液晶空间光调制器的应用场景

热门应用介绍

液晶空间光调制器以制作简单、价格低、易制成二维器件且易构成并行光学信息处理器件等优点，倍受国内外研究人员的关注。下面简要介绍液晶空间光调制器在光镊技术、螺旋相位相衬成像、飞秒脉冲整形等多个方面的应用，以及其未来更广阔的发展前景。

01 全息光镊

光镊技术就是利用光的力学效应实现对微观粒子的操控，具有非接触和无损伤特点，在分子生物学、胶体科学和实验原子物理等领域中具有极其重要的作用。光镊本身的不断发展产生了许多衍生光镊技术。例如，利用全息元件或空间光调制器所形成的全息光镊实现多粒子操控，为光镊技术走向实用化和规模化工业生产打开了新局面。

常用的实现全息光镊的全息图有菲涅尔全息图和傅里叶全息图。前者是记录干板位于被照明物体的菲涅尔衍射区内形成的；后者是记录干板放置在振幅透过率的傅里叶变换平面制成的。根据全息制备方案的不同，全息光镊的光路可分为：菲涅尔型光路（a）和傅里叶型光路（b）。

02 螺旋相位相衬成像

在光学显微镜中，常利用暗场或相衬方法来提高物体成像的对比度。这些方法实质上都可看作是傅里叶平面上的光学滤波。与微分干涉相差显微技术类似， 螺旋相位相衬法也是利用对相移的敏感性来提高成像质量，特别是边缘的清晰度，其边缘对比度比传统相差显微成像提高了几个量级。由于光束的对称性，还可以对各向均匀介质物体的成像进行对比增强。

03 飞秒脉冲整形

飞秒脉冲整形的基本原理是频域和时域互为傅里叶变换，所需要的输出波形可由滤波实现。图示为脉冲整形的基本装置，它是由衍射光栅、透镜和脉冲整形模板组成的4f系统，超短激光脉冲照射到光栅和透镜上被色散成各光频成份。 两透镜的中间位置有一块空间模式的模板或可编程的空间光调制器，用于调制空间色散的各光频成份的振幅和相位，光栅和透镜可看作是零色散脉冲压缩结构。超短脉冲中的各光频成份由第一个衍射光栅角色散，然后在第一个透镜的焦平面聚焦成一个小的、衍射有限的光斑。这里的各光频成份在一维方向上空间分离，在光栅上从不同角度散开，在第一个透镜的后焦平面上进行了空间分离，经过第一个透镜时实现了一次傅里叶变换。第二个透镜和光栅把这些分离的所有频率成份重新组合，这样就得到了一个整形输出脉冲，这个输出脉冲的形状由光谱面上模板的模式给出。

04 自适应光学

自适应光学技术是一种能够实时校正光学系统随机误差并使系统始终保持良好工作性能的新技术。早期主要在天文观测中用来修复大气湍流等因素对光波波前的扭曲，通过动态地对波前误差进行实时探测、控制和校正来改善成像质量。目前，自适应光学在眼底视网膜成像和大视场显微成像等方面也有许多应用。自适应光学系统中的关键部件是哈特曼波前传感器与变形镜或空间光调制器。另外，空间光调制器还用来模拟大气扰动，用在实验室中研究大气中光学成像。

液晶空间光调制器由于具有线形度好、分辨率高、响应速度快、可编程性强等优点，不仅在上述领域中得到了广泛应用，而且还可应用于光相关处理、光束空间整形、激光打标或扫描、全息测量，并且随着加工工艺的发展和成本的降低，将会在更多的领域发挥其优势。

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