空间光调制器LCOS-SLM衍射效率测试及最新应用成果

空间光调制器LCOS-SLM的衍射效率作用

空间光调制器（Spatial Light Modulator，简称SLM）是一种能够对光进行实时控制的光学器件，常用于光学图像处理、光学通信、光学计算、光学传感等领域。SLM的衍射效率是指SLM输出的光束中，能够被转换为所需光学信息的比例。衍射效率的高低对于SLM的应用性能和效率有着重要影响。

SLM的衍射效率受多种因素影响，主要包括以下几个方面：

像素尺寸和填充因子：SLM上的像素越小，其所能控制的波长范围越宽，从而可以实现更高的衍射效率。同时，填充因子也会影响SLM的衍射效率，填充因子越高，衍射效率越高。

光学系统的分辨率：SLM的衍射效率还受到光学系统分辨率的影响。在光学系统分辨率足够高的情况下，SLM的衍射效率会更高。

SLM的偏振状态：SLM的偏振状态也会影响其衍射效率。如果SLM的偏振方向与输入光的偏振方向不同，会导致光的损失，从而影响SLM的衍射效率。

光束的波长和入射角：光束的波长和入射角也会影响SLM的衍射效率。通常来说，较短波长和较小入射角可以实现更高的衍射效率。

空间光调制器一级衍射效率。

空间光调制器（Spatial Light Modulator，简称SLM）的一级衍射效率是指SLM输出的光束中，被转换成所需光学信息的比例。一级衍射效率通常是指SLM的空间光调制能力，即在一个像素大小为λ/2的SLM上，能否有效地实现衍射。

在一个像素大小为λ/2的SLM上，如果每个像素只能够控制一个相位值，那么SLM的一级衍射效率将非常低。为了提高SLM的一级衍射效率，可以采用多级位相调制技术，即将每个像素划分为多个子像素，每个子像素可以控制不同的相位值。通过多级位相调制，可以大大提高SLM的空间光调制能力，从而提高SLM的一级衍射效率。

此外，还有其他一些因素也会影响SLM的一级衍射效率，例如SLM的像素填充因子、SLM的偏振状态、光束的波长和入射角等。因此，在实际应用中，需要根据具体情况对SLM进行优化，以获得更高的一级衍射效率。

一级衍射效率是LCOS真正的“衍射效率”，是通过加载闪耀光栅时（将LCOS作为光栅使用）一级衍射光的能量占不加光栅时的零级光能量的百分比来定义的。

Diffraction efficiency = I1st/Iave[%]

其中，I1st是加光栅时一级光的能量，Iave是不加光栅时零级光的能量。

空间光调制器衍射效率的测试方法。

衍射效率测试是评估SLM性能的一项重要指标。常用的测试方法包括以下几种：

偏振衍射法：该方法是将SLM作为衍射光栅使用，通过测量衍射光的偏振状态来计算衍射效率。这种方法需要使用偏振器和偏振分束器等光学元件，比较复杂。

相位衍射法：该方法是通过将SLM作为一个透明相位光栅，将输入光束衍射后的衍射图案与期望的衍射图案进行比较，从而计算衍射效率。这种方法需要使用相位测量仪等测量设备，比较精确，但需要预先知道期望的衍射图案。

波前传输法：该方法是通过将SLM作为一个透镜或光学系统的一部分，测量光束经过SLM后的波前变化，从而计算SLM的衍射效率。这种方法需要使用自适应光学系统或者自适应光学干涉术等设备，能够对SLM进行实时监测和调整。

滨松 空间光调制器应用 相位衍射法对衍射效率进行测试；

在空间光调制器上加载光栅的相位图，产生闪耀光栅的调制效果，衍射光栅可以设置为2阶、4阶、8阶、16阶，如下图所示:

根据相位调制和灰度值的关系，可以制作出以下几个光栅相位图。

将这些光栅相位图分别加载到SLM上，就可以得到经过光栅分光的光斑。

经计算可以看到，滨松的LCOS-SLM一级衍射效率是非常接近理论值的。

最新新闻——滨松SLM助力突破光学衍射极限。

继Science，滨松SLM参与飞秒激光极端制造新突破之后，滨松空间光调制器（SLM）又一次成为浙江大学、之江实验室超分辨双光子聚合系统光场调控的核心器件，研究成果以“Direct laser writing breaking diffraction barrier based on two-focus parallel peripheral-photoinhibition lithography”为题发表在Advanced Photonics 上。

最近，浙江大学、之江实验室刘旭教授和匡翠方教授团队基于前期远场超分辨技术的研究经验，提出了一种新型的双通道激光纳米直写方法。该方法突破了光学衍射极限，提高了激光直写“打印”的精度和速度。

团队深入研究发展了暗斑调控技术、双通道调控技术、边缘光抑制技术、防漂移技术、三维模型解析技术和新型光刻胶技术。所研制的装置刻写效率比市面上的单通道装置产品提升一倍，最小二维线宽达到40 nm，空间悬浮线横向线宽稳定在20-30 nm。基于偏振独立调控技术，实现了通道间的独立控制，双通道可以并行打印不同的任务。突破了传统并行方法局限于周期性结构打印的问题，能广泛应用于制造非周期性结构和高度复杂结构。这进一步扩展了激光直写光学制造的潜在应用范围，使该装置有望成为可支持众多领域发展的实用支撑设备。

本文“ 滨松空间光调制器应用 相位衍射法对衍射效率进行测试”部分摘抄于滨松官网http://share.hamamatsu.com.cn/specialDetail/799.html

新闻摘抄于滨松中国公众号。

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审核编辑 黄宇