看濱松SLM如何實(shí)現(xiàn)學(xué)術(shù)&產(chǎn)業(yè)應(yīng)用兩手抓看濱松SLM如何實(shí)現(xiàn)學(xué)術(shù)&產(chǎn)業(yè)應(yīng)用兩手抓得益于相位調(diào)制的靈活性和濱松空間光調(diào)制器LCOS-SLM的優(yōu)異性能，LCOS-SLM在從學(xué)術(shù)到產(chǎn)業(yè)的諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，今天我們就來(lái)介紹這些應(yīng)用的具體實(shí)例和特性。 學(xué)術(shù)應(yīng)用 在學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域的應(yīng)用，包括量子通信、顯微技術(shù)、光鑷、冷原子等領(lǐng)域。
在量子通信領(lǐng)域，通過(guò)LCOS-SLM對(duì)光進(jìn)行信息編碼——普通渦旋光、空間偏振調(diào)制（如偏振渦旋光，axial beam， azimuthal beam)、高階結(jié)構(gòu)光等，可以實(shí)現(xiàn)高度安全、高傳輸速率、高信噪比的量子通信。 案例分享：SLM生成高階渦旋光 在量子通信領(lǐng)域，上海理工大學(xué)顧敏老師組于2020年初在 Nature Photonics上發(fā)表了一篇名為“Orbital angular momentumholography for high-security encryption”的文章。在該文章中，濱松LCOS-SLM（型號(hào)X13138-01）作為生成高階渦旋光的相位調(diào)制器件，助力客戶生成了高階軌道角動(dòng)量渦旋光。  實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)
產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)關(guān)鍵詞：線性度 能否調(diào)制出高精度的LG beam，最關(guān)鍵的一個(gè)參數(shù)是LCOS-SLM的線性度，也就是輸入灰階與輸出相位調(diào)制量之間的線性關(guān)系。較差的線性度LUT（Lookup table）會(huì)導(dǎo)致調(diào)制不準(zhǔn)確，引入更大的調(diào)制誤差，同時(shí)還會(huì)帶來(lái)額外的大量標(biāo)定工作，為使用者帶來(lái)大量不必要的額外工作。 濱松LCOS-SLM得益于優(yōu)異的硬件線性度和出廠所配的每一個(gè)參數(shù)內(nèi)波長(zhǎng)的每一條內(nèi)置LUT曲線，無(wú)需標(biāo)定，在提高實(shí)驗(yàn)精度的同時(shí)省去了大量標(biāo)定實(shí)驗(yàn)所帶來(lái)的麻煩。 參考文獻(xiàn) 郭光燦院士組 ”Hao Z, Sun K, Wang Y, etal. Demonstrating Shareability of Multipartite Einstein-Podolsky-Rosen Steering[J]. PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2022, 128(120402).” https://aga.ustc.edu.cn/__local/5/4A/AB/E5385A5A821F0EF8899231FD497_E7C9AD0F_EC5C0.pdf?e=.pdf 顧敏老師組Xinyuan Fang, Haoran Ren and Min Gu , “Orbital angular momentum holography for high-security encryption”, Nature Photonics ,VOL 14, February 2020 (102–108)
顯微成像應(yīng)用的主題是，深入研究生物樣品，研究各種反應(yīng)與動(dòng)力學(xué)。技術(shù)目標(biāo)永遠(yuǎn)是更高分辨率，更深成像，更快成像。LCOS-SLM在其中用于——焦點(diǎn)分布調(diào)制（如radial polarize，如相位分布調(diào)制），提高分辨率；結(jié)構(gòu)光照明(SIM)，實(shí)現(xiàn)高分辨率；矯正像差，可見(jiàn)光也可以深入到內(nèi)部成像；相位對(duì)比顯微，成像透明物體；STED顯微，提高分辨率；多點(diǎn)成像，提高成像速度等。 案例分享：雙光子激發(fā)顯微成像 使用濱松LCOS-SLM進(jìn)行激發(fā)光波前調(diào)制，從而使雙光子激發(fā)顯微鏡（TPM）（物鏡為干鏡）可以進(jìn)行高質(zhì)量的深度觀察。