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液晶空間光調製器(SLM)結構及原理詳解(一)

發布時間:2021-02-07 11:25:20 瀏覽量:30343 作者:Grin

摘要

SLM是基於(yu) LCOS(Liquid Crystal On Silicon液晶覆矽)工藝開發出來的,由蓋板玻璃,前透明電極,液晶層,反射鏡像素,集成電

路背板(CMOS工藝)等結構組成。SLM有著廣泛的国产成人在线观看免费网站,可以用於(yu) 光束轉向、分束、調焦,光鑷,脈衝(chong) 整形,衍射光學等領域。

正文


結構

SLM是基於(yu) LCOS(Liquid Crystal On Silicon液晶覆矽)工藝開發出來的,由蓋板玻璃,前透明電極,液晶層,反射鏡像素,集成電

路背板(cmos工藝)等結構組成。SLM有著廣泛的国产成人在线观看免费网站,可以用於(yu) 光束轉向、分束、調焦光鑷脈衝(chong) 整形衍射光學等領域。

SLM的剖麵圖和相位調製原理圖如圖一所示:


圖1    SLM截麵圖及相位調製原理


蓋板玻璃起到保護和封裝液晶的作用,針對實際使用中光源的不同波長範圍,蓋板玻璃表麵鍍有相應波長範圍的寬譜AR膜,可以大大

減少反射光,提高係統效率。

前透明電極層位於(yu) 液晶層的頂部,加載有恒定電壓。

液晶層是SLM中的工作物質,液晶分子的排列狀況可以在電場作用下發生變化,從(cong) 而改變經過該像素的光的相位延遲。

像素位於(yu) 液晶層底部,其上鍍有鋁或介質膜的反射層,具有很高的反射效率。

集成電路背板將加載到像素的灰度轉換為(wei) 相應的電壓,與(yu) 透明電極一起在該像素上形成控製液晶層偏轉的電場。

偏振光從(cong) 設備頂部進入,經過蓋板玻璃、前透明電極層和液晶層,在像素電極上反射後返回相同的路徑。像素之間留有間隙,起到絕緣

的作用,這也使得SLM的填充率達不到100%,這一定程度上降低SLM的效率,鍍有介質膜的SLM可以填補像素之間的間隙,實現

100%的填充率。由於(yu) 每個(ge) 像素都是獨立控製的,通過在每個(ge) 像素上加載不同的電壓可以產(chan) 生相位圖。像素底部的集成電路背板可以將

灰度值信息轉換為(wei) 相應的電壓值加載到像素上,這個(ge) 電壓值可以通過LUT寫(xie) 入和校準。同時集成電路的性能決(jue) 定了SLM的切換速度和相

位穩定性。


工作原理

SLM使用向列相液晶作為(wei) 工作物質,在不加電場的情況下,液晶分子排列平

行前蓋板玻璃和底層集成電路背板(VLSI Die),此時入射光的非自然光折射率(ne)和自然光折射率(no)之間的差最大。如果入射到

SLM上的光是平行於(yu) 非尋常軸的線偏振光,此時入射光與(yu) 出射光間產(chan) 生最大的相位延遲。隨著施加在液晶上的電壓的增加,液晶分子

在層內(nei) 發生旋轉、傾(qing) 斜直到達到極限,此時液晶分子幾乎垂直蓋板玻璃和集成電路背板,o光和e光之間折射率差最小,幾乎為(wei) 零,出

射光與(yu) 入射光之間有最小的相位延遲。每個(ge) SLM像素都是獨立可編程的,256個(ge) 離散的電壓狀態可以觀察到純電壓相關(guan) 的相移。



圖2    未加電場(左)和滿電場(右)情況下液晶分子排列示意圖

光路

根據XY相位係列SLM的国产成人在线观看免费网站,許多不同的光學配置可以用於(yu) 組合相位-振幅模式或純相位模式。下麵顯示了兩(liang) 個(ge) 純相位光學測試配置的

示例。


第一個(ge) 光學裝置,如圖3所示,是Twyman-Green幹涉儀(yi) 的修改版。在這種情況下,單色準直光源(激光擴束後光斑直徑需大於(yu) SLM的

對角線)通過非偏振分束器,光束被分成兩(liang) 束強度幾乎相等的光束。其中一束照亮了XY相位係列SLM,而另一束照亮了參考鏡。兩(liang) 束反

射的光束在透鏡的成像平麵上重新組合。如果參考鏡和SLM仔細對齊,使它們(men) 接近共麵,在像麵上就會(hui) 看到幹涉條紋攝像機被放置

在成像平麵上,以便放大條紋便於(yu) 觀察。當XY相位係列SLM以不同的相位圖驅動時,可以看到動態幹涉條紋。分析幹涉條紋可以獲得

XY相位SLM進行相位調製信息。

 

圖3    SLM的Twyman-Green 幹涉儀(yi) 光路


圖4所示的離軸配置,在光路中移除了非偏振分束器,從(cong) 而最大限度地提高升係統效率。激光束以一個(ge) 輕微的角度(≤15°)入射到SLM

上,照射到SLM上,經像素反射鏡反射,然後用鏡頭在相機上成像。請注意,因為(wei) 這個(ge) 光學裝置不是幹涉儀(yi) ,實際的相位調製在相機

上是不可見的。這個(ge) 光學設置隻是為(wei) 了說明離軸係統的概念。應該修改配置以滿足確切的国产成人在线观看免费网站需求。偏軸角盡可能小,以減少光線通過

超過一個(ge) 像素區域而產(chan) 生的串擾效應。使偏軸角最小化也使相位延遲更接近設計值。

圖4    XY相位係列SLMs的離軸光學裝置


圖5    一種可獲得的XY相位係列SLMs的離軸光學裝置實物圖


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