如何选择一个适合您的空间光调制器？

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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，调制得就越精细；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。
在光通信、显微和望远等成像系统、自适应光学、光镊等许多应用领域中，都会涉及到光相位的调制，这时就需要用到这种新型的可编程光学仪器。
) O2 R! q3 }! U" v$ h. Q* B5 @对于中科微星的空间光调制器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（振幅/光强的调制需要通过光路来实现）。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。
从早期的铁电物质和扭曲向列液晶结构开始，到利用光电寻址。滨松的中央研究所和固体事业部致力于空间光调制技术已有30多年的历史了。其空间光调制器目前主要在高端市场中，以高线性度、高光利用率、高衍射效率等性能著称。
空间光调制器涉及的应用比较多，那么要如何根据自己的研究需求来选择合适的空间光调制器呢？
$ {2 F0 h  k3 P( }# i# x为了帮助各位广大需求用户，这里，中科微星和大家聊一聊，关于空间光调制器选择的哪些方法：
1. 选择对应的波段
一般空间光调制器的LCOS产品都包含九个不同的型号，以-01~-09在型号的末尾表示。如X10468-07中的-07就是指该型号的产品可调制波长范围为620nm-1100nm
* 虚线范围所指含义：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%。
2. 选择像元大小和分辨率
* N- `% r& P; x1 v( |LCOS是由像素阵列组成的，一般提供两种分辨率：792×600， 1272×1024；对于792×600分辨率的产品，还有两种像元大小可供选择：20μm，12.5μm。
' J4 ~: D% h- A/ V需要特别注意的是，不是所有品牌的产品所标示的"填充因子（Fill factor）"都是一个概念！一些品牌的填充因子（Fill factor）占比并没有考虑像素间间距（Inter pixel gap），所以通常此项的百分比很高，参数显得很"漂亮"（其填充因子占比计算方法见下图）。但用户不了解的是，其实其Inter pixel gap却很大，有的甚至高达1.3μm。
& p1 u; e6 p4 n( a) I, e. ]7 Z3. 注意光阈值是否合适
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。
& a) |) A  y1 r+ I% y$ K中科微星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，选型时，一定要参考样本中产品可承受最大光强阈值表。
另外，从波长选型中可以看到，-01到-09这九种型号中，-01，-07，-08这三种型号的波长范围较长；
而-02,-03,-04,-05,-06,-09这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。用户需要根据应用的需求进行选择。
4. 读懂参数，选型不难
7 {/ b% n# t" Z. s7 H9 F/ Z在空间光调制器的参数表中，包含着几个重要的性能参数，需要用户特别地关注：
4 O  D! q; r: E6 P光利用率（反射率）、一级衍射效率、线性度、稳定性
光利用率（反射率）
& P2 I( g, B  P7 B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。这里光利用率
就定义为光经过LCOS液晶面反射的反射率，即平均反射光强占入射光强的百分比。
5.稳定性
在光调制的精度方面还有一个重要参数，是相位的稳定性。因为LCOS是通过交流电来驱动的，所以输出光会随着驱动频率而浮动，下图所示的是-04型号的相位浮动范围。其中X10468和X13267系列的驱动频率是240Hz（SVGA），稳定性在±0.01π以内；而X13138系列的驱动频率是120Hz（SXGA），虽然比SVGA驱动的两个系列稍差一些，但也能维持在±0.03π以内。
! y9 }% U3 y) `除了参数意义上的"线性度"外，这里再扩展一下，聊一聊空间光调制器"链接"的稳定性。
对于空间光调制器这类产品，欧盟国家有着这样的规定，如是非欧盟国产品想进入其市场，就需要通过严格的CE认证。这就要求产品的接线和连接器都非常结实，不受噪声干扰。虽然这让滨松LCOS的体积会相对较大，但也保证了它的质量和耐用性要超过其他未经CE认证的产品。
* 部分产品为欧盟国的品牌，则不需CE认证便可直接在其领域内销售。
有些用户可能会提到排线的连接方式，这样虽然减小了体积，但不耐使用，且损坏率较高。其实在使用LCOS时，只需要把LCOS头放在光学平台上，把控制箱另置在操作台的架子上，就可以解决其占地过大的问题了。
6. 线性度
5 \4 w4 {' E! o  T5 t* J" L% u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。滨松空间光调制器追求等高精度的调制，所以在线性度方面有着公认的满意表现。
- @4 Y& |( n% n% Y3 M+ B- b2 \, n对于一些单纯追求相位调制范围或分辨率的产品，线性度容易被忽略，这样就在调制精度方面存在问题。这在下图中能看出：
我们可以看到，该品牌产品在0-2π区间范围内线性度较差，而大部分应用主要使用的都是0-2π这个范围内。因为从波动光学的角度来说，像差2π的整数倍的两个相位的光，是可以进行等效的。
7. 关注一级衍射效率
这里的"一级衍射效率"其实才是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能量的百分比来定义的。加载闪耀光栅时，光斑级次如下图所示：
; e9 n1 u$ H" q& s. y) w（a）未加载光栅。
（b）加载2-level光栅，空间分辨率为25线对/mm，图中为±1级光及0级光。
（c）加载4-level光栅，相当于12.5线对/mm的空间分辨率。
而搭建一个简单的光路，用户便可自行使用光功率计实现衍射效率进行检测：
光栅level/steps越高，空间分辨率就越低，但是衍射效率越高。光栅level/steps和空间分辨率lp/mm之间呈现出这样的对应关系：
: S$ t' ~/ i  l$ N& @. m另外需要特别注意的是，实验室静电有可能造成衍射效率的下降，这里也提醒用户朋友们在使用空间光调制器时，请注意防护。

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从早期的铁电物质和扭曲向列液晶结构开始，到利用光电寻址。滨松的中央研究所和固体事业部致力于空间光调制技术已有30多年的历史了。其空间光调制器目前主要在高端市场中，以高线性度、高光利用率、高衍射效率等性能著称。