来，我们把SLM基本的参数、选型、使用问题聊透点
2020-04-20 19:41:35, 大师姐
滨松光子学商贸（中国）有限公司
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4月15日，滨松中国在线举办了一场《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。重点在参数的解析，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，还介绍了滨松最新的板级SLM产品X15223。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。29:52 LCOS对光像素化所带来的问题和优化方法40:29 激光加工用户最关心的问题：LCOS究竟能承受多强的激光？而我们关于SLM的第二场网络讲座：《基于空间光调制器的超快激光精密加工》，也即将于4月22日16:00开播。本次主讲，则有幸邀请到了湖北工业大学教授，博士，中英联合超快激光加工研究中心负责人——刘顿老师。![]()
届时，刘教授将在线为大家介绍SLM在超快激光精密加工中的种种应用，以及自研的激光并行加工模块的相关技术信息和应用案例。此外，还将展现2019年由湖北工业大学、滨松中国、金顿激光共同建立的“激光加工联合实验室”的基本情况，包括基本硬件、实验条件、打样能力等。ok~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：· 关于滨松新品板级LCOS-SLM X15223
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，试用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。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。
Q：会中分享的滨松最新板级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。
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？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线性度极佳，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最高点和最低点之间的最大差量（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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有的，请见下图及型号。（需要1550nm请单独联系我们）![]()
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不同型号会有所差异，请见具体型号的一级衍射效率参数。
“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100%，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。![]()
光利用率即零级衍射效率，定义为当SLM控制电压从1V到最大电压(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到最大电压）。（光路中入射角小于10度，光瞳尺寸6mm。）![]()
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。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. 22Q：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有着接近理论值的优秀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。![]()
Q：引起一级衍射效率的实际值和理论值的差异有哪些呢？![]()
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）。![]()
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.![]()
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？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。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，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。请见下图，也可以关注滨松微信公众号，回复“SLM0415”下载原图：![]()
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！
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），关注滨松中国微信并回复“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~
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