空間光調(diào)制器是采用LCOS(Liquid Crystal On Silicon, 硅基液晶)芯片來調(diào)節(jié)光波前的振幅或相位的光學(xué)器件。LCOS芯片是由液晶像元組成的像素陣列，每個(gè)像素都能單獨(dú)地調(diào)制光。對(duì)于同一束光來說，像元的尺寸越小，調(diào)制的就越精細(xì);像素的個(gè)數(shù)就是芯片的分辨率，分辨率越高，可調(diào)制的自由度就越高。對(duì)于濱松LCOS本身的性質(zhì)來說，它只改變光的相位，而不影響光的強(qiáng)度和偏振狀態(tài)。(如果要調(diào)制振幅/光強(qiáng)，需要通過光路來實(shí)現(xiàn)，具體光路參見：SLM振幅調(diào)制光路)。通過改變電壓來改變液晶的排列方式，相位調(diào)制隨著液晶的排列方式而變化。通過CMOS背板和PC輸出的DVI信號(hào)，液晶的排列是單像素可控的。

目前市面上的LCOS產(chǎn)品中，濱松LCOS在高端市場(chǎng)中以更優(yōu)秀的性能贏得了眾多用戶的好評(píng)——高線性度、高光利用率、高衍射效率，等等。

一、產(chǎn)品型號(hào)的選擇

1. 確認(rèn)分辨率和像元大小

LCOS是由像素陣列組成的，濱松可以提供的分辨率為1272×1024. 新系列X15213表示在產(chǎn)品型號(hào)的前半部分，后半部分表示對(duì)應(yīng)的型號(hào)，各型號(hào)的波長(zhǎng)范圍不同，如X15213-08. 見下表：

表中"有效面積(Effecttive area size)"是指LCOS頭上可以對(duì)光進(jìn)行調(diào)制的液晶面的面積。"填充因子(Fill factor)"是指單個(gè)像素有效面積占總面積的百分比，這個(gè)值在影響光利用率方面比較關(guān)鍵(光利用率在本文后面會(huì)進(jìn)行介紹)。某些廠家將該值Fill factor的概念與像素間間距(Inter pixel gap)合起來表示該值，因此他們通常將Fill factor標(biāo)成100%，但同時(shí)他們的Inter pixel gap高達(dá)1.3μm，而這個(gè)Inter pixel gap他們是不會(huì)給出的，因此參數(shù)就會(huì)顯得很好看。而濱松本著實(shí)事求是的原則將實(shí)際Fill factor寫出，并且濱松的Inter pixel gap只有0.2μm。所以用戶在使用的時(shí)候，需要考慮的是綜合了Fill factor和Inter pixel gap的真正的填充率，只有高Fill factor，沒有小的Inter pixel gap, 實(shí)際上的填充效果其實(shí)并不好。后面的重量是指LCOS頭的重量，新產(chǎn)品采用輕量化設(shè)計(jì)，在保證性能不變的情況下，重量為150g(舊版為350g)，水冷型號(hào)的由于增加了制冷部分，重量為550g.

2. 選擇相應(yīng)的波段

每個(gè)系列的LCOS產(chǎn)品都包含若干個(gè)不同的型號(hào)，以尾綴的形式表示。如X15213-08中的-08就是指該型號(hào)的產(chǎn)品可調(diào)制波長(zhǎng)范圍為1000nm-1550nm，見下表：

其中對(duì)于-05型號(hào)來說，波長(zhǎng)小于400nm的紫外光會(huì)對(duì)LCOS造成損傷，更多細(xì)節(jié)請(qǐng)向我們咨詢。對(duì)于-08型號(hào)，波長(zhǎng)1350nm-1400nm這一段由于玻璃基片的吸收會(huì)導(dǎo)致反射率(光利用率)下降約5%。尾綴帶有字母L或者R的代表水冷型號(hào)的水冷管接口在左(L)或者在右(R)，以R為例詳見下圖圖紙。

3. 注意光閾值

LCOS是不能照射超過閾值的光的，如果超過閾值光強(qiáng)，則會(huì)發(fā)生損傷，輕則線性度下降，重則液晶層融化。濱松LCOS的光閾值在同類產(chǎn)品中屬于較高的水平，具體值由于型號(hào)、波長(zhǎng)、用戶使用的光源類型不同會(huì)有很大差異，請(qǐng)參考空間光調(diào)制器光強(qiáng)閾值資料及計(jì)算方法。對(duì)于不同系列的相同尾綴的型號(hào)，具有相同的光閾值，如X10468-08的光閾值和X15213-08相同。

