液晶空間光調(diào)制器器件及應(yīng)用

LC-SLM是多功能且功能強(qiáng)大的器件，具有多種應(yīng)用，包括光束整形和控制、全息術(shù)、光學(xué)捕獲和鑷子、測(cè)量、波前編碼、光學(xué)渦旋和量子應(yīng)用。 高分辨率、高速和動(dòng)態(tài)控制等獨(dú)特特性使其非常適合在各種應(yīng)用中用作動(dòng)態(tài)光學(xué)器件。

控制和利用光的技術(shù)已經(jīng)存在了幾個(gè)世紀(jì)，通常作為必須定制設(shè)計(jì)的靜態(tài)解決方案。只有在過去幾十年里，微電子和計(jì)算的數(shù)字時(shí)代才出現(xiàn)了快速可重寫技術(shù)，這種技術(shù)用于顯示器，并成為光學(xué)的主流。

在《光電科學(xué)》發(fā)表的一篇新評(píng)論綜述中，作者展示了用現(xiàn)代數(shù)字工具包替代傳統(tǒng)靜態(tài)光學(xué)工具包以實(shí)現(xiàn)“按需發(fā)光”的最新進(jìn)展。其結(jié)果是，數(shù)字控制光被引入到全球幾乎所有主要光學(xué)實(shí)驗(yàn)室，為奇異形式的結(jié)構(gòu)光的創(chuàng)建、控制、檢測(cè)和利用開辟了新的道路。先進(jìn)的工具包有望實(shí)現(xiàn)從經(jīng)典到量子領(lǐng)域的新應(yīng)用，為按需結(jié)構(gòu)光開辟新的篇章。

本文作者回顧了使用現(xiàn)代數(shù)字工具包進(jìn)行按需雕刻光的最新進(jìn)展，為這一新興課題提供了新的見解和觀點(diǎn)。推動(dòng)這一領(lǐng)域發(fā)展的核心技術(shù)是液晶空間光調(diào)制器(LC-SLM)，它允許對(duì)光的振幅、相位、偏振進(jìn)行高分辨率的定制，甚至可以定制更奇特的自由度，如路徑、軌道角動(dòng)量，甚至?xí)r空控制。這些簡(jiǎn)單而高效的設(shè)備由數(shù)百萬(wàn)像素組成，可以相位調(diào)制，以原則上無(wú)損的方式對(duì)光進(jìn)行空間控制。

在評(píng)論中，作者展示了這種LC-SLM如何用于各種任務(wù)，從創(chuàng)建各種形式的結(jié)構(gòu)光到快速高效的探測(cè)器。它們推動(dòng)了光通信、顯微鏡、成像領(lǐng)域的進(jìn)步，甚至在現(xiàn)代量子光學(xué)實(shí)驗(yàn)室中不可或缺。

LC-SLM在波束整形和轉(zhuǎn)向中的應(yīng)用。(a) 通過偽周期編碼生成三維矢量多焦點(diǎn)陣列。(b) 使用激光光子還原沖壓超快制造微型超級(jí)電容器。

它使衍射光學(xué)和數(shù)字全息術(shù)這一高技術(shù)、高難度領(lǐng)域成為主流，任何人都可以通過相對(duì)廉價(jià)的解決方案進(jìn)行訪問。例如，作為計(jì)算機(jī)生成全息圖的衍射光學(xué)元件最終可以用于它們所顯示的“圖片”。LC-SLM使這一巨大的飛躍成為可能，克服了先前解決方案的成本和復(fù)雜性。

最重要的是，“圖片”是可重寫的，用于現(xiàn)實(shí)世界應(yīng)用程序的按需實(shí)時(shí)解決方案。例如，全息光鑷允許光物質(zhì)相互作用僅通過改變圖片(計(jì)算機(jī)生成的全息圖)來(lái)控制，實(shí)時(shí)刷新以捕獲、夾持和操縱3D物體。這已經(jīng)在物理、化學(xué)、醫(yī)學(xué)和生物學(xué)等不同領(lǐng)域得到了直接應(yīng)用。

作者們解開了LC-SLM的工作原理，根據(jù)他們?cè)谠擃I(lǐng)域的長(zhǎng)期記錄提供了新的見解和觀點(diǎn)，揭示了這一新領(lǐng)域如何隨著結(jié)構(gòu)光這一新興主題的迅速發(fā)展而快速發(fā)展。他們提出了當(dāng)前的挑戰(zhàn)轉(zhuǎn)化為令人興奮的應(yīng)用時(shí)，未來(lái)可能會(huì)發(fā)生什么。

總結(jié)與展望

液晶空間光調(diào)制器對(duì)各方面研究領(lǐng)域和應(yīng)用產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，從組件級(jí)別的光學(xué)互連到量子糾纏。這篇綜述文章通過討論液晶器件，探索通過衍射進(jìn)行的光線整形，并強(qiáng)調(diào)液晶空間光調(diào)制器的有前景的應(yīng)用，全面分析了液晶空間光調(diào)制器最近的發(fā)展。該綜述展示了液晶空間光調(diào)制器實(shí)現(xiàn)獨(dú)特功能的能力，但也概述了進(jìn)一步推進(jìn)該領(lǐng)域需要解決的技術(shù)挑戰(zhàn)。一個(gè)重大的挑戰(zhàn)是缺乏緊湊和足夠快的液晶空間光調(diào)制器，特別是在長(zhǎng)波長(zhǎng)波段。此外，設(shè)計(jì)液晶空間光調(diào)制器系統(tǒng)涉及各種因素之間的權(quán)衡，如分辨率、調(diào)制范圍和損傷閾值。減小像素尺寸和增加圖像中的像素?cái)?shù)量可以提高圖像的清晰度和質(zhì)量，但也可能損害填充因子、表面平整度、衍射效率和光利用率。

審核編輯 黃宇