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摘要： 载波的相位对其参考相位的偏离值随调制信号的瞬时值成比例变化的调制方式，称为相位调制，或称调相。本文拟采用杨氏干涉装置，测量其相位调制特性。具体内容包括搭建杨氏干涉光路，完成数据的采集以及实现干涉条纹的处理，得到相位调制特性。
Abstract： The phase modulation or phase refers to a modulation way in which the carrier phase will proportionally change along with the instantaneous value of the modulated signal to the reference phase deviation value modulation. This paper plans to use Young"s interference device to measure the phase modulation characteristic. The specific contents include building Young"s interference light path， completing the data collection， and achieving the process of interference fringes， obtaining the phase modulation characteristics.
关键词： 相位调制；杨氏干涉；干涉条纹
Key words： phase modulation；Young"s interference；interference fringe
中图分类号：TN761 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）03-0120-02
0 引言
空间光调制器是一种对光波的光场分布进行调制的元件，广泛地应用于光信息处理、光束变换、输出显示等诸多应用领域。液晶空间光调制器（SLM）以制作简单，价格低，耗能低，易控制，易制成二维器件，且易构成并行光学信息处理器件等优点，倍受国内外研究学者的关注。目前在光镊技术、螺旋位相相衬成像、飞秒脉冲整形、自适应光学、光学投影等方面具有应用。
1 空间光调制器的相位调制原理
激光器发出的平行光经过扩束准直后，照射在处于相位调制模式的空间光调制器上。由于空间光调制器具有实时复制模式，便可将电脑上所示的图片实时地复制于空间光调制器上。在电脑上显示左右灰度值不同的图片，使通过杨氏双缝的两束光经双缝（为了得到更细的双缝，使用透镜对双缝进行成像）后获得干涉条纹，由于获得的干涉条纹较密，不利于图像处理，因而使用一个显微物镜将其放大，用于电脑相连的CCD对放大后的条纹进行采集。实验原理图如图1所示。
空间光调制器上加载的灰度分成两个部分，一部分灰度始终保持为0，另一部分从0开始每隔5度改变一次，直至255度，如图2中（a）～（c）所示。经过空间光调制器调制后的光束经过透镜的聚焦和显微物镜的放大后，CCD记录其两束光的干涉条纹，可以得到一系列干涉条纹图样。
杨氏双缝（如图2中（d）所示）会在空间光调制器上产生一组双缝，将其中一个缝的相位发生变化，作为测试组，另一个缝无相位改变，作为参考组。入射光透过双缝在CCD记录面上产生干涉条纹。改变其中一个缝对应的相位值，干涉条纹会产生相对移动，移动量反应出相位的变化。相移量与条纹的相对位移的关系为：Φ=δ/ω（2π）。
其中，δ为干涉条纹的相对位移，ω为干涉条纹的周期。
通过对比所采集的一系列条纹图样，来算出空间光调制器在不同灰度值下的相位移动量，从而得到空间光调制器的相位特性曲线。
2 实验步骤
①固定好激光器，通上电源，用光屏接收出射光斑，前后移动光屏，调节支架上的螺丝，使出射光斑大小保持不变且水平。固定好扩束镜，调节位置，使出射的光斑中心亮度保持均衡。
②固定好准直透镜，前后移动，使出射光斑大小保持不变且水平。固定好双缝，使空间光调制器的中心与双缝中心在一条线上（这样通过双缝的光线便具有不同的相位）。
③将空间光调制器与电脑链接好，调整电脑显示屏，使其处于1024×768个像素的模式，加载如图2中（c）所示的图片，打开空间光调制器电源，观察空间光调制器是否显示电脑上所显示的图片。固定好空间光调制器，让光斑完全照射空间光调制器，旋转空间光调制器的一个偏振片，在光屏上观察所成图像，当左右两边光强度一样时，固定偏振片，此时空间光调制器便处于相位调制模式。
④固定好透镜，移动透镜使其于双缝的距离大于2f，将显微物镜放在透镜后光束汇聚的光点位置，用光屏在显微物镜后找到干涉条纹的清晰像，用CCD采集，在与CCD相连的电脑上实时观察所采集的干涉条纹，调整光路，得到最好的干涉条纹，改变加载图片，保存所采集的一系列干涉图样。
3 实验结果
首先，应先对数据进行分析，但因为数据量相对较大，而且部分得干涉条纹会出现模糊，对比度不明显等问题。这样，就会对数据分析和处理造成了一定的困难。
如图3所示的（a）～（c）分别是灰度值为0，40，80时所记录的干涉条纹。
以图中（a）为例，将灰度值为0时所记录的干涉图像进行滤波，对滤波后的图样沿白线所示行的干涉条纹读出对应的横截面强度值。得到以横坐标为像素的坐标，纵坐标为不同像素位置所对应的横截面强度值的曲线图。
但在实际的编程处理过程中发现，加载灰度值不同时，干涉条纹的清晰度也有所差别，因而，得到的横截面强度曲线或多或少地存在毛刺，如上图（b）中圆形区域所示，因而，如果根据单一的横截面强度曲线来确定干涉条纹的相对移动量和周期，会使实验结果不够准确。因此，对相对移动量和周期的测量采用平均值的方法来减小误差。
通过上述方法的初步计算，得出像素点大小为16m空间光调制器所采集到的干涉条纹的周期为97rad，相位变化结果相对较低，只能达到1.01π左右，即相位延迟为3.174πad。而像素点大小为26？滋m的空间光调制所采集的干涉条纹的周期为135，但由于设备和实验中系统和测量误差的原因，当干涉图像的灰度值从0变化到255时，空间光调制器相位的变化并没有达到2π，也只能达到1.7π左右，即相位延迟为5.352。
因此选择对像素点大小为26？滋m的空间光调制的相位特性进行分析。用上述同样的方法，对条纹图像选择不同的行读取其横截面强度曲线，选择条纹中心点读三组数据，取平均值，再获得两组数据。将这三组数据平均，得到一组相对较为准确的空间光调制的相移量，并绘出其曲线图。
即实验中，以波长为532nm的绿色激光器为光源，采用双缝干涉法测出的像素点大小为26？滋m的空间光调制器的相位调制特性曲线，如4图所示，相位变化为1.69π，相位延迟为5.309πad。
4 总结
本文中的重要步骤就是依照双缝干涉法测量空间光调制器相位特性曲线的实验原理图，搭建实验的基础光路。在搭建光路中，最基础也是最重要的，就是要搭建好扩束准直系统。在按照要求搭建好实验系统后我们要多次实验并修正，最终找到干涉条纹最好的状态。
参考文献：
[1]刘伯晗，吴丽莹，张健.一种用于衍射光元件优化设计的快速算法的研究[J].光学学报，2007（02）.
[2]刘伯晗，张健.纯相位空间光调制器动态控制光束偏转[J]. 中国激光，2006（07）.
[3]王治华，俞信.液晶空间光调制器相位调制测量及波前校正[J].光学技术，2005（02）.