純相位空間光調(diào)制器（SLM）零級(jí)光的產(chǎn)生及消除方法

引言

空間光調(diào)制器（一般指相位型SLM）可以對(duì)光的振幅、相位、偏振態(tài)等進(jìn)行調(diào)制，在光學(xué)研究領(lǐng)域擁有廣泛和悠久的歷史。目前相位型空間光調(diào)制器在全息光學(xué)，全息光鑷，激光并行加工，自適應(yīng)光學(xué)，雙光子/三光子/多光子顯微成像，散射或渾濁介質(zhì)中的成像，脈沖整形，光學(xué)加密，量子計(jì)算，光通信，湍流模擬等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

很多的科研人員在使用空間光調(diào)制器時(shí)，往往會(huì)受到零級(jí)光的困擾，零級(jí)光對(duì)研究結(jié)果也產(chǎn)生了非常大的影響?？梢哉f大家苦零級(jí)光久矣。本文對(duì)液晶空間光調(diào)制器零級(jí)光的產(chǎn)生原因及其消除方法進(jìn)行了闡述。

Meadowlark Optics公司擁有40年純相位SLM研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，可以提供模擬尋址的純相位空間光調(diào)制器（1920x1200 & 1024x1024分辨率），產(chǎn)品工作波段可以覆蓋400-1700nm，相位穩(wěn)定性可以達(dá)到0.1%，幀頻可以到1436Hz，損傷閾值可以達(dá)到200W/cm2以上。

Q1

空間光調(diào)制器零級(jí)光產(chǎn)生的原因？

要想了解SLM零級(jí)光產(chǎn)生的原因，我們需要先了解下空間光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)構(gòu)成。如下圖所示，LC-SLM光學(xué)頭主要由：保護(hù)玻璃，透明電極，液晶層，像素電極層（Wafer）構(gòu)成。

1） 保護(hù)玻璃的透過率

窗口片保護(hù)玻璃的透過率在相應(yīng)的工作波段（400-800nm,500-1200nm,850-1650nm）內(nèi)通常在98.5-99.5%范圍內(nèi)，因此有少量的光被直接反射回去。

2）透明電極的透過率

透明電極的透過率一般都在99%以上，該部分造成的零級(jí)光基本可以忽略。

3）空間光調(diào)制器填充率

像素電極層（Wafer）由一個(gè)個(gè)的獨(dú)立像元構(gòu)成，從而SLM可以實(shí)現(xiàn)針對(duì)單個(gè)像元的獨(dú)立調(diào)制。相鄰像元之間會(huì)有微小的縫隙，縫隙部分無法加載電壓，因此對(duì)應(yīng)的液晶層無法加載相位，這部分未被調(diào)制的光會(huì)反射回去，產(chǎn)生零級(jí)光。

4）入射光照射到非工作區(qū)域

如果入射光照射到了非工作區(qū)域，則這部分光也會(huì)不被調(diào)制，直接反射回光路，產(chǎn)生零級(jí)光。

5）入射光的偏振態(tài)或者偏振方向錯(cuò)誤

目前市面上所有的相位型空間光調(diào)制器（SLM）均要求線偏光入射，線偏方向與液晶的e軸平行（extraordinary axis）。如果入射光與e軸存在夾角，或者入射光的偏振態(tài)不是線偏光，則會(huì)有一部分分量的光不被調(diào)制，從而產(chǎn)生零級(jí)光。

Q2

Meadowlark公司SLM零級(jí)光消除方法？

硬件方面：

1）提高空間光調(diào)制器的填充率，最小化縫隙影響。

Meadowlark Optics公司可以提供1024x1024的純相位空間光調(diào)制器，填充因子可以達(dá)到目前世界最高的97.2%，大大減小了縫隙產(chǎn)生的影響。

2）提高空間光調(diào)制器的線性度。

1920x1200的液晶空間光調(diào)制器，MLO公司在出廠前會(huì)對(duì)每一臺(tái)SLM進(jìn)行高精度的校準(zhǔn)，保證每一臺(tái)空間光調(diào)制器都具有高度的線性準(zhǔn)確性，從而提高相位調(diào)制精度，達(dá)到最優(yōu)的調(diào)制效果。

軟件方面：

a)疊加閃耀光柵

Meadowlark公司的SLM控制軟件提供生成任意周期閃耀光柵的功能，該光柵可以方便的與客戶的全息圖進(jìn)行疊加，從而把結(jié)果偏轉(zhuǎn)到1級(jí)位置，客戶只需要用光闌將零級(jí)光濾掉，只讓一級(jí)光通過即可。

b)疊加菲涅爾透鏡

MLO公司的調(diào)制器控制軟件提供生成任意焦距菲涅爾透鏡的功能，用戶可以將全息圖與該菲涅爾灰度圖進(jìn)行疊加，從而零級(jí)光與衍射光的焦平面會(huì)發(fā)生錯(cuò)位，零級(jí)光在衍射光的焦平面上會(huì)發(fā)散掉，從而減小零級(jí)光的影響。

光路方面：

1）光路中添加偏振片和半波片，提高入射光的偏振態(tài)準(zhǔn)確性

為了使用SLM作為相位調(diào)制器，入射偏振必須是線性的，并且與LC分子對(duì)齊。為了確保入射光的偏振是線性的，建議在激光光源后放置一個(gè)偏振器。為了確保偏振與LC分子對(duì)齊，建議在偏振器和SLM之間放置半波片，通過半波片的旋轉(zhuǎn)可以將0級(jí)光調(diào)到最小。

2）光路中添加使用0階塊（0th order block），阻擋零級(jí)光

Q3

上海昊量光電設(shè)備有限公司可以提供什么樣的空間光調(diào)制器？

1）1920x1200純相位空間光調(diào)制器（標(biāo)準(zhǔn)速度）

2）1024x1024純相位空間光調(diào)制器（超高速度）

關(guān)于昊量光電：

昊量光電 您的光電超市！

昊量光電可以給客戶提供SLM樣品試用，以及全面的技術(shù)支持。上海昊量光電設(shè)備有限公司致力于引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)性與創(chuàng)新性的光電技術(shù)與可靠產(chǎn)品！與來自美國(guó)、歐洲、日本等眾多知名光電產(chǎn)品制造商建立了緊密的合作關(guān)系。代理品牌均處于相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展前沿，產(chǎn)品包括各類激光器、光電調(diào)制器、光學(xué)測(cè)量設(shè)備、精密光學(xué)元件等，所涉足的領(lǐng)域涵蓋了材料加工、光通訊、生物醫(yī)療、科學(xué)研究、國(guó)防及前沿的細(xì)分市場(chǎng)比如為量子光學(xué)、生物顯微、物聯(lián)傳感、精密加工、先進(jìn)激光制造等。

我們的技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)可以為國(guó)內(nèi)前沿科研與工業(yè)領(lǐng)域提供完整的設(shè)備安裝，培訓(xùn)，硬件開發(fā)，軟件開發(fā)，系統(tǒng)集成等優(yōu)質(zhì)服務(wù)，助力中國(guó)智造與中國(guó)創(chuàng)造! 為客戶提供適合的產(chǎn)品和提供完善的服務(wù)是我們始終秉承的理念！