Products Home空間光変調器(SLM)
- Reflective 2D Phase Only Spatial Light Modulators (SLMs)
- 400 - 850 nm, 650 - 1100 nm, or 1550 nm Operating Wavelengths
- Available Resolutions: 1920 x 1080, 1920 x 1200, or 3840 x 2160
- Highly Stable Phase Control with Minimal Flickering
EXULUS-HD3HP
Removable SLM Head,
1920 x 1200 (WUXGA),
650 - 1100 nm
Image Generated by SLM Using Computer-Generated Hologram Projection. For Details, See the App Note Tab
EXULUS-4K1
3840 x 2160 (4K UHD),
400 - 850 nm
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用途
- 波面補正
- 光トラッピング
- ビームステアリング
- パルス成形
- 補償光学
- ホログラフィ
- レーザ加工
- リソグラフィ
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Exulus SLMにはポスト取り付け用として複数のM4タップ穴が開いています上の写真のセットアップで使用されている製品につきましては「使用例」タブをご参照ください。
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Exulus SLMには磁石付きのカバーが付属しています(ハイパワー光用モデルを除く)。SLMの使用中は、カバーを筐体の定められた面に取り付けておくことができます(製品番号末尾がHD1/Mおよび4K1/Mのモデルは側面、HD2、HD3およびHD4のモデルは背面)。
特長
- 反射コーティングが施されたシリコン(Si)基板上に液晶を配置したLCoS技術
- パネルの解像度：1920 x 1080、1920 x 1200または3840 x 2160
- 対応波長：400～850 nm、650～1100 nmまたは1550 nm
- 動作波長範囲400～850 nmおよび650～1100 nmのハイパワー光用モデルをご用意
- オールインワンおよびパネル分離型の構成が可能
- SLMヘッド部分には液体冷却モジュールを内蔵
- Fill Factor(開口率)：＞90%(モデルによって異なります)
- 水平方向、垂直方向それぞれ独立に、空間光変調器(SLM)パネルのチルト調整が可能(標準モデルのみ)
- トリガ出力により他デバイスのタイミング制御が可能(EXULUS-HD1/M以外の全てのモデル)
- 最大180 Hzまでの高速フレーム/リフレッシュレート(EXULUS-HD1/Mのみ、Frame Boost使用時)
- カスタム仕様にも対応：
- パネルおよびコントローラの別ユニット化(標準モデルのみ)
- ほかのリターダンス範囲にも対応(詳細については当社までご相談ください)
当社のExulus®空間光変調器(SLM)ではシリコン(Si)基板上に液晶を配置するLCoS(Liquid Crystal on Silicon)技術を採用しており、個別にアドレス指定が可能なピクセルを用いて高解像度で高速の反射型位相変調を行うことができます。この位相制御は非常に安定しており、変動も小さく、また隣接するピクセル間のクロストークも最小限に抑えられています。最大の位相シフト量については下の表をご覧ください。これらの空間光変調器ではセグメントミラーや可変形状ミラーなどの低次の位相変調器よりもピクセル数が大幅に増加します。400～850 nmまたは650 nm～1100 nmの波長範囲で優れた熱安定性とハイパワー光(≤200 W/cm)への対応が要求されるアプリケーション用として、ハイパワー光用SLMもご用意しています。
空間光変調器はHDMI信号で駆動され、一般的なフルHD、WUXGAまたは4Kの解像度で動作します。各製品にはデバイスを制御するためのGUIソフトウェアが付属します。このソフトウェアはフルフレーム、画像入力、ビデオ入力、フレネルレンズ、回折、計算機合成ホログラム(Computer-Generated Holography/CGH)など様々な動作モードをサポートしています。CGHモードではパターンにチルトや集光などの効果を重ねることもできます。GUIを用いると、動作モード間の切り替えが素早くでき、画像、ビデオ、パターンをパネルにアップロードすることが可能です。動作モードについての詳細は「ソフトウェア」および「使用例」のタブをご覧ください。
標準モデル
標準的な空間光変調器(EXULUS-HD1/M、-HD2、-HD3、-HD4、-4K1/M)に取付けられているSLMパネルは、水平と垂直方向にそれぞれ±3.2°のチルト調整が可能です。調整された状態を固定するためのロッキングリングも取り付けられており、これにより安定性をさらに向上させることができます。パネルをコントロールユニットから分離したカスタム仕様モデルもございます。その詳細については当社までお問い合わせください。
これらのEXULUS空間光変調器は、HDMI-HDMIケーブル、HDMI-Display Portケーブル、PC接続用mini-USBケーブルと一緒にキャリーケースに入れて発送いたします。日本国内対応のACアダプタ、水平・垂直チルトアジャスタの調整に使用するつまみネジ型六角レンチHKTS-5/64も同梱されています。
ハイパワー光用モデル
ハイパワー光用の空間光変調器EXULUS-HD2HPとEXULUS-HD3HPには、液体冷却機能付きSLMヘッドおよびアダプターボードが付いており、これらはコントローラに直接取り付けることも本体から離して設置することもできます。SLMヘッドには、CPC®†バルブ付きのクイック接続型結合インサートが付いた1/4インチホースが2本備え付けられており、チラーに簡単に接続できます。また、アダプターボードには、コントローラとSLMヘッドを接続するFPCコネクタおよび回路基板が納められています。当社では、EXULUSソフトウェアに対応するチラーLK220(別売り、下記参照)のご使用をお勧めしています。
ハイパワー光用空間光変調器は、HDMI-HDMIケーブル、HDMI-Display Portケーブル、PC接続用mini-USBケーブルと一緒にキャリーケースに入れて発送いたします。液体チラーへの接続用としては、内径4.3 mmと6.0 mmのホースに対応するCPCバルブ付きクイック接続フィッティングが2個ずつと、サーミスタ用の2.5 mmステレオケーブルが付属しています。また、このExulusモデルには日本国内用電源コード、ソフトウェアとマニュアルが入ったUSBドライブ、アダプターボードおよびSMLヘッドを本体から取り外す際に使用する2 mmボールドライバBD-2Mも付属します。
†CPC® は、Colder Products Companyの登録商標です。
| Key Specificationsa | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Item # Suffix | Operating Wavelength | Panel Resolution | Fill Factor | Phase / Retardance Rangeb | Frame Rate | Output Trigger | Liquid Cooling Module | Separable SLM Panel |
| HD1 | 400 - 850 nm | 1920 x 1080 (Full HD) | > 93% | 2π at 633 nm (Standard) 4.7π at 532 nm (Extended) | 60 Hz or 180 Hzc | N/A | - | - |
| HD2 | 400 - 850 nm | 1920 x 1200 (WUXGA) | > 92% | π or 2π at 633 nmd | 60 Hz | Yes (SMA) | - | - |
| HD3 | 650 - 1100 nm | 1920 x 1200 (WUXGA) | > 92% | π or 2π at 1064 nmd | 60 Hz | - | - | |
| HD4 | 1550 nm | 1920 x 1200 (WUXGA) | > 92% | π or 2π at 1550 nmd | 60 Hz | - | - | |
| HD2HP | 400 - 850 nm | 1920 x 1200 (WUXGA) | > 92% | π or 2π at 633 nmd,e | 60 Hz |  | | |
| HD3HP | 650 - 1100 nm | 1920 x 1200 (WUXGA) | > 92% | π or 2π at 1064 nmd,e | 60 Hz | | | |
| 4K1 | 400 - 850 nm | 3840 x 2160 (4K UHD) | > 90% | 2π at 633 nm | 30 Hz | - | - | |
| Item # | EXULUS-HD1(/M) | |
|---|---|---|
| Panel Resolution | 1920 x 1080 (Full HD) | |
| Type | Liquid Crystal on Silicon (LCoS) with Reflective Coating | |
| Operating Wavelength | 400 - 850 nm | |
| Panel Active Area | 12.5 mm x 7.1 mm | |
| Pixel Pitch | 6.4 µm | |
| Fill Factor | >93% | |
| Reflective Coating | Aluminum | |
| Average Reflectance | 75% (Typical) | |
| Phase / Retardance Range | 2π at 633 nm (Standard Mode); 4.7π at 532 nm (Extended Mode) | |
| Angle of Incidencea | 0° | |
| Optic Axis | 45° | |
| Reflected Wavefront Distortion | < λ/7 @ 633 nm | |
| Damage Threshold | CWb | 5 W/cm (532 nm, Ø0.0107 mm) |
| Pulsed (ns) | 0.63 J/cm2 (532 nm, 8.6 ns, 10 Hz, Ø203 µm) | |
| Pulsed (fs) | 0.138 J/cm2 (535 nm, 59.4 fs, 100 Hz, Ø188 µm) | |
| Frame Rate | 60 Hz (Standard Mode); 180 Hz (Frame Boost/Triplec) | |
| Fluctuation / Flickering (RMS)d | < 1% (Standard Mode); < 5% (Extended Mode) | |
| Beam Deviation Using Panel Tip / Tilt | ±3.2° | |
| Trigger Outpute | None | |
| Trigger Output High Voltage Level | N/A | |
| Trigger Output Pulse Width | N/A | |
| Dimensions (L x W x H)f | 172.0 mm x 110.0 mm x 81.6 mm (6.77" x 4.33" x 3.21") | |
| Weight | 1.24 kg (2.73 lbs) | |
| Storage Temperature | 0 °C to 60 °C (32 °F to 140 °F) | |
| Operating Temperatureg | 10 °C to 40 °C (50 °F to 104 °F) | |
| PC Connection | HDMI and USB 2.0 | |
| Bit Depth | 8 Bit, 0 - 255 Gray Level | |
- これ以外の入射角ではプログラムされたパターンとは異なる位相シフトが発生します。10°以内であれば性能に著しく影響を与えることはありません。
- ビームのパワー密度はW/cmの単位で計算します。このパワー密度の単位(単位長さあたりのパワー)を用いるのが長パルスおよびCW光源に対して最も適している理由については、「損傷閾値」タブをご参照ください。
- Frame Boostモード(ソフトウェアではTripleモードと呼ばれる)ではHDMI信号のR、G、Bチャンネルを連続的に再生し、全体としてのフレームレートは180 Hzになります。
- Fluctuation / Flickeringとは位相範囲全体に対する位相変動の割合で、位相設定に依存します。この値は最大の変動値で、通常は位相範囲の中間位置で発生します。
- 外部トリガ出力についての詳細は、下の赤いアイコン
