液晶空间光调制器器件及应用

LC-SLM是多功能且功能强大的器件，具有多种应用，包括光束整形和控制、全息术、光学捕获和镊子、测量、波前编码、光学涡旋和量子应用。 高分辨率、高速和动态控制等独特特性使其非常适合在各种应用中用作动态光学器件。

控制和利用光的技术已经存在了几个世纪，通常作为必须定制设计的静态解决方案。只有在过去几十年里，微电子和计算的数字时代才出现了快速可重写技术，这种技术用于显示器，并成为光学的主流。

在《光电科学》发表的一篇新评论综述中，作者展示了用现代数字工具包替代传统静态光学工具包以实现“按需发光”的最新进展。其结果是，数字控制光被引入到全球几乎所有主要光学实验室，为奇异形式的结构光的创建、控制、检测和利用开辟了新的道路。先进的工具包有望实现从经典到量子领域的新应用，为按需结构光开辟新的篇章。

本文作者回顾了使用现代数字工具包进行按需雕刻光的最新进展，为这一新兴课题提供了新的见解和观点。推动这一领域发展的核心技术是液晶空间光调制器(LC-SLM)，它允许对光的振幅、相位、偏振进行高分辨率的定制，甚至可以定制更奇特的自由度，如路径、轨道角动量，甚至时空控制。这些简单而高效的设备由数百万像素组成，可以相位调制，以原则上无损的方式对光进行空间控制。

在评论中，作者展示了这种LC-SLM如何用于各种任务，从创建各种形式的结构光到快速高效的探测器。它们推动了光通信、显微镜、成像领域的进步，甚至在现代量子光学实验室中不可或缺。

LC-SLM在波束整形和转向中的应用。(a) 通过伪周期编码生成三维矢量多焦点阵列。(b) 使用激光光子还原冲压超快制造微型超级电容器。

它使衍射光学和数字全息术这一高技术、高难度领域成为主流，任何人都可以通过相对廉价的解决方案进行访问。例如，作为计算机生成全息图的衍射光学元件最终可以用于它们所显示的“图片”。LC-SLM使这一巨大的飞跃成为可能，克服了先前解决方案的成本和复杂性。

最重要的是，“图片”是可重写的，用于现实世界应用程序的按需实时解决方案。例如，全息光镊允许光物质相互作用仅通过改变图片(计算机生成的全息图)来控制，实时刷新以捕获、夹持和操纵3D物体。这已经在物理、化学、医学和生物学等不同领域得到了直接应用。

作者们解开了LC-SLM的工作原理，根据他们在该领域的长期记录提供了新的见解和观点，揭示了这一新领域如何随着结构光这一新兴主题的迅速发展而快速发展。他们提出了当前的挑战转化为令人兴奋的应用时，未来可能会发生什么。

总结与展望

液晶空间光调制器对各方面研究领域和应用产生了深远的影响，从组件级别的光学互连到量子纠缠。这篇综述文章通过讨论液晶器件，探索通过衍射进行的光线整形，并强调液晶空间光调制器的有前景的应用，全面分析了液晶空间光调制器最近的发展。该综述展示了液晶空间光调制器实现独特功能的能力，但也概述了进一步推进该领域需要解决的技术挑战。一个重大的挑战是缺乏紧凑和足够快的液晶空间光调制器，特别是在长波长波段。此外，设计液晶空间光调制器系统涉及各种因素之间的权衡，如分辨率、调制范围和损伤阈值。减小像素尺寸和增加图像中的像素数量可以提高图像的清晰度和质量，但也可能损害填充因子、表面平整度、衍射效率和光利用率。

审核编辑 黄宇