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液晶空间光调制器及其应用
空间光调制器是一种对光波的光场分布进行调制的元件,广泛地应用于光信息处理、
光束变换、输出显示等诸多应用领域。液晶空间光调制器(SLM)以制作简单,价格低,耗能
低,易控制,易制成二维器件,且易构成并行光学信息处理器件等优点,倍受国内外研究
学者的关注。液晶空间光调制器又称光学快门阵列(OSAs) ,它将液晶层作为光调制材料,
液晶层采用向列型液晶的混合场效应工作模式,在晶层上各区域施加不同的电场,可以引起
液晶分子排列方向和位置的变化,从而导致其光学性质的变化,实现对光信号的调制。本文
简要介绍了Holoeye的液晶空间光调制器,并列举其目前在光镊技术、螺旋位相相衬成像、
飞秒脉冲整形、自适应光学、光学投影等方面的应用。
Holoeye的空间光调制器主要是基于透射或反射类型的液晶微显示技术,通过液晶分子
的旋光偏振性和双折射性来实现入射光束的波面振幅和相位的调制(如图1),可作为动态
光学元件,实时地调制光强和相位的空间分布。Holoeye SLM系列产品一般可分为相位
型、振幅型和振幅相位复合型。纯相位型调制范围都可达2π以上,振幅型对比度典型值为
2500:1,LC-R 1080可达10000:1。Holoeye SLM系列产品分辨率高,像素单元小,填充因
子高,衍射效率高,这样,实际应用中可获得高精度的波前控制。同时,帧频可达到
180Hz,有利于实时控制。Holoeye还提供了良好的软件控制界面,通过灰度图象控制SLM面
板像素单元对应的相位或振幅。目前,Holoeye的空间光调制器已在许多领域得到应用,下
面仅作一些简单的介绍。
图1 相位调制特性测量示意图
Locs即SLM,空间光调制器,P=起偏器 A=检偏器 MO=显微物镜 L1,L2=透镜 NDF=中性密度滤光片
Mask=掩模板 Laser=激光器
全息光镊
光镊技术是利用光的力学效应实现对微观粒子的操控,具有非接触、无损伤特性,在
分子生物学、胶体科学、实验原子物理等领域中具有极其重要的作用,光镊本身也不断发
展并产生许多衍生光镊技术。利用全息元件或空间光调制器(SLM)所形成的全息光镊,在
多粒子操控方面的优势,为光镊技术走向实用化、规模工业生产打开了新局面,是目前光
镊家族极具活力的成员。
利用空间光调制器,可以灵活地实现光束的变换,获得所需的阱域分布。所谓阱域,
就是具有高梯度光强分布的区域,该区域可形成对微粒的三维束缚(如图2)。Andreas.H
等的实验装置中1),采用了Holoeye HEO 1080P II SLM,其分辨率为1920×1080,像
元大小8um。该实验中,为解决一般光镊系统高数值孔径物镜带来的短工作距离问题,设
计出Twin双光束技术,即另一部分光通过载波片的反射,形成与原会聚光对应的反向会聚
光。这样,可以减小散射光的影响,提高轴向作用力,在低数值孔径物镜下也可形成光 |
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