)をクリックしてアクセス可能な製品マニュアルをご覧ください。 - 記載されている高さにはアジャスターノブの最大移動範囲が含まれています。
- 周囲温度の変化によってSLMの特性が変動する場合があります。周囲温度25 °Cでのご使用をお勧めいたします。
| Item # | EXULUS-HD2 | EXULUS-HD3 | EXULUS-HD4 | |
|---|---|---|---|---|
| Panel Resolution | 1920 x 1200 (WUXGA) | |||
| Type | Liquid Crystal on Silicon (LCoS) with Reflective Coating | |||
| Operating Wavelength | 400 - 850 nm | 650 - 1100 nm | 1550 nm | |
| Panel Active Area | 15.42 mm x 9.66 mm | |||
| Pixel Pitch | 8 µm | |||
| Fill Factor | > 92% | |||
| Reflective Coating | Aluminum | Dielectric | ||
| Average Reflectance | 80% (Typical) | 82% (Typical) | ||
| Phase / Retardance Range | 2π at 633 nm (Full Wave Mode) π at 633 nm (Half Wave Mode) | 2π at 1064 nm (Full Wave Mode) π at 1064 nm (Half Wave Mode) | 2π at 1550 nm (Full Wave Mode) π at 1550 nm (Half Wave Mode) | |
| Angle of Incidencea | 0° | |||
| Optic Axis | 0° | |||
| Reflected Wavefront Distortion | < λ/2 @ 633 nm | < 0.4λ @ 633 nm |
||
| Damage Threshold | Pulsed (ns) | 0.22 J/cm2 (532 nm, 6.8 ns, 10 Hz, Ø200.5 µm) | 0.15 J/cm2 (1064 nm, 10 ns, 100 Hz, Ø235 µm) | 0.187 J/cm2 (1550 nm, 6.0 ns, 10 Hz, Ø230.6 µm) |
| Pulsed (fs) | 0.0935 J/cm2 (515 nm, 203.3 fs, 100 Hz, Ø108.2 µm) | 0.03 J/cm2 (1030 nm, 200 fs, 100 Hz, Ø135 µm) | 0.076 J/cm2 (1550 nm, 55.6 fs, 100 Hz, Ø143.1 µm) | |
| Frame Rate | 60 Hz | |||
| Fluctuation / Flickering (RMS)b | < 0.01% | < 0.05% | < 0.15% |
|
| Beam Deviation Using Panel Tip / Tilt | ±3.2° | |||
| Trigger Outputc | SMA Female | |||
| Trigger Output High Voltage Level | 5 V (TTL) | |||
| Trigger Output Pulse Width | 54 µs | |||
| Dimensions (L x W x H)d | 155.9 mm x 104.3 mm x 42.0 mm (6.14" x 4.11" x 1.65") | |||
| Weight | 0.76 kg (1.68 lbs) | |||
| Storage Temperature | 0 °C to 60 °C (32 °F to 140 °F) | |||
| Operating Temperaturee | 10 °C to 40 °C (50 °F to 104 °F) | |||
| PC Connection | HDMI and USB 2.0 | |||
| Bit Depth | 8 Bit, 0 - 255 Gray Level | |||
- これ以外の入射角ではプログラムされたパターンとは異なる位相シフトが発生します。10°以内であれば性能に著しく影響を与えることはありません。
- Fluctuation / Flickeringとは位相範囲全体に対する位相変動の割合で、位相設定に依存します。この値は最大の変動値で、通常は位相範囲の中間位置で発生します。
- 外部トリガ出力についての詳細は、下の赤いアイコン()をクリックしてアクセス可能な製品マニュアルをご覧ください。
- 記載されている長さにはアジャスターノブの最大移動範囲が含まれています。高さにはダストカバーが含まれていませんが、それを含めた場合は46 mm(公称値)となります。
- 周囲温度の変化によってSLMの特性が変動する場合があります。周囲温度25 °Cでのご使用をお勧めいたします。
| Item # | EXULUS-HD2HP | EXULUS-HD3HP | |
|---|---|---|---|
| Panel Resolution | 1920 x 1200 (WUXGA) | ||
| Type | Liquid Crystal on Silicon (LCoS) with Reflective Coating | ||
| Operating Wavelength | 400 - 850 nm | 650 - 1100 nm | |
| Panel Active Area | 15.42 mm x 9.66 mm | ||
| Pixel Pitch | 8 µm | ||
| Fill Factor | > 92% | ||
| Reflective Coating | Aluminum | ||
| Average Reflectance | 80% (Typical) | ||
| Phase / Retardance Rangea | 2π at 633 nm (Full Wave Mode) π at 633 nm (Half Wave Mode) | 2π at 1064 nm (Full Wave Mode) π at 1064 nm (Half Wave Mode) | |
| Angle of Incidenceb | 0° | ||
| Optic Axis | 0° | ||
| Reflected Wavefront Distortion | < λ/2 @ 633 nm | < 0.4λ @ 633 nm | |
| Frame Rate | 60 Hz | ||
| Optical Power Handlingc | ≤200 W/cm | ||
| Damage Threshold | Pulsed (ns) | 0.22 J/cm2 (532 nm, 6.8 ns, 10 Hz, Ø200.5 µm) | 0.15 J/cm2 (1064 nm, 10 ns, 100 Hz, Ø235 µm) |
| Pulsed (fs) | 0.0935 J/cm2 (515 nm, 203.3 ns, 100 Hz, Ø108.2 µm) | 0.03 J/cm2 (1030 nm, 200 fs, 100 Hz, Ø135 µm) | |
| Fluctuation / Flickering (RMS)d | < 0.01% | < 0.15% | |
| Beam Deviation Using Panel Tip / Tilt | N/A | ||
| Trigger Outpute | SMA Female | ||
| Trigger Output High Voltage Level | 5 V (TTL) | ||
| Trigger Output Pulse Width | 54 µs | ||
| Connector Type (for Tubing) | CPC® Valved Thumb Latch Quick-Disconnect Fitting | ||
| Tubing Dimensions | 0.17" (4.3 mm) Inner Diameter (Pre-Installed) 0.24" (6 mm) Inner Diameter (Optional) | ||
| Dimensions (L x W x H) | 220.0 mm x 104.0 mm x 68.0 mm (8.66" x 4.09" x 2.68") All-in-One Mode 420.0 mm x 104.0 mm x 42.0 mm (16.54" x 4.09" x 1.65") Separate-Panel Mode | ||
| Weight | 0.7 kg (1.54 lbs) | ||
| Storage Temperature | 0 °C to 60 °C (32 °F to 140 °F) | ||
| Operating Temperaturee | 10 °C to 40 °C (50 °F to 104 °F) | ||
| PC Connection | HDMI and USB 2.0 | ||
| Bit Depth | 8 Bit, 0 - 255 Gray Level | ||
| SLM Head Thermistor | |||
| Type | VISHAY NTC LE413 (R0 = 10 kΩ @ T0 = 25 °C, B = 3435 K) | ||
| Accuracy | ±0.5 °C (@ 25 °C) | ||
- 液体チラーLK220を使用した場合、位相/リターダンス範囲の値は30 °Cでの値となります。
- これ以外の入射角ではプログラムされたパターンとは異なる位相シフトが発生します。10°以内であれば性能に著しく影響を与えることはありません。
- 液体チラーLK220を使用した場合の仕様
- Fluctuation / Flickeringとは位相範囲全体に対する位相変動の割合で、位相設定に依存します。この値は最大の変動値で、通常は位相範囲の中間位置で発生します。
- 外部トリガ出力についての詳細は、下の赤いアイコン()をクリックしてアクセス可能な製品マニュアルをご覧ください。
- 周囲温度の変化によってSLMの特性が変動する場合があります。周囲温度25 °Cでのご使用をお勧めいたします。
| Item # | EXULUS-4K1(/M) | |
|---|---|---|
| Panel Resolution | 3840 x 2160 (4K UHD) | |
| Type | Liquid Crystal on Silicon (LCoS) with Reflective Coating | |
| Operating Wavelength | 400 - 850 nm | |
| Panel Active Area | 15.6 mm x 9.2 mm | |
| Pixel Pitch | 3.74 µm | |
| Fill Factor | > 90% | |
| Reflective Coating | Aluminum | |
| Average Reflectance | 64% (Typical) | |
| Phase / Retardance Range | 2π at 633 nm | |
| Angle of Incidencea | 0° | |
| Optic Axis | 45° | |
| Reflected Wavefront Distortion | < λ/2 @ 633 nm | |
| Damage Threshold | CWb | 5 W/cm (532 nm, Ø0.0107 mm) |
| Pulsed (ns) | 0.63 J/cm2 (532 nm, 8.6 ns, 10 Hz, Ø203 µm) | |
| Pulsed (fs) | 0.138 J/cm2 (535 nm, 59.4 fs, 100 Hz, Ø188 µm) | |
| Frame Rate | 30 Hz | |
| Fluctuation / Flickering (RMS)c | < 5% | |
| Beam Deviation Using Panel Tip / Tilt | ±3.2° | |
| Trigger Outputd | SMA Female | |
| Trigger Output High Voltage Level | 3.3 V (TTL) | |
| Trigger Output Pulse Width | 77 µs | |
| Dimensions (L x W x H)e | 172.0 mm x 110.0 mm x 81.6 mm (6.77" x 4.33" x 3.21") | |
| Weight | 1.24 kg (2.73 lbs) | |
| Storage Temperature | 0 °C to 60 °C (32 °F to 140 °F) | |
| Operating Temperaturef | 10 °C to 40 °C (50 °F to 104 °F) | |
| PC Connection | HDMI and USB 2.0 | |
