純相位空間光調制器（SLM）零級光的產生及消除方法

空間光調制器（一般指相位型SLM）可以對光的振幅、相位、偏振態等進行調制，在光學研究領域擁有廣泛和悠久的歷史。目前相位型空間光調制器在全息光學，全息光鑷，激光并行加工，自適應光學，雙光子/三光子/多光子顯微成像，散射或渾濁介質中的成像，脈沖整形，光學加密，量子計算，光通信，湍流模擬等領域應用廣泛。

很多的科研人員在使用空間光調制器時，往往會受到零級光的困擾，零級光對研究結果也產生了非常大的影響?？梢哉f大家苦零級光久矣。本文對液晶空間光調制器零級光的產生原因及其消除方法進行了闡述。

Meadowlark Optics公司擁有40年純相位SLM研發經驗，可以提供模擬尋址的純相位空間光調制器（1920x1200 & 1024x1024分辨率），產品工作波段可以覆蓋400-1700nm，相位穩定性可以達到0.1%，幀頻可以到1436Hz，損傷閾值可以達到200W/cm2以上。

關鍵詞：空間光調制器、SLM，液晶空間光調制器，純相位，LCOS，零級光，一級衍射

空間光調制器零級光產生的原因？

要想了解SLM零級光產生的原因，我們需要先了解下空間光調制器的結構構成。如下圖所示，LC-SLM光學頭主要由：保護玻璃，透明電極，液晶層，像素電極層（Wafer）構成。

1） 保護玻璃的透過率

窗口片保護玻璃的透過率在相應的工作波段（400-800nm,500-1200nm,850-1650nm）內通常在98.5-99.5%范圍內，因此有少量的光被直接反射回去。

2）透明電極的透過率

透明電極的透過率一般都在99%以上，該部分造成的零級光基本可以忽略。

3）空間光調制器填充率

像素電極層（Wafer）由一個個的獨立像元構成，從而SLM可以實現針對單個像元的獨立調制。相鄰像元之間會有微小的縫隙，縫隙部分無法加載電壓，因此對應的液晶層無法加載相位，這部分未被調制的光會反射回去，產生零級光。

4）入射光照射到非工作區域

如果入射光照射到了非工作區域，則這部分光也會不被調制，直接反射回光路，產生零級光。

5）入射光的偏振態或者偏振方向錯誤

目前市面上所有的相位型空間光調制器（SLM）均要求線偏光入射，線偏方向與液晶的e軸平行（extraordinary axis）。如果入射光與e軸存在夾角，或者入射光的偏振態不是線偏光，則會有一部分分量的光不被調制，從而產生零級光。

Meadowlark公司SLM零級光消除方法？

硬件方面：

1）提高空間光調制器的填充率，蕞小化縫隙影響。

Meadowlark Optics公司可以提供1024x1024的純相位空間光調制器，填充因子可以達到目前世界蕞高的97.2%，大大減小了縫隙產生的影響。

2）提高空間光調制器的線性度。

1920x1200的液晶空間光調制器，MLO公司在出廠前會對每一臺SLM進行高精度的校準，保證每一臺空間光調制器都具有高度的線性準確性，從而提高相位調制精度，達到蕞優的調制效果。

軟件方面：

a)疊加閃耀光柵

Meadowlark公司的SLM控制軟件提供生成任意周期閃耀光柵的功能，該光柵可以方便的與客戶的全息圖進行疊加，從而把結果偏轉到1級位置，客戶只需要用光闌將零級光濾掉，只讓一級光通過即可。

b)疊加菲涅爾透鏡

MLO公司的調制器控制軟件提供生成任意焦距菲涅爾透鏡的功能，用戶可以將全息圖與該菲涅爾灰度圖進行疊加，從而零級光與衍射光的焦平面會發生錯位，零級光在衍射光的焦平面上會發散掉，從而減小零級光的影響。

光路方面：

1）光路中添加偏振片和半波片，提高入射光的偏振態準確性

為了使用SLM作為相位調制器，入射偏振必須是線性的，并且與LC分子對齊。為了確保入射光的偏振是線性的，建議在激光光源后放置一個偏振器。為了確保偏振與LC分子對齊，建議在偏振器和SLM之間放置半波片，通過半波片的旋轉可以將0級光調到最小。

2）光路中添加使用0階塊（0th order block），阻擋零級光

上海昊量光電設備有限公司可以提供什么樣的空間光調制器？

1）1920x1200純相位空間光調制器（標準速度）

2）1024x1024純相位空間光調制器（超高速度）

關于昊量光電：

昊量光電可以給客戶提供SLM樣品試用，以及全面的技術支持。上海昊量光電設備有限公司是國內知銘光電產品專業代理商，代理品牌均處于相關領域的發展前沿；產品包括各類激光器、光電調制器、光學測量設備、精密光學元件等，涉及應用領域涵蓋了材料加工、光通訊、生物醫療、科學研究、國防及更細分的前沿市場如量子光學、生物顯微、物聯傳感、精密加工、先進激光制造等；可為客戶提供完整的設備安裝，培訓，硬件開發，軟件開發，系統集成等優質服務。

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