基于LCSLM的相移数字全息原理详解

数字全息技术具有全场、无接触、快速测量三维物体等特点，已广泛应用于三维显示、无损检测、生物测试等多个领域。数字全息技术可分为离轴和同轴两种记录方式，前者能够有效消除共轭像与零级像的干扰，但受限于记录器件分辨率与靶面尺寸的大小；后者记录时物参光夹角为零，记录器件的空间带宽积利用率高，但不能分离共轭像与零级像。若在同轴数字全息中引入相移技术使重建像与干扰像分离，可重建出分辨率更高、噪声更低的再现像，提高数字全息的三维测量精度，针对相移数字全息测量系统的研究具有重要的工程应用价值。

由于传统机械移动的相移方法在测量过程中会不可避免地引入随机误差及系统误差，因此为提高相移数字全息三维重建精度，有学者提出利用液晶空间光调制器（LCSLM）的相位调制特性实现无机械移动相移数字全息。然而LCSLM的相位调制精度受多种因素影响，在高精度测量领域有必要在应用前对其进行相位标定。

基于LCSLM的相移数字全息原理示意

液晶空间光调制器的空间不均匀性和边缘场效应导致调制后相位存在畸变，为提高基于LCSLM的相移数字全息显微系统的测量精度，本文提出了二次相位标定相移数字全息的测量方法，并通过每个液晶单元的灰度值调节，修正整体畸变相位，从而消除LCSLM的边缘效应和空间不均匀性，并将其应用在相移数字全息实现高精度测量。

标定实验结果分析

为验证LCSLM二次相位标定后应用于相移数字全息测量精度提升的有效性。根据马赫泽德干涉光路，设计并构建相移数字全息显微测量装置。实验证明，相移数字全息系统中将二次相位标定后LCSLM作为相移器可提高测量精度。

LCSLM的相移数字全息实验装置

标定前后截面线对比分析结果

本文实验结果表明，在干涉测量装置中使用液晶器件，可以控制相位重建的精度，标定后的LCSLM具有较强的波前控制能力，获得了显著改善的相位图像。相比于传统机械移动的相移测量技术，此技术操作方便、装置简单，数据采集更快，降低了对环境等实验条件的要求。可应用于形变分析、微纳器件三维测量等领域，因此该技术具有很好的研究价值和应用前景。

审核编辑：汤梓红