 使復(fù)雜光場的分布小于出射光瞳，從而避免出射光瞳對成像的影響。
上述步驟中光學(xué)成像系統(tǒng)3可以是不受限的自由空間，也可以是一個(gè)或多個(gè) 共軸透鏡組成的系統(tǒng)。
上述步驟中成像平面的個(gè)數(shù)，以及成像平面的設(shè)定區(qū)域和振幅分布設(shè)定值由 三維空間復(fù)雜光場的分布決定，即將三維空間復(fù)雜光場離散采樣為多個(gè)平行的二 維平面。本領(lǐng)域內(nèi)研究人員可以根據(jù)需要增加或減少成像平面。
有益效果本發(fā)明在多個(gè)成像平面上同時(shí)對復(fù)雜光場振幅進(jìn)行調(diào)制，從而實(shí) 現(xiàn)全相位空間光調(diào)制器對三維空間復(fù)雜光場振幅分布的調(diào)制，該方法可以實(shí)現(xiàn)在 任意三維曲面上的投影、實(shí)現(xiàn)三維立體顯示。
圖1全相位空間光調(diào)制器重建三維空間復(fù)雜光場示意圖。 圖2三維空間復(fù)雜光場的相位恢復(fù)流程圖。
以上圖中有相干光源l、全相位空間光調(diào)制器2、光學(xué)成像系統(tǒng)3、第一成 像平面4、第二成像平面5、第三成像平面6。
具體實(shí)施例方式
圖1所示為全相位空間光調(diào)制器重建三維空間復(fù)雜光場的示意圖，主要包括.-相干光源l，全相位空間光調(diào)制器2，光學(xué)成像系統(tǒng)3，第一成像平面4，第二成 像平面5，第三成像平面6。其中相干光源l可以是相干平面光，即固體、氣體、 或半導(dǎo)體激光器的出射光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡形成的平面光，也可以是發(fā)散、或收斂球面 光，即由相干平面光通過凹透鏡、或凸透鏡形成。相干光源1直接照射全相位空 間光調(diào)制器2，全相位空間光調(diào)制器2可以是透射式的液體顯示器、反射式的LCoS 顯示器、或反射式的MEMS鏡面陣列等具有0 2tt調(diào)制范圍的純相位調(diào)制器 (phase only spatial light modulator),當(dāng)采用反射式空間光調(diào)制器時(shí)可以增加分 光鏡，入射相干光源1經(jīng)過全相位空間光調(diào)制器2，其空間各點(diǎn)的振幅不變，但 是相位發(fā)生變化。相位經(jīng)過調(diào)制的相干光通過光學(xué)成像系統(tǒng)3，其相干光的傳播 過程符合標(biāo)量衍射原理，光學(xué)成像系統(tǒng)3可以是不受限的自由空間。光學(xué)成像系 統(tǒng)3也可以由一個(gè)或多個(gè)共軸透鏡組成，實(shí)現(xiàn)光學(xué)成像過程的縮放等功能，此時(shí) 傳播函數(shù)可以在光線傳播方向上依次采用算符方法進(jìn)行計(jì)算求得(參考文獻(xiàn)4)。 例如，光學(xué)成像系統(tǒng)3由一個(gè)共軸透鏡組成，其傳播過程用算符方法表述為
其中，f/。(x,^為光學(xué)成像系統(tǒng)3輸入平面的光場分布函數(shù)，^仏")為輸出平 面的光場分布函數(shù)，/為透鏡的焦距，《、《為傳播距離，且滿足《+《=2|。
本領(lǐng)域內(nèi)研究人員可以根據(jù)需要推導(dǎo)出多個(gè)透鏡系統(tǒng)的傳播函數(shù)。
相干光通過光學(xué)成像系統(tǒng)3后到達(dá)第一成像平面4，在第一成像平面4上的 預(yù)先設(shè)定區(qū)域4，光場的振幅分布符合設(shè)定值巧(x,^。相干光經(jīng)過第一成像平 面4傳播到第二成像平面5，在第二成像平面5上的預(yù)先設(shè)定區(qū)域4，光場的振 幅分布符合設(shè)定值^ (x，川。相干光經(jīng)過第二成像平面5傳播到第三成像平面6， 在第三成像平面6上的預(yù)先設(shè)定區(qū)域4，光場的振幅分布符合設(shè)定值F3(x,力。
圖1中給出了三個(gè)成像平面，本領(lǐng)域內(nèi)研究人員可以根據(jù)需要增加或減少成像平 面。
圖2所示為三維空間復(fù)雜光場的相位恢復(fù)流程圖，即在給定第一成像平面4 的光場振幅分布函數(shù)巧(x,jF)，第二成像平面5的光場振幅分布函數(shù)《(;c,力，和第三成像平面6的光場振幅分布函數(shù)^(;c,3/)的前提下，獲得全相位調(diào)制器2的 相位分布函數(shù)的方法，該求解過程又稱為相位恢復(fù)(phase retrieval)問題，目前 有迭代方法和解析方法兩類，本發(fā)明優(yōu)選迭代方法，其步驟如下-
