Up to 98%光利用率——镀介质镜型纯相位高速高损伤阈值SLM！

昊量光电

2023.4.23

作者昊量光电

TA的动态

液晶空间光调制器（SLM）可以将数字化数据转换为适合各种应用的相干光学信息，包括双光子/三光子显微成像、光镊、自适应光学、湍流模拟、光计算、光遗传学和散射介质成像等应用。这些应用需要能够轻松快速地改变相干光束波前的调制器。

通过将液晶材料的电光性能特征与基于硅的数字电路相结合，Meadowlark Optics 现在提供了高分辨率的 SLM，这些 SLM 还具有物理紧凑性和高光学效率。

Meadowlark Optics 的硅基液晶 (LCoS) 空间光调制器 (SLM) 专为纯相位应用而设计，并结合了具有高刷新率的模拟数据寻址。这种组合为用户提供最快的响应时间和高相位稳定性。这些SLM 适用于需要高速、高衍射效率、低相位纹波和高功率激光的应用。

图一：紧凑的HSP1K（1024×1024）系列和E19×12（1920×1200）系列SLM

特点一：高刷新速度

1024 x 1024分辨率的HSP1K系列SLM 速度极快，全波调制的液晶响应时间范围为 0.6 到 8 毫秒（取决于波长）。

在我们的超高速型号UHSP1K系列中，客户可以控制温度设定点以找到开关速度和相位稳定性之间的完美平衡，可以实现低至 0.5 毫秒以内的响应时间（取决于波长）。而多数其他液晶空间光调制器利用内置的显示背板和标准向列相液晶，这使得其响应时间限制在 >30 毫秒。

图二：UHSP1K系列SLM在532nm的液晶响应时间小于0.5ms（10-90%的上升时间和下降时间）

1024 x 1024 SLM非常适合需要高速、高衍射效率、低相位纹波和高功率激光器的应用。客户还可以控制温度设定点，从而在开关速度和相位稳定性之间找到完美的平衡。1024 x 1024 空间光调制器系统包括一个Gen3 x8 PCIe控制器，带有输入和输出触发器以及低延迟图像传输。触发可以在696µs的SLM芯片刷新周期边界上执行，对于需要SLM与外部硬件紧密同步的应用，甚至可以在刷新周期中间执行。该控制器还包括可加载752幅1024x1024(8bit)图片的内部存储器，可以提前加载，然后全速排序，以便在操作期间最大限度地减少PCIe总线上的流量。

特点二：高相位稳定性

1024 x 1024分辨率的HSP1K系列SLM的硅背板进行了特殊设计，以实现高速运行的同时最大限度地提高相位稳定性。

工程师成功地在不影响相位稳定性的情况下实现了高速。与许多需要脉冲宽度,调制 (PWM) 方案的实现显示 LCoS 背板不同，Meadowlark 背板利用模拟寻址最大限度地提高稳定性，相位波动可低至0.05%的超高稳定性，以满足光镊和冷原子等应用需求。

图三：标准HSP1K系列SLM的相位波动测试结果

特点三：填充率达到100%，零级衍射效率92%-98%

镀介质镜型号的SLM填充了像素间的间隙，使液晶空间光调制器的面积填充率达到100%，从而降低衍射效应和因像素间间隙引起的能量损失。

标准型号采用铝材料做底板反射材料，材料的吸收特性会导致能量损失，在800nm附近尤为明显，这使得SLM的整体效率在该波段的整体效率只能到达70-80%，而镀介质镜型的SLM完美克服了这一缺点。

图四：中心波长1000nm（工作波段900-1100nm）的介质镜反射率曲线（参考）

此外，我们的 SLM 采用 Meadowlark Optics 专有液晶材料，可最大限度地减少 SLM 中液晶层所需的厚度。通过最大化像素间距与 LC 厚度的比率，我们能够提供像素间效应最小的 SLM，可以在工作波段范围内轻松实现92%以上的零级衍射效率，最高可达98%。

图五：镀介质镜的SLM结构示意图

图六：不同光栅常数的相位光栅的一级衍射效率

特点四：高损伤阈值26GW/cm2

镀介质镜的设备具有高效率和低热效应，提升了器件对高峰值功率激光的承受能力，使器件可以用于高激光功率应用。

通过实际测试，设备在使用自带水冷系统的情况下，可以承受功率达到50W飞秒激光，峰值功率密度达到26GW/cm2以上。

图七：SLM在高激光功率下的相位响应

特点五：可自动进行任意波长线性校准，高位深PCIE控制器

该型号SLM的控制软件进行了升级，可以自动进行不同波长的波前畸变校准及线性校准，生成相应的波前校准文件（WFC）和线性校准文件（LUT）。

Meadowlark Optic公司所有型号的SLM都使用高位深度控制器，使用 8 位输入/12 位输出控制器使一个 SLM 能够支持宽波长范围而不会丢失线性相位电平，满足真8bit灰度调制（即8位灰度相位图的每个灰阶都对应一个可检测的，不重复的相位）。为满足真8bit调制，设备控制器将驱动电压细分为更多的电压级次（通常为12bit，即4096个细分电压级次）。对于特定波长，选取其中256个电压级生成特定波长下的0~2π映射的LUT，具有目前市面上可实现的Zui高线性度。

为满足高刷新速度带来的大吞吐量的数据传输需求（每张1024乘1024分辨率的8位灰度图约为1MB），设备采用定制的PCIE控制器和数据线。同时PCIE控制器配备一块可以存储758张全画幅图片的板载内存，可以允许客户预加载图片到控制器，实现高速刷新图像切换，同时降低了对上位机带宽的要求。

扫码下载，码内包含如下资料：

① 数据单-2KHz（500us）纯相位液晶空间光调制器（SLM）

② 数据单-空间光调制器配套光学系统

③ 数据单-超高相位稳定性（0.025%）纯相位液晶空间光调制器

④ 数据单-精准光遗传学暨大脑神经元钙成像系统

⑤ 文献-基于液晶光学相阵列的光束偏转驱动技术研究

⑥ 文献-基于液晶相控阵的大角度光束偏转技术研究

⑦ 文献-液晶光学相控阵可编程光束偏转研究

⑧ 文献-液晶空间光调制器用于光束偏转控制的衍射效应

上海昊量光电作为Meadowlark Optics公司在中国大陆地区独家代理商，为您提供专业的选型以及技术服务。上海昊量光电设备有限公司可以给客户提供样品试用，以及相关的技术支持。您可以通过我们的官方网站了解更多的液晶空间光调制器产品信息，或直接与我们联系。

南方区域负责人:沈工