【FAQ】空间光调制器（SLM）
【FAQ】空间光调制器（SLM）
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最大加工的面积等于场镜焦距*激光波长/像素大小。因而对于1030nm/1064nm的波长，基本可以近似认为加工的面积等于场镜/物镜焦距的1/12。
并行加工中每个点的大小：在优化足够好的条件下，每个焦点的大小与不加SLM，直接通过透镜聚焦的点大小一致。
并行加工点之间最小距离：等于最大加工面积/SLM像素尺寸得到的值与并行加工焦点大小的值里的最大值。
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使用SLM进行并行加工的时候，点阵的稳定性主要取决于SLM上的相位稳定性。根据文献使用滨松的SLM，由于相位不稳定性导致的点阵的漂移可以用公式场镜焦距*0.06urad计算，例如对于150mm焦距长度的场镜，点阵漂移大概是9nm，远远小于焦点大小，可以忽略不计。
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DOE与SLM均可以对光束进行调制，来提高加工效果或者效率，比如生成点阵实现并行加工，生成纵向多焦点等。然而DOE本身在加工之后，相位调制就固定了，无法更改，并且成本也相对较高。而SLM具有可编程特性，同一个SLM可以生成多种类型的相位，可以根据具体的应用以及加工参数随时更改，优化加工效果，从而为客户降低成本。而且SLM可以校正系统引入的各种像差，这对DOE是无法想象的。
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普通扫描镜加工是一点一点进行加工的，加工速度比较低。而且随着激光器的发展，激光器的功率越来越高，而为了防止损伤工件，在进行单点加工的时候，往往需要降低激光的能量，导致无法充分利用激光器的功率。 而使用SLM可以生成点阵实现并行加工，可以显著的提高加工速度。此外因为激光功率被平均分配到点阵的各个点上，因而不需要对激光器的功率进行衰减就可以，从而充分的利用了功率。
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从分辨率来说载入的目标图像的分辨率越小，CGH的计算速度越快。 但是对于同样的图案，如果是图像分辨率比较小的话，生成的衍射图像中可以清楚的看到图像是由点阵组成的。
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而如果图像分辨率分辨率足够大，那么衍射图像中的点阵效应就不太明显。 这是因为经过SLM调制相位之后，在透镜后焦面最终是在最大加工面积内（镜头焦距*波长/像素大小）生成对应目标图像的点阵的（像素值为255，则为亮点，为0，则为黑色）。因而点和点之间的最近距离可以用（镜头焦距*波长/像素大小）/目标图案的分辨率得到。所以在目标图像分辨率低的时候，点和点之间的距离比较大，可以看清楚。但是当目标图像分辨率高的时候，电和点之间距离小，就区分不出来了。
从图像比例来说，因为经过SLM调制之后，生成的衍射图像最大范围是一个正方形，所以目标图像最好也使用正方形的比例，这样计算之后不会变形。
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虽然滨松的SLM是相位调制器，但是通过恰当的配置也是可以实现的，可以通过在前后添加相应的1/4玻片,偏振片等来实现，如下图是一个常见的调制幅度的光路构型。
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可以的，由于滨松的SLM是基于DVI进行控制的，本身是无法识别SLM的ID 的，所以一个比较容易实现的又不容易混乱的解决方案是买一个DVI转3DVI的转接线，这个DVI的转接线可以把RGB三色分离到三个DVI头，这样就可以最多同时控制三个SLM，把一个8it的BMP彩色图像使用matlab或者labview投屏到DVI所对应的显示器中，则其中一个SLM获取的R通道的图像信息，另外两个SLM分别获得是G通道和B通道的图像信息。
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滨松自带的软件由于编程优化问题，在进行图像播放的时候，速度较低，最高只可以实现大概1帧每秒的播放速度。为了实现高帧率的更换相位图像，建议客户自己使用matlab或者labview进行编写。而对于OEM类型的SLM，可以预先将相位图像存储到SLM控制板内的内存卡中，再使用程序控制相位图的更换，此时相位图更换对比普通类型的SLM少了16.6ms的延迟时间，因而可以实现更快的更换速度。
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并行加工中每个点强度的均匀性是由两点决定的，一是IFTA算法本身的计算效果。二是光路的偏折，激光模式不好，光路中透镜引入的像差等。因而对于加工均匀性要求不是特别高的场合，可以使用普通的GS算法就可以了。如果希望提高加工均匀性，可以使用效果比较好的算法，比如GSW,GSA算法等。而如果希望加工均匀性达到最佳，则需要使用额外的相机观察并行光斑强度，基于这个强度分布反馈给SLM进行优化，从而达到最佳。
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零级光是由于SLM表面玻璃反射，像素间隔之间的反射，以及相位图本身效率不高导致的。所以消除零级光的方式首先是改进算法，如下图是分别使用GSW算法（左图）和GS算法（右图）计算点阵得到的结果，可以看到由于GSW计算的相位图有更高的衍射效率，所以0级光相比于GS算法得到的结果显然更佳微弱。
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此外常见的用来消除0级光的方式包括叠加菲涅尔透镜透镜相位（使衍射图像和0级光在z方向分离）与叠加闪耀光栅相位（将衍射图像和0级光在xy方向上分离，从而可以使用光挡将0级光彻底去除）。此外有文献发现，同时叠加菲涅尔透镜相位和闪耀光栅相位，对于消除0级光的效果更佳。