1)初始化，即設(shè)定迭代的初始平面，并確定復(fù)雜光場的初始值。本發(fā)明優(yōu)
選采用全相位空間光調(diào)制器2的出射平面，復(fù)雜光場的振幅分布為均勻
分布，其數(shù)值滿足-
<formula>formula see original document page 9</formula>
及光傳播過程中，總能量應(yīng)守恒，復(fù)雜光場的初始相位分布可以設(shè)定為 隨機(jī)分布，或是以相似圖片的相位分布作為初始值。
2) 復(fù)雜光場正向傳播距離zl，即全相位空間光調(diào)制器2出射平面的復(fù)雜光 場經(jīng)過光學(xué)成像系統(tǒng)3，傳播了距離zl，到達(dá)了第一成像平面4。此時(shí)， 復(fù)雜光場的振幅(x，力和相位(jc,力分布函數(shù)可以[±1公式(1〕
或(2)計(jì)算獲得。在前幾次迭代中，振幅^mA(A力分布函數(shù)與設(shè)定值 5(x,力差異較大。
3) 施加第一成像平面4振幅限制條件，即為了實(shí)現(xiàn)在多個(gè)成像平面上的振 幅調(diào)制，對步驟2)中的振幅^7^(;c,X)分布函數(shù)進(jìn)行修正，而相位分布
函數(shù)保持不變。修正后的振幅分布函數(shù)滿足<formula>formula see original document page 9</formula>
即在預(yù)先設(shè)定區(qū)域4內(nèi)，修正后的振幅分布函數(shù)^"A'^，W與設(shè)定值 《(x,力相等，而在區(qū)域4外，保持不變，為加快收斂速度，公式(4)
可以采用快速收斂方法(參考文獻(xiàn)l)。 4)復(fù)雜光場正向傳播距離z2，即第一成像平面4出射的復(fù)雜光場傳播了距 離z2，到達(dá)了第二成像平面5。此時(shí)，復(fù)雜光場的振幅v4m^(x,力和相
位尸/z"";c，力分布函數(shù)可以由公式(1)計(jì)算獲得。在前幾次迭代中，振
幅乂呼2 (x，力分布函數(shù)與設(shè)定值F2 (x,力差異較大。
5)施加第二成像平面5振幅限制條件，即為了實(shí)現(xiàn)在多個(gè)成像平面上的振 幅調(diào)制，對步驟4)中的振幅^mp";c,j;)分布函數(shù)進(jìn)行修正，而相位分布
函數(shù)保持不變。修正后的振幅分布函數(shù)滿足
/im/72 (X,
/、」 (5)，
即在預(yù)先設(shè)定區(qū)域4內(nèi)，修正后的振幅分布函數(shù)Jm/^、x,力與設(shè)定值 《(x,^相等，而在區(qū)域4外，保持不變，為加快收斂速度，公式(5)
可以采用快速收斂方法(參考文獻(xiàn)l)。
6) 復(fù)雜光場正向傳播距離z3，即第二成像平面5出射的復(fù)雜光場傳播了距 離z3，到達(dá)了第三成像平面6。此時(shí)，復(fù)雜光場的振幅^^"x,j;)和相
位尸/^(x,少)分布函數(shù)可以由公式(1)計(jì)算獲得。在前幾次迭代中，振
幅^^3(U)分布函數(shù)與設(shè)定值F3(;c,;;)差異較大。
7) 施加第三成像平面6振幅限制條件，即為了實(shí)現(xiàn)在多個(gè)成像平面上的振 幅調(diào)制，對步驟6)中的振幅^np3 ",力分布函數(shù)進(jìn)行修正，而相位分布
函數(shù)保持不變。修正后的振幅分布函數(shù)滿足-—'(xj;) = |(6)，
即在預(yù)先設(shè)定區(qū)域4內(nèi)，修正后的振幅分布函數(shù)^^V(x，y)與設(shè)定值 巧(x,力相等，而在區(qū)域4外，保持不變，為加快收斂速度，公式(6)
可以采用快速收斂方法(參考文獻(xiàn)l)。
8) 計(jì)算并判斷第一、二、三成像平面重建振幅分布函數(shù)誤差是否都小于設(shè) 定值。在設(shè)定區(qū)域4、 4、 4內(nèi)，分別計(jì)算《(x,;;)和J，, (x,y)、 i^(;c,力
和^^2(x,少)、巧(x,少)和^^3(x,;;)之間的誤差，誤差判據(jù)函數(shù)可以采
用均方根(RMS)或均方誤差(MSE)。如果誤差小于設(shè)定閾值cj，則迭 代結(jié)束，否則繼續(xù)步驟9)。
