1. SLM衍射效率的概念

一級(jí)衍射效率是LCOS真正的“衍射效率”，是通過(guò)加載閃耀光柵時(shí)（將LCOS作為光柵使用）一級(jí)衍射光的能量占不加光柵時(shí)的零級(jí)光能量的百分比來(lái)定義的。

Diffraction efficiency = I1st/Iave[%]

其中，I1st是加光柵時(shí)一級(jí)光的能量，Iave是不加光柵時(shí)零級(jí)光的能量。

2. SLM衍射效率的參數(shù)

3. SLM衍射效率的測(cè)試方法

搭建一個(gè)如下圖所示的小角度入射光路。入射光偏振方向和液晶分子排列方向相同，入射角小于10°，光闌直徑10mm。

在空間光調(diào)制器上加載光柵的相位圖，產(chǎn)生閃耀光柵的調(diào)制效果，衍射光柵可以設(shè)置為2階、4階、8階、16階，如下圖所示:

根據(jù)相位調(diào)制和灰度值的關(guān)系，可以制作出以下幾個(gè)光柵相位圖。

將這些光柵相位圖分別加載到SLM上，就可以得到經(jīng)過(guò)光柵分光的光斑。

測(cè)量一級(jí)光和零級(jí)光的能量，根據(jù)公式 Diffraction efficiency = I1st/Iave[%] 進(jìn)行計(jì)算即可。

4. SLM衍射效率的相關(guān)計(jì)算

衍射效率是與空間分辨率相關(guān)的，加載的光柵階書越高，衍射效率越高，空間分辨率就越低。關(guān)系如下：

對(duì)于2 steps的光柵，一個(gè)線對(duì)包含一明一暗兩條線，每條線占一個(gè)像素。

對(duì)于4 steps的光柵，一個(gè)線對(duì)包含明暗不同的四條線，每條線占一個(gè)像素。

對(duì)于8 steps的光柵，一個(gè)線對(duì)包含明暗不同的八條線，每條線占一個(gè)像素。

對(duì)于16 steps的光柵，一個(gè)線對(duì)包含明暗不同的16條線，每條線占一個(gè)像素。

光柵steps越多，每個(gè)線對(duì)中明暗（灰度，對(duì)應(yīng)相位）分的級(jí)次就越多，包含的信息也就越多，可以將更多地光閃耀到一級(jí)光斑上，所以衍射效率就越高；但是由于LCOS每個(gè)像素每次只能設(shè)置一個(gè)灰度值，因此越高step的光柵就需要越多的像素來(lái)表達(dá)，這樣就導(dǎo)致了高級(jí)次的光柵空間分辨率的下降，也就是在提高衍射效率的同時(shí)，必須犧牲空間分辨率。就好比一張報(bào)紙，每篇新聞寫的越詳細(xì)（相當(dāng)于衍射效率高），能報(bào)道的新聞總數(shù)就越少（相當(dāng)于空間分辨率）。

X10468系列的單像素寬度為20μm。

對(duì)于2 steps的光柵，每個(gè)線對(duì)2個(gè)像素，相當(dāng)于40μm/lp，換算得25lp/mm。

對(duì)于4 steps的光柵，每個(gè)線對(duì)4個(gè)像素，相當(dāng)于80μm/lp，換算得12.5p/mm。

對(duì)于8 steps的光柵，每個(gè)線對(duì)8個(gè)像素，相當(dāng)于160μm/lp，換算得6.25lp/mm。

對(duì)于16 steps的光柵，每個(gè)線對(duì)16個(gè)像素，相當(dāng)于320μm/lp，換算得3.125lp/mm。

X13267/X13138/X15213/X15223系列的單像素寬度為12.5μm。

對(duì)于2 steps的光柵，每個(gè)線對(duì)2個(gè)像素，相當(dāng)于25μm/lp，換算40lp/mm。

對(duì)于4 steps的光柵，每個(gè)線對(duì)4個(gè)像素，相當(dāng)于50μm/lp，換算得20p/mm。

對(duì)于8 steps的光柵，每個(gè)線對(duì)8個(gè)像素，相當(dāng)于100μm/lp，換算得10lp/mm。

對(duì)于16 steps的光柵，每個(gè)線對(duì)16個(gè)像素，相當(dāng)于200μm/lp，換算得5lp/mm。

根據(jù)光柵公式可得，理論上的衍射效率計(jì)算方法為：

其中，N為光柵每個(gè)周期內(nèi)的液晶像素列數(shù)，例如2階光柵N=2

可以看到，濱松的LCOS-SLM一級(jí)衍射效率是非常接近理論值的。

審核編輯：湯梓紅