整理空间光调制器相位调制器应用


整理空间光调制器相位调制器应用

    空间光调制器光波前相位变换本身是一个崭新且蓬勃发展的领域,相比振幅应用产品,相位应用的场景更为宽泛且在不断拓展中。

    空间光调制器热门应用领域包括全息成像、存储、全息测量、干涉测量、激光光束整形、特调光束、量子通讯等,其他还包括光束偏转、漩涡光束及应用、光波长选择开关、大气湍流模拟、空间通信、光束变换、生物相衬成像等,而且还在不断深入到不同领域。

    目前,可编程控制的相位型空间光调制器产品最流行的产品为LCSLM,且以反射式产品为主。DMD不适用,但同类原理的另一种器件可变形镜能方便地实现空间相位变化。

    下面以原理图来说明相位型LCSLM的特有指标项。

    这里重点介绍一些与振幅调制应用指标体系中有差异的指标内容:

    • 空间光调制器基底相位误差:从上图中可以看到反射式LCSLM的构成,所谓基底相位就是反射镜、覆盖玻璃、液晶层等带来的相位误差。基底相位误差对于干涉测量、相位补偿等应用场景比较重要。该误差自然是越小越好,在需要预先知道精确空间相位分布值的场景下,    该误差将决定算法的可靠度;    

    • 相位波动误差:即液晶层在电控信号下的随机误差,误差源于液晶材料本身的性能、控制电路稳定性、温度控制等;

空间光调制器

    • 空间光调制器衍射效率:某一方向上衍射光强与入射光强的比值。通过在SLM中模拟闪耀光栅实现光调制,测量不同衍射级的能量比例来衡量。该指标跟器件本身的空间带宽积、材料及结构特性密切相关;

    • 相位调制深度:类似于振幅应用中的对比度,是指能实现的最大相位调制值;一个波长光程差,即2π相位深度是基本要求,部分应用场景下,要求调制深度越大越好;

    • 空间光调制器相位串扰:指的是相邻两个像素之间相位调制的准确性。

    其他指标如分辨率、像素大小、填充率、响应时间等都与振幅型应用一样,但优先级判断原则有所不同。下面以应用场景为例分别说明:

    • 分辨率的选择:这个参数对于全息成像、存储、测量等对信息容量有要求的应用比较重要。分辨率越大,意味着单次处理的信息量越大。但对于光束变换、光束整形等应用而言则不那么重要;

    • 空间光调制器像素大小:像素越小,意味相同面积下的分辨率越高。例如在全息成像下,像素点越小其视场角越大;同时,像素大小还会影响衍射效率,并不一定像素越小越好,例如在WSS波长选择开关应用中,像素太小则会引入更复杂的杂散光模式,处理起来会更繁琐;

    • 空间光调制器基底误差:对于干涉测量类应用比较重要,一般需要波前传感器或专门的相位面形测试设备来进行事先标定测量。但在大部分特调光束应用中,该指标无关紧要,又如激光非线性研究中,该指标也不考虑;

    • 空间光调制器相位波动:对于光通信领域的波长选择开关而言很重要,该指标直接影响其信噪比;

    • 空间光调制器衍射效率:对于信号分析类应用,例如利用相位变换从一系列信号中分离出有效信号这样的应用,该指标很重要。在显微测量、全息光镊、量子通信等领域往往会关注该指标值,但在大气湍流模拟中,该指标不重要。

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