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SLM基本的参数、选型、使用问题

发布:滨松光子学商贸(中国)有限公司
浏览次数:2803

4月15日,滨松ZG在线举办了一场《空间光调制器基础知识分享及滨松板级新品发布会》。


讲座中,我们的工程师分享了关于空间光调制器(LCOS-SLM)的各种技术知识。ZD在参数的解析,帮助用户理解参数背后的含义和影响,解决实际使用中出现的问题和疑惑,以及一系列常用应用案例。同时,还介绍了滨松Zxin的板级SLM产品X15223。

 

干货极度可人,现场一度火爆。

 

接下来,小编就为错过直播的小伙伴,呈现全程视频回放,并将工程师整理的观众提问及回答,放在了视频下方,供大家参考。


内容导航


03:40  LCOS如何实现对光编程

22:05  板级SLM X15223产品介绍

29:52  LCOS对光像素化所带来的问题和优化方法

39:01  波长对SLM的影响

40:29  激光加工用户Z关心的问题:LCOS究竟能承受多强的激光?

43:14  如何解决LCOS技术中的两个矛盾

48:17  Q&A

那么下面就是工程师整理的此次直播中的观众提问啦!问题主要分为以下几个方面:


· LCOS-SLM的基础知识

· 关于滨松新品板级LCOS-SLM X15223

· 关于滨松LCOS-SLM及选型

· 参数解析

· LCOS-SLM的使用

· 后期编程

· LCOS-SLM的应用


关于LCOS-SLM的基础知识

 

Q:LCOS相比DMD有哪些优缺点?

DMD刷新速度快,适用于投影等需要高速的领域,但是DMD无法调制相位;LCOS-SLM精度高,可以调制相位,SY于对速度要求不是特别高,需要相位调制的领域,如光通信、精密/超快激光加工、光镊、像差校正等。

 

Q:LCOS-SLM的液晶板面是大了好还是小了好?

民用投影仪一般追求大液晶面板;工业及科研应用由于有调制精度方面的要求,需要在保证线性度、填充因子、衍射效率、表面平整度、稳定性等参数的基础上做适当提升。


Q:国内是否还做不出SLM的液晶面板?

国产SLM目前也在蓬勃发展,您可以了解下,定位一般是在5G等新兴产业。


关于新品板级LCOS-SLM X15223


Q:会中分享的滨松Zxin板级LCOS-SLM X15223用于双光子激发显微成像的研究,是否可以分享?

请参考文献:Naoya Matsumoto et al., "Aberration correction consideringcurved sample surface shape for non-contact two-photon excitation microscopywith spatial light modulator”, Scientific Reports 8, Article number:9252(2018).

 

Q:板级LCOS-SLM X15223不需要加载校正相位了么?

需要的,wavefront correction每个波长直接提供给客户也是滨松SLM的优势之一。

 

关于滨松LCOS-SLM及选型

 

Q:LCOS-SLM和Wavefront shaper有什么区别?

Wavefrontshaper 相当于LCOS-SLM的模块,Wavefront shaper的详细介绍,可以通过关注滨松微信公众号,回复“SLM0415”获得。

 

Q:滨松LCOS-SLM能不能做成非方形网格型的?

目前只有1272 x1024一种。

 

Q:像素之间的缝隙所造成的问题是否能够解决?

滨松通过介质镜、缩小像素间缝隙(滨松SLM的像素间距0.2μm,大大低于平均水平)等方法,将一级衍射效率提升到接近理论值。可参考一级衍射效率相关问题。

 

Q:相位校正是将每个像素的相位校成一致的?是使用红外CCD来校正的吗?这个工作是不是出厂已经矫好了?

SLM出厂前会做两个校正——LUT校正和波前校正。由于滨松SLM线性度,所以LUT校正做的是检测每台每个波长的2π相位所对应的灰度值。波前校正有具体的方法,它定义为设备的表面平整度校正,通过评估有效区域内Z高点和Zdi点之间的Zda差量(PV值,即峰-谷值)的RMS值。通过下图光路使用干涉的方法测量。干涉条纹通过傅里叶变换来得到相位分布,相位分布可以反映出仪器的表面平整度。

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Q:科学的有介质镜的选择吗?

