空间光调制器
3.7-空间光调制器资料
c ,c m,c 2m
时间调制器
电光调制器：电场控制 （克尔效应或泡克耳斯效应）
磁光调制器（磁光效应）
声光调制器：用超声信号驱动
幅度大而速度快的光强时间调制器可 作光开关
幅度大而有规律的光方向时间调制器可作光扫描器
空间调制器：光强、偏振态或相位等随空间各点而变化， 进行调制，可产生光强的某种空间分布。
A(x,y)＝A0T(x,y)
或者是形成随坐标变化的相位分布 A(x,y)＝A0Texp[iθ(x,y)]
y x
或者是形成随坐标变化的不同的散射状态。顾名思义， 这是一种对光波的空间分布进行调制的器件。它的英文名 称是Spatial Light Modulator(SLM)。
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受光信号或电 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；控制这 些单元光学性质的信号称为“写入信号”，写入信号可以 是光信号也可以是电信号，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”。实时的二维并行处理。
3.电光数字式扫描
由电光晶体和双折射晶体组合而成，其结构原理如图5所示。
图中S为KDP晶体，B为方解石双折射晶体（分离棱镜），它能使线偏振
光分成互相平行、振动方垂直的两束光，其间隔 b为分裂度，为分裂角（也
称离散角）。
纵向电光调制器及其工作原理
T
Io Ii
sin 2
2
sin
2
2
V V
上述电光晶体和双折射晶体就构成了一个一级数字扫描器， 入射的线偏振光随电光晶体上加和不加半波电压而分别占据两 个“地址”之一，分别代表“0”和“l”状态 。
空间光调制器原理
空间光调制器原理
空间光调制器是一种利用光的相位、强度或偏振进行光信号调制的设备。
它可以将电信号转换为光信号，并对光信号进行调制，实现光通信、光传感、光计算和光存储等应用。
空间光调制器的原理可以分为两类：光学调制器和光电调制器。
光学调制器是利用物质的光学非线性效应来实现光信号调制的。
通过在光学材料中加入控制电场，可以改变材料的折射率、吸收系数或光学路径长度，从而实现对光信号的调制。
常用的光学调制器包括Mach-Zehnder插入波导调制器和热光调制器等。
光电调制器则是利用光电效应来实现光信号调制的。
光电调制器通常由光探测器和电调制器两部分组成。
光探测器将光信号转化为电信号，而电调制器则利用电信号对光信号进行调制。
常用的光电调制器包括光电晶体管、光电导和光电效应晶体等。
空间光调制器在光通信系统中起着重要的作用。
它可以将电信号转换为光信号，并调制光信号的相位、强度或偏振，实现光信号的编码、解码和传输。
同时，空间光调制器还可以用于光存储和光计算等领域，广泛应用于光学信息处理、光学传感和光纤通信等领域。
总之，空间光调制器是一种重要的光学器件，它通过光学调制或光电调制的方式对光信号进行调制，用于实现光通信、光传感、光计算和光存储等应用。
空间光调制器的应用领域
空间光调制器的应用领域嘿，朋友！想象一下这样一个场景：在一个宽敞明亮的实验室里，一群科学家正围绕着一台看似神秘的设备，神情专注又兴奋。
这台设备，就是我们今天要聊的主角——空间光调制器。
这空间光调制器啊，就像是一个神奇的“光影魔术师”，在各个领域大显身手。
先来说说在显示技术领域吧，你有没有想过，为什么我们在电影院看 3D 电影时，那画面仿佛要从屏幕里冲出来扑到你脸上？这背后可少不了空间光调制器的功劳。
它能够精准地控制光线的传播方向和强度，让图像变得更加逼真、生动。
就好像它给每一束光都下达了准确的指令，让它们在屏幕上排列组合，为我们呈现出一场视觉的盛宴。