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最好可以考虑入射光强的分布，不过这个主要是可以提高光的衍射效率，降低0级光的影响，但是对并行加工时点阵的均匀性影响不大。
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主要分为3步：
1、连接电脑，打开SLM，查看第二显示器，可以看到SLM被识别，分辨率准确。这步证明控制器与电脑连接没有问题。
2、直接观察SLM表面，随便在电脑上拖动一个文件夹到第二显示器界面晃动，可以在SLM上文件夹的移动。这步证明SLM的头与控制器的连接没有问题。
3、设置好波长，选择HPK图像，右键选择create CGH， 然后在2nd monitor设置菲尼尔透镜焦距为-400，选择激活菲尼尔透镜相位，此时在距离SLM大概400mm的位置，就可以看到清晰的HPK图像了。这步证明SLM工作没有问题，对于不执著于使用相机和透镜进行观测的客户，就可以完成验收了。
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因为SLM内部反射介质镜或者铝镜的不平整度实际上是连续的平滑的不平整，所以直接观察反射光效果会很好。而为了校正表面不平整，叠加的相位图大体如下图所示
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可以看到相位中有一些0到2pi的阶跃，这些阶跃相位会导致衍射效应，使光斑效果不佳。但是如果使用透镜，在透镜后焦点位置观察衍射图像的效果的话，效果会变的更好的。
此外相位校正图像是在25度的环境下测量和计算得到的。如果工作的环境与25度偏差角度，也会影响最终的实验结果的。
而对于为什么不叠加校正相位，仍然可以得到不错的衍射图像，这是因为如上所述，SLM内反射镜不平整是平滑的很连续的，这些平滑的相位变化，在经过透镜之后，对衍射图像几乎没有影响。所以即使不叠加校正相位，仍然可以得到不错的衍射图像。
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生成平顶光整体有四种主流方案：
第一种是模拟非球面镜相位来直接在透镜后焦面生成平顶光。
第二种是在SLM上生成光阑型相位，只选取光斑中间部分，然后进行放大，从而生成各种形状的评定光。
第三种是利用SLM与小孔光阑的配合，在光阑后经过透镜准直后光斑的强度和相位分布与SLM上的相位分布有关，因而可以在保证平顶光的同时，相位也很平整。
第四种是简单的将目标图像设置为平顶形状，然后使用GS算法进行计算即可。但是由于GS算法无法保证透镜后焦面光斑的相位分布，所以可能会存在一些pi相位，或者涡旋相位，导致某些区域光斑相消，出现强度0点，从而降低均匀性。为了解决这个问题，可以采用MRAF算法等。
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生成纵向多焦点大概有三种方案：
第一种是根据每个多焦点的位置，然后计算出来为了生成这个焦点，所需要加载的菲涅尔透镜相位，然后把所有多焦点对应的菲涅尔透镜的相位叠加起来。优点：算法特别简单，计算速度快。缺点：均匀性一般，点之间干扰严重。
第二种是直接使用三维的GSW或者ORA算法；优点：均匀性显著提高，点之间干扰也改善。缺点：算法较为复杂。
第三种是利用空间光强度分布和其k空间的互为傅里叶变换的关系，然后k空间相位可以直接通过投影得到SLM上所需要的相位信息的原理进行计算的。 由于是直接对焦点区域的整个三维空间分布进行，所以得到的结果无论从均匀性，还是从点之间的干扰，都有特别好的效果。此外，也会考虑高数值孔径的情况。因而是最优的算法。缺点：三维的FFT和IFFT可能没有直接的函数，需要用于自己编写。
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#适合的领域：
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1、在加工过程中，相位需要变化的领域。比如隐形切割需要对不同层进行加工，不同层所需要的校正像差的相位不同。或者比如斜面贝塞尔切割，不同角度需要的相位也不同。比如内部打标，不同样品的厚度不同，需要加载的像差校正行为也不同。
2、尺寸超小的并行加工。比如微型光存储，细胞级别，微纳米级别的加工
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3、精度很高要求的加工，由于SLM相位稳定性好，所以加工精度可以获得比振镜更好的效果
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4、多点同时扫描的加工，比如分成多点同时进行切槽
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#不适合的领域：
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1、大范围的打标，由于SLM像素尺寸有限，所以加工幅面不是很大，对于大尺寸的打标，往往基于振镜反而有更快的效果。
2、成本要求很低的应用
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3、相位要求一成不变的应用，很多时候会被DOE所取代。
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稳定性和可重复性超级高，能够保证客户批量购买之后，每台都提供非常接近的性能。
根据客户的需求，我们可以从硬件，光学，电学，软件等多个方向提供定制。方便客户使用。
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a) 是直接使用普通的IFTA算法，将目标图像设置为方形或者圆形即可。本方法优点是算法简单，可以生成任意图像，衍射效率较高。这种方法的缺点是是由于vortex之类的存在，最终生成的平顶光有较强的speckle noise。 可以采用类似于MRAF算法来改进这个问题。