| Bit Depth | 8 Bit, 0 - 255 Gray Level | |
- これ以外の入射角ではプログラムされたパターンとは異なる位相シフトが発生します。10°以内であれば性能に著しく影響を与えることはありません。
- ビームのパワー密度はW/cmの単位で計算します。このパワー密度の単位(単位長さあたりのパワー)を用いるのが長パルスおよびCW光源に対して最も適している理由については、「損傷閾値」タブをご参照ください。
- Fluctuation / Flickeringとは位相範囲全体に対する位相変動の割合で、位相設定に依存します。この値は最大の変動値で、通常は位相範囲の中間位置で発生します。
- 外部トリガ出力についての詳細は、下の赤いアイコン()をクリックしてアクセス可能な製品マニュアルをご覧ください。
- 記載されている高さにはアジャスターノブの最大移動範囲が含まれています。
- 周囲温度の変化によってSLMの特性が変動する場合があります。周囲温度25 °Cでのご使用をお勧めいたします。
回折効率
SLMに線形位相の繰り返しパターンを表示すると、ブレーズド回折格子と同様に機能します。回折効率は、1次回折パターンのパワーを、SLM全体の位相をゼロに設定したときのゼロオーダのパワーで割った値です。633 nm、1064 nmまたは1550 nmの波長で、複数のテストパターンについて測定しました。位相ステップを変化させて、実質的にライン間隔(Line Pair / mmで表記)の異なる様々な回折格子を作成しています。測定結果および使用したパターンを以下にグラフ化しています。
回折効率の測定に使用した位相パターン
ソフトウェア
Spatial Light Modulatorソフトウェアバージョン1.0.12
このソフトウェアパッケージはSLM EXULUS-HD1/MおよびEXULUS-4K1/Mに使用できるように設計されています。
Thorlabs EXULUSソフトウェアバージョン2.5.1
このソフトウェアパッケージはSLM EXULUS-HD2、EXULUS-HD3、EXULUS-HD4、EXULUS-HD2HPおよびEXULUS-HD3HPに使用できるように設計されています。
下のボタンをクリックしてソフトウェアのページにアクセスしてください。
Exulus® SLMには、SLMパネルの制御とデバイスの設定を行うためのソフトウェアインターフェイスが付属します。これを使って、パネル全体に対する特定の位相レベル(gray level)の入力、カスタム画像のインポート、計算機合成ホログラム(Computer-Generated Holography/CGH)のパターン生成、フレネルレンズや回折格子などのパターン生成といったことができます。すべてのパターンはシーケンスリストに保存でき、標準モードでは予め設定され16.7 ms間隔(フレームレート60 Hz: EXULUS-HD1/M、EXULUS-HD2、EXULUS-HD3、EXULUS-HD4、EXULUS-HD2HP、EXULUS-HD3HPの場合)、または33.3 ms間隔(フレームレート30 Hz: EXULUS-4K1/Mの場合)で再生されます。EXULUS-HD1/MにはTripleモードもあり、RGBの画像を使用するとRGBチャンネルが連続して再生され、全体としてのフレームレートは180 Hzになります。このソフトウェアは、H.264動画コーデック(サポートされているファイル形式：MP4、M4V、およびMOV)を使用した1080pまたは4K解像度のビデオ入力もサポートしています。
注：Exulus空間光変調器用として、以下の2つのソフトウェアパッケージをご用意しています。
- Spatial Light Modulator：SLM EXULUS-HD1/MおよびEXULUS-4K1/Mに使用するように設計されたソフトウェアパッケージ
- Thorlabs EXULUS：SLM EXULUS-HD2、EXULUS-HD3、EXULUS-HD4、EXULUS-HD2HPおよびEXULUS-HD3HPに使用するように設計されたソフトウェアパッケージ
下記の黄色いバーをクリックするとソフトウェアの特長や機能についてのスクリーンショットをご覧いただけます。
ソフトウェアパッケージSpatial Light Modulator：EXULUS-HD1/MおよびEXULUS-4K1/M用
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標準フレームレートモードのFrameタブ：gray levelを0～255の範囲内の特定の値に設定することで、パネル全体を特定の位相レベルに設定します。
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TripleフレームレートモードのFrameタブ(EXULUS-HD1/M)：3つの連続フレーム(180 fps)は異なるgray levelに設定可能です。
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Fileタブ：設定したパターンをPNG、JPEG、またはBMP形式でアップロードします。
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CGHタブ：設定した画像をホログラフィックパターンに変換します。詳細については「使用例」タブをご覧ください。
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Patternタブでのフレネルレンズパターンの生成：選択した波長および焦点距離で反射光を集光するようSLMパネルを設定します。
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Patternタブでの回折格子パターンの生成：選択した波長、偏角、回折格子の回転角で反射光を回折するようにSLMパネルを設定します。異なるパターンの回折効率についての情報は「回折効率」タブをご覧ください。
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Videoタブ： アップロードした動画をSLMパネルで再生できます。標準モードではグレースケールの動画を60 Hz(EXULUS-HD1、EXULUS-HD2、EXULUS-HD4)、または30 Hz(EXULUS-4K1/M)のフレームレートで再生可能です。Tripleモードでは(EXULUS-HD1のみ)、カラー動画は180 HzのフレームレートでR、G、Bチャンネルを連続して再生します。
ソフトウェアパッケージThorlabs EXULUS：EXULUS-HD2、EXULUS-HD3、EXULUS-HD4、EXULUS-HD2HPおよびEXULUS-HD3HP用
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標準フレームレートモードのFrameタブ：gray levelを0～255の範囲内の特定の値に設定することで、パネル全体を特定の位相レベルに設定します。
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Fileタブ：設定したパターンをPNG、JPEG、またはBMP形式でアップロードします。
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CGHタブ：設定した画像をホログラフィックパターンに変換します。詳細については「使用例」タブをご覧ください。
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Patternタブでのフレネルレンズパターンの生成：選択した波長および焦点距離で反射光を集光するようSLMパネルを設定します。
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Patternタブでの回折格子パターンの生成：選択した波長、偏角、回折格子の回転角で反射光を回折するようにSLMパネルを設定します。異なるパターンの回折効率についての情報は「Diffraction Efficiency」タブをご覧ください。
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Patternタブでの光渦パターンの生成：このパターンではらせん状のビームが発生し、そこには特徴的なドーナツ状のビームプロファイルが現れます。このモードには波長とパターンオーダmの2つのパラメータがあります。
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Patternタブでの立方相パターンの生成：このパターンでは、一般にエアリービームと呼ばれる自己修復性を有する非回折ビームが発生します。このモードには波長とalphaの2つのパラメータがあります。
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センサの設定：EXULUS-HD3HPがチラーLK220に接続されているとき、温度センサは内部モードまたは外部モードに設定できます。内部センサは吐出されるクーラントの温度を測定し、外部センサはチラーLK220のサーミスタ温度を読み取ります。
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図1: SLM LCoSパネルの概略図
概要
この2次元空間光変調器(Spatial Light Modulators/SLM)では、各ピクセルの位相シフトが設定可能です。当社のExulus®シリーズ2次元SLMはディスプレイ技術をベースに、シリコン(Si)基板上に液晶(LCoS)を配置しています。これによりセグメントミラーまたは可変形状ミラーなどの低次位相変調器よりもピクセル数が大幅に多くなります。また、ピクセルの位相シフト量のクロストークは僅かです。よってExulusシリーズ2次元SLMは光トラップ、ビームステアリングや成形、フェムト秒パルス成形、補償光学、イメージングならびにホログラフィなど多くのビーム操作用途に適しています。
Exulus®シリーズのメインのエレメントは2次元SLM LCoSパネルです。図1はLCoSパネルの基本的な概略図です。液晶層が上部の透明導電ITO電極と底部の反射電極に挟まれています。SLMパネルの各ピクセルは底部のアドレス電極と一致します。2つの電極間に電圧を印加すると電場が形成され、液晶分子は電場の配向と強さにより並びます。液晶は複屈折性のある材料のため、液晶分子の配列方向により各ピクセルのリターダンスまたは位相シフトが制御されます。パネルに入射された波面はSLMパネルに送られた信号により位相または波面がシフトされて反射します。SLMパネルの計算されたパターンにより、この反射された波面はファーフィールドにおいて異なる光学効果が現れます。この効果には通常、回折、チルト、集光、ホログラフィックイメージ成形が含まれます。
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図2:SLM EXULUS-HD1(/M)を使用したCGHのセットアップ。こちらではCGHに100 000 mmの焦点距離設定で集光エフェクトが追加されています。
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こちらの製品リストには、光学ブレッドボード、PC、ポストホルダをブレッドボードに取り付けるネジは含まれておりません。
ホログラフィ投影
こちらではExulusシリーズSLMの用途の1つとしてホログラフィ投影を説明しています。図2はEXULUS-HD1(/M)を使用した2次元ホログラフィ投影に必要な典型的なセットアップです。SLMパネルにはコリメートビームが入射されています。ビームサイズをØ7 mmよりやや小さめにすると最良のホログラムが投影されます。入射ビームは、パネルの光軸方向に対して45°偏光するよう設置された偏光子と1/2波長板を通ります。投影イメージはまず付属のソフトウェアによって計算された計算機ホログラム(CGH)パターンに変換されます(ソフトウェアのCGHタブからアクセスできます)。 出射ビームはビームスプリッタにより入射ビームから分離されます。SLMソフトウェア内でCGHパターンに集光エフェクトを追加します。SLMで集光効果を適用しない場合には、焦点距離を極端に長い値に設定してください。 この例では、焦点距離を100 000 mm(レーザ波長635 nm)に設定し、投影パターンの線を白で表示するために「Invert Image」ボックスにチェックを入れ、プレビューで全体画像が確認できるよう「Position」を「Fit」に設定しました。CGHはファーフィールドでの回折に依存するため、スクリーン上で鮮明なホログラフィックイメージを生成するにはイメージングレンズ一式が必要です(こちらの例では、最初のレンズはf = 50 mm、2番目のレンズはf = 75 mm)。図3aおよびbは、投影するホログラフィックイメージと付属のソフトウェアで計算されたCGHパターンです。図4は実際のホログラフィ投影となります。
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図4: 図2のセットアップと図3のイメージを用いたCGH投影。中心の明るい点はSLMのピクセル間の間隔による0次光のスポットです。
c.
