多光束控制技术是一种同时控制激光束数量、指向、能量分布的技术。因其具有强并行处理能力、大吞吐量、高集成度、多功能等优点,而被广泛应用于光学、物理学、微电子学和激光通讯、激光雷达、生物工程及医学等领域,成为激光技术领域的重要分支。近年来,纯相位液晶空间光调制器(LCSLM,Liquid Crystal Spatial Light Modulators)因能动态模拟相位型衍射光学元件,且具有高空间分辨率、高相位分辨率、无运动部件、驱动电压低、集成度高、体积小、重量轻、成本低等优点,用纯相位LCSLM产生动态可控多光束可使多光束控制技术向高集成度、小型化、多功能方向发展。在多光束控制技术中光功率是极其重要的一个控制目标。提高对光功率控制的响应速度和精度,有利于增强多光束控制技术的功能,有利于开发新型多光束工作模式而扩大其应用领域。但目前基于纯相位LCSLM的多光束光功率控制技术受到LCSLM相位误差的不利影响,以及响应时间与控制精度的互相制约,使其在实际应用中难以满足对多光束控制技术快速、高精度的要求。本论文“纯相位液晶空间光调制器的多光束光功率控制技术研究”的目的是:针对纯相位LCSLM相位误差导致光功率控制精度下降,以及用于多光束光功率控制时在相位生成算法上存在的计算时间与控制精度矛盾的问题,提出抑制相位误差的可行方法,并在保证光功率控制精度的前提下提出响应时间更短的多光束光功率控制方法。其中,主要涉及多光束的光强比和衍射效率这两个关键控制参数,本课题对上述参数进行了深入的理论及实验研究,主要研究内容和实验结果如下,(1)针对LCSLM固有相位误差对分束器光强均匀度的不利影响,研究一典型的台阶式1×4分束器——等腰三角形多阶相位光栅(ITMPG)的分束原理,指出其能够产生指向可控的等光强多光束,并可通过调节光栅结构参数(相位φh)方法控制其多光束光强均匀度。实验结果表明,ITMPG可产生关于衍射0级对称的4束光束,并可被对称地偏转;与线性补偿方法相比,调节光栅结构参数方法获得的光强均匀度要高5%,即使在采用线性补偿方法后,调节光栅结构参数方法仍可进一步改进光强均匀度,说明该方法具有较强的抑制相位误差能力,为光束总功率的高精度控制提供了理论基础与实验依据。(2)当纯相位LCSLM由传统GSW算法(加权盖师贝格-撒克斯通算法)产生可控多光束时,为达到对三维多光点总功率常见的控制精度,存在计算时间过长问题。为此提出GSW算法与二元相位可调光栅结合的控制方法,即先由GSW算法产生未经最终优化的相位全息图,生成未达到多光点总功率期望值的多光束,然后再叠加二元相位可调光栅,利用二元相位可调光栅的特点快速、精确地控制多光束总功率。该方法以光栅结构参数(相位调制深度φ)为变量,按简单的余弦函数规律控制多光束总功率,其二元相位光栅的计算时间在μs量级。理论上,使用具有1600个线性相位台阶数的纯相位LCSLM,能以等分数500线性地控制归一化总功率,与仅使用GSW算法获取同等精度的多光点总功率期望值方法相比,计算时间少2个数量级以上,由此解决了传统GSW算法存在的计算时间过长问题。(3)为验证二元相位可调光栅控制方法的精确性及随机可控性,我们采用美国BNS公司的纯相位LCSLM产生可控多光束。首先,与GSW算法进行比较实验,验证二元相位可调光栅控制方法的有效性;进而,分别通过线性控制和随机控制三维单光点光功率实验,对二元相位可调光栅控制方法进行初步验证。最后,通过2×2三维点阵总功率控制实验,验证二元相位可调光栅方法控制多光束总功率的性能。实验中,采用调节光栅结构参数(相位调制深度φ)方法使归一化总功率控制精度达到理论控制精度,可在重复性精度优于0.0007的前提下,随机控制多光束的总功率。以上研究为抑制纯相位LCSLM相位误差对光功率控制精度的不利影响、缓解纯相位LCSLM用于多光束光功率控制时在相位生成算法上存在的控制精度与计算时间的矛盾提供有效手段,从而为快速、高精度控制多光束光功率技术提供理论基础和关键技术。