1. SLM衍射效率的概念

一級衍射效率是LCOS真正的“衍射效率”，是通過加載閃耀光柵時（將LCOS作為光柵使用）一級衍射光的能量占不加光柵時的零級光能量的百分比來定義的。

Diffraction efficiency = I1st/Iave[%]

其中，I1st是加光柵時一級光的能量，Iave是不加光柵時零級光的能量。

2. SLM衍射效率的參數

3. SLM衍射效率的測試方法

搭建一個如下圖所示的小角度入射光路。入射光偏振方向和液晶分子排列方向相同，入射角小于10°，光闌直徑10mm。

在空間光調制器上加載光柵的相位圖，產生閃耀光柵的調制效果，衍射光柵可以設置為2階、4階、8階、16階，如下圖所示:

根據相位調制和灰度值的關系，可以制作出以下幾個光柵相位圖。

將這些光柵相位圖分別加載到SLM上，就可以得到經過光柵分光的光斑。

測量一級光和零級光的能量，根據公式 Diffraction efficiency = I1st/Iave[%] 進行計算即可。

4. SLM衍射效率的相關計算

衍射效率是與空間分辨率相關的，加載的光柵階書越高，衍射效率越高，空間分辨率就越低。關系如下：

對于2 steps的光柵，一個線對包含一明一暗兩條線，每條線占一個像素。

對于4 steps的光柵，一個線對包含明暗不同的四條線，每條線占一個像素。

對于8 steps的光柵，一個線對包含明暗不同的八條線，每條線占一個像素。

對于16 steps的光柵，一個線對包含明暗不同的16條線，每條線占一個像素。

光柵steps越多，每個線對中明暗（灰度，對應相位）分的級次就越多，包含的信息也就越多，可以將更多地光閃耀到一級光斑上，所以衍射效率就越高；但是由于LCOS每個像素每次只能設置一個灰度值，因此越高step的光柵就需要越多的像素來表達，這樣就導致了高級次的光柵空間分辨率的下降，也就是在提高衍射效率的同時，必須犧牲空間分辨率。就好比一張報紙，每篇新聞寫的越詳細（相當于衍射效率高），能報道的新聞總數就越少（相當于空間分辨率）。

X10468系列的單像素寬度為20μm。

對于2 steps的光柵，每個線對2個像素，相當于40μm/lp，換算得25lp/mm。

對于4 steps的光柵，每個線對4個像素，相當于80μm/lp，換算得12.5p/mm。

對于8 steps的光柵，每個線對8個像素，相當于160μm/lp，換算得6.25lp/mm。

對于16 steps的光柵，每個線對16個像素，相當于320μm/lp，換算得3.125lp/mm。

X13267/X13138/X15213/X15223系列的單像素寬度為12.5μm。

對于2 steps的光柵，每個線對2個像素，相當于25μm/lp，換算40lp/mm。

對于4 steps的光柵，每個線對4個像素，相當于50μm/lp，換算得20p/mm。

對于8 steps的光柵，每個線對8個像素，相當于100μm/lp，換算得10lp/mm。

對于16 steps的光柵，每個線對16個像素，相當于200μm/lp，換算得5lp/mm。

根據光柵公式可得，理論上的衍射效率計算方法為：

其中，N為光柵每個周期內的液晶像素列數，例如2階光柵N=2

可以看到，濱松的LCOS-SLM一級衍射效率是非常接近理論值的。

審核編輯：湯梓紅