図3: a. ホログラフィ投影に使用されたイメージ
c. ExulusソフトウェアのCGH設定タブ
集光とチルトのエフェクト
SLMパネルはFill Factor(開口率)によりピクセル間に小さな隙間があります。これにより、より高次の回折とSLMで影響されない、出射光にもともと存在する高エネルギの0次光スポットが生じます。中央の明るい点は図4のように同じ像内のホログラフィ投影に重なることがよくあります。多くの用途ではこの0次光スポットを排除することが求められます。
より高い解像度のホログラフィックイメージを生成するために、CGHパターンに追加した集光エフェクトを調整します。これによりイメージングレンズを必要とすることなくCGH投影自体がフォーカスされます。0次光スポットは集光パラメータによって影響されないため、元のビームサイズのままコリメートされ、CGH投影イメージに映ります。 図5はCGHに追加された集光エフェクトと、SLMパネルに送られた最終処理済みのCGHパターンです。この例においては、焦点距離はソフトウェアで100 mmに変更されています。ほかのソフトウェアの設定に変更はありません。
図5: a.100 mmフレネルレンズの集光エフェクトをCGHパターンに追加。 b. EXULUSソフトウェアにより生成された図3aのイメージの最終CGHパターン、焦点距離100 mm追加済み。
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図6: CGH投影で集光されている0次光スポットを排除するためのセットアップ。なおレンズは図2とは異なる位置にあります。
最初の例(上記)で使用されているレンズが光路内に設置された場合、中央の明るい点は拡散され、一方でホログラフィ投影は再フォーカスされます。手順は以下の通りです。
- 短い焦点距離の設定(ここでは100 mm、ほかの設定は最初の例と同じです)でCGHパターンを生成します。
- CGHパターンの焦点があった位置を探し出します。SLMソフトウェアで設定した距離(100 mm)になるはずです。
- 最初のレンズをこの焦点位置の少し後方に置きます(ここではf = 50 mmレンズを使用しました)。
- 観察スクリーンを好きな場所に固定し、ビーム光路に2番目のレンズを設置します(ここではf = 75 mmレンズを使用しました)。スクリーン上でイメージが形成されるまでレンズの位置を調整します。
- イメージの焦点があったらイメージのサイズと鮮明度が最適化されるよう両レンズの位置の微調整を行ってください。
実験セットアップは図6でご覧いただけます。なお、レンズの位置は図2とは異なることにご留意ください。図7は最終的に投影されたホログラムです。
ExulusソフトウェアはCGHパターンにさらにX・Y方向のチルト調整を追加することができます。これによりCGH投影を中央の0次光スポットから分離させることが可能です。
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図7: 図5のCGHパターンと図6のセットアップで得たCGH投影
光ピンセット(光トラップ)での用途
光ピンセット(光トラップ)システムでは、SLMを、3次元試料の様々な位置において複数の集光スポットを生成するために使用することができます。動画あるいはExulusソフトウェアパッケージのシーケンス機能の使用で、3次元試料内で捕捉した粒子を移動させる焦点移動パターンを生成可能です。右下の動画では捕捉したいくつかのビームを連続的に円状に動かしています。EXULUS-HD1(/M)を組み込んだ光ピンセット(光トラップ)システムは図8でご覧いただけます。
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図8: EXULUS-HD1(/M)を組み込んだ光ピンセット(光トラップ)システム
| Damage Threshold Specifications | ||
|---|---|---|
| Item # | Type | Damage Threshold |
| EXULUS-HD1 EXULUS-4K1 | CWa | 5 W/cm (532 nm, Ø0.0107 mm) |
| Pulsed (ns) | 0.63 J/cm2 (532 nm, 8.6 ns, 10 Hz, Ø203 µm) | |
| Pulsed (fs) | 0.138 J/cm2 (535 nm, 59.4 fs, 100 Hz, Ø188 µm) | |
| EXULUS-HD2 EXULUS-HD2HP | Pulsed (ns) | 0.22 J/cm2 (532 nm, 6.8 ns, 10 Hz, Ø200.5 µm) |
| Pulsed (fs) | 0.0935 J/cm2 (515 nm, 203.3 fs, 100 Hz, Ø108.2 µm) | |
| EXULUS-HD3 EXULUS-HD3HP | Pulsed (ns) | 0.15 J/cm2 (1064 nm, 10 ns, 100 Hz, Ø235 µm) |
| Pulsed (fs) | 0.03 J/cm2 (1030 nm, 200 fs, 100 Hz, Ø135 µm) | |
| EXULUS-HD4 | Pulsed (ns) | 0.187 J/cm2 (1550 nm, 6.0 ns, 10 Hz, Ø230.6 µm) |
| Pulsed (fs) | 0.076 J/cm2 (1550 nm, 55.6 fs, 100 Hz, Ø143.1 µm) | |
当社のExulus空間光変調器の損傷閾値データ
右の仕様は当社のExulus®空間光変調器の測定値です。
レーザによる損傷閾値について
このチュートリアルでは、レーザ損傷閾値がどのように測定され、使用する用途に適切な光学素子の決定にその値をどのようにご利用いただけるかを総括しています。お客様のアプリケーションにおいて、光学素子を選択する際、光学素子のレーザによる損傷閾値(Laser Induced Damage Threshold ：LIDT)を知ることが重要です。光学素子のLIDTはお客様が使用するレーザの種類に大きく依存します。連続(CW)レーザは、通常、吸収(コーティングまたは基板における)によって発生する熱によって損傷を引き起こします。一方、パルスレーザは熱的損傷が起こる前に、光学素子の格子構造から電子が引き剥がされることによって損傷を受けます。ここで示すガイドラインは、室温で新品の光学素子を前提としています(つまり、スクラッチ&ディグ仕様内、表面の汚染がないなど)。光学素子の表面に塵などの粒子が付くと、低い閾値で損傷を受ける可能性があります。そのため、光学素子の表面をきれいで埃のない状態に保つことをお勧めします。光学素子のクリーニングについては「光学素子クリーニングチュートリアル」をご参照ください。
テスト方法
当社のLIDTテストは、ISO/DIS 11254およびISO 21254に準拠しています。
初めに、低パワー/エネルギのビームを光学素子に入射します。その光学素子の10ヶ所に1回ずつ、設定した時間(CW)またはパルス数(決められたprf)、レーザを照射します。レーザを照射した後、倍率約100倍の顕微鏡を用いた検査で確認し、すべての確認できる損傷を調べます。特定のパワー/エネルギで損傷のあった場所の数を記録します。次に、そのパワー/エネルギを増やすか減らすかして、光学素子にさらに10ヶ所レーザを照射します。このプロセスを損傷が観測されるまで繰返します。損傷閾値は、光学素子が損傷に耐える、損傷が起こらない最大のパワー/エネルギになります。1つのミラーBB1-E02の試験結果は以下のようなヒストグラムになります。
上の写真はアルミニウムをコーティングしたミラーでLIDTテストを終えたものです。このテストは、損傷を受ける前のレーザのエネルギは0.43 J/cm2 (1064 nm、10 ns pulse、 10 Hz、Ø1.000 mm)でした。
| Example Test Data | |||
|---|---|---|---|
| Fluence | # of Tested Locations | Locations with Damage | Locations Without Damage |
| 1.50 J/cm2 | 10 | 0 | 10 |
| 1.75 J/cm2 | 10 | 0 | 10 |
| 2.00 J/cm2 | 10 | 0 | 10 |
| 2.25 J/cm2 | 10 | 1 | 9 |
| 3.00 J/cm2 | 10 | 1 | 9 |
| 5.00 J/cm2 | 10 | 9 | 1 |
試験結果によれば、ミラーの損傷閾値は 2.00 J/cm2 (532 nm、10 ns pulse、10 Hz、 Ø0.803 mm)でした。尚、汚れや汚染によって光学素子の損傷閾値は大幅に低減されるため、こちらの試験はクリーンな光学素子で行っています。また、特定のロットのコーティングに対してのみ試験を行った結果ではありますが、当社の損傷閾値の仕様は様々な因子を考慮して、実測した値よりも低めに設定されており、全てのコーティングロットに対して適用されています。
CWレーザと長パルスレーザ