當(dāng)空氣和樣品之間的折射率界面是垂直于光軸的平面時(shí)，通常會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的球差。彎曲的樣品表面形狀和折射率不匹配會(huì)引起包括球差在內(nèi)的各種像差。因此，所獲得的圖像的熒光強(qiáng)度和分辨率在樣品的一定深度處變得很差。 為了解決這個(gè)問(wèn)題，濱松中央研究所及濱松大學(xué)的科學(xué)家Naoya Matsumoto, Alu Konno, Takashi Inoue 及Shigetoshi Okazaki等人設(shè)計(jì)了一種預(yù)畸變波前，以通過(guò)使用全新的光程差算法來(lái)校正由彎曲的樣品表面形狀引起的像差。在通過(guò)折射率不匹配的界面之前，TPM系統(tǒng)中包含的LCOS-SLM將激發(fā)光波前調(diào)制為預(yù)畸變波前。因此，激發(fā)光經(jīng)過(guò)樣品后聚焦時(shí)就沒(méi)有像差。由此，通過(guò)使用干物鏡在清潔的小鼠腦中觀察到高達(dá)2,000 μm的光學(xué)深度的血管。  參考文獻(xiàn) 雙光子激發(fā)顯微成像Naoya Matsumoto et al., Aberration correction considering curved sample surface shape for non-contact two-photon excitation microscopy with spatial light modulator, Scientific Reports 8, Article number: 9252(2018). 案例分享：產(chǎn)業(yè)化的STED 顯微成像中的STED應(yīng)用，使用LCOS-SLM產(chǎn)生空心光和平頂光，目前已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化。  參考文獻(xiàn) Fabian G?ttferta, Pleinerb T, J?rn Heinec, etc. Strong signal increase in STED fluorescence microscopy by imaging regions of subdiffraction extent[J]. PNAS, 2017(Vol. 114 | No. 9).
光鑷是利用光學(xué)梯度力進(jìn)行光學(xué)捕獲和操控小型介質(zhì)粒子。通過(guò)LCOS-SLM可以實(shí)現(xiàn)三維多點(diǎn)的光鑷控制，同時(shí)操控多個(gè)粒子、控制粒子的移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)等。 案例分享：光鑷系統(tǒng)  如上圖所示，通過(guò)LCOS-SLM小小的液晶屏，就可以將一束普通高斯光編程許多個(gè)“高級(jí)鑷子”，例如攜帶軌道角動(dòng)量可以讓粒子旋轉(zhuǎn)起來(lái)的“渦旋光”，無(wú)衍射的“貝塞爾光”等等。由于其可編程的特性，還可以同時(shí)產(chǎn)生多個(gè)三維空間分布的光阱。
通過(guò)LCOS-SLM對(duì)光調(diào)制，形成可以控制原子的光勢(shì)阱，將超冷原子囚禁于其中進(jìn)行分析。 案例分享：SLM生成多模式光阱  在標(biāo)準(zhǔn)磁光阱（MOT）的基礎(chǔ)上，加入了額外的去泵浦光（depump laser）和LCOS-SLM，可以通過(guò)SLM來(lái)調(diào)制出任何所需的再泵浦光（repump profile），例如LG模光束和其他阻擋了中心強(qiáng)度的暗盤光束。成形的再泵浦光在陷阱處穿過(guò)，產(chǎn)生如圖c所示的殼狀再泵浦腔。塑造與再泵浦激光互補(bǔ)的去泵浦激光，將去泵浦強(qiáng)度精確地引導(dǎo)到再泵浦強(qiáng)度缺失的那些區(qū)域，即光阱的內(nèi)核，如圖b中包含的光束剖面所示。 產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)關(guān)鍵詞：光利用率 通過(guò)多層介質(zhì)膜形成的介質(zhì)鏡設(shè)計(jì)，使LCOS-SLM的光利用率達(dá)到了97%或以上。  產(chǎn)業(yè)應(yīng)用 已經(jīng)或即將產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用，包括顯微技術(shù)中的STED、激光加工、光通信、光儲(chǔ)存、光傳感、全息、脈沖整形、抬頭顯示等。
