滨松空间光调制器LCOS-SLM参数解析及选型指导

　　空间光调制器是采用LCOS(Liquid Crystal On Silicon, 硅基液晶)芯片来调节光波前的振幅或相位的光学器件。LCOS芯片是由液晶像元组成的像素阵列，每个像素都能单独地调制光。对于同一束光来说，像元的尺寸越小，调制的就越精细;像素的个数就是芯片的分辨率，分辨率越高，可调制的自由度就越高。对于滨松LCOS本身的性质来说，它只改变光的相位，而不影响光的强度和偏振状态。(如果要调制振幅/光强，需要通过光路来实现，具体光路参见：SLM振幅调制光路)。通过改变电压来改变液晶的排列方式，相位调制随着液晶的排列方式而变化。通过CMOS背板和PC输出的DVI信号，液晶的排列是单像素可控的。

　　目前市面上的LCOS产品中，滨松LCOS在高端市场中以更优秀的性能赢得了众多用户的好评——高线性度、高光利用率、高衍射效率，等等。

　　一，参数解析

　　1.光利用率(反射率)

　　为了提高光的利用率，在调制的过程中将光能的损失降到最低，滨松的LCOS产品均为反射式。这里光利用率就定义为光经过LCOS液晶面反射的反射率。定义为：平均反射光强占入射光强的百分比。

　　滨松可以提供400nm-1550nm范围内的OEM定制产品，我们可以为您专门优化您应用中需要用到的波长。具体需求请联系我们。另外，有些品牌将反射率称为"零级衍射效率"，这其实是一回事，不要把"零级衍射效率/光利用率/反射率"与"一级衍射效率"混淆。

　　2.一级衍射效率

　　一级衍射效率才是LCOS真正的"衍射效率"，是通过加载闪耀光栅时(将LCOS作为光栅使用)一级衍射光的能量占零级衍射光(入射灰阶从0到255变化时的平均值)能量的百分比来定义的。绝大多数应用中，实际使用的都是一级光，这种情况下一级衍射效率越高，调制效率就越高。(但是同样的产品，像元越小，一级衍射效率也会相应变小。所以分辨率和一级衍射效率是两个此消彼长的量。)

　　X15213系列具体数值如下：

　　具体计算方法见：空间光调制器LCOS-SLM的衍射效率解析。

　　注意!实验室静电有可能造成衍射效率下降，请注意防护。

　　3. 线性度

　　相位调制的线性度在光调制的精度方面是一个至关重要的参数，而滨松致力于追求等高精度的调制，在线性度方面做到了行业顶级。且得益于优秀的硬件线性度和出厂自带所有参数内波长的LUT曲线，为用户省去了标定的麻烦，进一步提高了调制精度。 滨松线性度：

　　强光下依然保持良好的线性度，见下图：

　　二，选型指导

　　1. 确认分辨率和像元大小

　　LCOS是由像素阵列组成的，滨松可以提供的分辨率为1272×1024。新系列X15213表示在产品型号的前半部分，后半部分表示对应的型号，各型号的波长范围不同，如X15213-08。见下表：

　　表中"有效面积(Effecttive area size)"是指LCOS头上可以对光进行调制的液晶面的面积。"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(光利用率在本文后面会进行介绍)。

　　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。

　　后面的重量是指LCOS头的重量，产品采用轻量化设计，在保证性能不变的情况下，重量为152g，水冷型号的由于增加了制冷部分，重量为552g。

　　2. 选择相应的波段

　　每个系列的LCOS产品都包含若干个不同的型号，以尾缀的形式表示。如X15213-08中的-08就是指该型号的产品可调制波长范围为1000nm-1550nm，见下表：

　　其中对于-05型号来说，波长小于400nm的紫外光会对LCOS造成损伤，更多细节请向我们咨询。对于-08型号，波长1350nm-1400nm这一段由于玻璃基片的吸收会导致反射率(光利用率)下降约5%。尾缀带有字母L或者R的代表水冷型号的水冷管接口在左(L)或者在右(R)，以R为例详见下图图纸：

　　3. 注意光阈值

　　LCOS是不能照射超过阈值的光的，如果超过阈值光强，则会发生损伤，轻则线性度下降，重则液晶层融化。滨松LCOS的光阈值在同类产品中属于较高的水平，具体值由于型号、波长、用户使用的光源类型不同会有很大差异，请参考空间光调制器光强阈值资料及计算方法。对于不同系列的相同尾缀的型号，具有相同的光阈值，如X15213-03CL的光阈值和X15213-03相同。

　　另外，从波长选型中可以看到，不同尾缀的各种型号中，-01，-07，-08这三种型号的波长范围较长;而其他几种型号的波长范围较短，这是因为它们在液晶的底层加了介质镜(Dielectric mirror)，大大提高了光阈值和光利用率，但也将波长范围限制在一个比较小的范围内。