42年后浪来袭，看滨松SLM新品如何迭代前浪

空间光调制器（简称SLM），对于许多滨松公众号的读者来说相比是一个非常熟悉的tag了，从公众号成立以来我们分享了许多文章和小视频。其实空间光调制器这个东西，滨松早在1980年就已经开始了研发历程。本着探索人类未知未涉的精神，一代一代产品的更新换代，一代一代技术的推陈出新，到今年已经走过了42个年头。

滨松空间光调制器发展历程一览

新品！针对三种不同波段的介质镜型号

2022年，滨松又推出了新的产品——针对850 nm-1000 nm/1500 nm-1600 nm/1850 nm-2050 nm波段的新款介质镜型号。

介质镜的分层结构与原理

要想搞懂空间光调制器，首先得来理解一下何为介质镜？

我们从空间光调制器的结构来看一下。在液晶红色的线位置做一个横切面，把它放大来看的话，它一共有三层结构——我们顺着入射激光的方向来看：

首先，第 一层透明保护玻璃；

其次，有一个透明的Ito电极；

最 后，主要工作的区域就是液晶层，液晶层通过Ito电极和底下的CMOS电极对它加一个电压之后，会改变该像素的液晶分子的排列方向。

那么激光经过液晶层之后，在这个很关键的面——反射面上被反射（反射式LCOS的名称由来，相对于透射式的优势是光能损失小），新产品及部分老产品采用的材料是多层介质膜组成的介质镜，激光经过反射面之后就是被调制后的激光了。我们简单通过公式来看的话，光程等于折射率乘以这一段液晶的几何距离，那么我们通过改变液晶分子的方向，就改变了这一个像素上的液晶的折射率。折射率改变的话，几何距离不变的情况下，就改变了光程；改变了光程，从而就改变了相位。 

介质镜型号的突出特点就是：高光利用率+可以抗强光。比如说激光中常用到的 532 nm、633 nm、1064 nm等波段，以及本次推出的-12，-15，-19等型号，通过介质镜的设计都可以使它的光利用率达到了97%或以上，（光利用率也称为0级衍射效率）。大部分介质镜型号都有相应的水冷型号，在提高光阈值的峰值功率阈值的同时，通过水冷也将平均功率阈值大大提升。例如下图为不带水冷的型号（-03）与带水冷的型号的光阈值对比，可以看到水冷将平均功率提升了10倍甚至更多（-03BL测试数据最 高达到——针对1030 nm激光, 光斑大小φ5.5 mm——平均功率密度210 W/cm2连续正常工作。）

利用空间光调制器相位调制的优势

空间光调制器的全程是Liquid Crystal On Silicon, 硅基液晶空间光调制器。它和DMD都是对光进行编程的元器件。前者更加专注于改变光的相位，而后者更加专注于改变光的强度分布。

与光相关的参量有很多，比如相位、角动量、速度、波长、脉冲、偏振、能量分布、传播方向等。在按需改变这些参量的时候，我们发现它们具有一定的内在联系，比如通过对相位的改变，我们可以间接地对角动量进行改变、对脉冲进行改变、改变它的偏振方向、改变这一束光的能量分布、改变光的传播方向等等。所以相位在这里面是一个连接的纽带，它可以实现振幅调制无法实现的一些复杂调制。

用一个公式来表示光，这里可以调制的参量有两个，一个是振幅，一个是相位。

振幅调制

实现振幅调制（例如DMD，一部分类型的SLM等）的方法是通过遮挡一部分光，来使需要实现的能量分布的那一部分光漏过去。这样的话就有一个问题：被遮挡住这部分光相当于被浪费掉了，这部分光没有得到利用，说明振幅调制来实现的方法能量利用率低。

相位调制

相位调制主要是通过相位调制使光强重新分布。忽略仪器本身所产生的噪声和误差，从原理上来讲，相位调制的能量利用率是100%。因此就可以看出通过相位对光进行调制，具有能量利用率高的优势。

另外，针对一些波长相关的应用，空间光调制器材料具有波长选择性，这也是DMD等调制器所没有的属性。从折射率和光程关系的公式来看，当波长下降的时候，折射率就会上升，这样的光程就增加，所以说相当于对不同的波长有不同的调制效果，这是它的一个原理。空间光调制器不同的波长对应着不同的LUT曲线，滨松每一台出厂的空间光调制器都有所有参数内波长的LUT数据，且优秀的硬件线性度使其无需标定。

下期活动预告

空间光调制器在科研、工业等诸多领域已经有了非常广泛的应用，例如量子通信、激光加工、光镊、光场调控、自适应光学等等，滨松即将于5月31日邀请我们产品的“大师姐”开展义一场针对 空间光调制器新品细节及应用信息的专 题分享活动，期待您的关注。