另外，從波長(zhǎng)選型中可以看到，不同尾綴的各種型號(hào)中，-01，-07，-08這三種型號(hào)的波長(zhǎng)范圍較長(zhǎng);而其他幾種型號(hào)的波長(zhǎng)范圍較短，這是因?yàn)樗鼈冊(cè)谝壕У牡讓蛹恿私橘|(zhì)鏡(Dielectric mirror)，大大提高了光閾值和光利用率，但也將波長(zhǎng)范圍限制在一個(gè)比較小的范圍內(nèi)。

對(duì)于一些需要使用強(qiáng)激光(幾十瓦到幾百瓦)的應(yīng)用，如 激光加工 (了解應(yīng)用詳情請(qǐng)點(diǎn)擊)應(yīng)用等，可以選擇帶水冷的型號(hào)，通過水冷/帕爾貼制冷提高儀器的平均功率。各個(gè)型號(hào)所能滿足的最高光強(qiáng)功率閾值請(qǐng)見：

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客戶需要自行配置水冷機(jī)，要求如下：

二、重要性能參數(shù)

1.光利用率(反射率)

為了提高光的利用率，在調(diào)制的過程中將光能的損失降到最低，濱松的LCOS產(chǎn)品均為反射式。這里光利用率就定義為光經(jīng)過LCOS液晶面反射的反射率。定義為：平均反射光強(qiáng)占入射光強(qiáng)的百分比。反射率的測(cè)試方法如下：

各個(gè)型號(hào)的光利用率

濱松可以提供355nm-1550nm范圍內(nèi)的OEM定制產(chǎn)品，我們可以為您專門優(yōu)化您應(yīng)用中需要用到的波長(zhǎng)。具體需求請(qǐng)聯(lián)系我們。另外，有些品牌將反射率稱為"零級(jí)衍射效率"，這其實(shí)是一回事，不要把"零級(jí)衍射效率/光利用率/反射率"與"一級(jí)衍射效率"混淆。

2.一級(jí)衍射效率

一級(jí)衍射效率才是LCOS真正的"衍射效率"，是通過加載閃耀光柵時(shí)(將LCOS作為光柵使用)一級(jí)衍射光的能量占零級(jí)衍射光(入射灰階從0到255變化時(shí)的平均值)能量的百分比來定義的。加載閃耀光柵時(shí)，光斑級(jí)次如下圖所示：

(a)未加載光柵，(b)加載2-level光柵，空間分辨率為25線對(duì)/mm，圖中為±1級(jí)光及0級(jí)光，(c)加載4-level光柵，相當(dāng)于12.5線對(duì)/mm的空間分辨率具體檢測(cè)衍射效率的方法如下，客戶可以搭簡(jiǎn)單的光路，使用光功率計(jì)自行檢測(cè)：

光柵level/steps越高，空間分辨率就越低，但是衍射效率越高。對(duì)于X13138系列，光柵level/steps和空間分辨率lp/mm之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系為：

濱松LCOS由于其純相位高精度的相位控制，具有接近理論值得超高衍射效率，X15213系列具體數(shù)值如下：

具體計(jì)算方法見(以老型號(hào)為例，原理相同)：SLM空間分辨率的解釋。

如果用戶感興趣，可自行在實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，檢測(cè)示例參見：LCOS-SLM空間光調(diào)制器衍射效率測(cè)試(一級(jí)衍射效率)

注意!實(shí)驗(yàn)室靜電有可能造成衍射效率下降，請(qǐng)注意防護(hù)。

3. 線性度

相位調(diào)制的線性度在光調(diào)制的精度方面是一個(gè)至關(guān)重要的參數(shù)，而濱松致力于追求等高精度的調(diào)制，在線性度方面做到了行業(yè)頂級(jí)。 濱松線性度：

可以看到平均值和標(biāo)準(zhǔn)差的線性度都非常好。而一些單純追求相位調(diào)制范圍或分辨率的品牌，容易忽視線性度，這樣就在調(diào)制精度方面存在問題。如：

在主要用到的0-2π區(qū)間范圍內(nèi)線性度較差。而大部分應(yīng)用主要使用的都是0-2π這個(gè)范圍內(nèi)，原因是從波動(dòng)光學(xué)的角度來說，像差2π的整數(shù)倍的兩個(gè)相位的光是可以進(jìn)行等效的。

審核編輯：湯梓紅