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滨松空间光调制器应用实例分享
来源: | 作者:topphotonics | 发布时间: 2022-09-08 | 33 次浏览 | 分享到:

液晶硅基空间光调制器(LCOS-SLM)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,而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。LCOS-SLM以高线性度、高光利用率、高衍射效率等性能著称,从学术到产业的诸多领域有着广泛的应用,今天我们就来介绍这些应用的具体实例。


1

//  激光加工-SLM应用于三维直接光刻中的多点加工      

现代激光加工,以超快激光加工为主,即使用高强度的超快激光进行材料加工,具有峰值功率高、热熔区域小、加工速度快和重复精度高等特点。

如下图是浙大邱建荣教授团队与之江实验室谭德志博士团队合作,在Science发表的题为“Three-dimensional directlithography of stable perovskitenanocrystals in glass”的文章,研究报告了具有可调成分和玻璃带隙的钙钛矿纳米晶体(PNCs)的三维 (3D) 直接光刻。

研究团队在实验中,选用了滨松LCOS-SLM。论文中提到拥有1280 ×1024像素的X13138,其光利用率高达90%以上(有实测显示可达97%),实验使用了2500 mW的激光,通过SLM调制出一个3 × 3的激光点阵,以9道独立的激光光束聚焦至玻璃内部,进行了多点加工。

参考文献:Sun K, Tan D, Fang X, et al. Three-dimensional direct lithography of stable perovskite nanocrystals in glass[J]. Science, 2022, 375(6578): 307-310.

2

// 冷原子                                                                        

通过SLM对光调制,形成可以控制原子的光势阱,将超冷原子囚禁于其中进行分析。



在标准磁光阱(MOT)的基础上,加入了额外的去泵浦光(depump laser)和LCOS-SLM,可以通过SLM来调制出任何所需的再泵浦光(repump profile),例如LG模光束和其他阻挡了中心强度的暗盘光束。成形的再泵浦光在陷阱处穿过,产生如上图 c 所示的壳状再泵浦腔。塑造与再泵浦激光互补的去泵浦激光,将去泵浦强度精确地引导到再泵浦强度缺失的那些区域,即光阱的内核,如上图 b 中包含的光束剖面所示。

3

// 量子通信                                                                     

如下图是上海理工大学顾敏老师组发表于2020年初 Nature Photonics上的文章Xinyuan Fang, Haoran Ren and Min  Gu , “Orbital angular momentum holography for high-security encryption”, Nature Photonics ,VOL 14, February 2020 (102–108) 中,滨松LCOS(型号X13138-01)作为生成高阶涡旋光的相位调制器件。

参考文献:Xinyuan Fang, Haoran Ren and Min Gu , “Orbital angular momentum holography for high-security encryption”, Nature Photonics ,VOL 14, February 2020 (102–108)

4

//  光镊                                                                           

如下图所示,空间光调制器(LCOS-SLM)通过小小的液晶屏,就可以将一束普通高斯光编程为许多个"高级镊子",例如携带轨道角动量可以让粒子旋转起来的"涡旋光",无衍射的"贝塞尔光"等等,由于其可编程的特性,还可以同时产生多个三维空间分布的光阱。

此外,滨松LCOS-SLM的自带软件还有专门的"光镊模式",可根据用户应用进行定制。

5

//  显微成像                                                                    

显微成像应用的主题是,深入研究生物样品,研究各种反应与动力学。技术目标永远是更高分辨率,更深成像,更快成像。

LCOS-SLM在其中用于——焦点分布调制(如radial polarize,如相位分布调制),提高分辨率;结构光照明(SIM),实现高分辨率;矫正像差,可见光也可以深入到内部成像;相位对比显微,成像透明物体;STED显微,提高分辨率;多点成像,提高成像速度等。


图:为双光子激发荧光显微镜空间分辨率增强技术。

图:显微成像中的STED应用——

使用SLM产生空心光和平顶光,目前已经产业化。

参考文献:Fabian Göttferta, Pleinerb T, Jörn Heinec, etc. Strong signal increase in STED fluorescence microscopy by imaging regions of subdiffraction extent[J]. PNAS, 2017(Vol. 114 | No. 9).