濱松的空間光調(diào)制器(SLM)自帶的軟件LcosControl可以直接載入相位圖，或者使用IFTA算法計算得到為生成目標全息投影所需要的相位圖等功能，具有操作簡便，可以直接在主屏幕的軟件內(nèi)部操作控制SLM等優(yōu)點。但是，客戶在實際使用過程中，可能會對軟件有更多的功能需求，比如軟件可以生成一些常見的相位圖等等。為了解決這個問題，我們編寫了一套功能更為全面的SLM控制軟件SLMphase。下面將介紹這款軟件的特色功能，以及軟件常見功能的具體使用方法。

一，可以靈活的消除0級衍射光的影響

SLM的使用過程中，由于SLM表層玻璃，SLM像素間隔無法對入射的光進行相位調(diào)制，他們只能直接反射光。這些被直接反射的光就是我們平常所說的0級光。0級光斑會存在于全息投影的中心，降低調(diào)制的效果。為了消除0級光的影響，我們的SLMphase軟件提供了疊加菲涅爾透鏡相位或者疊加閃耀光柵的兩種方法。

SLMphase可以通過疊加閃耀光柵相位或菲涅爾透鏡相位來消除0級光

其中疊加菲涅爾透鏡是使全息投影所在的平面在縱向Z軸移動，而0級衍射光斑由于不受到相位調(diào)制，焦平面位置不變，從而降低了光斑的影響。通過SLMphase軟件，可以設置疊加菲涅爾透鏡的焦距，從而調(diào)節(jié)0級光的壓制效果，也可以微調(diào)全息投影的焦平面位置，輔助調(diào)節(jié)光路。

通過疊加菲尼爾透鏡相位來降低0級衍射光斑的影響，左圖為沒有疊加，右圖為有疊加

而疊加閃耀光柵可以使全息投影在x方向或者y方向發(fā)生移動，使全息投影與0級衍射光斑分離，從而消除0級衍射光斑的影響。SLMphase軟件是可以設置閃耀光柵的周期，從而設置全息投影與0級衍射光斑的分離程度。

通過疊加閃耀光柵分離全息投影與0級衍射光斑，左圖為沒有疊加，右圖為有疊加

二，根據(jù)客戶需求擴展軟件功能

SLMphase是基于MATLAB軟件編寫。MATLAB本身具有強大的數(shù)據(jù)計算，圖像處理，硬件控制等功能，因此可以根據(jù)客戶的需求定制編寫軟件工具包，比如生成特殊的SLM相位圖，統(tǒng)一控制SLM與相機等。

生成糾正球差的相位圖的工具包

三，可生成多種常見全息相位

使用SLMphase可以生成多種在實驗中會經(jīng)常使用到的全息相位，且每種全息相位都可以設置其具體參數(shù)。具體可以生成的相位以及其應用如下：

? 渦旋光相位：主要是用在量子通信，光學微操控等領域。

? 正弦光柵：可以用在比如結(jié)構(gòu)光照明顯微(SIM)等領域中。

? 閃耀光柵：相比于正弦光柵，光能量會被集中到一級的衍射上，因此主要是用于0級光衍射影響的消除，光斑位置的移動等應用。

? 菲尼爾透鏡：等效于在光路上放置了一個透鏡，透鏡焦距參數(shù)可調(diào)。一般也是用來消除0級光。

? Axicon lens：可以用來模擬錐透鏡的相位，生成貝塞爾光束。貝塞爾光束是一種非衍射光束，可以用在光學微控制，原子光學，激光加工等領域。

方塊內(nèi)顯示可以生成的相位列表，右面是使用SLMphase軟件生成拓撲l=3的渦旋光相位

四，相位圖平移

在空間光調(diào)制器的實際使用過程中，為了達到理想的實驗效果，需要讓入射光斑的中心與SLM上全息相位圖重合。通過手動調(diào)整光斑位置進行調(diào)整，精度有限，不容易達到理想的效果。而SLMphase軟件可以像素為單位調(diào)節(jié)全息相位圖在SLM上的位置，可以非常方便的進行優(yōu)化以達到理想的全息投影圖案,此外由于相位圖的移動不涉及到機械的調(diào)節(jié)，震動，有利于保持整個光路的穩(wěn)定性。

