空间光调制器PPT课件

光波荷载信息的特点：
光波频率高，多束光可以在空间交叉 而互不干扰。信息可以多通道并行或交叉传播。
光波以并行方式传递所载荷的信息。信息处理具 有大容量、高速度的特点。
空间光调制器：Spatial Light Modulator(SLM),一种对光 波的空间分布进行调制的器件。
偏振光在扭曲介质中的传播
正型器件：上侧的偏振片光轴与 上侧基板处的液晶取向平行，下 侧的偏振片光轴与下侧基板处的 液晶取向平行。
自然光自上基板至下基板入射液 晶屏，不加电场时光线通过第一 块偏振片变为平行上基板处液晶 取向的偏振光，偏振光被液晶层 旋光，转过90°后正好与下基板 处偏振片的光轴相平行，可以透 过，作为显示器的亮态；
➢ 电极本身不透明，所以像素的有效通光面积与像素总面积 之比——开口率较低，光能利用率比较低。
➢ 数字式微反射镜器件DMD是一种新型的电寻址空间光调 制器。
当写入信号为电光信号时，采用光寻址的方式。 光寻址的空间分辨率通常高于电寻址。 光寻址是并行寻址方式。 光寻址的SLM一般是反射式。
常用的空间光调制器
●近晶型（smectic）液晶
具有二维空间的层状规则性排列，各层间则有一维的顺 向排列。一般而言，此类分子的黏度大，印加电场的应 答速度慢，比较少应用于显示器上，多用于光记忆材料 的发展上。
●胆甾型（cholesteric）液晶
此类型液晶是由多层向列型液晶堆积所形 成，为向列型液晶的一种，也可以称为旋 光性的向列型液晶,因分子具有非对称碳中 心，所以分子的排列呈螺旋平面状的排列， 面与面之间为互相平行，而分子在各个平 面上为向列型，液晶的排列方式，由于各 个面上的分子长轴方向不同，即两个平面 上的分子长轴方向夹着一定角度；当两个 平面上的分子长轴方向相同时，这两个平 面之间的距离称为一个pitch(螺距）。 cholesteric液晶pitch的长度会随着温度的 不同而改变，因此会产生不同波长的选择 性反射，产生不同的颜色变化，故常用于 温度感测器。
2、磁光空间光调制器
原理：根据磁光效应（法拉第效应） 法拉第效应材料:在外加磁场作用下，光学性质通过极化
发生变化
3、液晶的扭曲效应及薄膜晶体管液晶显示器 TFT-LCD
液晶材料：最为广泛的一种电光效应材料。介于 固态和液态之间的一种物态，它具备液体的流动 性，又具备固态晶体的排列性质。液晶状态可以 向结晶态和液态相变。变为结晶态时，不仅具有 分子取向的有序性，而且分子重心具有周期平移 性；变为液态时，失去分子重心周期平移性，也 失去了分子取向的有序性，成为完全无序状态。
空间光调制器
1、概论
光学信息处理系统处理光波荷载的信息。这些信息用光波 的某一参数的空间分布来表征：强度、相位、偏振。
光波荷载信息的特点： 光波频率高，可允许信号本身有很宽的带宽。 光波是独立传播，两束或多束光可以在空间交叉而互不干 扰。信息可以多通道并行或交叉传播。 光波以并行方式传递所载荷的信息。信息处理具有大容量、 高速度的特点。
写入信号把信息传递到SLM上相应位置，以改变SLM的
透过率分布的过程——寻址。 光寻址是并行寻址方式。
液晶材料：最为广泛的一种电光效应材料。 写入信号把信息传递到SLM上相应位置，以改变SLM的透过率分布的过程——寻址。 电寻址通过条状电极来传递信息，电极尺寸的减小有一个限度，所以像素尺寸也有限度。 按其在系统中的位置区分： input-SLM
电寻址空间光调制器 ➢ 薄膜晶体管液晶显示器TFT-LCD ➢ 磁光空间光调制器MOSLM ➢ 数字微反射镜器件DMD
光寻址空间光调制器 ➢ 铁电液晶空间光调制器FLC-SLM ➢ 液晶光LCLV、阴极射线管-液晶光阀CRT-LCLV ➢ 微通道板空间光调制器MSLM ➢ Pockels光调制器
有源矩阵驱动液晶显示器
4、液晶显示器在非相干光信息处理中
的应用——大屏幕投影电视
