空間光調(diào)制器LCOS-SLM的衍射效率作用

空間光調(diào)制器（Spatial Light Modulator，簡(jiǎn)稱SLM）是一種能夠?qū)膺M(jìn)行實(shí)時(shí)控制的光學(xué)器件，常用于光學(xué)圖像處理、光學(xué)通信、光學(xué)計(jì)算、光學(xué)傳感等領(lǐng)域。SLM的衍射效率是指SLM輸出的光束中，能夠被轉(zhuǎn)換為所需光學(xué)信息的比例。衍射效率的高低對(duì)于SLM的應(yīng)用性能和效率有著重要影響。

SLM的衍射效率受多種因素影響，主要包括以下幾個(gè)方面：

像素尺寸和填充因子：SLM上的像素越小，其所能控制的波長(zhǎng)范圍越寬，從而可以實(shí)現(xiàn)更高的衍射效率。同時(shí)，填充因子也會(huì)影響SLM的衍射效率，填充因子越高，衍射效率越高。

光學(xué)系統(tǒng)的分辨率：SLM的衍射效率還受到光學(xué)系統(tǒng)分辨率的影響。在光學(xué)系統(tǒng)分辨率足夠高的情況下，SLM的衍射效率會(huì)更高。

SLM的偏振狀態(tài)：SLM的偏振狀態(tài)也會(huì)影響其衍射效率。如果SLM的偏振方向與輸入光的偏振方向不同，會(huì)導(dǎo)致光的損失，從而影響SLM的衍射效率。

光束的波長(zhǎng)和入射角：光束的波長(zhǎng)和入射角也會(huì)影響SLM的衍射效率。通常來(lái)說(shuō)，較短波長(zhǎng)和較小入射角可以實(shí)現(xiàn)更高的衍射效率。

空間光調(diào)制器一級(jí)衍射效率。

空間光調(diào)制器（Spatial Light Modulator，簡(jiǎn)稱SLM）的一級(jí)衍射效率是指SLM輸出的光束中，被轉(zhuǎn)換成所需光學(xué)信息的比例。一級(jí)衍射效率通常是指SLM的空間光調(diào)制能力，即在一個(gè)像素大小為λ/2的SLM上，能否有效地實(shí)現(xiàn)衍射。

在一個(gè)像素大小為λ/2的SLM上，如果每個(gè)像素只能夠控制一個(gè)相位值，那么SLM的一級(jí)衍射效率將非常低。為了提高SLM的一級(jí)衍射效率，可以采用多級(jí)位相調(diào)制技術(shù)，即將每個(gè)像素劃分為多個(gè)子像素，每個(gè)子像素可以控制不同的相位值。通過(guò)多級(jí)位相調(diào)制，可以大大提高SLM的空間光調(diào)制能力，從而提高SLM的一級(jí)衍射效率。

此外，還有其他一些因素也會(huì)影響SLM的一級(jí)衍射效率，例如SLM的像素填充因子、SLM的偏振狀態(tài)、光束的波長(zhǎng)和入射角等。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體情況對(duì)SLM進(jìn)行優(yōu)化，以獲得更高的一級(jí)衍射效率。

一級(jí)衍射效率是LCOS真正的“衍射效率”，是通過(guò)加載閃耀光柵時(shí)（將LCOS作為光柵使用）一級(jí)衍射光的能量占不加光柵時(shí)的零級(jí)光能量的百分比來(lái)定義的。

Diffraction efficiency = I1st/Iave[%]

其中，I1st是加光柵時(shí)一級(jí)光的能量，Iave是不加光柵時(shí)零級(jí)光的能量。

空間光調(diào)制器衍射效率的測(cè)試方法。

衍射效率測(cè)試是評(píng)估SLM性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。常用的測(cè)試方法包括以下幾種：

偏振衍射法：該方法是將SLM作為衍射光柵使用，通過(guò)測(cè)量衍射光的偏振狀態(tài)來(lái)計(jì)算衍射效率。這種方法需要使用偏振器和偏振分束器等光學(xué)元件，比較復(fù)雜。