光学素子がCWレーザによって損傷を受けるのは、通常バルク材料がレーザのエネルギを吸収することによって引き起こされる溶解、あるいはAR(反射防止)コーティングのダメージによるものです[1]。1 µsを超える長いパルスレーザについてLIDTを論じる時は、CWレーザと同様に扱うことができます。
パルス長が1 nsと1 µs の間のときは、損傷は吸収、もしくは絶縁破壊のどちらかで発生していると考えることができます(CWとパルスのLIDT両方を調べなければなりません)。吸収は光学素子の固有特性によるものか、表面の不均一性によるものかのどちらかによって起こります。従って、LIDTは製造元の仕様以上の表面の質を有する光学素子にのみ有効です。多くの光学素子は、ハイパワーCWレーザで扱うことができる一方、アクロマティック複レンズのような接合レンズやNDフィルタのような高吸収光学素子は低いCWレーザ損傷閾値になる傾向にあります。このような低い損傷閾値は接着剤や金属コーティングにおける吸収や散乱によるものです。
線形パワー密度におけるLIDTに対するパルス長とスポットサイズ。長パルス～CWでは線形パワー密度はスポットサイズにかかわらず一定です。 このグラフの出典は[1]です。
繰返し周波数(prf)の高いパルスレーザは、光学素子に熱的損傷も引き起こします。この場合は吸収や熱拡散率のような因子が深く関係しており、残念ながらprfの高いレーザが熱的影響によって光学素子に損傷を引き起こす場合の信頼性のあるLIDTを求める方法は確立されておりません。prfの大きいビームでは、平均出力およびピークパワーの両方を等しいCW出力と比較する必要があります。また、非常に透過率の高い材料では、prfが上昇してもLIDTの減少は皆無かそれに近くなります。
ある光学素子の固有のCWレーザの損傷閾値を使う場合には、以下のことを知る必要があります。
- レーザの波長
- ビーム径(1/e2)
- ビームのおおよその強度プロファイル(ガウシアン型など)
- レーザのパワー密度(トータルパワーをビームの強度が1/e2の範囲の面積で割ったもの)
ビームのパワー密度はW/cmの単位で計算します。この条件下では、出力密度はスポットサイズとは無関係になります。つまり、スポットサイズの変化に合わせてLIDTを計算し直す必要がありません(右グラフ参照)。平均線形パワー密度は、下の計算式で算出できます。
ここでは、ビーム強度プロファイルは一定であると仮定しています。次に、ビームがホットスポット、または他の不均一な強度プロファイルの場合を考慮して、おおよその最大パワー密度を計算する必要があります。ご参考までに、ガウシアンビームのときはビームの強度が1/e2の2倍のパワー密度を有します(右下図参照)。
次に、光学素子のLIDTの仕様の最大パワー密度を比較しましょう。損傷閾値の測定波長が光学素子に使用する波長と異なっている場合には、その損傷閾値は適宜補正が必要です。おおよその目安として参考にできるのは、損傷閾値は波長に対して比例関係であるということです。短い波長で使う場合、損傷閾値は低下します(つまり、1310 nmで10 W/cmのLIDTならば、655 nmでは5 W/cmと見積もります)。
この目安は一般的な傾向ですが、LIDTと波長の関係を定量的に示すものではありません。例えば、CW用途では、損傷はコーティングや基板の吸収によってより大きく変化し、必ずしも一般的な傾向通りとはなりません。上記の傾向はLIDT値の目安として参考にしていただけますが、LIDTの仕様波長と異なる場合には当社までお問い合わせください。パワー密度が光学素子の補正済みLIDTよりも小さい場合、この光学素子は目的の用途にご使用いただけます。
当社のウェブ上の損傷閾値の仕様と我々が行った実際の実験の値の間にはある程度の差があります。これはロット間の違いによって発生する誤差を許容するためです。ご要求に応じて、当社は個別の情報やテスト結果の証明書を発行することもできます。損傷解析は、類似した光学素子を用いて行います(お客様の光学素子には損傷は与えません)。試験の費用や所要時間などの詳細は、当社までお問い合わせください。
パルスレーザ
先に述べたように、通常、パルスレーザはCWレーザとは異なるタイプの損傷を光学素子に引き起こします。パルスレーザは損傷を与えるほど光学素子を加熱しませんが、光学素子から電子をひきはがします。残念ながら、お客様のレーザに対して光学素子のLIDTの仕様を照らし合わせることは非常に困難です。パルスレーザのパルス幅に起因する光学素子の損傷には、複数の形態があります。以下の表中のハイライトされた列は当社の仕様のLIDT値が当てはまるパルス幅に対する概要です。
パルス幅が10-9 sより短いパルスについては、当社の仕様のLIDT値と比較することは困難です。この超短パルスでは、多光子アバランシェ電離などのさまざまなメカニクスが損傷機構の主流になります[2]。対照的に、パルス幅が10-7 sと10-4 sの間のパルスは絶縁破壊、または熱的影響により光学素子の損傷を引き起こすと考えられます。これは、光学素子がお客様の用途に適しているかどうかを決定するために、レーザービームに対してCWとパルス両方による損傷閾値を参照しなくてはならないということです。
| Pulse Duration | t ＜ 10-9 s | 10-9 ＜ t ＜ 10-7 s | 10-7 ＜ t ＜ 10-4 s | t ＞ 10-4 s |
|---|---|---|---|---|
| Damage Mechanism | Avalanche Ionization | Dielectric Breakdown | Dielectric Breakdown or Thermal | Thermal |
| Relevant Damage Specification | N/A | Pulsed | Pulsed and CW | CW |
お客様のパルスレーザに対してLIDTを比較する際は、以下のことを確認いただくことが重要です。
エネルギ密度におけるLIDTに対するパルス長＆スポットサイズ。短パルスでは、エネルギ密度はスポットサイズにかかわらず一定です。このグラフの出典は[1]です。
- レーザの波長
- ビームのエネルギ密度(トータルエネルギをビームの強度が1/e2の範囲の面積で割ったもの)
- レーザのパルス幅
- パルスの繰返周波数(prf)
- 実際に使用するビーム径(1/e2 )
- ビームのおおよその強度プロファイル(ガウシアン型など)
ビームのエネルギ密度はJ/cm2の単位で計算します。右のグラフは、短パルス光源には、エネルギ密度が適した測定量であることを示しています。この条件下では、エネルギ密度はスポットサイズとは無関係になります。つまり、スポットサイズの変化に合わせてLIDTを計算し直す必要がありません。ここでは、ビーム強度プロファイルは一定であると仮定しています。ここで、ビームがホットスポット、または他の不均一な強度プロファイルの場合を考慮して、おおよその最大パワー密度を計算する必要があります。ご参考までに、ガウシアンビームのときは一般にビームの強度が1/e2のときの2倍のパワー密度を有します。
次に、光学素子のLIDTの仕様と最大エネルギ密度を比較しましょう。損傷閾値の測定波長が光学素子に使用する波長と異なっている場合には、その損傷閾値は適宜補正が必要です[3]。経験則から、損傷閾値は波長に対して以下のような平方根の関係であるということです。短い波長で使う場合、損傷閾値は低下します(例えば、1064 nmで 1 J/cm2のLIDTならば、532 nmでは0.7 J/cm2と計算されます)。
波長を補正したエネルギ密度を得ました。これを以下のステップで使用します。
ビーム径は損傷閾値を比較する時にも重要です。LIDTがJ/cm2の単位で表される場合、スポットサイズとは無関係になりますが、ビームサイズが大きい場合、LIDTの不一致を引き起こす原因でもある不具合が、より明らかになる傾向があります[4]。ここで示されているデータでは、LIDTの測定には＜1 mmのビーム径が用いられています。ビーム径が5 mmよりも大きい場合、前述のようにビームのサイズが大きいほど不具合の影響が大きくなるため、LIDT (J/cm2)はビーム径とは無関係にはなりません。
次に、パルス幅について補正します。パルス幅が長くなるほど、より大きなエネルギに光学素子は耐えることができます。パルス幅が1～100 nsの場合の近似式は以下のようになります。
お客様のレーザのパルス幅をもとに、光学素子の補正されたLIDTを計算するのにこの計算式を使います。お客様の最大エネルギ密度が、この補正したエネルギ密度よりも小さい場合、その光学素子はお客様の用途でご使用いただけます。ご注意いただきたい点は、10-9 s と10-7 sの間のパルスにのみこの計算が使えることです。パルス幅が10-7 sと10-4 sの間の場合には、CWのLIDTも調べなければなりません。
当社のウェブ上の損傷閾値の仕様と我々が行った実際の実験の値の間にはある程度の差があります。これはロット間の違いによって発生する誤差を許容するためです。ご要求に応じて、当社では個別のテスト情報やテスト結果の証明書を発行することも可能です。詳細は、当社までお問い合わせください。
[1] R. M. Wood, Optics and Laser Tech. 29, 517 (1997).