按其在系统中的位置区分： input-SLM Pockels光调制器 电寻址通过条状电极来传递信息，电极尺寸的减小有一个限度，所以像素尺寸也有限度。 此类型液晶的粘度小，应答速度快，是最早被应用的液晶，普遍的使用于液晶电视、笔记本电脑以及各类型显示元件上。 电寻址通过条状电极来传递信息，电极尺寸的减小有一个限度，所以像素尺寸也有限度。 光寻址：模拟的非像素单元构成，光－光转换。
当写入信号为电信号时，采用电寻址的方式 加光电通场 过时液液晶晶层分时子偏沿振电面场不方再向发竖生起旋，转原，来到的达扭出曲射排端列的变偏为振垂片直时平，行偏排光列轴，与偏出振射光光与的垂偏直振排方列向的垂液直晶 ，不光作被用截，止透，过呈第现一暗块态偏。振片的偏振
电寻址方式是光－电混合处理系统。 电极本身不透明，所以像素的有效通光面积与像素总面积之比——开口率较低，光能利用率比较低。
processor-SLM 4、液晶显示器在非相干光信息处理中的应用——大屏幕投影电视 6、线性电光效应和PROM器件 电寻址通过条状电极来传递信息，电极尺寸的减小有一个限度，所以像素尺寸也有限度。 液晶以凝集构造的不同可分成三种： 光波是独立传播，两束或多束光可以在空间交叉而互不干扰。 ●近晶型（smectic）液晶 变为结晶态时，不仅具有分子取向的有序性，而且分子重心具有周期平移性； 光寻址：模拟的非像素单元构成，光－光转换。 正型器件：上侧的偏振片光轴与上侧基板处的液晶取向平行，下侧的偏振片光轴与下侧基板处的液晶取向平行。 按照输入控制信号的方式： 光寻址(OA-SLM) 对基片表面处理，可使液晶分子平行于基片且容易排成同一方向。 法拉第效应材料:在外加磁场作用下，光学性质通过极化发生变化
空间光调制器含有许多独立单元，它们在空间排列成一维 或二维阵列，每个单元都可以独立地接收光信号或电信号 的控制，并按此信号改变自身的光学性质（透过率、反射 率、折射率等），从而对通过它的光波进行调制；
通过吸收调制振幅，通过折射率调制相位，通过偏振面的 旋转调制偏振态等等。
空间光调制器研究和开发的主体：材料研究、器件设计和 制造、系统应用。
一对相邻的行电极和一对列电极之间的区域构成SLM的最 当写入信号为电信号时，采用电寻址的方式
空间光调制器：Spatial Light Modulator(SLM),一种对光波的空间分布进行调制的器件。
小单元——像素 当读出光通过调制器时，其光学参量（振幅、强度、相位或偏振态）就受到空间光调制器各单元的调制，结果变成了一束具有新的光
学参量空间分布的输出光。 7、数字微反射镜器件和数字光处理 正型器件：上侧的偏振片光轴与上侧基板处的液晶取向平行，下侧的偏振片光轴与下侧基板处的液晶取向平行。
电寻址方式是光－电混合处理系统。有以下缺点 ：
➢ 电信号是时间串行信号，所以电寻址是串行寻址。
➢ 电寻址通过条状电极来传递信息，电极尺寸的减小有一个 限度，所以像素尺寸也有限度。
●信近息晶 可型以（多空s通m道间ec并tic行的）或液交规晶叉传则播。性排列。此类型液晶的粘度小，应答速度快， 是最早被应用的液晶，普遍的使用于液晶电视、笔记本 按其在系统中的位置区分： input-SLM
变为结晶态时，不仅具有分子取向的有序性，而且分子重心具有周期平移性；
电脑以及各类型显示元件上。 通过吸收调制振幅，通过折射率调制相位，通过偏振面的旋转调制偏振态等等。
液晶的取向效应 正型器件：上侧的偏振片光轴与上侧基板处的液晶取向平行，下侧的偏振片光轴与下侧基板处的液晶取向平行。
按照输入控制信号的方式： 光寻址(OA-SLM) 光寻址：模拟的非像素单元构成，光－光转换。 7、数字微反射镜器件和数字光处理
液晶的电光效应 如果沿分子长轴方向上的折射率大于沿短轴方向上的折射率，称为正性液晶，反之称为负性液晶。
空间光调制器的分类
按照读出方式的不同分为： 按照输入控制信号的方式： 按其在系统中的位置区分：
反射式 透射式 光寻址(OA-SLM) 电寻址(EA-SLM) input-SLM processor-SLM output-SLM
光寻址：模拟的非像素单元构成，光－光转换。
电寻址：单个分离的像素组成，电－光实时接口器件。模 拟和数字两类。
