0.9秒，仅仅是人类一次眨眼的间隔，显微图像中原本难以辨认的细胞分支，就在这0.9秒的波前校正后即刻显现出来，仿佛600度的模糊视力在眨眼间顷刻聚焦。
奥地利因斯布鲁克医科大学团队近期公开一项研究证明，利用近红外相位光调制器（Phase Light Modulator，PLM）配合散射补偿算法，在固定小鼠脑组织切片约150μm深处进行双光子成像，使小胶质细胞的荧光信号达到校正前的约2.5倍。
不仅如此，在荧光微珠对照实验中，获得相近信号增强效果时，PLM的波前矫正速度高达液晶对照方案的6倍！“超高速+直接相位调制”的组合，让此前只能二选一的刷新速度与相位控制，出现在了同一款器件上。
直接相位调制开始具备千赫兹级的动态更新能力，PLM如何做到这一点？速度之外，它又将给光学研究带来什么？
1.当倾转微镜开始上下移动
要理解PLM，首先要从目前已经广泛应用于投影显示的DMD技术说起。
1987年，德州仪器科学家Larry Hornbeck博士发明了首款DMD，将大量可独立控制的微镜集成在一块芯片上，通过电信号驱动微镜在两个角度之间切换，将入射光反射到不同方向，配合光学系统，就能控制相应像素的明暗。DMD依靠成熟的半导体制造工艺和远超同类器件的响应速度，至今仍是高速光调制领域的主流选择之一。
图1 DMD工作原理示意 / 图源：Bartlett et al., Proc. SPIE 10932, 109320S (2019), Fig. 1
但是，对于需要精确波前调控的实验，单纯改变光强还不够。有没有可能让微镜直接改变光的相位？
2019年，TI DLP Products团队公布了一款基于DLP技术开发的PLM原型。这一次，改变的是微镜的运动方式。
这套设计沿用DMD的像素阵列、CMOS电路及MEMS工艺，将微镜的倾转运动改为沿表面法向上下升降，形成类似活塞的运动，不同微镜高度对应不同的反射光程，相位由此成为可直接控制的变量。
图2 德州仪器基于MEMS的PLM操作原理 （a）微镜由静电驱动沿表面法向移动；（b）控制电极及存储单元。微镜位移改变反射光程 / 图源：Álvarez-Castaño et al., Light: Science & Applications 15, 241 (2026), Fig. 9
近法向入射时，微镜位移ℎ为会使光增加约2ℎ的往返光程差，相位变化近似满足：
当阵列中的微镜停在不同高度，芯片表面便形成一张离散的高度图。光从各个像素反射后携带不同相位，在传播中相互干涉，最终形成偏转、聚焦或全息重建结果。
图3 PLM 器件结构、活塞式微镜阵列及相位全息投影示例。图源：Rocha et al., Optics Express 32, 43300–43314 (2024), Fig. 1
通过微镜运动方式的简单变形，德州仪器（TI）在DMD和LCoS SLM两类成熟器件之外，开创了一条兼顾高速与直接相位调制的技术路径。
调制性能的多重升华
更高速的运转，更少的光能损耗，更简单的偏振匹配需求……PLM的价值，正在通过越来越多的实验结果得到验证。
对于精密光学任务来说，如果说过去最大的变量来自算法与算力的提升，那么未来十年，PLM将作为新变量快速崛起。
2026年发表于《Light: Science & Applications》的一项研究，将PLM用于全息体积打印。在该研究的对比条件下，PLM全息投影光能利用率达到约24%，达到DMD全息编码对照方案的2.45倍。研究团队还利用150 mW激光器，完成了厘米级三维结构打印。
图4 PLM全息体积打印系统及光能利用率对比 （a）系统光路；（b）PLM相位调制原理；（c）DMD振幅投影、DMD全息投影与PLM全息投影的光能利用率对比 / 图源： Álvarez-Castaño et al., Light: Science & Applications 15, 241 (2026), Fig. 1
