如何判断SLM的线性度？-上海瑞立柯信息技术有限公司，助力科研探索光子奥义

在量子研究、精密光场调控等领域，用户希望能在保证相位分辨率精度的同时，实现像素级精准相位调控。这对SLM器件的相位环境适应性和校准能力提出了很高的要求。LC-SLM的特性决定了环境变量对于SLM的相位精度有非常大的影响。传统做法采用查表法LUT补偿机制，但该方法已经明确被证明改善相位线性精度能力有限，会牺牲相位调制分辨步长精度，在数字型（digital Signal）SLM产品，该缺陷尤为突出。

理论基础

先科普几个基础概念

灰度相位曲线：用户操控SLM输入的电寻址信号值和最终实际相位调制量的关系。同一组寻址信号值，在不同环境变量的SLM上，最终实现的相位调制量存在非常大差异。用户往往希望该曲线数值准确、直线度高且斜率小。

相位线性度：是指用户交互控制相位调制量的输入数值模型和最终实际相位调制值之间的映射关系，俗称灰度相位曲线的直线度。该直线度越高越好，意味着操控起来相位值越精确。

数字芯片和模拟芯片：主要指LCoS/DMD/LCD等光学芯片基础电路设计中，驱动电压变量的控制模式是采用数字信号电路还是模拟信号电路，二者的差别是数字信号电路在设计时就决定了其为离散的、台阶的信号变化，变化范围比较窄，好处是简单易实现，模拟信号在理论上电压值可连续变化，类似于“无级变速”，可以实现任意精度的电压，但对硬件设计提出了更高要求，对噪声纹波等非常敏感。

灰度值：SLM写入电寻址信号值。传统SLM采用视频信号控制，该电寻址信号由上位机通过灰度图像灰阶表示，因此叫灰度值或灰阶。但近年来，随着技术发展，脱离视频信号控制的SLM越发成熟，该电寻址信号值就直接用浮点数或整数阵列来表示了。这里提醒大家注意：处理用户交互控制的电路依然为数字信号输入，差别只是位深不同，因此“灰度值”概念依然保留，便于理解。即：不管SLM 调制芯片是数字信号还是模拟信号，用户输入的数据始终是数字信号，这样才更适合计算机编程控制SLM。

有了上述基础概念，我们来看看具体有哪些关键技术影响SLM器件的相位线性度？

影响SLM线性度的关键技术

高精度DAC芯片及电路模块

判断一款SLM产品能否实现高相位线性度的第一准则就是DAC芯片精度足够高！低偏移、高精度、高速度的芯片直接决定了相位精度。当前，基于12bit/16bit的DAC芯片是市场主流，20或24bit的DAC就进入禁运名单了，所以大家从侧面就能理解为什么DAC精度至关重要。

插值算法及寄存器补偿机制

在采用LUT表来进行定标相位的产品里，核心要素在于其寄存器补偿机制灵活性不足，所以只能采用固定的LUT表来进行标定。数字屏只能在固定的范围内进行相位灰度值映射，以改善相位线性度。模拟屏则相对灵活，通过寄存器设置一组Gamma值，然后利用插值算法，就可以精确调整电压值。一般情况8bit的SLM产品，通常寄存器值超过512个，范围0-1024；优秀的产品，值的范围超过0-4096，寄存器值超过1024个，这样就可以在插值算法中细化更精细的补偿模型，将电压调整得更精细精准，从而提高了相位线性度。

上述两个核心技术点，是提升空间光调制器相位线性度的关键路径。基于上述高精度DAC、大范围寄存器值的SLM产品，其相位灰度曲线高达0.9998的相位线性度就具备基础条件。接下来就是精密的测量环节了。

测量SLM线性度的方法

通过测功率灰度曲线计算相位，再根据计算的相位算线性度。

实验准备：SLM（本实验使用的是UPOLabs空间光调制器HDSLM80R）、激光器（本实验采用的是532nm的激光器）、扩束器、检偏器、起偏器、分光棱镜、功率计、光电探测器、相机。

1. SLM通电、加载图片

固定SLM，依次插上线缆，将SLM屏幕扩展到显示器上，给SLM加载图片，在SLM上增加偏振片，观察SLM是否成功上图。