再走进医疗领域瞧瞧。
在眼科治疗中，空间光调制器就像是一位精准的“手术助手”。
医生们利用它来控制激光的强度和形状，进行精确的眼部手术。
想象一下，这就像是拿着一把无比精细的“光刀”，小心翼翼地切除病变组织，却不会伤害到周围的健康部分。
是不是觉得特别神奇？在通信领域，空间光调制器也是一把好手。
它能够快速地调整光信号的参数，让信息像插上翅膀一样，在光纤中飞速传输。
这速度，简直比孙悟空的筋斗云还快！难道你不觉得这就像是在信息的高速公路上，空间光调制器是那个掌控交通的“交警”，让一切都井井有条、高效运行？还有在光学测量领域，它就像是一个极其敏锐的“探测器”。
能够精确地测量物体的形状、表面粗糙度等参数。
这对于制造高精度的零件，那可太重要啦！你看，这空间光调制器在这么多领域都发挥着至关重要的作用，它是不是超级厉害？它就像是一把万能钥匙，打开了一扇扇通往科技前沿的大门，为我们的生活带来了无数的便利和惊喜。
所以说，空间光调制器的应用领域广泛且重要，它在不断推动着科技的进步，为我们创造更美好的未来。
空间光调制器
高光学效率
DLP光学系统的光学效率
DMD象素单元的光学效率
对比度 500∶1 2000∶1
反射镜上反射的光束与光轴的夹角为4θL,接近50度，被仪 器四壁专门设计的吸收介质吸收，只有少量散射光进入投影 物镜
响应时间
10µｓ
扭臂梁非常薄(约0.05—0.1µｍ),微型反射镜的重量很轻， 转动惯量极小，因此响应时间非常快
DMD的特点 的特点
高分辨率
ＤＭＤ有640×480 (ＶＧＡ)，800×600(ＳＶＧＡ),1024×768(ＸＧＡ)及1280×1024(ＳＸＧＡ) 等多种解析度规格，特别是适用于高宽比16∶9宽屏幕电视的ＤＭＤ，器件尺寸37×22ｍｍ,像素 尺寸为17×17µｍ，一个ＤＭＤ上的像素数为1920×1080，
帧频 信息流量 单幅信息容量与帧频乘积 存储时间 写入信号撤除后被调制量减小到最大值的a倍时所需时间
液晶显示器
液晶分类 液晶是一种介于各向同性液体和各向异性晶体之间的物质状态。在一定温度 范围内，它既有液体的流动性、粘度、形变等机械性质，又具有晶体的热（ 热效应）、光（光学各向异性）、电（电光效应）、磁（磁光效应）等物理 性质。 按液晶分子的排列方式，分为三种：
基本结构与分类
独立单元：像素 独立单元：
包括： 包括： 写入信号------控制信号； 控制信号； 写入信号 控制信号 读出光---------输入信号； 输入信号； 读出光 输入信号 输出光---------输出信号 输出信号; 输出光 输出信号
分类：透射式光寻址；反射式光寻址；透射式电寻址； 分类：透射式光寻址；反射式光寻址；透射式电寻址；反射式电寻址 寻址概念； 寻址概念；光寻址与电寻址特点
数字微反镜DMD 数字微反镜DMD—Digital Micromirror Device DMD
空间光调制器 入射光 非平行光
空间光调制器入射光非平行光空间光调制器是一种能够控制光的相位、振幅或极化状态的器件。
它通常由一个光学晶体或半导体材料制成，利用外加电压来改变光传播中的折射率，从而实现光的调制。
空间光调制器常用于光通信、光信息处理和光计算等领域。
它具有调制速度快、带宽高、噪声低等优点，因此在光纤通信系统中被广泛应用。
当入射光为非平行光时，即光束的入射角度不等于0度时，空间光调制器仍然可以正常工作。
然而，非平行光的入射会引入一些额外的问题和挑战。
首先，非平行光的入射会导致光束在空间光调制器中出现偏移。
这是由于光在空间光调制器内部传播时，会受到晶体的非线性折射率变化的影响，导致光线发生弯曲。
这种偏移现象对于一些需要高精度定位的应用来说是一个重要的问题，需要通过调整器件结构或采用补偿措施来解决。
其次，非平行光的入射会引入光束的散斑效应。