b) 第二种是直接使用现成的非球面相位公式来生成平顶光。优点是衍射效率高，均匀性较好。可以通过叠加光栅相位来生成多个平顶光。缺点是均匀性没有办法到极致，并且形状有限制，只能为方形，圆形，线型平顶光。
c) 第三种是类似于基于可变型光阑的方式，优点是均匀性很高，可以任意形状。缺点是无法生成多个平顶光，并且衍射效率相对较低。
d) 第四种是采用在4f系统中放置一个光阑的思路来实现的。优点是可以同时调制光的强度和相位，并且平顶光的景深更深。缺点是需要采用反馈机制来实现调节，并且对光路调节要求较高。
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a) 直接把不同层的图像，叠加不同焦距的菲涅尔透镜相位，得到不同的相位图A,B,C，然后把各个相位图叠加起来。优点:算法简单，速度很快。缺点：均匀性一般，层与层之间的干扰比较大。
b) 采用类似于三维GSW和ORA等算法。直接对整个点阵进行计算，没有后叠加的过程。优点：均匀性好。缺点：速度一般，层与层之间的干扰也比较大。
c) 直接对焦点的整个光场分布进行三维FT和IFT计算。优点：均匀性高，层与层干扰小，可以实现各种异型光束。缺点：内存占用大，对计算机要去较高。
d) 采用分区域菲涅尔透镜方式。优点：均匀性高，层与层干扰小。缺点：只能适合每层有一个焦点的类型。
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这种情况，一般可以考虑输入光的偏振是否有问题。需要保证光是水平偏振，如果感觉SLM根本不好使一样，那大概光是垂直偏振了。
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在将SLM相位设置为2pi的情况下，SLM实际加载的相位与光的入射角度关系为下图
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我们的LCOS-SLM使用平行式、向列型液晶、CMOS背板寻址。他们是反射型器件。
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是的，整个系统，包括CMOS背板和光学薄膜都是由滨松公司自己设计和制造的。也就是说，每个LCOS-SLM都对读出激光及特定应用进行了单独的优化。
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X10468系列涵盖波长范围是355m到1550nm。
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可以。如上所述，LCOS-SLM的所有部件都是在滨松工厂内部设计，因此在提供客户定制LCOS-SLM方面具有高度的灵活性。请将您的具体要求告诉我们，我们会尽力满足。
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不需要。所有的LCOS-SLM都配备了线性相位特性文件，还提供每个器件的平整度校正数据。
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我们精心设计了驱动LCOS芯片的控制电路。因此，相位波动/闪烁可以忽略。要进一步了解，请咨询我们。
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总的光利用率与像素结构的反射率和衍射损失有关。反射率由镜片性质决定。除了铝镜，我们也提供高反介质反射镜（X10468-02/-03/-04/-05/-06）其反射率高达95%。衍射损失取决于LCOS-SLM的几个设计参数，比如像素尺寸、填充因子以及液晶材料。填充因子越高，衍射损耗越小。
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不需要。客户只要用DVI输出的标准显卡就可以了。理想情况下，可以使用双端口的显卡，一个用来控制监控器，一个控制LCOS-SLM。
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这取决于客户所使用的是铝反射型的X10468-01/-07/-08还是介质反射型的X10468-02/-03/-04/-05/-06。后者可以承受高的多的CW和脉冲激光功率。我们测试了几种激光，您可以查看LCOS-SLM X10468的技术手册。如果没有列出符合您使用的激光的参数，请咨询我们，我们会帮您安全的使用LCOS-SLM。
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是的，我们可以提供一个演示系统。然后您可以在实验室中使用LCOS-SLM，并在您的设置中直接测试它的性能。请与我们联系，讨论你的实验并安排日程。这个演示品是免费的。我们恳请你们寄回给我们，并且总结你的发现。
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没有价格表。请联系我们咨询你感兴趣的空间光调制器的价格。
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标准交货时间将取决于生产周期。通常的交货时间是收到订单后的6~8周，但有时交货时间可能比这短，因为我们有时可能会有一些库存。
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关于LCOS-SLM控制板的温度控制，日本是有专门的设计和控制的，当控制板的温度超过90℃，会自动启动thermal shutdown function，此时调制器控制板处于停止工作的状态；FPGA是最热的位置。
控
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制板工作的时候会产生产生热量，这个热量是远远高于环境温度的，目前当环境温度达到40℃，而控制板没有很好的通风散热的情况下，控制板的温度就有可能达到90℃以而停止工作；如过低于40度，一般是没有问题的。
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如果控制板的温度低于90℃，控制板就可以一直正常工作，如果长时间处于高温（比如80~90℃），但是目前没有确切数据表明会影响调制器寿命和精度；
