空間光調制器LCOS-SLM的衍射效率作用

空間光調制器（Spatial Light Modulator，簡稱SLM）是一種能夠對光進行實時控制的光學器件，常用于光學圖像處理、光學通信、光學計算、光學傳感等領域。SLM的衍射效率是指SLM輸出的光束中，能夠被轉換為所需光學信息的比例。衍射效率的高低對于SLM的應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，其所能控制的波長范圍越寬，從而可以實現更高的衍射效率。同時，填充因子也會影響SLM的衍射效率，填充因子越高，衍射效率越高。

光學系統的分辨率：SLM的衍射效率還受到光學系統分辨率的影響。在光學系統分辨率足夠高的情況下，SLM的衍射效率會更高。

SLM的偏振狀態：SLM的偏振狀態也會影響其衍射效率。如果SLM的偏振方向與輸入光的偏振方向不同，會導致光的損失，從而影響SLM的衍射效率。

光束的波長和入射角：光束的波長和入射角也會影響SLM的衍射效率。通常來說，較短波長和較小入射角可以實現更高的衍射效率。

空間光調制器一級衍射效率。

空間光調制器（Spatial Light Modulator，簡稱SLM）的一級衍射效率是指SLM輸出的光束中，被轉換成所需光學信息的比例。一級衍射效率通常是指SLM的空間光調制能力，即在一個像素大小為λ/2的SLM上，能否有效地實現衍射。

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

此外，還有其他一些因素也會影響SLM的一級衍射效率，例如SLM的像素填充因子、SLM的偏振狀態、光束的波長和入射角等。因此，在實際應用中，需要根據具體情況對SLM進行優化，以獲得更高的一級衍射效率。

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

Diffraction efficiency = I1st/Iave[%]

其中，I1st是加光柵時一級光的能量，Iave是不加光柵時零級光的能量。

空間光調制器衍射效率的測試方法。

衍射效率測試是評估SLM性能的一項重要指標。常用的測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，通過測量衍射光的偏振狀態來計算衍射效率。這種方法需要使用偏振器和偏振分束器等光學元件，比較復雜。

相位衍射法：該方法是通過將SLM作為一個透明相位光柵，將輸入光束衍射后的衍射圖案與期望的衍射圖案進行比較，從而計算衍射效率。這種方法需要使用相位測量儀等測量設備，比較精確，但需要預先知道期望的衍射圖案。

波前傳輸法：該方法是通過將SLM作為一個透鏡或光學系統的一部分，測量光束經過SLM后的波前變化，從而計算SLM的衍射效率。這種方法需要使用自適應光學系統或者自適應光學干涉術等設備，能夠對SLM進行實時監測和調整。

濱松 空間光調制器應用 相位衍射法對衍射效率進行測試；

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

根據相位調制和灰度值的關系，可以制作出以下幾個光柵相位圖。

將這些光柵相位圖分別加載到SLM上，就可以得到經過光柵分光的光斑。

經計算可以看到，濱松的LCOS-SLM一級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，濱松空間光調制器（SLM）又一次成為浙江大學、之江實驗室超分辨雙光子聚合系統光場調控的核心器件，研究成果以“Direct laser writing breaking diffraction barrier based on two-focus parallel peripheral-photoinhibition lithography”為題發表在Advanced Photonics 上。

最近，浙江大學、之江實驗室劉旭教授和匡翠方教授團隊基于前期遠場超分辨技術的研究經驗，提出了一種新型的雙通道激光納米直寫方法。該方法突破了光學衍射極限，提高了激光直寫“打印”的精度和速度。

團隊深入研究發展了暗斑調控技術、雙通道調控技術、邊緣光抑制技術、防漂移技術、三維模型解析技術和新型光刻膠技術。所研制的裝置刻寫效率比市面上的單通道裝置產品提升一倍，最小二維線寬達到40 nm，空間懸浮線橫向線寬穩定在20-30 nm。基于偏振獨立調控技術，實現了通道間的獨立控制，雙通道可以并行打印不同的任務。突破了傳統并行方法局限于周期性結構打印的問題，能廣泛應用于制造非周期性結構和高度復雜結構。這進一步擴展了激光直寫光學制造的潛在應用范圍，使該裝置有望成為可支持眾多領域發展的實用支撐設備。

本文“ 濱松空間光調制器應用 相位衍射法對衍射效率進行測試”部分摘抄于濱松官網http://share.hamamatsu.com.cn/specialDetail/799.html

新聞摘抄于濱松中國公眾號。

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審核編輯黃宇