現(xiàn)代激光加工，以超快激光加工為主，即使用高強(qiáng)度的超快激光進(jìn)行材料加工。具有峰值功率高、熱熔區(qū)域小、加工速度快和重復(fù)精度高的特點(diǎn)。 濱松LCOS-SLM則以其高精度的三維多點(diǎn)整形（通常使用CGH算法調(diào)制相位）功能；產(chǎn)生“長(zhǎng)焦深”的貝塞爾光用于激光切割功能；以及可實(shí)時(shí)矯正像差、實(shí)時(shí)通過(guò)軟件改變加工激光的聚焦深度和形狀的特性等，被此應(yīng)用納入麾下。 案例分享：SLM在三維直接光刻中的多點(diǎn)加工 2022年1月20日，浙大邱建榮教授團(tuán)隊(duì)與之江實(shí)驗(yàn)室譚德志博士團(tuán)隊(duì)合作，在Science發(fā)表了題為“Three-dimensional directlithography of stable perovskitenanocrystals in glass”的文章，研究報(bào)告了具有可調(diào)成分和玻璃帶隙的鈣鈦礦納米晶體（PNCs）的三維 (3D) 直接光刻。 研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了飛秒激光誘導(dǎo)的空間選擇性微納分相和離子交換規(guī)律，開(kāi)拓了飛秒激光三維極端制造新技術(shù)，首次在特別制備的均勻無(wú)色透明的玻璃材料內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)了帶隙可控的三維半導(dǎo)體納米晶結(jié)構(gòu)，為光存儲(chǔ)、微型發(fā)光二極管等提供了新的方向。  正如上面的比喻一樣，飛秒激光就如一把鋒利的“刻刀”，但是要想實(shí)現(xiàn)精密的“雕刻”，“主刀的手”至關(guān)重要。在諸多的影響因素中，空間光調(diào)制器（SLM）是關(guān)鍵之一。 為了能充分發(fā)揮“刻刀”的性能，SLM首先需要承受住高強(qiáng)度的激光，也就是具有抗強(qiáng)光特性，同時(shí)還要保證極高的光利用率，減少光損失，別讓“利刃”變“鈍”了。 研究團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)中，選用了 濱松LCOS-SLM X13138。論文中提到擁有1280 ×1024像素的LCOS-SLM X13138，其光利用率高達(dá)90%以上（有實(shí)測(cè)顯示可達(dá)97%），實(shí)驗(yàn)使用了2500 mW的激光，通過(guò)SLM調(diào)制出一個(gè)3 × 3的激光點(diǎn)陣，以9道獨(dú)立的激光光束聚焦至玻璃內(nèi)部，進(jìn)行了多點(diǎn)加工。（點(diǎn)擊此處了解該實(shí)驗(yàn)更多詳細(xì)信息，Science又拿一稿，濱松SLM參與飛秒激光極端制造新突破） 產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)關(guān)鍵詞：光閾值 由于材料和設(shè)計(jì)的限制，器件的抗強(qiáng)光特性還不完善（光強(qiáng)閾值低），截止到2017年，LCOS-SLM最高也只能承受幾十瓦/cm2的激光功率密度。所以一直以來(lái)，其并未被大范圍應(yīng)用，僅用在了一些特定的激光加工材料上（往往是所需激光能量較低的被加工件），如塑料焊接，晶圓或玻璃切割（濱松專利的SDE激光隱形切割引擎，就是以空間光調(diào)制器為內(nèi)核的）。 隨著產(chǎn)品技術(shù)的不斷進(jìn)步，以及更廣泛的行業(yè)測(cè)試數(shù)據(jù)的支持，如今濱松的LCOS-SLM被證實(shí)最高可完全承受210W/cm2的平均功率、幾百兆瓦/cm2的皮秒激光器峰值功率、以及幾十G瓦/cm2的飛秒激光器峰值功率。掃描下方二維碼了解更多試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)關(guān)鍵詞：解決方案支持+算法加持 在提供LCOS-SLM的同時(shí)，濱松可以提供整套的激光加工解決方案以及由算法工程師提供的強(qiáng)大支持。點(diǎn)擊下方圖片，回看往期算法相關(guān)視頻。
濱松中國(guó)即將于5月31日邀請(qǐng)我們產(chǎn)品部的“大師姐”開(kāi)展一場(chǎng)針對(duì)空間光調(diào)制器新品細(xì)節(jié)及應(yīng)用信息的專題分享活動(dòng)，歡迎各位掃描下方二維碼，點(diǎn)擊觀看直播，報(bào)名直播間喲~
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