Up to 98%光利用率——鍍介質(zhì)鏡型純相位高速高損傷閾值SLM！

液晶空間光調(diào)制器（SLM）可以將數(shù)字化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為適合各種應(yīng)用的相干光學(xué)信息，包括雙光子/三光子顯微成像、光鑷、自適應(yīng)光學(xué)、湍流模擬、光計(jì)算、光遺傳學(xué)和散射介質(zhì)成像等應(yīng)用。 這些應(yīng)用需要能夠輕松快速地改變相干光束波前的調(diào)制器。 通過將液晶材料的電光性能特征與基于硅的數(shù)字電路相結(jié)合，Meadowlark Optics 現(xiàn)在提供了高分辨率的 SLM，這些 SLM 還具有物理緊湊性和高光學(xué)效率。

圖一：緊湊的HSP1K（1024×1024）系列和E19×12（1920×1200）系列SLM

Meadowlark Optics 的硅基液晶 (LCoS) 空間光調(diào)制器 (SLM) 專為純相位應(yīng)用而設(shè)計(jì)，并結(jié)合了具有高刷新率的模擬數(shù)據(jù)尋址。 這種組合為用戶提供最快的響應(yīng)時(shí)間和高相位穩(wěn)定性。這些SLM 適用于需要高速、高衍射效率、低相位紋波和高功率激光的應(yīng)用。

特點(diǎn)一：高刷新速度

1024 x 1024分辨率的HSP1K系列SLM 速度極快，全波調(diào)制的液晶響應(yīng)時(shí)間范圍為 0.6 到 8 毫秒（取決于波長(zhǎng)）。 在我們的超高速型號(hào)UHSP1K系列中，客戶可以控制溫度設(shè)定點(diǎn)以找到開關(guān)速度和相位穩(wěn)定性之間的完美平衡，可以實(shí)現(xiàn)低至 0.5 毫秒以內(nèi)的響應(yīng)時(shí)間（取決于波長(zhǎng)）。而多數(shù)其他液晶空間光調(diào)制器利用內(nèi)置的顯示背板和標(biāo)準(zhǔn)向列相液晶，這使得其響應(yīng)時(shí)間限制在 >30 毫秒

圖二：UHSP1K系列SLM在532nm的液晶響應(yīng)時(shí)間小于0.5ms
（10-90%的上升時(shí)間和下降時(shí)間）

特點(diǎn)二：高相位穩(wěn)定性

1024 x 1024分辨率的HSP1K系列SLM的硅背板進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)行的同時(shí)最大限度地提高相位穩(wěn)定性。 工程師成功地在不影響相位穩(wěn)定性的情況下實(shí)現(xiàn)了高速。

與許多需要脈沖寬度,調(diào)制(PWM) 方案的實(shí)現(xiàn)顯示 LCoS 背板不同，Meadowlark 背板利用模擬尋址最大限度地提高穩(wěn)定性，相位波動(dòng)可低至0.05%的超高穩(wěn)定性，以滿足光鑷和冷原子等應(yīng)用需求。

圖三：標(biāo)準(zhǔn)HSP1K系列SLM的相位波動(dòng)測(cè)試結(jié)果

特點(diǎn)三：填充率達(dá)到100%，零級(jí)衍射效率92%-98%

鍍介質(zhì)鏡型號(hào)的SLM填充了像素間的間隙，使液晶空間光調(diào)制器的面積填充率達(dá)到100%，從而降低衍射效應(yīng)和因像素間間隙引起的能量損失。標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)采用鋁材料做底板反射材料，材料的吸收特性會(huì)導(dǎo)致能量損失，在800nm附近尤為明顯，這使得SLM的整體效率在該波段的整體效率只能到達(dá)70-80%，而鍍介質(zhì)鏡型的SLM完美克服了這一缺點(diǎn)。

圖四：中心波長(zhǎng)1000nm（工作波段900-1100nm）的介質(zhì)鏡反射率曲線（參考）

此外，我們的SLM 采用 Meadowlark Optics 專有液晶材料，可最大限度地減少 SLM 中液晶層所需的厚度。 通過最大化像素間距與 LC 厚度的比率，我們能夠提供像素間效應(yīng)最小的 SLM，可以在工作波段范圍內(nèi)輕松實(shí)現(xiàn)92%以上的零級(jí)衍射效率，最高可達(dá)98%。

圖五：鍍介質(zhì)鏡的SLM結(jié)構(gòu)示意圖

圖六：不同光柵常數(shù)的相位光柵的一級(jí)衍射效率

MeadowlarkOptics公司產(chǎn)品型號(hào)命名規(guī)則：

特點(diǎn)四：高損傷閾值26GW/cm2

鍍介質(zhì)鏡的設(shè)備具有高效率和低熱效應(yīng)，提升了器件對(duì)高峰值功率激光的承受能力，使器件可以用于高激光功率應(yīng)用。通過實(shí)際測(cè)試，設(shè)備在使用自帶水冷系統(tǒng)的情況下，可以承受功率達(dá)到50W飛秒激光，峰值功率密度達(dá)到26GW/cm2以上。

圖七：SLM在高激光功率下的相位響應(yīng)

特點(diǎn)五：可自動(dòng)進(jìn)行任意波長(zhǎng)線性校準(zhǔn)，高位深PCIE控制器；

該型號(hào)SLM的控制軟件進(jìn)行了升級(jí)，可以自動(dòng)進(jìn)行不同波長(zhǎng)的波前畸變校準(zhǔn)及線性校準(zhǔn)，生成相應(yīng)的波前校準(zhǔn)文件（WFC）和線性校準(zhǔn)文件（LUT）。

MeadowlarkOptic公司所有型號(hào)的SLM都使用高位深度控制器，使用 8 位輸入/12 位輸出控制器使一個(gè) SLM 能夠支持寬波長(zhǎng)范圍而不會(huì)丟失線性相位電平，滿足真8bit灰度調(diào)制（即8位灰度相位圖的每個(gè)灰階都對(duì)應(yīng)一個(gè)可檢測(cè)的，不重復(fù)的相位）。為滿足真8bit調(diào)制，設(shè)備控制器將驅(qū)動(dòng)電壓細(xì)分為更多的電壓級(jí)次（通常為12bit，即4096個(gè)細(xì)分電壓級(jí)次）。對(duì)于特定波長(zhǎng)，選取其中256個(gè)電壓級(jí)生成特定波長(zhǎng)下的0~2π映射的LUT，具有目前市面上可實(shí)現(xiàn)的Zui高線性度。

為滿足高刷新速度帶來的大吞吐量的數(shù)據(jù)傳輸需求（每張1024乘1024分辨率的8位灰度圖約為1MB），設(shè)備采用定制的PCIE控制器和數(shù)據(jù)線。同時(shí)PCIE控制器配備一塊可以存儲(chǔ)758張全畫幅圖片的板載內(nèi)存，可以允許客戶預(yù)加載圖片到控制器，實(shí)現(xiàn)高速刷新圖像切換，同時(shí)降低了對(duì)上位機(jī)帶寬的要求。

主要應(yīng)用領(lǐng)域：

雙光子/三光子顯微成像、光遺傳學(xué)、自適應(yīng)光學(xué)、湍流模擬、全息光鑷(HOT)、激光加工、超分辨顯微成像、散射或渾濁介質(zhì)中的成像、飛秒激光脈沖整形、光學(xué)加密、量子計(jì)算、光通信；

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審核編輯黃宇