加电场时液晶分子沿电场方向竖起， 原来的扭曲排列变为垂直平行排列， 偏振光与垂直排列的液晶不作用， 透过第一块偏振片的偏振光通过液 晶层时偏振面不再发生旋转，到达 出射端的偏振片时，偏光轴与出射 光的偏振方向垂直，光被截止，呈 现暗态。
如果电场不特别强，液晶分子处于 半竖立状态，旋光作用也处于半完 全状态，则会有部分光透过，呈现 中间灰度。这就是液晶显示器的工 作原理。
电电寻寻址 址方(EA式-S是通L光M－)过电混S合L处M理系上统。两组正交的栅状电极，用逐行扫描的方法，把 信号加到对应的单元上，又称：矩阵寻址 ●胆甾型（cholesteric）液晶
电寻址通过条状电极来传递信息，电极尺寸的减小有一个限度，所以像素尺寸也有限度。 控制这些单元光学性质的信号称为：写入信号（光信号或电信号）。 ●近晶型（smectic）液晶 控制这些单元光学性质的信号称为：写入信号（光信号或电信号）。
液晶以凝集构造的不同可分成三种： ●向列型（nematic）液晶 ●近晶型（smectic）液晶 ●胆甾醇型（cholesteric）液晶
液晶的基本性质
光波以并行方式传递所载荷的信息。 法拉第效应材料:在外加磁场作用下，光学性质通过极化发生变化 具有二维空间的层状规则性排列，各层间则有一维的顺向排列。 铁电液晶空间光调制器FLC-SLM
控制这些单元光学性质的信号称为：写入信号（光信 号或电信号）。
射入器件并被调制的光波称为：读出光。
经过空间光调制器后的输出光波称为：输出光。
写入信号应含有控制调制器各单元的信息，并把这些 信息分别传送到调制器相应的各单元位置上改变其光 学性质；
当读出光通过调制器时，其光学参量（振幅、强度、 相位或偏振态）就受到空间光调制器各单元的调制， 结果变成了一束具有新的光学参量空间分布的输出光 。
液晶的取向效应
液晶具有光学各向异性，沿分子长轴方向上的 折射率不同于沿短轴方向上的折射率。
如果沿分子长轴方向上的折射率大于沿短轴方 向上的折射率，称为正性液晶，反之称为负性 液晶。
对基片表面处理，可使液晶分子平行于基片且 容易排成同一方向。如：摩擦定向方法。
●向列型（nematic）液晶
液晶分子大致以长轴方向平行配到，因此具有一维
光寻址：模拟的非像素单元构成，光－光转换。 当两个平面上的分子长轴方向相同时，这两个平面之间的距离称为一个pitch(螺距）。 一对相邻的行电极和一对列电极之间的区域构成SLM的最小单元——像素 3、液晶的扭曲效应及薄膜晶体管液晶显示器TFT-LCD 光学信息处理系统处理光波荷载的信息。 光波以并行方式传递所载荷的信息。 空间光调制器含有许多独立单元，它们在空间排列成一维或二维阵列，每个单元都可以独立地接收光信号或电信号的控制，并按此信 号改变自身的光学性质（透过率、反射率、折射率等），从而对通过它的光波进行调制； 光寻址：模拟的非像素单元构成，光－光转换。 介于固态和液态之间的一种物态，它具备液体的流动性，又具备固态晶体的排列性质。 电寻址方式是光－电混合处理系统。 对基片表面处理，可使液晶分子平行于基片且容易排成同一方向。 薄膜晶体管液晶显示器TFT-LCD
光照时，光敏层的电导率发生变化，产生一定的阻抗分布。 电信号是时间串行信号，所以电寻址是串行寻址。 光寻址的SLM一般是反射式。 ●近晶型（smectic）液晶 变为结晶态时，不仅具有分子取向的有序性，而且分子重心具有周期平移性； 光寻址：模拟的非像素单元构成，光－光转换。 铁电液晶空间光调制器FLC-SLM 一对相邻的行电极和一对列电极之间的区域构成SLM的最小单元——像素 变为结晶态时，不仅具有分子取向的有序性，而且分子重心具有周期平移性； 光学信息处理系统处理光波荷载的信息。 原理：根据磁光效应（法拉第效应） 电寻址：单个分离的像素组成，电－光实时接口器件。 偏振光在扭曲介质中的传播 液晶具有光学各向异性，沿分子长轴方向上的折射率不同于沿短轴方向上的折射率。 光波以并行方式传递所载荷的信息。 7、数字微反射镜器件和数字光处理