相位衍射法：該方法是通過(guò)將SLM作為一個(gè)透明相位光柵，將輸入光束衍射后的衍射圖案與期望的衍射圖案進(jìn)行比較，從而計(jì)算衍射效率。這種方法需要使用相位測(cè)量?jī)x等測(cè)量設(shè)備，比較精確，但需要預(yù)先知道期望的衍射圖案。

波前傳輸法：該方法是通過(guò)將SLM作為一個(gè)透鏡或光學(xué)系統(tǒng)的一部分，測(cè)量光束經(jīng)過(guò)SLM后的波前變化，從而計(jì)算SLM的衍射效率。這種方法需要使用自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)或者自適應(yīng)光學(xué)干涉術(shù)等設(shè)備，能夠?qū)LM進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)整。

濱松 空間光調(diào)制器應(yīng)用 相位衍射法對(duì)衍射效率進(jìn)行測(cè)試；

在空間光調(diào)制器上加載光柵的相位圖，產(chǎn)生閃耀光柵的調(diào)制效果，衍射光柵可以設(shè)置為2階、4階、8階、16階，如下圖所示:

根據(jù)相位調(diào)制和灰度值的關(guān)系，可以制作出以下幾個(gè)光柵相位圖。

將這些光柵相位圖分別加載到SLM上，就可以得到經(jīng)過(guò)光柵分光的光斑。

經(jīng)計(jì)算可以看到，濱松的LCOS-SLM一級(jí)衍射效率是非常接近理論值的。

最新新聞——濱松SLM助力突破光學(xué)衍射極限。

繼Science，濱松SLM參與飛秒激光極端制造新突破之后，濱松空間光調(diào)制器（SLM）又一次成為浙江大學(xué)、之江實(shí)驗(yàn)室超分辨雙光子聚合系統(tǒng)光場(chǎng)調(diào)控的核心器件，研究成果以“Direct laser writing breaking diffraction barrier based on two-focus parallel peripheral-photoinhibition lithography”為題發(fā)表在Advanced Photonics 上。

最近，浙江大學(xué)、之江實(shí)驗(yàn)室劉旭教授和匡翠方教授團(tuán)隊(duì)基于前期遠(yuǎn)場(chǎng)超分辨技術(shù)的研究經(jīng)驗(yàn)，提出了一種新型的雙通道激光納米直寫方法。該方法突破了光學(xué)衍射極限，提高了激光直寫“打印”的精度和速度。

團(tuán)隊(duì)深入研究發(fā)展了暗斑調(diào)控技術(shù)、雙通道調(diào)控技術(shù)、邊緣光抑制技術(shù)、防漂移技術(shù)、三維模型解析技術(shù)和新型光刻膠技術(shù)。所研制的裝置刻寫效率比市面上的單通道裝置產(chǎn)品提升一倍，最小二維線寬達(dá)到40 nm，空間懸浮線橫向線寬穩(wěn)定在20-30 nm?；谄癃?dú)立調(diào)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了通道間的獨(dú)立控制，雙通道可以并行打印不同的任務(wù)。突破了傳統(tǒng)并行方法局限于周期性結(jié)構(gòu)打印的問(wèn)題，能廣泛應(yīng)用于制造非周期性結(jié)構(gòu)和高度復(fù)雜結(jié)構(gòu)。這進(jìn)一步擴(kuò)展了激光直寫光學(xué)制造的潛在應(yīng)用范圍，使該裝置有望成為可支持眾多領(lǐng)域發(fā)展的實(shí)用支撐設(shè)備。

本文“ 濱松空間光調(diào)制器應(yīng)用 相位衍射法對(duì)衍射效率進(jìn)行測(cè)試”部分摘抄于濱松官網(wǎng)http://share.hamamatsu.com.cn/specialDetail/799.html

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