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目前最好的控制方式是保证空气流动和风冷措施；
具体信息如下
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这是因为pixel value to give 2pi值没有设置好导致的，导致0-2pi过渡区域并不是0和2pi，从而产生干涉效应，导致这个接缝的存在。如果是使用SLMCONTROL3和SLMcontrol，则需要设置对pixel value to give2pi值，而如果是使用老的LCOSCONTROL一般就是选择对波长，同时软件勾选上LUT即可，如果还是有这个问题，那可能是由于环境温度的问题导致了pixel value to give 2pi的轻微变化。可以通过在参数中微调工作的波长来实现。
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others-simulation,在target image address中打开已经计算好的相位图。然后点击return to main menu中的"main"，在弹窗"would you load this CGH to a main program"中选择yes。相位图就会载入到主界面中了，可以对这个相位图进行平移，旋转等操作。注意在目前版本中（截止到2021年1月4日），需要保证客户的相位图尺寸与SLM的像素数一直，否则在移动的时候会发生问题。
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USB里没有trigger模式，USB模式只是往内存中写入相位图。然后就可以断开USB搭配外面 信号使用。 然后X15213里面并没有触发的接口，所以没法进行触发。 而对于x15223，是使用pin header进行触控的地址输送，可以实现外部触发。
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可能是软件本身所在的文件夹里路径名过长，导致的问题。可能是客户没有先安装labview的runtime（就是installer文件夹里的install.exe），然后再运行SLMCONTROL3，需要先把runtime删除了，然后重启。然后安装runtime，然后保存在纯英文目录里。
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这种是因为windows 系统的显示缩放问题导致的，因为现在电脑的屏幕分辨率逐渐提高，所以很多人默认是采用缩放150,125%来显示的，为了让SLM显示正常，需要设置缩放比例为100%，具体设置方法是电脑桌面右键-显示-缩放与布局设置为100%，而且是两个屏幕都要设置为100%。
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如果结合透镜使用，可以实现光强重新分布，比如生成点阵（二维与三维均可），生成圆环，生成平顶光，焦深拉长，多个拉伸焦长的焦点，焦点附近的光束按照某个特殊形态传输，点阵每个点的偏振和强度，每个焦点的相位和强度同时控制。
如果不用透镜，可以通过结合各种偏振器件，比如半波片，1/4拨片，偏振片，实现光斑上每个位置的强度和偏振的调节。
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X10468的液晶单元尺寸是20um x 20um，所以2阶光栅空间分辨率是25线对每毫米（lp/mm）；X15223的液晶单元尺寸是12.5um x 12.5um ，所以X15223的2阶光栅空间分辨率是1mm/(12.5um x 2)，就是40线对每毫米。
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二阶的时候-08的衍射效率应该是不到40，您测试是二十多，有可能是没有聚焦，衍射光光强没有完全收进去，也有可能是静电损伤导致的衍射效率下降。
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-08型号衍射效率16阶也是82%左右，阶数越大衍射效率越高。一级衍射效率的分母是反射光，和反射率（光利用率，light utilisation efficiency）的分子是一样的，所以一级衍射效率不一定低于反射率，这两个没有直接联系。
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试用USB控制软件，将控制模式调为USB模式，在下图3号位置显示温度。
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必须安装LabVIEW runtime，如果同一台PC中原来安装过，则无需重复安装。
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滨松LCOS激光加工方面主要优点是对超快激光的光强阈值比较高，可以承受强光，飞秒到GW/cm^2级别，然后不用做线性度标定；滨松缺点是刷新频率比较慢，液晶单元12.5um x 12.5um，相对其他品牌比较大，分辨率1272x1024相对较低。
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因为产生涡旋光本质上是产生螺旋相位，最直接的方法是调制相位。
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螺旋相位板是一种厚度与相对于板中心的旋转方位角成正比的透明板，表面结构类似于一个旋转的台。 当光束通过螺旋相位板时，由于相位板的螺旋形表面使透射光束光程的改变不同，使透射光束相位的改变量也不同，继而能够产生螺旋特征的相位分布。相当于一个不可变的固定相位的LCOS。
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如图，normal是标准品的稳定性，low是高稳定性的订制品，这个是X15213系列的，老产品的稳定性在彩页上有。
