ביצועי פרופיל מוצר חומרת Phase SLM

מבוא רקע

כאלמנט אופטי דינמי הניתן לתכנות, מודולטור אור מרחבי גביש נוזלי (LC-SLM) ממלא תפקיד חשוב מאוד ביישומי אפנון אופטי מדויק כגון עיצוב חזית גל ובקרת קרן. SLM טיפוסי של פאזה בלבד פועל על ידי גרימת עיכוב פאזה בכל פיקסל LCD על ידי טעינת בקרת מתח כדי להשיג ויסות של חזית הגל של האור הפוגע.

עם התפתחות טכנולוגיית בקרת שדה אופטי לכיוון כיוון עדין, נדרש דיוק המודולציה של בקרת שדה אופטי מסוג LC-SLM להיות גבוה יותר. לדוגמה, בתחום העיבוד החכם אולטרה-מהיר, בקרת שדה אופטי מסוג SLM נדרשת כדי להשיג ויסות עדין של חזית הגל עם דיוק מודולציה גבוה של פאזה; בתחום ההדמיה המיקרוסקופית, בקרת שדה אופטית נדרשת כדי להשיג יחס אות לרעש גבוה והדמיה ברזולוציה גבוהה. בתחום המיקרומניפולציה האופטית ללא מגע, בקרת שדה אופטי נדרשת כדי להשיג לכידת חלקיקים מדויקת ויעילה. עם זאת, עיוות פאזה מתרחש בדרך כלל ב-SLM מסחרי, מה שמוביל לבעיות רבות ביישום המעשי של בקרת חזית הגל של התקני LCOS, כגון יעילות ניצול אור נמוכה, דיוק מודולציה ירוד, ולבסוף חוסר יכולת לממש את הפונקציות המתאימות.

בעקבות מקורו, עיוות הפאזה נגרם בעיקר עקב אי-לינאריות ואי-אחידות של אפנון הפאזה של המבנה הפיזי של SLM ותנאי הסביבה, אשר ניתן לייחס לשני גורמים:

1. השגיאה המניעה את האות החשמלי המופעל על הגביש הנוזלי (LC);

איור 1 שגיאת אפנון LUT של אפנון דינמי

2. עיוות הנגרם עקב עקמומיות של מצע SLM או משטח אחורי ועובי לא אחיד של שכבת LC;

איור 2 מבוא לעיוות חומרה של SLM

הראשון שייך לשגיאת תגובת פאזה דינמית הנגרמת משגיאת בקרת מודול ההינע, שניתן לתקן אותה על ידי LUT. האחרון הוא מאפיין אינהרנטי של התקן המוצר, אשר ישפיע על היעילות ואיכות חזית הגל, ודיוק פרופיל הפאזה המווסת נמוך יחסית, דבר המשפיע ישירות על דיוק אפנון הפאזה. על מנת לפתור בעיה זו, יש צורך למדוד ולתקן את חומרת ה-SLM (שסתום אור).

עקרונות בדיקת וכיול פרופילי SLM

על מנת להגיב לדרישות היישום המבוססות על אפנון פאזה מדויק ולשפר את הביצועים של מוצרי SLM, CMSI פיתחה טכנולוגיית תיקון ושגיאות של חזית גל סטטית למדידת SLM המבוססת על אינטרפרומטריית טיימן-גרין. דיאגרמת הנתיב האופטי של המערכת מוצגת באיור 3. עקרון העבודה הספציפי הוא כדלקמן: גל מישורי נוצר לאחר התפשטות וקולימציה של קרן הלייזר, אשר מחולקת לשתי אלומות על ידי מפצל הקרן (BS). קרן אחת מוקרנת ל-SLM על ידי העברת BS, ולאחר מכן מוחזרת על ידי אפנון SLM. קרן אור נוספת מוקרנת למראה הייחוס על ידי החזרת BS, ובאמצעות החזרת ייחוס, האור המוחזר המווסת על ידי SLM מפריע לאור המוחזר על ידי המראה השטוחה (M) כאשר הוא עובר דרך BS, ולאחר מכן ה-CCD יכול לאסוף ולהקליט את שוליים ההפרעות דרך מערכת 4f שתצורתה מוגדרת בקצה הקדמי שלה.

איור 3. נתיב אופטי אינטרפרומטרי של תימן גרין

ה-SLM ממוקם במיקום המוצג באיור 3, ושולי ההפרעה נאספים על ידי CCD במערכת הנתיב האופטי. איור 4 מציג את שולי ההפרעה של ה-SLM שנמדדו.

איור 4 תבנית שוליים של הפרעות שנאספה

לאחר מכן ניתן להשיג את תמונת הפרופיל הראשונית והנתונים של SLM באמצעות אלגוריתם עיבוד שוליים של התאבכות. נתוני הפרופיל והתמונות לאחר תיקון SLM ניתנים לקבל באמצעות אלגוריתם תיקון פרופיל פני השטח, והם מיוצגים כמותית על ידי אינדקסי הערכת הפרופיל הנפוצים PV ו-RMS. טבלה 1 להלן מפרטת את תמונות הבדיקה והתיקון והנתונים של שלושת מערכות ה-SLMS שנבדקו ותוקנו.

טבלה 1 סוגים שונים של סוגי SLM אחוריים ראשוניים ומשוונים

ניתן לראות מהטבלה לעיל כי בהשוואה לפרופיל הראשוני, הפרופיל האחורי המותאם נוטה להיות שטוח בעיקרו, ודיוק ה-RMS של הפרופיל יכול להגיע בעיקרו ל-1/35λ@632.8nm.

השפעת כיול פני השטח על אפקט המודולציה

על מנת להשוות טוב יותר את ביצועי המודולציה של SLM לפני ואחרי תיקון, נבדק אפקט המודולציה של שלוש אלומות נפוצות (אלומה גאוסית, אלומה איירתית ואלומה מערבולת) על ידי בניית מערכת בדיקת שדה אור אמיתית.

טבלה 2 תוצאות ניפוי שגיאות של שדה אור בפועל לפני ואחרי תיקון פני השטח של SLM

מתוצאות הבדיקה לעיל, ניתן לראות כי אפקט המודולציה של SLM שהותאם יהיה מושלם יותר וקרוב יותר לאפקט התיאורטי.

השקת מוצר

תוכנת 3.0 העדכנית ביותר של החברה שמורה ממשק פיצוי פרופיל לתמיכה בכיול ותיקון פרופילי SLM פאזה (עבור 532nm ו-635nm), הגדרת קובץ תיקון הפרופיל המתאים בהתאם לאורכי גל עבודה שונים, ומימוש פיצוי תיקון הפרופיל באמצעות תוכנה תומכת.