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。
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。
滨松能够给大家提供400nm-1550nm范围内的OEM定制产品,我们大家可以为您专门优化您应用中要使用到的波长。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。
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,这样的一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。)
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,进一步提升了调制精度。 滨松线性度:
LCOS是由像素阵列组成的,滨松能够给大家提供的分辨率为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)。
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。
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:
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的光阈值在同种类型的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式。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,从波长选型中能够正常的看到,不同尾缀的各种各样不同型号中,-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),大幅度的提升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。
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