对于光制造而言，投影光能利用率直接影响可用于材料固化的有效光功率，也关系到系统对激光光源的要求。让更多光到达需要的位置，意味着研究人员可以重新考虑光源功率与系统结构之间的关系。
2026年刊载于《Nature Communications》的自配置多平面光转换研究中，PLM以1.44kHz更新相位图，利用高速PLM连续测试光场配置。相较于常规视频级LCoS SLM，播放更多图案，而且系统可根据测量反馈完成自配置调整，实现模式转换与分选。
除此之外，PLM微镜位移通过几何光程差进行相位调制，对入射光偏振方向不敏感，无需为器件匹配特定线偏振，光路搭建也少了一大约束。
图5 相位调制光路示意图
性能突破不禁让行业开始审慎：PLM进入市场后，DMD和LCoS SLM的角色会发生怎样的变化？技术换汰、产品迭代难道已经迫在眉睫？
PLM作为从原型公开到如今产品化发展还不到10年的新型器件，这些进展可能还不足以改写所有应用的选型逻辑。对于只需高速二值图案投影的任务，DMD依旧拥有成熟完整的实现方式；对于追求更细相位分级、小像素及高分辨率的实验，LCoS SLM仍有较大优势。
当前，PLM提供的相位状态数相对有限，高刷新率也无法直接换算成更高的调控精度。因此，三类器件长期内并行发展仍是更为现实的预期。PLM的替代效应，或许会先出现在那些既受制于相位切换速度、又对光能损耗敏感的应用中，例如高速波前校正、动态全息显示等。
3.行业竞逐生态位
随着生物显微、光通信等应用深度发展，高效动态光场调控需求持续攀升，围绕直接相位调制和超高速器件的建设，一场新的产业竞赛正在拉开帷幕。
目前，中国已经陆续出现MEMS PLM整机及开发平台产品，UPOLabs等部分光学器件企业围绕PLM技术均已开展产品布局，从器件、电路到算法、系统，逐步搭建起本土化的技术链条。
图6 UPOLabs HDSLM PLM产品参数
从已公开的产品资料来看，工作波段、驱动控制、软件适配以及系统集成能力，正成为厂商完善产品布局的重要方向。
在可见光应用中，大多厂商采用1358*800阵列和10.8μm微镜间距，相比960*540阵列，更多采样点为复杂波前的空间编码提供了更大的调整余量，可用于精细全息图生成、多焦点光场设计等研究。
UPOLabs更鲜明的差异，是在可见光型号之外，提供覆盖750—1630 nm的近红外版本，同样支持全阵列最高1.44 kHz相位图更新。这一范围覆盖920 nm、1300 nm等多光子显微激发波长，以及1550 nm通信波长；NIR型号还将位深提高至5 bit、32级状态，为相位编码提供更多可选档位。
近红外覆盖与千赫兹更新能力的结合，让UPOLabs能够面向近红外光源下的高速波前调控需求，提供对应的器件选择。
图7 HDSLM PLM 相位型DMD空间光调制器
在生物显微领域，研究人员往往使用近红外光源以开展较深组织成像；在光通信和光束控制研究中，1550nm同样是重要的工作波长。器件能够覆盖这些波段，才有可能进一步讨论高速相位调制在相应系统中的应用。
相比于多数厂商提供的单一器件产品，UPOLabs把这套产品做得很像一个直接拿来使用的三层工具箱。往下是MEMS器件、算法；中间是可自动匹配和切换的波长，再往上则是配套的软件工具和SDK，使用者可直接将既有算法与自动化实验流程接入系统。
在波长适配方面，UPOLabs HDSLM PLM系列新增快速波长动态相位标定功能，可针对不同工作波长快速完成相位标定，减少切换波长时的重复调试，便于多波长实验与光路调整。
4. 应用探索 百花齐放
