如何正确地选择空间光调制器？（二）

2020.5.18

选择相应的波段

滨松每个系列（X10468/X13267/X13138）的LCOS产品都包含九个不同的型号，以-01~-09在型号的末尾表示。如X10468-07中的-07就是指该型号的产品可调制波长范围为620nm-1100nm

*虚线范围所指含义：对于-05型号来说，波长小于400nm的紫外光会对LCOS造成损伤，更多细节请向我们咨询。对于-08型号，波长1350nm-1400nm这一段由于玻璃基片的吸收会导致反射率（光利用率）下降约5%。

注意光阈值

LCOS是不能照射超过阈值的光的，如果超过阈值光强，则会发生损伤，轻则线性度下降，重则液晶层融化。

滨松LCOS的光阈值在同类产品中属于较高的水平，具体值由于型号、波长、用户使用的光源类型不同会有很大差异，选型时，一定要参考样本中产品可承受最大光强阈值表。

另外，从波长选型中可以看到，-01到-09这九种型号中，-01，-07，-08这三种型号的波长范围较长；而-02,-03,-04,-05,-06,-09这几种型号的波长范围较短，这是因为它们在液晶的底层加了介质镜（Dielectric mirror），大大提高了光阈值和光利用率，但也将波长范围限制在一个比较小的范围内。用户需要根据应用的需求进行选择。

参数读懂，选型不囧

在空间光调制器的参数表中，包含着几个重要的性能参数，需要用户特别地关注：

光利用率（反射率）、一级衍射效率、线性度、稳定性

光利用率（反射率）

为了提高光的利用率，在调制的过程中将光能的损失降到最低。滨松的LCOS均为反射式，这里光利用率就定义为光经过LCOS液晶面反射的反射率，即平均反射光强占入射光强的百分比。

滨松各型号光利用率参考表

*除此之外，滨松可以提供355nm-1550nm范围内的OEM定制产品，根据应用，专门优化所需波长。

而市面上，一些品牌将“反射率”称为“零级衍射效率”，这其实是同一个概念。所以，千万不要把“零级衍射效率/光利用率/反射率”与“一级衍射效率”混淆。

一级衍射效率

这里的“一级衍射效率”其实才是LCOS真正的“衍射效率”，是通过加载闪耀光栅时（将LCOS作为光栅使用）一级衍射光的能量占零级衍射光能量的百分比来定义的。加载闪耀光栅时，光斑级次如下图所示：

（a）未加载光栅。

（b）加载2-level光栅，空间分辨率为25线对/mm，图中为±1级光及0级光。

（c）加载4-level光栅，相当于12.5线对/mm的空间分辨率。

而搭建一个简单的光路，用户便可自行使用光功率计实现衍射效率的检测：

光栅level/steps越高，空间分辨率就越低，但是衍射效率越高。对于X10468系列，光栅level/steps和空间分辨率lp/mm之间呈现出这样的对应关系：

2 steps	4 steps	8 steps	16 steps
25lp/mm	12.5lp/mm	6.25lp/mm	3.125lp/mm

而滨松LCOS由于其纯相位高精度的相位控制，具有接近理论值的超高衍射效率。

X10468系列衍射效率数值

*如需其他型号的数据和计算方法，以及LCOS-SLM空间光调制器衍射效率测试（一级衍射效率）示例，请在公众号中留言索取。

另外，需要特别注意的是，实验室静电有可能造成衍射效率的下降，这里也提醒用户朋友们在使用空间光调制器时，请注意防护。

线性度

相位调制的线性度在光调制的精度方面是一个至关重要的参数。滨松空间光调制器追求等高精度的调制，所以在线性度方面有着公认的满意表现。

滨松空间光调制器线性度

在平均值和标准差的线性度都呈现极佳状态

对于一些单纯追求相位调制范围或分辨率的产品，线性度容易被忽略，这样就在调制精度方面存在问题。这在下图中能看出：

我们可以看到，该品牌产品在0-2π区间范围内线性度较差，而大部分应用主要使用的都是0-2π这个范围内。因为从波动光学的角度来说，像差2π的整数倍的两个相位的光，是可以进行等效的。

稳定性

在光调制的精度方面还有一个重要参数，是相位的稳定性。因为LCOS是通过交流电来驱动的，所以输出光会随着驱动频率而浮动，下图所示的是-04型号的相位浮动范围。其中X10468和X13267系列的驱动频率是240Hz（SVGA），稳定性在±0.01π以内；而X13138系列的驱动频率是120Hz（SXGA），虽然比SVGA驱动的两个系列稍差一些，但也能维持在±0.03π以内。