有的,请见下图及型号。(需要1550nm请单独联系我们)

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Q:零级光斑能量占比能有多少?

不同型号会有所差异,请见具体型号的一级衍射效率参数。


关于参数解析

 

Q:填充因子是怎样定义的?

“填充因子(Fill factor)”是指单个像素有效面积占总面积的百分比,这个值在影响光利用率方面比较关键。某些厂家将该值Fill factor的概念与像素间间距(Inter pixel gap)合起来表示该值,因此他们通常将Fill factor标成,但同时他们的Inter pixel gap高达1.3μm,而这个Inter pixel gap他们是不会给出的,因此参数就会显得很好看。而滨松本着实事求是的原则将实际Fill factor写出,并且滨松的Inter pixel gap只有0.2μm。所以用户在使用的时候,需要考虑的是综合了Fill factor和Inter pixel gap的真正的填充率,只有高Fill factor,没有小的Inter pixel gap, 实际上的填充效果其实并不好。

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Q:光利用率是怎么计算的?

光利用率即零级衍射效率,定义为当SLM控制电压从1V到Zda电压(Vhigh)范围时,平均反射光强(Iave)与入射光强(Ipow)的比值。见公式:光能利用率=Iave/Ipow. 测试方法如下光路搭建,每改变一次输入电压就测量一次反射光强,一共测量128个不同的输入电压时的反射光强(从1V到Zda电压)。(光路中入射角小于10度,光瞳尺寸6mm。)

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滨松使用两种或者更多种类的光源测试铝反射面的宽谱型号(如-01,-07等),光利用率从70%到83%不等;介质镜型号的光利用率典型值97%,参数波长范围内均大于95%.

 

光能损失的原因主要是像素结构引起的衍射光的产生,以及液晶层的散射和透明电极的吸收。

 

Q:驱动频率与相位的稳定性有什么关系?

在硬件相同的情况下,驱动频率高会带来一定的相位稳定性提升,请参考文献:

Arnau Farre etal., “Positional stability of holographic optical traps”, Optical Express 21370,Vol. 19, No. 22

 

Q:介质镜在提升反射率(0级次)时,是否会劣化衍射效率(1级次)?

介质镜提升光利用率的同时,反而会对一级衍射效率的优化有帮助,这也是滨松SLM有着接近理论值的一级衍射效率的原因之一。介质镜弥补了像素电极之间的缝隙导致的凹陷。

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Q:引起一级衍射效率的实际值和理论值的差异有哪些呢?

一级衍射效率的理论值由光栅公式推出:


Q:引起一级衍射效率的实际值和理论值的差异有哪些呢?

一级衍射效率的理论值由光栅公式推出:

image.png

详见下图Theoretical(黑点)。实际值根据型号不同有所差异,请见下图带颜色的标记(各型号典型值)。

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Q:通过查找灰度等效的方法是不是就降低了相位的分辨率,相当于每个灰度代表的相位不是2pi/256?

滨松同一台SLM可以调制的波长不止一个,所有的SLM在参数内所有波长都可以保证0-2π的调制范围,由于不同波长的光在相同条件下折射率不同,光程=折射率x几何距离,所以不可能满足所有波长都是2π对应255(0到255一共256阶,8bit)。例如下图,255输入对于633nm的波长,调制相位是2π,但是这台SLM对于532nm的波长,输入一百多灰阶时才是2π.

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关于LCOS-SLM的使用

 

Q:ZX零级怎么消除?

通过在SLM叠加使用菲涅尔透镜相位或者使用闪耀光栅相位。我们的软件都有相关功能。具体消除的原理请见视频回放,有详细讲解。

 

Q:如果混合光入射会怎样,一台SLM调制三色或者是白光(LED)?

请参考文献:Alexander Jesacher et al., “Colour hologram projection with an SLMby exploiting its full phase modulation range”, Optical Express 20530, Vol. 22,No. 17

 

Q:CGH作用后能量对比度是多少?

