如何正确选择合适的液晶空间光调制器（LC-SLM）

如何正确选择合适的液晶空间光调制器（LC-SLM）

摘要：

液晶空间光调制器因其可灵活的调节空间波前相位信息，正在被越来越多的科研用户所青睐。液晶空间光调制器所涉及的应用领域也越来越广泛，例如：全息成像、激光通信、自适应光学、超分辨成像、全息光镊、光束控制等。

如何正确选择一台适合自己应用的液晶空间光调制器（SLM）就成了许多用户所关心的问题。

下面就以美国Meadowlark Optics公司（原BNS公司）的空间光调制器为例，通过解析液晶空间光调制器的各个参数的意义及影响，来帮助大家更加深刻的了解空间光调制器，从而帮助大家可以在以后能选择好适合自己的SLM。

01 空间光调制器调节相位的原理

液晶空间光调制器(spatial light modulator, SLM)是一类能将信息加载于一维或两维的光学数据场上，以便有效的利用光的固有速度、并行性和互连能力的器件。通过扭曲向列液晶的双折射效应，当不同位置的光通过液晶层后，会产生不同的光程差，从而实现相位的调制。

Meadowlark Optics公司的空间光调制器采用独有的模拟寻址技术，使相位的稳定性更出色。Meadowlark Optics（原BNS）致力于空间光调制的研发已有40多年的历史了，*早主要与美国军方合作。其空间光调制器技术处于****水平，以高液晶响应速度（up to 500Hz），高衍射效率，高填充因子，高损伤阈值等性能著称。

02 空间分辨率

液晶空间光调制器（LCos）是由二维的像素阵列组成的，Meadowlark Optics公司可以提供的空间分辨率有1920x1152、512x512、1x12288等系列。其中 1920x1152系列SLM的像元大小为9.0um；512x512系列SLM的像元大小为15um和24um；、1x12288系列SLM的像元大小为1.0um。

液晶空间光调制器的空间分辨率越高，像元越小，则成像越清晰，成像质量越好。激光通信、自适应光学、光束控制等领域则对空间分辨率要求不高。

03 衍射效率

液晶空间光调制器（LCos）的效率目前市面上的叫法有：零级衍射效率、反射率（光利用率）、**衍射效率。下面小编就几种叫法给大家做一个明确的定义。

（1）零级衍射效率：定义为光经过空间光调制器后发生衍射的零级光的功率与入射光的总功率的比值。

客户*后使用的光都是零级光，或其偏转后的光，因此美国Meadowlark公司对效率的定义就以零级衍射效率为准。

（2）反射率（光利用率）：定义为光经过空间光调制器后发生衍射的所有级次光的总功率与入射光的总功率的比值。其他的SLM厂家均以此定义衍射效率，因此可用的零级光的效率其实要小于标定的效率。

（3）**衍射效率：定义为当给SLM加载光栅时，零级光发生偏转，偏转一定角度的光的功率与零级光功率的比值。（例如：1920x1152型空间光调制器在635nm未加光栅时SLM的零级光的功率为100mw，加载光栅后，偏转一定角度的**光的功率为95mw，则**衍射效率=95mw/100mw=95%）

04 响应速度

  液晶空间光调制器（LCos）的响应速度对某些应用的结果起着至关重要的作用。目前大多数的客户对空间光调制器的响应速度并不是非常的了解。

液晶空间光调制器的响应速度主要由控制器传输速度(帧频)和液晶的响应速度共同决定。

美国Meadowlark Optics公司的控制器主要有PCIe型（帧频：2000Hz），DVI型（帧频：500Hz、200Hz、60Hz三种）。采用超快液晶材料，液晶的响应速度*高可达500-1000Hz；整体的响应速度可达500Hz。

目前市面上其他公司(像Holoeye、滨松等)的SLM的帧频均为DVI型60Hz，液晶的响应速度5-50Hz；整体的*高响应速度为50Hz。

05 相位纹波（稳定性）

液晶空间光调制器相位的稳定性主要取决于SLM底板的寻址方式。

Meadowlark Optics公司的空间光调制器在市面上已高相位稳定性著称（*高可达到0.1%）。相对于Holoeye等公司的微显示寻址技术（底板电压刷新速度60Hz），Meadowlark Optics公司采用亚毫秒的模拟寻址技术，底板*高的刷新速度可达6000Hz。从而可以有效的消除相位的纹波，提高相位的稳定性。

06 相位调制精度

液晶空间光调制器控制器的灰阶决定了相位调制精度。

目前市面上空间光调制器的控制器主要总结如下：Meadowlark Optics公司的控制器主要有：DVI型（16bits、65536灰阶），PCIe型（16bits、65536灰阶；8bits、256灰阶），HDMI型（12bits、4096灰阶）.其它品牌SLM的控制器均为8bits 256灰阶的DVI或VGA型。

对于0-2π的相位调制范围，Meadowlark Optics公司的控制器*高可以达到65536个灰阶的相位调制精度；其它的品牌空间光调制器*高仅为256个灰阶的相位调制精度。

07 损伤阈值