液晶空间光调制器(LCSLM,Liquid Crystal Spatial Light Modulation)作为可编程衍射光学元件,以及用于实时显示计算全息图建立动态波前变换系统,在精密测量、三维成像、显微、光学微操纵和微加工、原子光学、量子信息等研究领域具有广阔的应用前景。本论文正是以此为出发点,重点研究了扭曲向列液晶空间光调制器(TN-LCSLM, Twisted Nematic LCSLM)的波前变换特性及其应用,为这一动态波前变换技术在光学微操纵、软物质自组织过程的控制等领域的应用提供了理论和实验基础。主要研究内容概括如下。一.从扭曲向列液晶材料的光学特性出发,研究了TN-LCSLM 的调制机理;应用琼 斯矩阵理论,详细分析了偏振光在扭曲向列液晶盒(TN-LCC, Twisted Nematic Liquid Crystal Cell)中的传播过程,理论推导了TN-LCSLM 的复振幅调制特 性;把TN-LCC 等价为一个旋转器和波片系统,研究了使入射线偏振光保持为线 偏振光出射的条件。这些研究为后面的实验设计奠定了理论基础。二.实验测定了扭曲向列液晶板LCX029 的扭曲角,固有双折射参量和输入面指向 矢取向等物理参量;用一种新的共路剪切干涉法测定了各种输入输出偏振器取 向配置情况下TN-LCSLM 的输出复振幅与控制信号灰度值的定量关系,给出了 TN-LCSLM 的强度和相位调制幅度的三维描述;根据输出复振幅与控制信号灰度 值的定量关系,进一步研究了TN-LCSLM 的最佳振幅调制状态,最佳位相调制状 态,以及最佳衍射效率和最佳信噪比调制状态对应的偏振器取向配置。这些测 量结果为我们深入了解TN-LCSLM 的相干光学调制特性,选择和设计适用于不同 波前变换实验的TN-LCSLM 及其取向配置提供了参考依据。三.把基于TN-LCSLM 的动态波前变换系统看作一个相干光学成像系统,分析并推 导了该系统的点扩展函数,进而研究了LCSLM 像素结构所引起的固有切趾和展 宽效应。通过计算机模拟考察了LCSLM 开口率和衍射距离对系统分辨率的影响, 给出了满足抽样定理所要求的系统的最小衍射距离。最后提出了一种消除LCSLM 像素结构影响的物波频谱预处理方法。四.提出了一种新的基于LCSLM 和计算全息的相移法,称为液晶光调制计算全息相 移法,通过适当变换显示到LCSLM 上的计算全息图的编码实现了所需要的定量