散斑是光束经过不规则结构或介质时产生的干涉现象，会导致光的相位和振幅分布不均匀。
在光调制过程中，散斑效应会降低调制的效果，并增加系统的噪声。
因此，需要对非平行光的散斑效应进行精确的建模和校正。
除了上述问题之外，非平行光的入射还会导致光在空间光调制器中的传播路径变长，从而增加光的传播损耗。
这是由于非平行光的入射角度增加，光束在晶体中的传播距离也相应增加。
为了降低传播损耗，可以选择合适的晶体材料，优化器件结构，或者采用增益介质来增强光传播的强度。
总之，非平行光的入射对空间光调制器的性能和表现会产生一定的影响。
为了解决这些问题，需要采取适当的措施和方法，包括优化设备结构、改善材料性能、设计合理的校正算法等。
通过克服这些挑战，空间光调制器可以更好地应用于实际的光学系统中，为光通信和光信息处理领域的发展提供支持。
液晶空间光调制器
2 SLM的分类
电写入的 SLM ESLM 光写入的 SLM OSLM
写入方式
调制方式
相位调制 强度调制
3 SLM的结构特点： 它是由许多基本的独立单元组成的一维线阵或二维阵列。 ①有物理边界 ②无物理边界 ③小单元可以独立改变自身光学特性
4 SLM的“三光”
写入光/信号：控制像素的光信号或者电信号。
cos2 sin2 2 2 n2 ne nm 1
则各向异性表示为：
n ne - no
施加电压后，相位差 是外加电压的函数，可以表示为
2 d 2d V, n V ， a z n dz nV o 0
液晶光阀具有多层膜 结构，它由光导层和 光阻层组成的光敏层 和扭曲向列型液晶和 介质反射镜的反射式 光调制层组成，所有 膜层都加在两透明电 极之间。反射镜在这 里的作用是：将写入 光和读出光分开，这 样就可以同时进行写 入和读出。两定向层 之间的向列型液晶分 子呈45度扭曲。
液晶光阀是利用无电压时候向列型液 晶扭曲效应和外加电压大于阈值时候 的双折射效应来工作的。当无写入光 照射时光导层呈高阻状态电压主要降 落在光导层上。液晶上电压很小，不 足以引起双折射效应，液晶显示扭曲 效应。线偏振读出光两次经过液晶两 次，偏振态没有改变。通过正交检偏 器，呈现暗场。线偏振光经当有写入 光照射时候光导层呈低阻状态。液晶 上压降曾大，出现双折射效应。此时 偏振读出光被液晶调制为椭圆偏振光。 通过正交检偏器时候呈现亮场。
液晶光阀
液晶光阀是一种比较成熟的SLM，在实时光学信息处理系统中可作为实时 图像输入,转换，显示和记录的器件。是一种比较成熟的空间光调制器。具 有广泛的应用前景。
优点：结构简单，工作电压小，造价低，性能好等。 1 液晶光阀的结构和工作原理：
空间光调制器
第6章空间光调制器6.1概述人们已经认识到，光波作为信息载体具有特别显著的优点。
其一，是光波的频率高达1014Hz以上，比现有的信息载波，如无线电波、微波的频率要高出几个数量级。
因此，它有极大的带宽，或者说具有极大的信息容量。
光纤通信正是以此为基础，得到迅猛发展的。
其二，是光波的并行性。
光波是独立传播的，两束甚至于多束光在空间传播时相遇，可以互不干扰。
这为光信息的多路并行传输和处理提供了可能性。
原有的、以串行输入/输出为基础的各种光调制器已经不能满足光互连、光信息处理的大容量和并行性的要求，能实时的或快速的二维输入、输出的传感器，以及具有运算功能的二维器件便应运而生。
这些器件即为空间光调制器。
它们已经成为光互连、光信息处理、光计算、光学神经网络等技术中最基本的功能器件之一。
本章将介绍几种主要的空间光调制器的原理、结构和特性。
6.1.1空间光调制器的基本结构与分类[6-1~6-4]空间光调制器是由英语的Spatial light Modulator直译过来的，常缩写成SLM。
顾名思义，它是一种能对光波的空间分布进行调制的器件。