[2] Roger M. Wood, Laser-Induced Damage of Optical Materials (Institute of Physics Publishing, Philadelphia, PA, 2003).
[3] C. W. Carr et al., Phys. Rev. Lett. 91, 127402 (2003).
[4] N. Bloembergen, Appl. Opt. 12, 661 (1973).
レーザーシステムが光学素子に損傷を引き起こすかどうか判断するプロセスを説明するために、レーザによって引き起こされる損傷閾値(LIDT)の計算例をいくつかご紹介します。同様の計算を実行したい場合には、右のボタンをクリックしてください。計算ができるスプレッドシートをダウンロードいただけます。ご使用の際には光学素子のLIDTの値と、レーザーシステムの関連パラメータを緑の枠内に入力してください。スプレッドシートでCWならびにパルスの線形パワー密度、ならびにパルスのエネルギ密度を計算できます。これらの値はスケーリング則に基づいて、光学素子のLIDTの調整スケール値を計算するのに用いられます。計算式はガウシアンビームのプロファイルを想定しているため、ほかのビーム形状(均一ビームなど)には補正係数を導入する必要があります。 LIDTのスケーリング則は経験則に基づいていますので、確度は保証されません。なお、光学素子やコーティングに吸収があると、スペクトル領域によってLIDTが著しく低くなる場合があります。LIDTはパルス幅が1ナノ秒(ns)未満の超短パルスには有効ではありません。
ガウシアンビームの最大強度は均一ビームの約2倍です。
CWレーザの例
波長1319 nm、ビーム径(1/e2)10 mm、パワー0.5 Wのガウシアンビームを生成するCWレーザーシステム想定します。このビームの平均線形パワー密度は、全パワーをビーム径で単純に割ると0.5 W/cmとなります。
しかし、ガウシアンビームの最大パワー密度は均一ビームの約2倍です(右のグラフ参照)。従って、システムのより正確な最大線形パワー密度は1 W/cmとなります。
アクロマティック複レンズAC127-030-CのCW LIDTは、1550 nmでテストされて350 W/cmとされています。CWの損傷閾値は通常レーザ光源の波長に直接スケーリングするため、LIDTの調整値は以下のように求められます。
LIDTの調整値は350 W/cm x (1319 nm / 1550 nm) = 298 W/cmと得られ、計算したレーザーシステムのパワー密度よりも大幅に高いため、この複レンズをこの用途に使用しても安全です。
ナノ秒パルスレーザの例:パルス幅が異なる場合のスケーリング
出力が繰返し周波数10 Hz、波長355 nm、エネルギ1 J、パルス幅2 ns、ビーム径(1/e2)1.9 cmのガウシアンビームであるNd:YAGパルスレーザーシステムを想定します。各パルスの平均エネルギ密度は、パルスエネルギをビームの断面積で割って求めます。
上で説明したように、ガウシアンビームの最大エネルギ密度は平均エネルギ密度の約2倍です。よって、このビームの最大エネルギ密度は約0.7 J/cm2です。
このビームのエネルギ密度を、広帯域誘電体ミラーBB1-E01のLIDT 1 J/cm2、そしてNd:YAGレーザーラインミラーNB1-K08のLIDT 3.5 J/cm2と比較します。LIDTの値は両方とも、波長355 nm、パルス幅10 ns、繰返し周波数10 Hzのレーザで計測しました。従って、より短いパルス幅に対する調整を行う必要があります。 1つ前のタブで説明したようにナノ秒パルスシステムのLIDTは、パルス幅の平方根にスケーリングします:
この調整係数により広帯域誘電体ミラーBB1-E01のLIDTは0.45 J/cm2に、Nd:YAGレーザーラインミラーのLIDTは1.6 J/cm2になり、これらをビームの最大エネルギ密度0.7 J/cm2と比較します。広帯域ミラーはレーザによって損傷を受ける可能性があり、より特化されたレーザーラインミラーがこのシステムには適していることが分かります。
ナノ秒パルスレーザの例:波長が異なる場合のスケーリング
波長1064 nm、繰返し周波数2.5 Hz、パルスエネルギ100 mJ、パルス幅10 ns、ビーム径(1/e2)16 mmのレーザ光を、NDフィルタで減衰させるようなパルスレーザーシステムを想定します。これらの数値からガウシアン出力における最大エネルギ密度は0.1 J/cm2になります。Ø25 mm、OD 1.0の反射型NDフィルタ NDUV10Aの損傷閾値は355 nm、10 nsのパルスにおいて0.05 J/cm2で、同様の吸収型フィルタ NE10Aの損傷閾値は532 nm、10 nsのパルスにおいて10 J/cm2です。1つ前のタブで説明したように光学素子のLIDTは、ナノ秒パルス領域では波長の平方根にスケーリングします。
スケーリングによりLIDTの調整値は反射型フィルタでは0.08 J/cm2、吸収型フィルタでは14 J/cm2となります。このケースでは吸収型フィルタが光学損傷を防ぐには適した選択肢となります。
マイクロ秒パルスレーザの例
パルス幅1 µs、パルスエネルギ150 µJ、繰返し周波数50 kHzで、結果的にデューティーサイクルが5%になるレーザーシステムについて考えてみます。このシステムはCWとパルスレーザの間の領域にあり、どちらのメカニズムでも光学素子に損傷を招く可能性があります。レーザーシステムの安全な動作のためにはCWとパルス両方のLIDTをレーザーシステムの特性と比較する必要があります。
この比較的長いパルス幅のレーザが、波長980 nm、ビーム径(1/e2)12.7 mmのガウシアンビームであった場合、線形パワー密度は5.9 W/cm、1パルスのエネルギ密度は1.2 x 10-4 J/cm2となります。これをポリマーゼロオーダ1/4波長板WPQ10E-980のLIDTと比較してみます。CW放射に対するLIDTは810 nmで5 W/cm、10 nsパルスのLIDTは810 nmで5 J/cm2です。前述同様、光学素子のCW LIDTはレーザ波長と線形にスケーリングするので、CWの調整値は980 nmで6 W/cmとなります。一方でパルスのLIDTはレーザ波長の平方根とパルス幅の平方根にスケーリングしますので、1 µsパルスの980 nmでの調整値は55 J/cm2です。光学素子のパルスのLIDTはパルスレーザのエネルギ密度よりはるかに大きいので、個々のパルスが波長板を損傷することはありません。しかしレーザの平均線形パワー密度が大きいため、高出力CWビームのように光学素子に熱的損傷を引き起こす可能性があります。
| Posted Comments: | |
user
(posted 2022-04-20 12:48:21.887) Hello,
Do you have more information on damage thresholds? We want to use this with short pulses and high repetition rates (200fs to 10ps, 100kHz to 1Mhz). cdolbashian
(posted 2022-05-02 01:36:40.0) Thank you for contacting Thorlabs. For the EXULUS-4K1/M damage threshold at fs rating, we currently only have "0.138 J/cm2 (535 nm, 59.4 fs, 100 Hz, Ø188 µm)". Since LIDTs for ultra-short-pulse laser are not scalable. Therefore it's hard for us to evaluate your high repetition rate ultrafast laser is safe or not without testing. We would recommend to start with a low/safe enough input power and then ramp up slowly until phase fluctuations are observed. Jongkyu Park
(posted 2022-03-23 11:08:45.273) Hello, i purchased the Exulus-HD1/M and would like to use it by Matlab. To begin with, i would like to want to control the SLM by Matlab or other ways. If you can provide a Matlab example, please let me know it. Thank you. cdolbashian
(posted 2022-04-01 01:50:25.0) Thank you for contacting Thorlabs. The full SDK package for the HD1 is currently a work in progress. We currently only have a simple programming example file written in C, and we will send the C example to you via email. Krzysztof Tyszka
(posted 2021-12-06 15:14:15.49) Hello, we have purchased HD3HP, could you please provide information on the following topics:
1. Is there an example of integration using Python o LabView?
2. How many iterations are used to calculate the CGH pattern. Can this be changed in the provided application? Which algorithm do you use?
3. Why in your application there is no possibility to calculate Pattern (like Vortex) for wavelength longer than 633nm?
4. Can you provide phase calibration curves? Can this be adjusted via your software somehow?
5. The image created with our SLM has a significant speckle pattern. What can be the cause?
Best regards Chris YLohia
(posted 2021-12-10 02:16:55.0) Thank you for contacting Thorlabs. To answer each question directly:
1. The software v2.5.1 for the EXULUS contains the SDK that supports Python and LabVIEW. The SDK manual and examples can be found by clicking the "Help" button within the software application.
2. Our algorithm is proprietary and, unfortunately, we cannot share this information. CGH (computer generated holography) is common in the academic world and you are welcome to take a look at existing literature describing common approaches such as: https://doi.org/10.1364/JOSAA.3.001897.
3. The wavelength range defined in "Pattern" tab is related to the operating wavelength range of connected SLM. For example, 633 nm is not an option for the software when the EXULUS-HD3HP has been connected, since 633 nm < 650nm. We will contact you directly in order to gather more information.
