Flüssigkristall-Raumlichtmodulatoren (Liquid-Crystal Spatial Light Modulators, LC-SLM) besitzen ein großes Entwicklungspotenzial in Bereichen wie der Lichtfeldsteuerung. Jedoch ist die Ausgangsphase eines nicht kalibrierten SLM unregelmäßig und wird durch experimentelle Bedingungen und Umwelteinflüsse beeinflusst, wodurch die Phasenmodulationsgenauigkeit schwer zu steuern ist. Daher wird in diesem Artikel dieser Modulator präzise getestet und kalibriert, um eine stabile und präzise Anwendung in relevanten Bereichen zu gewährleisten. Basierend auf dem Fermatschen Prinzip und dem Huygens-Fresnelschen Prinzip werden Gitter und Diffraktionslinsen zu einem diffraktiven optischen Element (Diffractive Optical Element, DOE) kombiniert. Mit einem Paar Gitter werden drei Brennpunkte erzeugt, wobei der mittlere überlappende Brennpunkt Interferenzstreifen erzeugt und die übrigen Strahlen ein absolutes Koordinatensystem zur Bestimmung eines Referenzpunkts für die Streifenbewegung bilden. Ein U-Net neuronales Netzwerk wird zur Vorverarbeitung der Interferenzstreifenbilder eingesetzt, und mittels Kantenerkennung und Schwerpunktalgorithmus werden entscheidende Zentroiden extrahiert. Die Phasenverzögerung wird durch Berechnung der Streifenverschiebung und Periode ermittelt. Schließlich wird ein Phasenkalibrierungssystem aufgebaut, das eine kohärente Lichtquelle, einen Strahlteiler, LC-SLM, Strahlteilergitter und eine CCD-Kamera beinhaltet, um Experimente durchzuführen. Die Versuchsergebnisse zeigen, dass sich die Interferenzstreifen während des Ladens verschiedener Grauwertmodulationssequenzen mit der Änderung des Grauwerts bemerkbar verschieben, wodurch erfolgreich die Phasen-Grau-Kennlinie gewonnen wurde. Die Anpassungsergebnisse stimmen im Wesentlichen mit der Theorie überein, mit einem Bestimmtheitsmaß R² von 0,9851, einem mittleren quadratischen Fehler (Root Mean Square Error, RMSE) von 0,2411 rad. Selbst unter Lüfterstörungen bleibt R²>0,95, und RMSE steigt nur um 0,14 rad, was die Robustheit und Störfestigkeit der Methode bestätigt. Die Hochpräzise Phasenkalibrierungsmethode des LC-SLM basierend auf einem Doppelgitter zur Konstruktion eines absoluten Raumkoordinatensystems überwindet die Nachteile herkömmlicher SLM-Kalibrierungsmethoden, die hohe Gerätestabilität erfordern, störanfällig sind und mangelnde Genauigkeit aufweisen, und bietet eine zuverlässige Lösung für die präzise Kalibrierung des LC-SLM.

Flüssigkristall-Raumlichtmodulator; Absolutes Interferenz-Kalibrierung; Gitterdiffraction; Vibrationsbeständigkeit; U-Net neuronales Netzwerk