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空间光调制器（Spatial Light Modulator，SLM）可以实现对光波空间分布的调制，它可以将信息加载到光学数据场上，这个数据场可以是一维的，也可以是二维的。作为数字光学技术应用的产品载体，空间光调制器可在随时间变化的电驱动信号和其他信号的控制下，改变空间上光分布的振幅、偏振态或相位，或者把非相干光转化为相干光，可以方便的将特定的信息写入光波中，达到光波调制的目的。通过图像信号动态实时的控制每个像素的电压，从而实现对光波进行调制。其性能很大程度上决定了光学信息处理、自适应光学和光计算等现代光学领域的应用价值和发展前景。

空间光调制器含有许多独立的单元，每个独立的单元均可以通过电信号进行控制，进而改变光学特性（反射率、透射率及折射率等），实现对经过它的光束进行调制。它主要通过液晶作为光调制的材料，由于液晶材料的特殊光电效应，在外加电场的作用下，液晶分子的排列分布、位置、形状等都会发生改变，液晶的物理性质发生改变，最直观的就是光学性质发生改变。同时，基于电寻址的空间光调制器还具有功耗低、体积小、抗干扰能力强、响应速度快等优点。

空间光调制器能对光波的相位、振幅、偏振态等参量的空间分布进行变换或调制，因此，可以将它看作一个滤光片，这个滤光片是通过写入信号来控制光波复振幅透过率的，即可以将光的相关信息通过写入信号输送到空间光调制器相对应的位置，来调整空间光调制器光透过率的过程。基于空间光调制器对光分布的振幅、相位、偏振态的调制作用，目前已广泛应用于波前调制、波前整形、像差矫正等方面。

新产业空间光调制器参数

空间光调制器基本原理

一、振幅型SLM

振幅型空间光调制器工作模式主要包括：TN、STN、VA、IPS、PLS、ADS等，常见的以TN模式和VA模式为主，TN模式下以旋光效应为主，液晶分子在光阀内部扭曲排列，具有旋光性，线偏振光经过旋光作用后偏振态发生偏转，通过调整液晶上下基板间的电压可以调整偏振方向，在出射方向放置偏振片，根据马吕斯定律可以实现对出射光强度的调节；VA 模式下主要原理是双折射效应，线偏振光在液晶中分为传播速度不同的O光和E光，在出射方向重新合成的偏振态取决于O光和E光的相位差，相位差可以通过像素电压实现调控，同样，在出射方向放置偏振片，根据马吕斯定律可以实现对振幅的调节。

二、相位型SLM

相位型空间光调制器工作模式包括ECB模式，其主要原理是基于光学各向异性，入射光偏振方向与液晶分子光轴平行，此情况下无O光分量，通过调节像素电压可以改变E光光程，从而实现对入射光相位的调控。

光路组成

一、反射式空间光调制器

（1）直射

BS为非偏振分光棱镜，起偏器角度需与配向角方向一致（一般为水平方向，也有部分产品是45°设置，使用前需要确认清楚），检偏器角度与起偏器平行。

Tips：如果激光器出射的是线偏振激光，可用半波片代替起偏器。

（2）斜入射

光斜入射，入射角尽量小（一般要求小于5°），起偏器角度需与配向角方向一致（一般为水平方向，也有部分产品是45°设置，使用前需要确认清楚），检偏器角度与起偏器平行，入射角指光传播方向与空间光调制器液晶光阀法线的夹角。

Tips：如果激光器出射的是线偏振光，可以用半波片代替起偏器。

二、透射式空间光调制器

应 用

一、3D 打印及光刻

增材制造，又称 3D 打印，是一种以数字模型文件为基础，将部件离散成二维图形或者 路径，通过逐层叠加的方式构造三维物体的快速成型技术。利用 SLM 的振幅调制特性，将 经过 SLM 调制后的二维离散图案投影到目标材料，实现目标材料的 3D 打印及光刻。基于 光刻的 3D 打印技术因其能够快速一体化成型精度高、跨尺度、多材料复杂三维结构，目前 在微电路图形（光刻直写）、表面 3D 形貌（灰度光刻-结构光，光子器件）、MEMS/THz（深 结构、微波功能器件）、生物芯片和超材料等方面应用广泛。

3D 打印及光刻——振幅型空间光调制器

二、超分辨显微成像

基于 SLM 的振幅调制特性，通过在 SLM 上加载目标图像产生特定光场，对特定光场 与样品作用后的结果进行处理得到样品的相位等信息，从而实现显微成像。超分辨显微成像 技术是细胞生物学中研究细胞器结构、相互作用和蛋白质功能的强大工具，具有突破光学衍 射极限的分辨能力，从纳米尺度上为细胞生物学提供了新的分析手段，对生命科学相关领域 具有重大意义。

超分辨显微成像——振幅型空间光调制器

三、全息成像

基于 SLM 的全息显示技术可以实现将被记录物体数字化，通过模拟计算物光传播过程 的方式来得到全息图，其不受物体客观存在形式的约束，不但可以再现真实物体，而且也可以再现不存在的虚拟物体。利用 SLM 的相位调制特性，通过 MS-SW-SLM 控制软件加载或 者计算全息算法图到 SLM 上，能实现单色全息成像或者彩色全息成像。目前，基于 SLM 的 全息显示技术已经在近眼显示、投影显示等多个领域得到了应用。

全息成像——相位型空间光调制器

四、大气湍流

湍流是指空气质点作无规则的或随机变化的一种运动状态，利用 SLM 的相位调制能力， 加载相应的相位图到 SLM，通过使入射光束产生相位畸变，从而能达到实验室模拟大气湍 流的效果。

大气湍流——相位型空间光调制器