4. A report containing the phase calibration curves is provided inside the packaging box. If you cannot find it, you may send the serial number of your SLM to your local tech support team for the report. Those curves are not able to be modified in software at current stage.
5. We will reach out to you directly via email to help troubleshoot. Kinam Joo
(posted 2021-11-07 21:37:31.557) Hi, I purchased the Exulus HD1 and would like to use it by Matlab. Like other customers in previous comments, I would like to know if there is a SDK or any other way to control the SLM by Matlab. If you can provide a Matlab example, please let me know it.
Thank you. YLohia
(posted 2021-11-12 02:42:43.0) Hello, thank you for contacting Thorlabs. The full SDK package for the HD1 is currently a work in progress. We currently only have a simple programming example file written in C, which I have sent you directly. longchao chen
(posted 2021-08-10 15:48:12.57) 1、Is there only the trigger output for the EXULUS-HD2, not including the function of trigger input?
2、When using the sequence output, does a trigger signal output after each frame of the SLM?
3、Does the sequence output function support user-definded pattern? And what is the shortest time interval of the sequence function?
4、Is number of pixel of the user-definded figure should be the same with the SLM?
5、What is the maximum light power that this SLM can withstand?
6、Does the SLM have SDK for secondary development? Such as matlab、labview and other grogramming software can be directly called to control the SLM?
7、Is the polarization state of linearly polarized light still linearly polarized after it is reflected by the SLM? If so, does the polarization Angle change?
8、If no images are loaded, or if white images are loaded, will the SLM still produce higher order diffraction? cdolbashian
(posted 2021-08-26 05:25:59.0) Thank you for your inquiry with us here at Thorlabs.
To answer each question directly:
1. Yes.
2. No, the sequence mode provides pattern switching with user defined interval time in software. The trigger output signal refers to the SLM panel refresh rate (i.e. 60Hz for EXULUS-HD2). They are not synchronized to each other.
3. Yes, the sequence mode in software supports the image/pattern upload from File Mode (user defined), Frame Mode, CGH Mode and Pattern Mode. Theoretically, the minimum interval time is the reciprocal value of frame rate: i.e. 1/(60Hz)=0.167s, but the actual performance may be limited by computer hardware.
4. The resolution of the user defined image/pattern is best to be consistent with the SLM panel. A scaling and/or cropping will be applied for uploaded image/pattern with resolution that is different than the panel and is selected in the “File Mode”. Please refer the details of “File Mode” to Page 34 -35 of User Manual.
5. Pulsed (ns) 0.22 J/cm2 (532 nm, 6.8 ns, 10 Hz, Ø200.5 µm) , Pulsed (fs) 0.0935 J/cm2 (515 nm, 203.3 fs, 100 Hz, Ø108.2 µm)
6. We will release the SDKs for C/C++, LabVIEW and Python in the near future, but do not have them right now.
7. The reflection will impact the polarization state of input light. However, if the AOI is defined less than 5°, the change of polarization state shall not be a critical problem for most applications.
8. Regardless of whether the image is uploaded or not, there will always be higher order diffraction.
I have also contacted you directly to continue this conversation. Davide D'Ambrosio
(posted 2021-07-26 04:41:51.907) Hi, I would like to use the Exulus HD2 in an experiment entirely controlled via MATLAB. Like other customers in previous comments, I would like to know if there is a SDK or any other way to control the SLM via MATLAB, thanks YLohia
(posted 2021-07-29 01:58:24.0) Thank you for contacting Thorlabs. The upcoming SDK for EXULUS-HD2/3/4/HP series provides easy integration with C/C++ and Python. Unfortunately, we only plan to support LabVIEW as a third-party software package for this product. We will reach out to you directly with more information on controlling EXULUS-HD2 with MATLAB. Leon S
(posted 2020-12-01 04:17:11.433) Hi, I would like to use the Exulus SLM for scientific tests in a measuring setup with a camera and piezo positioner. Currently measuring is controlled via MATLAB. Is there a way to also control the Exulus SLM via MATLAB? If not, does the Thorlabs Exulus software offer the possibility for external triggering or additional options to sync the SLM with other measuring components? YLohia
(posted 2020-12-04 10:20:11.0) Hello, thank you for contacting Thorlabs. We will reach out to you directly with a MATLAB example for controlling the EXULUS-HD2. Unfortunately, there is no software sync feature and the unit can only be triggered via the 5 V TTL port. Wei-Jen Hsiao
(posted 2020-08-17 00:22:54.11) Hello, I am interested in these SLM products, but I did not find any lifetime information about these products. Can you provide lifetime specifications and test conditions? Thank, YLohia
(posted 2020-08-21 10:28:14.0) Hello, thank you for contacting Thorlabs. Our spatial light modulators are based on liquid crystals and we have found that the lifetime of our liquid crystals is on the order of > 7 years. Our SLMs have two years warranty. Juan Ahuir-Torres
(posted 2020-08-10 13:39:03.36) Ladies and gentlemen,
I am writing about the EXULUS-HD3 device specifications. I would like to ask you if this device could need an air cooling system to operate with infrared (1064nm) nanosecond (500-3ns) pulsed fiber laser at 1 MHz, 20W and 1mJ.
Thanks for your time and if you have any question, please do not hesitate to contact me.
Best regards,
Juan. YLohia
(posted 2020-08-11 09:07:51.0) Hello Juan, thank you for contacting Thorlabs. The EXULUS-HD3 is not designed to sustain long term high-power applications. We have reached out to you directly to discuss other alternatives. user
(posted 2020-08-04 10:45:44.397) Is a SDK available for the software?
Thanks. nbayconich
(posted 2020-08-05 09:25:56.0) Thank you for contacting Thorlabs. A techsupport representative will reach out to you directly regarding your request. Seungjae Lee
(posted 2019-06-03 20:03:43.553) Hi, I am Seungjae Lee who works in Facebook Reality Labs of Redmond, WA.
I am using 4K1/M SLM purchased a couple of weeks ago. However, I recognized that there is a kind of weird artifacts at the SLM plane. I am wondering following things are normally observed or not.
1. Displayed image is unreasonably vibrated. As boundary of the image seems to be stable enough, I guess the displayed things are continuously vibrated.
2. There is a strange straight line that shows nothing within the SLM region. It looks like a seam between two different monitors.
I suspected inferior HDMI cable and changed it, but the problem was not solved.
Actually, I think an inferior SLM has been delivered.
I need to solve this problem as soon as possible. Please contact me soon.
Thanks,
Best, nbayconich
(posted 2019-06-05 02:54:03.0) Thank you for contacting Thorlabs. It is difficult to say what exactly could be the causing the issues you have seen with your EXULUS SLM without knowing more about the display mode, display settings, pattern type uploaded etc. The SLM LCoS panel should output a clear image whether using the file upload or CGH mode, a blank line through the center of the generated image could indicate a damaged display or damaged pixels but it will best for us to reach out to you first to help troubleshoot. A techsupport representative will contact you directly, for further technical inquiries please contact us directly at techsupport@thorlabs.com. Seonghoon Kim
(posted 2019-04-24 04:14:01.333) Hello,
I'm looking for very stable 4K SLM for my application. I will put this SLM on the signal detection path. So phase fluctuation is very important for us.It seems like EXULUS-4K1 has 5% phase fluctuation. I wonder if I can get a data of this fluctuation since if this fluctuation is very periodic then we can filtered it out later.
Please reply to me.
Thanks,
Sean YLohia
(posted 2019-04-24 09:36:34.0) Hello Sean, thank you for contacting Thorlabs. We will reach out to you directly regarding this. daw
(posted 2017-10-31 10:32:44.233) Would it be possible to create a version of the Exulus that would work in NIR? I am mostly interested in wavelengths between 900 and 1100 nm.
Thanks! tfrisch
(posted 2017-12-13 11:20:30.0) Hello, thank you for contacting Thorlabs. I have logged your request in our internal engineering forum. While we do not currently offer an SLM into the NIR, I will reach out to you about your application and potential solutions. h.aguiar
(posted 2017-04-21 14:06:15.003) Dear Sir/Madam,
What is the response time of the liquid crystal? (not the connection bandwidth/refresh rate)
Thanks nbayconich
(posted 2017-05-22 10:18:01.0) Thank you for contacting Thorlabs. The EXULUS-HD1 has been tested to show a 0 – 2π phase rise and fall time of 61.2ms(rise) and 17.4ms(fall) and a 0 – π phase rise and fall time of 7.4ms and 11.5ms both at 633nm.