9) 復(fù)雜光場反向傳播距離zl+z2+z3，即第三成像平面6出射的復(fù)雜光場反 向傳播zl+z2+z3，到達(dá)全相位空間光調(diào)制器2出射平面。反向傳播的傳
播函數(shù)可以采用算符方法由正向傳播函數(shù)導(dǎo)出。例如，自由空間反向傳 播函數(shù)為
<formula>formula see original document page 11</formula>( 7 )。 由此，可以計(jì)算獲得全相位空間光調(diào)制器2出射平面復(fù)雜光場的振幅分 布函數(shù)爿附/74 (x,力和相位分布函數(shù)尸/^4 (JC,力。在前幾次迭代中，振幅
^^^x,力分布函數(shù)與公式(3)所示均勻分布差異較大。
10) 施加全相位空間光調(diào)制器2出射平面振幅限制條件，即對歩驟9)中的 振幅分布函數(shù)^附A(x,j;)進(jìn)行修正，而相位分布函數(shù)保持不變。修正后
的振幅分布函數(shù)滿足
<formula>formula see original document page 11</formula>
11) 迭代循環(huán)步驟2) 步驟10)，直到步驟8)中誤差小于設(shè)定閾值o，停 止迭代，此時(shí)相位分布函數(shù)尸/^4即為全相位空間光調(diào)制器2的相位
分布函數(shù)。
圖2中所示迭代算法以全相位空間光調(diào)制器2的出射平面為起點(diǎn)，由于迭代 過程是一個(gè)循環(huán)過程，本領(lǐng)域內(nèi)研究人員可以根據(jù)需要以迭代過程中的任何一個(gè) 平面為迭代起點(diǎn)，例如以第一成像平面4作為迭代起點(diǎn)。為提高迭代過程收斂速 度，本領(lǐng)域內(nèi)研究人員可以根據(jù)需要改變迭代過程的次序，或增加嵌套循環(huán)迭代 過程，例如在第一成像平面4、第二成像平面5和第三成像平面6之間進(jìn)行多次 循環(huán)迭代然后再與全相位空間光調(diào)制器2的出射平面之間進(jìn)行循環(huán)迭代。為提高 迭代過程收斂速度，本領(lǐng)域內(nèi)研究人員還可以在某些成像平面之間采用解析方法 求解，或用解析方法求解初始值，再進(jìn)行迭代運(yùn)算。
圖2中所示迭代算法可以用于單波長的相干光，也可以用于多個(gè)波長的相干 光，各個(gè)波長采用分時(shí)復(fù)用的方式。例如通過分時(shí)對紅、綠、藍(lán)三色相干光分別 進(jìn)行調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)全彩色圖像。
圖2所示的迭代算法中，多個(gè)成像平面的預(yù)先設(shè)定區(qū)域4、 4、 4由投影 曲面或是三維物體的空間分布決定，本領(lǐng)域內(nèi)研究人員可根據(jù)需要增加或減少成 像平面。
圖1中光學(xué)成像系統(tǒng)3的出射光瞳對最終成像有影響，在圖2所示的迭代算
法中可以忽略出射光瞳的影響，或通過透鏡使復(fù)雜光場的分布小于出射光瞳。
圖1中光學(xué)成像系統(tǒng)3可以是一個(gè)或多個(gè)共軸透鏡組成的系統(tǒng)，本領(lǐng)域內(nèi)研 究人員可以根據(jù)需要增加或減少光學(xué)組件，并推導(dǎo)出相應(yīng)的傳播函數(shù)進(jìn)行迭代運(yùn) 算。
權(quán)利要求
1. 一種三維復(fù)雜光場的全相位調(diào)制方法，其特征在于該方法采用相干光源(1)照射全相位空間光調(diào)制器(2)，經(jīng)光學(xué)成像系統(tǒng)(3)傳播，同時(shí)在多個(gè)成像平面上調(diào)制復(fù)雜光場的振幅分布，該方法包含以下步驟1)初始化并設(shè)定迭代的初始平面，確定多個(gè)成像平面復(fù)雜光場的設(shè)定區(qū)域，以及振幅分布設(shè)定值，確定全相位空間光調(diào)制器(2)的初始相位分布函數(shù)，2)復(fù)雜光場正向傳播距離z1，即全相位空間光調(diào)制器(2)出射平面的復(fù)雜光場經(jīng)過光學(xué)成像系統(tǒng)(3)，傳播了距離z1，到達(dá)了第一成像平面(4)，3)施加第一成像平面(4)振幅限制條件，即在預(yù)先設(shè)定區(qū)域A1內(nèi)，修正后的振幅分布函數(shù)Amp1′(x，y)與設(shè)定值F1(x，y)相等，而在區(qū)域A1外，保持不變，相位分布函數(shù)保持不變，4)復(fù)雜光場正向傳播距離z2，即第一成像平面(4)