纯相位空间光调制器（SLM）零级光的产生及消除方法

引言

空间光调制器（一般指相位型SLM）可以对光的振幅、相位、偏振态等进行调制，在光学研究领域拥有广泛和悠久的历史。目前相位型空间光调制器在全息光学，全息光镊，激光并行加工，自适应光学，双光子/三光子/多光子显微成像，散射或浑浊介质中的成像，脉冲整形，光学加密，量子计算，光通信，湍流模拟等领域应用广泛。

很多的科研人员在使用空间光调制器时，往往会受到零级光的困扰，零级光对研究结果也产生了非常大的影响。可以说大家苦零级光久矣。本文对液晶空间光调制器零级光的产生原因及其消除方法进行了阐述。

Meadowlark Optics公司拥有40年纯相位SLM研发经验，可以提供模拟寻址的纯相位空间光调制器（1920x1200 & 1024x1024分辨率），产品工作波段可以覆盖400-1700nm，相位稳定性可以达到0.1%，帧频可以到1436Hz，损伤阈值可以达到200W/cm2以上。

 

 

Q1

空间光调制器零级光产生的原因？

要想了解SLM零级光产生的原因，我们需要先了解下空间光调制器的结构构成。如下图所示，LC-SLM光学头主要由：保护玻璃，透明电极，液晶层，像素电极层（Wafer）构成。
 

 

1） 保护玻璃的透过率

窗口片保护玻璃的透过率在相应的工作波段（400-800nm,500-1200nm,850-1650nm）内通常在98.5-99.5%范围内，因此有少量的光被直接反射回去。

2）透明电极的透过率

透明电极的透过率一般都在99%以上，该部分造成的零级光基本可以忽略。

3）空间光调制器填充率

像素电极层（Wafer）由一个个的独立像元构成，从而SLM可以实现针对单个像元的独立调制。相邻像元之间会有微小的缝隙，缝隙部分无法加载电压，因此对应的液晶层无法加载相位，这部分未被调制的光会反射回去，产生零级光。

 

4）入射光照射到非工作区域

如果入射光照射到了非工作区域，则这部分光也会不被调制，直接反射回光路，产生零级光。

 

5）入射光的偏振态或者偏振方向错误

目前市面上所有的相位型空间光调制器（SLM）均要求线偏光入射，线偏方向与液晶的e轴平行（extraordinary axis）。如果入射光与e轴存在夹角，或者入射光的偏振态不是线偏光，则会有一部分分量的光不被调制，从而产生零级光。

Q2

Meadowlark公司SLM零级光消除方法？

硬件方面：

1）提高空间光调制器的填充率，最小化缝隙影响。

Meadowlark Optics公司可以提供1024x1024的纯相位空间光调制器，填充因子可以达到目前世界最高的97.2%，大大减小了缝隙产生的影响。

2）提高空间光调制器的线性度。

1920x1200的液晶空间光调制器，MLO公司在出厂前会对每一台SLM进行高精度的校准，保证每一台空间光调制器都具有高度的线性准确性，从而提高相位调制精度，达到最优的调制效果。

 

软件方面：

a)叠加闪耀光栅

Meadowlark公司的SLM控制软件提供生成任意周期闪耀光栅的功能，该光栅可以方便的与客户的全息图进行叠加，从而把结果偏转到1级位置，客户只需要用光阑将零级光滤掉，只让一级光通过即可。

b)叠加菲涅尔透镜

MLO公司的调制器控制软件提供生成任意焦距菲涅尔透镜的功能，用户可以将全息图与该菲涅尔灰度图进行叠加，从而零级光与衍射光的焦平面会发生错位，零级光在衍射光的焦平面上会发散掉，从而减小零级光的影响。

 

光路方面：

1）光路中添加偏振片和半波片，提高入射光的偏振态准确性

为了使用SLM作为相位调制器，入射偏振必须是线性的，并且与LC分子对齐。为了确保入射光的偏振是线性的，建议在激光光源后放置一个偏振器。为了确保偏振与LC分子对齐，建议在偏振器和SLM之间放置半波片，通过半波片的旋转可以将0级光调到最小。

2）光路中添加使用0阶块（0th order block），阻挡零级光

 

Q3

上海昊量光电设备有限公司可以提供什么样的空间光调制器？

1）1920x1200纯相位空间光调制器（标准速度）

 

 

 

 

2）1024x1024纯相位空间光调制器（超高速度）

 

 

 

 

 

 

关于昊量光电：

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昊量光电可以给客户提供SLM样品试用，以及全面的技术支持。上海昊量光电设备有限公司致力于引进国外先进性与创新性的光电技术与可靠产品！与来自美国、欧洲、日本等众多知名光电产品制造商建立了紧密的合作关系。代理品牌均处于相关领域的发展前沿，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、精密光学元件等，所涉足的领域涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防及前沿的细分市场比如为量子光学、生物显微、物联传感、精密加工、先进激光制造等。

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