The EXULUS-4K1 has shown a 0 – 2π phase rise and fall time of 9.4ms(rise) and 34.9ms(fall) both at 633nm. A Techsupport representative will reach out to you directly. |
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EXULUS-HD1(/M)の背面パネルには空間光変調器(SLM)をPCに接続するUSBとHDMIポート、電源用入力端子、電源スイッチがあります。
- 400～850 nmのアルミニウムコーティングが施されたLCoS(Liquid Crystal on Silicon)
- 解像度：1920 x 1080(フルHD)
- HDMIおよびUSB 2.0用の入力端子
- 光軸方向：45°
- 筐体寸法：172.0 mm x 110.0 mm x 81.6 mm
空間光変調器EXULUS-HD1/Mにはアルミニウムコーティングが施された1920 x 1080 (フルHD)のLCoSパネルが付いており、400～850 nmの波長範囲にわたって動作します。また、大きな位相シフトや高フレームレートモード(最大180 Hz)など4種類のモードでの動作が可能です。 底面と筐体の両側にはポスト取付用のM4タップ穴がそれぞれ2つずつあります。前面パネルには30 mmケージシステムに対応する#4-40タップ穴が4個ついています。しかし、精密なアライメントが必要な用途においてはこれらの空間光変調器をケージシステムに接続することをお勧めいたしません。
| Key Specificationsa | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Item # | Operating Wavelength | Panel Resolution | Fill Factor | Panel Active Area | Pixel Pitch | Phase / Retardance Rangeb | Frame Rate | Fluctuation/ Flickering (RMS) | Output Trigger |
| EXULUS-HD1(/M) | 400 - 850 nm | 1920 x 1080 (Full HD) | > 93% | 12.5 mm x 7.1 mm | 6.4 µm | 2π at 633 nm (Std.) 4.7π at 532 nm (Ext.) | 60 Hz (Standard) or 180 Hz (Frame Boostc) | < 1% (Standard) < 5% (Extended) | N/A |
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EXULUS-HD2、EXULUS-HD3(上写真)およびEXULUS-HD4の上部パネルには空間光変調器(SLM)をPCに接続するUSBポートとHDMIポート、SMAトリガ用出力端子、電源用入力端子、電源スイッチがあります。
- 下記のうちどちらかのコーティングが施されたLCoS(Liquid Crystal on Silicon)
- 400～850 nmのアルミニウム反射コーティング(EXULUS-HD2)
- 650～1100 nmのアルミニウム反射コーティング(EXULUS-HD3)
- 1550 nmの誘電体反射コーティング(EXULUS-HD4)
- 解像度：1920 x 1200(WUXGA)
- HDMIおよびUSB 2.0用の入力端子
- SMAトリガ用出力端子
- 光軸方向：0°
- 筐体寸法：155.9 mm x 104.3 mm x 42.0 mm
空間光変調器(SLM)EXULUS-HD2、EXULUS-HD3およびEXULUS-HD4の設計波長範囲は、それぞれ400～850 nm、650～1100 nm、1550 nmとなっています。各SLMは小型の筐体に解像度1920 x 1200のLCoSパネルが付いています。また、高い安定性を有し、SMAトリガ用出力端子も付いているため同期が必要な用途に対応可能です。筐体の底面および側面には、M4および#8-32ネジ両方に対応する取付穴が2つずつあります。前面パネルには30 mmケージシステムに対応する#4-40タップ穴が4個ついています。しかし、精密なアライメントが必要な用途においてはこれらの空間光変調器をケージシステムに接続することをお勧めいたしません。
| Key Specificationsa | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Item # | Operating Wavelength | Panel Resolution | Fill Factor | Panel Active Area | Pixel Pitch | Phase / Retardance Rangeb | Frame Rate | Fluctuation/ Flickering (RMS)c | Output Trigger |
| EXULUS-HD2 | 400 - 850 nm | 1920 x 1200 (WUXGA) | > 92% | 15.42 mm x 9.66 mm | 8 µm | 2π at 633 nm | 60 Hz | < 0.01% | Yes (SMA) |
| EXULUS-HD3 | 650 - 1100 nm | 2π at 1064 nm | < 0.05% | ||||||
| EXULUS-HD4 | 1550 nm | 2π at 1550 nm | < 0.15% | ||||||
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アダプターボードとSLMヘッドには、パネル分離型の構成で取付けができるように M4 x 0.7ネジが付いています。ミラーマウント POLARIS-K1にSLMヘッドを取り付けると、あおり調整(チップ&チルト)が可能になります。
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ハイパワー光用空間光変調器の筐体には、オールインワンの構成で取付けができるようにM4 x 0.7タップ穴が2つあります。
- 400～850 nmまたは650～1100 nmのアルミニウムコーティングが
施されたLCoS(Liquid Crystal on Silicon) - 解像度：1920 x 1200(WUXGA)
- ハイパワー光に対応：≤200 W/cm
- HDMIおよびUSB 2.0用の入力端子
- トリガ出力用SMA端子
- 光軸方向：0°
- 筐体寸法：
- オールインワン構成時: 220.0 mm x 104.0 mm x 68.0 mm
- パネル分離型構成時：420.0 mm x 104.0 mm x 42.0 mm
当社のハイパワー光用空間光変調器(SLM)は、干渉計やレーザ加工など、非常に安定した位相操作を必要とする用途用に設計されています。熱安定性を高め、ハイパワー光(≤200 W/cm)に対処できるようにするために、このSLMユニットには当社のペルチェ式液体チラーLK220(別売り、下記参照)またはその同等品のチラーに対応する液体冷却モジュールが内蔵されています。
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液体チラーLK220は、CPCバルブ付きのクイック接続フィッティングと2.5 mmステレオジャックを使用して、ハイパワー光用空間光変調器に簡単に接続できます。
このExulusモデルは、メインユニット、アダプターボード、SLMヘッドの3つの主要パートで構成されています。SLMには液体冷却モジュールと内蔵のNTCサーミスタが含まれます。またチラーLK220に接続するための、CPC®†バルブ付きクイック接続型の結合インサートが付いた、2本の1/4インチホースも付いています。メインユニットとSLMヘッドを接続するFPCコネクタと回路基板は、アダプターボードに収納されています。
上の写真のように、このSLM装置はオールインワン構成でもパネル分離構成でも取り付けることができます。この2つのモードを入れ替える方法の詳細については、ユニットに付属するクイックスタートガイドをご覧ください。オールインワン構成でExulusを取り付けるときのために、筐体の2面にM4 x 0.7ネジおよび＃8-32の両方に対応する取付け穴が2つずつ付いています。それらの取付け穴の間隔は75 mmです。パネル分離構成で取付けるときのために、アダプターボードおよびSLMヘッドにもM4 x 0.7ネジおよび＃8-32ネジの両方に対応する取付け穴が1つずつ付いています。SLMパネルのあおり調整(チップ&チルト)をしたいときには、ヘッドをØ25.4 mm(Ø1インチ)用ミラーマウントPOLARIS-K1のようなフラットなフェイスプレートが付いたキネマティックマウントに取り付けます。その際は筐体のØ25.4 mmの取付け面(ネジ加工無し)を使用します。
チラーLK220を接続したときには、SLMソフトウェア(当社のEXULUSソフトウェアパッケージ)で温度読み取りのオプションが利用できます。センサ設定は内部または外部に設定できます、それぞれ吐出されるクーラントまたはSLMヘッド内のサーミスタの温度を読み取ります。ソフトウェアGUIのメイン画面の下部にあるステータスバーには、チラーからの実際の温度の読み取り値が表示されます。これらの機能はサードパーティーのチラーではご使用いただけませんが、サーミスタの出力は温度ロガーTSP01、または互換性のある2.5 mmのステレオコネクタを有するサードパーティーの温度リーダを用いて読み取ることができます。チラーを操作するために遠隔制御が必要な場合は、ペルチェ式液体チラーLK220用のソフトウェアを使用する必要があります。ペルチェ式液体チラーLK220の性能についての詳細な仕様はこちらの製品ページをご覧ください。
†CPC®は、Colder Products Companyの登録商標です。
| Key Specificationsa | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Item # | Operating Wavelength | Panel Resolution | Fill Factor | Panel Active Area | Pixel Pitch | Phase / Retardance Rangeb,c | Frame Rate | Fluctuation/ Flickering (RMS)d | Output Trigger |
| EXULUS-HD2HP | 400 - 850 nm | 1920 x 1200 (WUXGA) | > 92% | 15.42 mm x 9.66 mm | 8 µm | 2π at 633 nm | 60 Hz | < 0.01% | Yes (SMA) |
| EXULUS-HD3HP | 650 - 1100 nm | 2π at 1064 nm | < 0.15% | ||||||
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EXULUS-4K1(/M)の背面パネルには空間光変調器(SLM)をPCに接続するUSBポートとHDMIポート、SMAトリガ用出力端子、電源用入力端子、電源スイッチがあります。
- 反射コーティングが施されたLCoS(Liquid Crystal on Silicon)
- 解像度：3840 x 2160(4K UHD)
- HDMIおよびUSB 2.0用の入力端子
- SMAトリガ用出力端子
- 光軸方向：45°
- 筐体寸法：172.0 mm x 110.0 mm x 81.6 mm
空間光変調器EXULUS-4K1/Mには3840 x 2160(4K UHD)のLCoSパネルが付いており、400～850 nmの波長範囲にわたって動作するように設計されています。また、SMAトリガ用出力端子が付いているため同期が必要な用途に対応可能です。底面と筐体の両側にはポスト取付用のM4タップ穴がそれぞれ2つずつあります。前面パネルには30 mmケージシステムに対応する#4-40タップ穴が4個ついています。しかし、精密なアライメントが必要な用途においてはこれらの空間光変調器をケージシステムに接続することをお勧めいたしません。
| Key Specificationsa | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Item # | Operating Wavelength | Panel Resolution | Fill Factor | Panel Active Area | Pixel Pitch | Phase / Retardance Rangeb | Frame Rate | Fluctuation/ Flickering (RMS) | Trigger Output |
| EXULUS-4K1(/M) | 400 - 850 nm | 3840 x 2160 (4K UHD) | > 90% | 15.6 mm x 9.2 mm | 3.74 µm | 2π at 633 nm | 30 Hz | < 5% | Yes (SMA) |
空間光変調器