这个要看CGH使用的算法(有比GS算法更优化的算法)、光路的搭建(偏振、入射角等)以及SLM的具体型号和用户使用的光源的参数,欢迎提供详细数据。

 

Q:这个频域图就可以直接加载了吗?不需要编码成全息图吗?

对的,直接加载。这个就是CGH图。

 

Q:相位图叠加是指先把各个图2π取模然后叠加,还是先叠加再取模?

先叠加,因为叠加之前的图像灰阶都是0-255范围内的。(SLM中图像与图像的相加规则为——输入图像的某像素灰度值与校正图像的同一位置像素灰度值相加,所得的和小于等于255时,结果作为新图的灰度值;如果相加的和大于255时,结果减去255后作为新图的灰度值。)


Q:如果加载螺旋相位板产生的LG光效果很差,但是叉型光栅效果不错,原因是什么?

原因可能是多种多样的,例如叉形光栅消除了零级光的影响、光路方面的差异等等。叉形光栅就是螺旋相位叠加闪耀光栅,如果不叠加闪耀光栅,只加载螺旋相位,建议聚焦,以下是我们实验室测试的聚焦提升LG光斑效果的实验:

关于涡旋光的调制,还可以关注滨松微信公众号,回复“SLM0415”获得详细介绍。

 

Q:不可以针对所使用的波长进行gamma校正吗?

因为滨松SLM的线性度好,所以不需要做gamma校正,滨松出厂时每一台也都会测试LUT曲线,并给用户提供数据,这个数据包括参数内的每一个波长。

 

Q:调制出一个文字,是否一定要加一个实际的透镜或者虚拟透镜吗?不加任何透镜就无法获得文字图像吗?

是的,一定要聚焦(做傅里叶变换)。

 

Q:波前调制和衍射是叠加的么?

是的,衍射是由于仪器本身的结构所产生的的,波前调制是仪器实现的功能。

 

Q:是否能获得讲座中的调制振幅的光路图?

请见下图,也可以关注滨松微信公众号,回复“SLM0415”下载原图:

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关于后期编程

 

Q:如果入射光不是高斯光,用MATLAB或者自带的软件怎么补偿这个差异,好像他们默认都是理想高斯光?

根据具体应用的精度要求,当成高斯光处理,或者使用SLM对波前进行补偿。

 

Q:如果不用自带的软件,而是采用MATLAB操控呢?讲座中所提到的MATLAB软件可以分享吗?

SLM编程指导以及MATLAB软件下载,可以通过关注滨松微信公众号,回复“SLM0415”获得。我们接下来会有算法工程师讲解MATLAB编程的网络直播专场,欢迎关注!


关于LCOS-SLM的应用

  

Q:SLM有没有用来做单像素成像的?

请参考文献:LluísMartínez-León, Pere Clemente, Yutaka Mori, Vicent Climent, Jesús Lancis, andEnrique Tajahuerce., Single-pixel digital holography with phase-encodedillumination, Optics Express Vol. 25, Issue 5, pp. 4975-4984 (2017)


除了问题整理外,我们还准备了大量的干货资料(见下列表),关注滨松ZG微信并回复“SLM0415”,即可获得,速来享用吧:


· SLM板级新品X15223:激光加工应用

· SLM板级新品X15223:双光子激发显微成像应用

· LCOS-SLM科研型号选型

· 滨松SLM超快激光加工应用实例

· SLM光强阈值资料及计算方法

· 滨松LCOS-SLM装机手册

· MATLAB软件介绍与下载

· SLM振幅调制光路

· SLM编程指导

· 滨松Wavefront Shaper介绍

· 滨松涡旋光解决方案 :空间光调制器LCOS-SLM和科研相机

 

以上就全部内容~如还有任何其他关于SLM的选型、使用、应用等问题,也可以直接在微信留言区留言,工程师小姐姐将继续为大家答疑解惑。


那么,4月22日16:00,我们就继续在下场直播见啦~(https://www.yiqi.com/zt3096/news_43092.html

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(来源:滨松)

2020-04-20
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