空间光调制器是一种对入射光场信息处理的核心器件，它可以用来调制光场的强度、相位、偏振等重要信息。传统的空间光调制器有以液晶为基底的液晶空间光调制器和基于微镜偏转技术的数字微镜空间光调制器。它们最明显的不足之处在于调制速度过慢，这在一定程度上制约了空间光调制器的进一步应用。

本文中我们研发了一种基于铌酸锂电光效应的高速一维阵列式空间光调制器，其调制速度达到5 MHz，驱动电压低至10 V。本文所研发的空间光调制器器件示意图如图1所示。其核心器件金属电极铌酸锂晶体由三部分组成，由上到下依次为顶部电极层，中间晶体层和底部电极层。顶部电极层包括16条平行的长条状金电极，每条金电极长1.7 cm，宽425 μm，厚70 nm，相邻金电极之间的间隔为213 μm。为了使金电极与中间晶体层结合得更加牢固，我们在它们之间加入了一层10 nm厚的铬粘合层。中间晶体层是1 cm×1.7 cm×100 μm 的z切铌酸锂晶体以及分别位于其上下表面的2 μm厚的二氧化硅保护层。底部电极层是厚70 nm的接地金电极以及厚10 nm的铬粘合层。入射到铌酸锂晶体中的入射光由于双折射现象分为o光和e光。由于铌酸锂晶体的横向电光效应，外加不同的电压可以不同程度地改变o光和e光的折射率，从而达到调制出射光相位和偏振的目的。由于电光效应理论上无时间延迟，因此其调制速度可达兆赫兹量级。

此外，本文利用该空间光调制器做了图像传输实验,如图2所示。在实验中我们传输了一张60×112个像素点的256位彩色鹦鹉图片，每个像素点的取值为0到255的整数，对应一个八位二进制数。我们分别单独调控其中八个通道的外加电压来编码不同的光强出射图案。实验传输误码率仅为0.067%。

图1：(a)和(b)是铌酸锂调制器的正面和背面，(c)是支撑底座，(d)是核心器件金属电极铌酸锂晶体，它由三部分组成，分别是顶部金属电极层，中部晶体层和底部电极层，(e), (f), (g)是各层的示意图。

图2：(a)八位二进制数编码的光场图样: (a-1) 10010010; (a-2) 00100101; (a-3) 11011010. (b) 鹦鹉图片传输过程。

该成果发表在“Xuanchao Ye, Fengchao Ni, Honggen Li, Haigang Liu, Yuanlin Zheng, and Xianfeng Chen, High-speed and programmable lithium niobate spatial light modulator, Optics Letters, 46(5), 1037-1040 (2021)”

论文链接：https://doi.org/10.1364/OL.419623