空间光调制器能对光波的某种或某些特性(例如相位、振幅或强度、频率、偏振态等)的一维或二维分布进行空间和时间的变换或调制。
换句话说，其输出光信号是随控制（电的或光的）信号变化的空间和时间的函数。
空间光调制器结构的基本特点在于,它是由许多基本的独立单元组成的一维线阵或二维阵列，这些独立单元可以是物理上分割的小单元，也可以是无物理边界的、连续的整体，只是由于器件材料的分辨率和输入图像或信号的空间分辨率有限，而形成的一个一个小单元。
这些小单元可以独立地接收光学或电学的输入信号，并利用各种物理效应改变自身的光学特性（相位、振幅、强度、频率或偏振态等），从而实现对输入光波的空间调制或变换。
习惯上，把这些小独立单元称为空间光调制器的“像素”，把控制像素的光电信号称为“写入光”，或“写入（电）信号”，把照明整个器件并被调制的输入光波称为“读出光”，经过空间光调制器后出射的光波称为“输出光”。
空间光调制器
第6章空间光调制器6.1概述人们已经认识到，光波作为信息载体具有特别显著的优点。
其一，是光波的频率高达1014Hz以上，比现有的信息载波，如无线电波、微波的频率要高出几个数量级。
因此，它有极大的带宽，或者说具有极大的信息容量。
光纤通信正是以此为基础，得到迅猛发展的。
其二，是光波的并行性。
光波是独立传播的，两束甚至于多束光在空间传播时相遇，可以互不干扰。
这为光信息的多路并行传输和处理提供了可能性。
原有的、以串行输入/输出为基础的各种光调制器已经不能满足光互连、光信息处理的大容量和并行性的要求，能实时的或快速的二维输入、输出的传感器，以及具有运算功能的二维器件便应运而生。
这些器件即为空间光调制器。
它们已经成为光互连、光信息处理、光计算、光学神经网络等技术中最基本的功能器件之一。
本章将介绍几种主要的空间光调制器的原理、结构和特性。
6.1.1空间光调制器的基本结构与分类[6-1~6-4]空间光调制器是由英语的Spatial light Modulator直译过来的，常缩写成SLM。
顾名思义，它是一种能对光波的空间分布进行调制的器件。
空间光调制器能对光波的某种或某些特性(例如相位、振幅或强度、频率、偏振态等)的一维或二维分布进行空间和时间的变换或调制。
换句话说，其输出光信号是随控制（电的或光的）信号变化的空间和时间的函数。
空间光调制器结构的基本特点在于,它是由许多基本的独立单元组成的一维线阵或二维阵列，这些独立单元可以是物理上分割的小单元，也可以是无物理边界的、连续的整体，只是由于器件材料的分辨率和输入图像或信号的空间分辨率有限，而形成的一个一个小单元。
这些小单元可以独立地接收光学或电学的输入信号，并利用各种物理效应改变自身的光学特性（相位、振幅、强度、频率或偏振态等），从而实现对输入光波的空间调制或变换。
习惯上，把这些小独立单元称为空间光调制器的“像素”，把控制像素的光电信号称为“写入光”，或“写入（电）信号”，把照明整个器件并被调制的输入光波称为“读出光”，经过空间光调制器后出射的光波称为“输出光”。
空间光调制器
现各向异性的特性 。
2、 液晶双折射现象
液晶的取向效应
当外加电场 E 足够小（小于其响应阈值）时， 则分子取向不受电场 影响； 当外加电场足够大（超过其阈值）时，分 子取向发生变化。 可以利用液晶这一特性来进行光调制
液晶的双折射
电控双折射效应
在外加电场作用下，液晶分子取向变化， 而使液晶对某一方向入射的光产生双折射。
液晶光阀是利用无电压时候向列型液晶扭曲 效应和外加电压大于阈值时候的双折射效应 来工作的。当无写入光照射时光导层呈高阻 状态电压主要降落在光导层上。液晶上电压 很小，不足以引起双折射效应，液晶显示扭 曲效应。线偏振读出光两次经过液晶，偏振 态没有改变。通过正交检偏器，呈现暗场。 线偏振光经当有写入光照射时候光导层呈低 阻状态。液晶上压降增大，出现双折射效应。 此时偏振读出光被液晶调制为椭圆偏振光。 通过正交检偏器时候呈现亮场。
