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位相変調システム

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反射型液晶デバイス LCOS型空間光変調器

X10468

反射型液晶デバイス LCOS型空間光変調器

LCOS-SLM（Liquid Crystal on Silicon - Spatial Light Modulator）X10468シリーズは、アドレス部にCMOS技術を応用して直接液晶を電圧制御する事で、高精度と高速応答を実現した反射型電気アドレス空間光位相変調器です。最適な光学設計により、高回折効率と高光利用効率を実現しています。
コントローラでは、インターフェースとしてコンピュータディスプレイ等の標準規格であるDVI（Digital Video Interface ）を採用しており、コンピュータディスプレイの表示と全く同じ方法で光の位相の空間分布を制御できます。LCOS型SLMでは、ミラー表面の歪曲・液晶層の厚さの不均一性・液晶の非線形応答性等による制御歪が避けられませんが、デジタル処理によりこれらの影響を補正し、高精度な制御を実現しています。
この様にコンピュータ制御が容易なだけでなく、高精度・高線形な空間光位相変調をも実現しています。
PPM（位相変調ユニット）の後継製品です。


	製品説明


	製品説明

特長
●光の位相のみを変調
●高光利用効率
●高回折効率
●小型
●簡単なコンピュータ制御方式
●反射型

用途
●収差補正
●補償光学
●レーザー加工
●レーザーマーキング
●パルス整形
●光ビーム成型
●光マニピュレーション
●光ピンセット
●光渦(Optical Vortex)生成

動作原理

LCOSチップでは、平行配向されたネマティック液晶層で光を変調することにより、光強度や偏光方向の変化を伴わずに、光の位相のみを変調することが可能です。またコンピュータからのDVI信号で画素ごとに液晶の状態を制御することで、位相変調量が制御されます。

X10468 シリーズ

X10468シリーズには7つのタイプが用意されています。X10468-01/-07/-08は誘電体多層膜ミラーが形成されていないため素子反射率は劣りますが、回折効率が高く、広い波長範囲での利用が可能です。X10468-02/-03/-04/-05では、それぞれ800nm帯のフェムトレーザ、1064nm帯のYAGレーザ、532nm帯のYAG第2高調波及び405nm帯のLDなどに適した誘電体多層膜ミラーが形成されており、高い反射率が得られています。図1に各タイプがカバーする波長帯域を示します。
なお、X10468-05において400nm以下の波長帯域では、紫外光領域であるため素子の損傷の可能性があります。400nm以下でのご利用に関しては、詳細についてお問い合わせ下さい。

■ 図１　X10468シリーズの対応波長一覧

X10468シリーズの対応波長一覧

動作特性

高い光利用効率

X10468シリーズは、入射光強度に対する0次回折光強度の比で表される光利用効率が非常に高いという特長を持ちます。この光利用効率は、主に素子の反射率と画素構造による回折ロスに依存します。そこで、CMOS技術を応用するとともに、その設計に細心の注意を払うことにより、回折ロスを5％以下と最小限に抑えることができました。X10468-02/-03/-04/-05は誘電体多層膜ミラーを有しており、90％程度と高い反射率を誇ります。X10468-01/-07/-08は誘電体多層膜ミラーを持たないため72％程度の反射率となりますが、広い波長範囲での利用が可能です。

大きな位相変調特性と高い線形性
	■ 図２
X10468シリーズでは、400-1100nmの波長範囲において、2π以上の位相変調量を得ることができます。出荷時には、各タイプごとに特定の波長範囲に併せて高精度・高線形変調特性が得られるように調整されます。図2は位相変調特性の代表例です。2π以上の位相変調量が高い線形性を持って得られていることがわかります。また位相変調特性については、有効面内の95%の画素における位相変調が±2σの範囲に収まっており、ばらつきが小さいことを確認しています。

高い回折効率
X10468シリーズは高精度光位相変調が可能な空間光位相変調器で、理論値に近い高い回折効率が得られます。図3は多値位相格子を表示した際に得られる回折スポット像です。多値位相格子を利用することにより、例えば図3（c）に示すように+1次のみに回折スポットを集中させることが可能となるため、高い光利用効率を得ることができます。図4に回折効率の代表的な例を示します。ここでの回折効率は、変調を行わない場合（パターン無し）の0次光強度に対する、1次回折光強度の比です。
■ 図３　回折スポット像		■ 図４　回折効率

(a) 変調なし


(b) 2レベルの回折格子 (25 lp/mm)


(c) 4レベルの回折格子 (12.5 lp/mm)

出力像例
X10468シリーズは高精度な位相変調が可能で、その回折効率も理論値に近い結果が得られることから、ホログラム応用に非常に適しています。図５(a)は補正を加えて一様な空間光位相変調を行った場合の出力波面を、干渉計で計測した結果です。観測される干渉縞に大きな歪も無く、高精度な波面が出力されていることがわかります。また図5(b)にキノフォームをフーリエ変換光学系で再生して得られる1次回折像の例です。図５（c）では（0,1）次のLGビームを生成した結果を示しますが、鮮明にLGビームが生成されていることがわかります。
■ 図５　出力像

(a) 補正後の出力波面　　画素数: 800 × 600 pixels 　　RMS: 0.05 λ (λ=633 nm)	(b) CGH再生像	(c) LG ビーム生成

仕様

項目		X10468 シリーズ							単位
		-01	-02	-03	-04	-05	-07	-08
入力信号		Digital Video Interface ( DVI )							---
DVI 信号フォーマット		SVGA ( 800 × 600 pixels )							---
DVI フレームレート		60							Hz
入力信号諧調数		8 bit = 256							levels
有効エリアサイズ		16 × 12							mm
最大空間解像度		25							lp/mm
開口率		95							%
応答速度 ^*1	立上り	10 (633 nm)	25 (785 nm)	30 (1064 nm)	15 (532 nm)	15 (405 nm)	15 (1064 nm)	30 (1550 nm)	ms
	立下り	35 (633 nm)	65 (785 nm)	80 (1064 nm)	30 (532 nm)	30 (405 nm)	30 (1064 nm)	140 (1550 nm)	ms
対応波長域		400 - 700	800 ± 50	1050 ± 50	510 ± 50	410 ± 10	620 - 1100	1000 - 1550	nm
入力電圧 (AC)		100 to 230 ( 50 Hz / 60 Hz )							V
消費電力		50							VA
重量 (ヘッド)		約 450							g
重量 (コントローラ、ケーブルを含む)		約 4100							g

*1 各対応波長において、2π変調の10 %から90 %の変化に必要な時間

外形寸法図 (単位: mm)

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