出射的復(fù)雜光場傳播距離z2，到達(dá)第二成像平面(5)，5)施加第二成像平面(5)振幅限制條件，即在預(yù)先設(shè)定區(qū)域A2內(nèi)，修正后的振幅分布函數(shù)Amp2′(x，y)與設(shè)定值F2(x，y)相等，而在區(qū)域A2外，保持不變，相位分布函數(shù)保持不變，6)復(fù)雜光場正向傳播距離z3，即第二成像平面(5)出射的復(fù)雜光場傳播距離z3，到達(dá)第三成像平面(6)，7)施加第三成像平面(6)振幅限制條件，即在預(yù)先設(shè)定區(qū)域A3內(nèi)，修正后的振幅分布函數(shù)Amp3′(x，y)與設(shè)定值F3(x，y)相等，而在區(qū)域A3外，保持不變，相位分布函數(shù)保持不變，8)計(jì)算并判斷第一、二、三成像平面重建振幅分布函數(shù)誤差是否都小于設(shè)定值，如果誤差小于設(shè)定閾值σ，則迭代結(jié)束，否則繼續(xù)步驟9)，9)復(fù)雜光場反向傳播距離z1+z2+z3，即第三成像平面(6)出射的復(fù)雜光場反向傳播z1+z2+z3，到達(dá)全相位空間光調(diào)制器(2)出射平面，10)施加全相位空間光調(diào)制器(2)出射平面振幅限制條件，即將振幅分布函數(shù)Amp4(x，y)修正為均勻分布，而相位分布函數(shù)保持不變，11)迭代循環(huán)步驟2)～步驟10)，直到步驟8)中誤差小于設(shè)定閾值σ，停止迭代。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維復(fù)雜光場的全相位調(diào)制方法，其特征是步 驟1)中的迭代起點(diǎn)是全相位空間光調(diào)制器(2)的出射平面、或第一成像平面(4)、或第二成像平面(5)、或第三成像平面(6)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維復(fù)雜光場的全相位調(diào)制方法，其特征是步 驟9)中可以增加嵌套循環(huán)迭代過程。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維復(fù)雜光場的全相位調(diào)制方法，其特征是全 相位空間光調(diào)制器(2)的相位分布函數(shù)釆用解析方法求解，或使用解析方法求 解作為歩驟l)中的初始值，再從步驟l)開始迭代運(yùn)算。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維復(fù)雜光場的全相位調(diào)制方法，其特征是多 個(gè)波長的相干光采用分時(shí)復(fù)用的方式通過空間光調(diào)制器(2)進(jìn)行調(diào)制。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維復(fù)雜光場的全相位調(diào)制方法，其特征是步驟2)中忽略光學(xué)成像系統(tǒng)(3)出射光瞳的影響，或通過透鏡使復(fù)雜光場的分布小于出射光瞳。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維復(fù)雜光場的全相位調(diào)制方法，其特征是光學(xué)成像系統(tǒng)(3)可以是自由空間，或包含一個(gè)或多個(gè)共軸透鏡。
全文摘要
一種三維復(fù)雜光場的全相位調(diào)制方法，采用相干光源1照射全相位空間光調(diào)制器2，全相位空間光調(diào)制器2出射平面的相干光經(jīng)光學(xué)成像系統(tǒng)3傳播到達(dá)第一成像平面4，相干光在自由空間繼續(xù)傳播，并依次到達(dá)第二成像平面5，第三成像平面6等多個(gè)成像平面，在每個(gè)成像平面的設(shè)定區(qū)域內(nèi)，振幅分布滿足設(shè)定值，成像平面的設(shè)定區(qū)域和振幅分布設(shè)定值由三維空間復(fù)雜光場的分布決定，全相位空間光調(diào)制器2的相位分布函數(shù)通過迭代方法求得，該方法可以實(shí)現(xiàn)在任意三維曲面上的投影、實(shí)現(xiàn)三維立體顯示。
文檔編號G02B27/46GK101387760SQ20081012459
公開日2009年3月18日 申請日期2008年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月26日
發(fā)明者軍 夏, 威 雷 申請人:東南大學(xué)