3分鐘了解空間光調制器
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空間光調制器(Spatial Light Modulator,SLM)可以實現對光波空間分布的調制,它可以將信息加載到光學數據場上,這個數據場可以是一維的,也可以是二維的。作為數字光學技術應用的產品載體,空間光調制器可在隨時間變化的電驅動信號和其他信號的控制下,改變空間上光分布的振幅、偏振態或相位,或者把非相干光轉化為相干光,可以方便的將特定的信息寫入光波中,達到光波調制的目的。通過圖像信號動態實時的控制每個像素的電壓,從而實現對光波進行調制。其性能很大程度上決定了光學信息處理、自適應光學和光計算等現代光學領域的應用價值和發展前景。
空間光調制器含有許多獨立的單元,每個獨立的單元均可以通過電信號進行控制,進而改變光學特性(反射率、透射率及折射率等),實現對經過它的光束進行調制。它主要通過液晶作為光調制的材料,由于液晶材料的特殊光電效應,在外加電場的作用下,液晶分子的排列分布、位置、形狀等都會發生改變,液晶的物理性質發生改變,最直觀的就是光學性質發生改變。同時,基于電尋址的空間光調制器還具有功耗低、體積小、抗干擾能力強、響應速度快等優點。
空間光調制器能對光波的相位、振幅、偏振態等參量的空間分布進行變換或調制,因此,可以將它看作一個濾光片,這個濾光片是通過寫入信號來控制光波復振幅透過率的,即可以將光的相關信息通過寫入信號輸送到空間光調制器相對應的位置,來調整空間光調制器光透過率的過程?;诳臻g光調制器對光分布的振幅、相位、偏振態的調制作用,目前已廣泛應用于波前調制、波前整形、像差矯正等方面。

新產業空間光調制器參數
一、振幅型SLM
振幅型空間光調制器工作模式主要包括:TN、STN、VA、IPS、PLS、ADS等,常見的以TN模式和VA模式為主,TN模式下以旋光效應為主,液晶分子在光閥內部扭曲排列,具有旋光性,線偏振光經過旋光作用后偏振態發生偏轉,通過調整液晶上下基板間的電壓可以調整偏振方向,在出射方向放置偏振片,根據馬呂斯定律可以實現對出射光強度的調節;VA 模式下主要原理是雙折射效應,線偏振光在液晶中分為傳播速度不同的O光和E光,在出射方向重新合成的偏振態取決于O光和E光的相位差,相位差可以通過像素電壓實現調控,同樣,在出射方向放置偏振片,根據馬呂斯定律可以實現對振幅的調節。
二、相位型SLM
相位型空間光調制器工作模式包括ECB模式,其主要原理是基于光學各向異性,入射光偏振方向與液晶分子光軸平行,此情況下無O光分量,通過調節像素電壓可以改變E光光程,從而實現對入射光相位的調控。
一、反射式空間光調制器
(1)直射

BS為非偏振分光棱鏡,起偏器角度需與配向角方向一致(一般為水平方向,也有部分產品是45°設置,使用前需要確認清楚),檢偏器角度與起偏器平行。
(2)斜入射

光斜入射,入射角盡量小(一般要求小于5°),起偏器角度需與配向角方向一致(一般為水平方向,也有部分產品是45°設置,使用前需要確認清楚),檢偏器角度與起偏器平行,入射角指光傳播方向與空間光調制器液晶光閥法線的夾角。
二、透射式空間光調制器


應 用
一、3D 打印及光刻
增材制造,又稱 3D 打印,是一種以數字模型文件為基礎,將部件離散成二維圖形或者 路徑,通過逐層疊加的方式構造三維物體的快速成型技術。利用 SLM 的振幅調制特性,將 經過 SLM 調制后的二維離散圖案投影到目標材料,實現目標材料的 3D 打印及光刻?;?光刻的 3D 打印技術因其能夠快速一體化成型精度高、跨尺度、多材料復雜三維結構,目前 在微電路圖形(光刻直寫)、表面 3D 形貌(灰度光刻-結構光,光子器件)、MEMS/THz(深 結構、微波功能器件)、生物芯片和超材料等方面應用廣泛。

3D 打印及光刻——振幅型空間光調制器
二、超分辨顯微成像
基于 SLM 的振幅調制特性,通過在 SLM 上加載目標圖像產生特定光場,對特定光場 與樣品作用后的結果進行處理得到樣品的相位等信息,從而實現顯微成像。超分辨顯微成像 技術是細胞生物學中研究細胞器結構、相互作用和蛋白質功能的強大工具,具有突破光學衍 射極限的分辨能力,從納米尺度上為細胞生物學提供了新的分析手段,對生命科學相關領域 具有重大意義。

超分辨顯微成像——振幅型空間光調制器
三、全息成像
基于 SLM 的全息顯示技術可以實現將被記錄物體數字化,通過模擬計算物光傳播過程 的方式來得到全息圖,其不受物體客觀存在形式的約束,不但可以再現真實物體,而且也可以再現不存在的虛擬物體。利用 SLM 的相位調制特性,通過 MS-SW-SLM 控制軟件加載或 者計算全息算法圖到 SLM 上,能實現單色全息成像或者彩色全息成像。目前,基于 SLM 的 全息顯示技術已經在近眼顯示、投影顯示等多個領域得到了應用。

全息成像——相位型空間光調制器
四、大氣湍流
湍流是指空氣質點作無規則的或隨機變化的一種運動狀態,利用 SLM 的相位調制能力, 加載相應的相位圖到 SLM,通過使入射光束產生相位畸變,從而能達到實驗室模擬大氣湍 流的效果。

大氣湍流——相位型空間光調制器
來源:長春新產業光電技術有限公司
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