相位圖向右和向下分別移動了100個像素

五，軟件的基本使用

SLMphase軟件頁面十分直觀，許多功能基本都可以簡單的通過點擊按鈕，調(diào)節(jié)滑塊來實現(xiàn)。下面主要介紹下生成常見相位圖、載入其它軟件生成的相位圖、使用IFTA算法生成目標全息投影所需的CGH，消除0級光衍射等幾種功能的使用方法。

1，消除零級光衍射

SLMphase提供了兩種消除零級光衍射的方式：一種是疊加閃耀光柵相位在xy方向上分離全息投影與0級衍射光斑，另外一種是疊加菲尼爾透鏡在z方向上分離全息投影與0級衍射光斑。具體使用方法如下

1.1 在SLM上載入/生成所需要全息相位圖(具體操作步驟請根據(jù)實際應用選擇上面相應的功能介紹);

1.2 在“消除0級衍射光”下拉列表選擇要消除零級光的方式，具體針對每種方式，有如下參數(shù)可以設置;

? x方向閃耀光柵：疊加x方向上的閃耀光柵，可以設置的參數(shù)是光柵的周期(像素為單位)，通過滾動條調(diào)節(jié)具體的周期，也可以按左右的按鈕進行微調(diào);

? y方向閃耀光柵：疊加y方向上的閃耀光柵，可以設置的參數(shù)是光柵的周期(像素為單位)，通過滾動條調(diào)節(jié)具體的周期，也可以按左右的按鈕進行微調(diào);

? 菲尼爾透鏡：疊加菲涅爾透鏡相位，可以設置的參數(shù)是菲尼爾透鏡的焦距，焦距為負等價于光束經(jīng)過一個凸透鏡，因此全息投影會沿著z軸向靠近SLM的方向移動，焦距為正等價于光束經(jīng)過一個凹面鏡，全息投影會沿著z軸向遠離SLM的方向移動。通過滾動條調(diào)節(jié)具體的焦距，也可以按左右的按鈕進行微調(diào)。

2，生成常見的相位圖

2.1 在SLM型號下拉列表中選擇使用SLM的型號;

2.2 設置生成2pi相位對應的像素值(出廠報告中有)以及入射光的波長;

2.3 選擇想要生成的相位類型;

2.4 設置相位的主要參數(shù)，具體針對每個相位，有如下參數(shù)可以設置;

? 渦旋光相位：可以設置的參數(shù)是渦旋光的拓撲荷值;

? 正弦光柵：可以設置的參數(shù)包括正弦光柵的周期，以及光柵的角度;

? 閃耀光柵：可以設置的參數(shù)是閃耀光柵的周期和，以及光柵的角度;

? 菲尼爾透鏡：可以設置的參數(shù)是菲涅爾透鏡的焦距;

? Axicon lens;可以設置的參數(shù)是中心錐形區(qū)域的直徑，決定了錐透鏡的偏轉(zhuǎn)角度。

2.5 點擊“生成相位”按鈕，則相應的全息相位圖就被載入到SLM上。在載入全息相位圖完成以后，也可以點擊“保存相位”將生成的全息相位圖保存為8bit的bmp格式文件，可以供濱松自帶的SLM控制軟件或者其它程序調(diào)用。

3，載入通過其它軟件生成的全息相位圖

3.1 在SLM型號下拉列表中選擇使用SLM的型號;

3.2 設置生成2pi相位所對應的像素值(出廠報告中有)以及入射光的波長;

3.3 點擊“載入相位”按鈕，在彈出的對話框中載入要選擇的全息相位圖。注意，全息相位圖格式要求是8bit的bmp文件;

3.4 此時全息相位圖會被載入到SLM上，如果全息相位圖的分辨率小于SLM的分辨率，則全息相位圖會居中顯示。

4，使用IFTA算法生成CGH

4.1 在SLM型號下拉列表中選擇使用SLM的型號;

4.2 設置生成2pi相位所對應的灰度值(出廠報告中有)以及入射光的波長;

4.3 點擊“載入相位”按鈕，在彈出的對話框中載入目標生成的全息投影圖案，注意，全息相位圖格式要求是8bit的bmp文件;

4.4 點擊“產(chǎn)生CGH”按鈕，則軟件會使用IFTA算法自動計算得到生成目標全息投影圖案所需要的全息相位圖。并且載入到SLM上;

4.5 注意本算法是首先生成與目標全息投影圖案同分辨率大小的全息相位圖，然后在把全息相位圖平鋪到SLM上。

計算得到的全息相位圖在SLM上排布方式

審核編輯 黃宇