由于PLM通常围绕特定工作波长设计，可按波段对应用进行分类：紫外波段可用于光刻和3D打印；可见光波段可用于增强现实、虚拟现实和汽车前照灯；近红外波段可用于光通信或测距。
①复杂介质和多模光纤
光通过散射介质或多模光纤后会形成散斑，研究人员需要连续加载大量相位图，测量传输关系并寻找聚焦条件。2024年，埃克塞特大学与昆士兰大学团队使用PLM完成任意图案投影、像差校正和复杂介质波前整形，并在多模光纤输出端扫描2160个焦点位置。
图9 多模光纤输出端的波前整形与聚焦（a）实验光路；（b）未校正输出散斑；（c）根据传输矩阵计算的输入复光场；（d、e）校正后的焦点及其高动态范围显示 / 图源：Rocha et al., Optics Express 32, 43300–43314 (2024), Fig. 5
②近红外光束偏转
PLM可通过改变相位分布调整光束方向，用于研究可重构扫描。凭借偏振无关特性，UPOLabs的HDSLM PLM-NIR适用于大功率1550 nm多模光纤光源的多光束扫描控制。相比液晶方案，该产品以kHz级扫描速率完成公里级长距离扫描测量实验，为近红外高速光束偏转与远距离探测提供了新的技术选择。
图10 UPOLabs HDSLM PLM演示案例
③双光子光刻
双光子光刻利用聚焦的飞秒激光在光敏材料内部写入微结构，多焦点并行控制有助于提高加工通量。传统DMD在实现复振幅多焦点操控时，通常需要牺牲部分光能利用率，以满足kHz级扫描速度需求。基于PLM技术的相位型空间光调制器可直接加载由GS算法生成的相位图，实现多焦点光束操控，光能利用率可达传统振幅型DMD方案的20倍。
图11 UPOLabs HDSLM PLM演示效果图
④三维制造
在光固化3D打印中，光照的位置和剂量决定了材料在哪里成形。PLM全息投影可向旋转的光敏树脂连续投射图案，使不同角度的光照累积出三维结构。已有研究设计搭建了可打印范围达3 cm×3 cm×4 cm的光路，并结合相应的水凝胶材料，用405 nm、150 mW激光在2分12秒内完成了人耳形样品打印，展示了PLM在高效光制造中的应用潜力。
图12 PLM全息体积打印的人耳形水凝胶样品（a）目标模型；（b）打印及后处理后的样品 / 图源：Álvarez-Castaño et al., Light: Science & Applications 15, 241 (2026), Fig. 8
⑤光通信
在光通信中，PLM可实现不同光纤端口之间的可编程信号路由。TI于2026年8月发布的应用简报，介绍了PLM用于波长选择开关（WSS）和光路交换（OCS）的架构，还讨论了与光通道监测（OCM）、动态增益均衡（DGE）结合的方案：利用监测结果获取各通道的功率信息，再通过可编程调制调整通道衰减，改善功率均衡。光路切换与功率管理相结合，为城域网、长途光传输及数据中心光互联中的可重构光学系统提供了研究方向。
⑥先进显示与工业成像
在高动态范围（HDR）投影中，PLM可作为前级预调制器，通过相位调制调整光能量的空间分布，配合后续成像器件实现更灵活的亮度控制。其高速可编程特性还可用于增强现实（AR）、虚拟现实（VR）、高速成像、动态灰度标记及工业打印，为新型显示与工业光学系统提供更多设计选择。
结语
更简单的调制路径，更丰富的光场控制能力，随着器件性能与应用方法逐步完善，PLM有望让更多光学系统具备高速、可重构的光场控制能力。当光的传播状态能够随任务和环境变化及时调整，显微成像中的动态校正、光通信中的信号传输，以及用光进行计算的方式，都将获得更大的设计空间。
未来，对PLM的探索还将继续，新的应用或许就在不同学科的交汇处孕育，科学家将有更多机会从容地观察和控制那些转瞬即逝的光学过程，高速直接相位调制将成为更多光学创新的起点。