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就是相位随时间的波动，phase fluctuation，可以用下面这个图理解，横坐标是时间，纵坐标是相位。（下图为旧型号的数据，仅作为概念理解用途，详细数据请参考上表。）
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hpkUSBD.inf在光盘里的"Driver"文件夹下。通过这个文件安装USB驱动。
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将LcosAccess.cpp第25行改为：#define MODULE_PATH ("../LcosReg.dll") -> ("\LcosReg.dll") 。
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这个是软件自动生成的correction图，只有一张，所有波长的correction图的路径是在CD\Correction_patterns文件夹里。
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DVI模式下DVI信号中断，建议检查DVI线和PC之间的连接。如果是USB连接方式，通过光盘中软件调成USB模式。
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DVI模式可以，USB模式还是需要用光盘中的软件。（DVI转USB外接显卡为DVI模式）。
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是的，只能使用波长范围内的，-04只能是用在510±50nm这个波段范围内的。可以选择-07型号。
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-08用不了，会打坏的，且-08的波长范围是1000nm到1550nm。
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您通过OPA转换成相应波段后，平均功率要小于1W/cm2，同时，飞秒激光峰值功率要小于1GW/cm。
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软件根据波长变化自己完成了调整的过程，在软件里设置好波长，勾选LUT，详见说明书。
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-03是介质镜型号，可以抗强光，光利用率（反射率）高（97%），-07和-08的光利用率较低。抗强光能力水平（激光功率阈值）-03基本上是40.7W/cm^2，加水冷的型号还会更高；但-07、-08是要求小于1W/cm^2; 如果是脉冲激光，还要考虑峰值功率，也是-03高一些。
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LCOS的显示屛和滨松的LCOS-SLM不是一回事，LCOS-SLM有可调制相位的、有可调制振幅的，也有都调的，滨松的LCOS是纯相位的调制器。用于显示技术的LCOS一半需要大面板和高分辨率，而滨松的LCOS特点是高精度和抗强光，所以和用于显示的LCOS侧重点不太一样。
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涵盖708nm波长的这款X15213-07每帧响应时间是80ms。
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抱歉我们没有可以达到180帧频的LCOS产品。708nm的这款每帧响应时间是80ms。
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贵司项目需要180帧，就是每帧时间1s除以180，即需要每帧5.6ms左右。708nm的这款每帧响应时间80ms是只算了液晶的偏转时间，没有算图像的储存和传输时间。所以无法满足您需求。
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LCOS本身对温度敏感，（例如X15213的建议LCOS head 使用温度是25℃），不过可以根据温度做反馈系统，把温度范围做到很宽，这个理论上是可行的，只是截至2022年还没有这样的产品推出，下图是X15213系列的使用温度允许范围。
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d是pitch of grating,类似光栅相位是由一明一暗两列像素组成的，CGH也是像素尺寸乘二。
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下图这个公式前面有个乘二，所以和您这个公式是等效的，不会变成比真实图案尺寸小了2倍。
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是的，每帧刷新时间是（fall time 83ms + DVI传输时间16.7ms）。
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因为DVI信号输入LCOS的输入频率是60Hz, 1/60Hz约为0.0167s，即16.7ms.
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填波长就行，这个不影响结果；旧型号用新软件会有这个问题，请按照说明在manual mode下操作。
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X15223配套的PCB板阻燃性等级是NEMS/ANSI标准的"FR-4"。
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