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(jì)算得到為生成目標(biāo)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(diǎn)。但是，客戶在實(shí)際使用過程中，可能會(huì)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(gè)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(jìn)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(huì)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(dòng)，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(shè)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(dòng)，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(shè)置閃耀光柵的周期，從而設(shè)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(kuò)展軟件功能

SLMphase是基于MATLAB軟件編寫。MATLAB本身具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)計(jì)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(jī)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(shí)驗(yàn)中會(huì)經(jīng)常使用到的全息相位，且每種全息相位都可以設(shè)置其具體參數(shù)。具體可以生成的相位以及其應(yīng)用如下：

? 渦旋光相位：主要是用在量子通信，光學(xué)微操控等領(lǐng)域。

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

? 閃耀光柵：相比于正弦光柵，光能量會(huì)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(dòng)等應(yīng)用。

? 菲尼爾透鏡：等效于在光路上放置了一個(gè)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(xué)微控制，原子光學(xué)，激光加工等領(lǐng)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?fù)鋖=3的渦旋光相位

四，相位圖平移

在空間光調(diào)制器的實(shí)際使用過程中，為了達(dá)到理想的實(shí)驗(yàn)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(dòng)調(diào)整光斑位置進(jìn)行調(diào)整，精度有限，不容易達(dá)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(jìn)行優(yōu)化以達(dá)到理想的全息投影圖案,此外由于相位圖的移動(dòng)不涉及到機(jī)械的調(diào)節(jié)，震動(dòng)，有利于保持整個(gè)光路的穩(wěn)定性。

相位圖向右和向下分別移動(dòng)了100個(gè)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(diǎn)擊按鈕，調(diào)節(jié)滑塊來實(shí)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(biāo)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(shí)際應(yīng)用選擇上面相應(yīng)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(shè)置;

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

? 菲尼爾透鏡：疊加菲涅爾透鏡相位，可以設(shè)置的參數(shù)是菲尼爾透鏡的焦距，焦距為負(fù)等價(jià)于光束經(jīng)過一個(gè)凸透鏡，因此全息投影會(huì)沿著z軸向靠近SLM的方向移動(dòng)，焦距為正等價(jià)于光束經(jīng)過一個(gè)凹面鏡，全息投影會(huì)沿著z軸向遠(yuǎn)離SLM的方向移動(dòng)。通過滾動(dòng)條調(diào)節(jié)具體的焦距，也可以按左右的按鈕進(jìn)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(shè)置生成2pi相位對應(yīng)的像素值(出廠報(bào)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(shè)置相位的主要參數(shù)，具體針對每個(gè)相位，有如下參數(shù)可以設(shè)置;

? 渦旋光相位：可以設(shè)置的參數(shù)是渦旋光的拓?fù)浜芍?

? 正弦光柵：可以設(shè)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(shè)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(shè)置的參數(shù)是菲涅爾透鏡的焦距;

? Axicon lens;可以設(shè)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(diǎn)擊“生成相位”按鈕，則相應(yīng)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(diǎn)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(shè)置生成2pi相位所對應(yīng)的像素值(出廠報(bào)告中有)以及入射光的波長;

3.3 點(diǎn)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(shí)全息相位圖會(huì)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(huì)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(shè)置生成2pi相位所對應(yīng)的灰度值(出廠報(bào)告中有)以及入射光的波長;

4.3 點(diǎn)擊“載入相位”按鈕，在彈出的對話框中載入目標(biāo)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(diǎn)擊“產(chǎn)生CGH”按鈕，則軟件會(huì)使用IFTA算法自動(dòng)計(jì)算得到生成目標(biāo)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(biāo)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(jì)算得到的全息相位圖在SLM上排布方式

審核編輯 黃宇