输入控制信号方式
光寻址 电寻址
按读出方式
反射式 投射式
相ห้องสมุดไป่ตู้调制 强度调制
调制方式
国内首个光控SLM演示
两种写入方式
①电写入的 SLM：代表待输入系统的信息的电信号直接驱动一个器件（空间光
调制器），方式是控制其吸收或相移的空间分布。 光写入的 SLM ：信息一开始是光学图像的形式，而不是以电子形式输入到 SLM，在这种情况下，SLM 的功能是将非相干光图像转化成相干光图像，接着 用相干光学系统做下一步处理。
写入光/信号：控制像素的光信号或者电信号。
读出光：照明整个器件并被调制的输入光。 输出光：被像素单元调制后的出射光
应用
目前已有多种空间光调制器实用化，主要 有下面几种：
空间光调制器的基本功能
1、变换器功能电光转换、串行并行转换、相干非相干转换、对比度反转。 2、放大功能 弱光写入，强光读出。可获得增强的相干光图象。
空间光调制器使用方法
空间光调制器使用方法嘿，朋友们！今天咱来聊聊空间光调制器的使用方法，这玩意儿可神奇了呢！你想想看，空间光调制器就像是一个光的魔法师，能让光按照我们的想法去变化。
它可以把普通的光变得千奇百怪，就像孙悟空七十二变一样！那怎么用这个神奇的“光魔法师”呢？首先啊，你得把它安好，就像给它找个安稳的家。
然后呢，给它通上电，让它“醒过来”。
这时候，你就可以开始摆弄它啦！比如说，你可以通过各种设置，让它把光变成你想要的形状。
哎呀，就像你在纸上画画一样，只不过这是用光来画！你可以让它变出个爱心形状的光，多浪漫呀！或者变出个星星形状的光，一闪一闪亮晶晶。
再说说它的调节功能吧。
你可以像调音量一样调节光的强度，想亮就亮，想暗就暗，多有意思！而且它还能改变光的颜色呢，红橙黄绿青蓝紫，随你挑，这不比彩虹还好玩嘛！还有啊，你知道吗，它还能和其他设备配合起来用呢！就像好伙伴一起合作一样。
比如说和投影仪搭配，那就能在大屏幕上变出各种奇妙的光影效果，哇塞，那场面，绝对震撼！你说这空间光调制器是不是特别厉害？咱要是能熟练掌握它的用法，那可就像掌握了一门神奇的技艺。
到时候，你在朋友面前露一手，他们肯定会瞪大眼睛，哇，你怎么这么厉害！用空间光调制器的时候，可别马虎哦！要像对待宝贝一样细心。
毕竟它能给我们带来那么多的乐趣和惊喜。
你想想，要是因为你的不小心，让它“不高兴”了，那多可惜呀！总之呢，空间光调制器就是一个充满魔力的东西，只要你用心去探索，去尝试，它一定会给你带来意想不到的收获和快乐。
别犹豫啦，赶紧去和这个“光魔法师”来一场奇妙的邂逅吧！怎么样，是不是迫不及待啦？哈哈！原创不易，请尊重原创，谢谢!。
空间光调制器
制作：Alan
概念
基本功能：
空间光调制器的基本功能,就是提供实时或 准实时的一维或二维光学传感器件和运算器 件。在光信息处理系统中,它是系统和外界信 息交换的接口。它可以作为系统的输入器件, 也可在系统中用作变换或运算器件。作为输 入器件时,其功能主要是将待处理的原始信息 处理成系统所要求的输入形式。此时,空间光 调制器作为输入传感器,可以实现电-光转换、 串行-并行转换、非相干光-相干光转换、波长
制作： Alan
其它配件 制作：Alan
高精度纯相位LCOS显示面板
RS232数据线
DVI数据线
软件部分 制作：Alan
HOLOEYES 的调制器可以直接通过 显卡的DVI 接口连接到计算机上。空间 光调制器能如此方便使 用离不开在 windows 平台上的灵活高效的帧速率图 形卡。该空间光调制器由HOLOEYE 软 件驱动， 该软件可工作在所有版本的 windows 操作平台上。该软件能方便的 控制所有相关的图像参数， 另外，精心 设计的空间光调制器软件能实现多种光 学函数，像，光栅、透镜、轴锥体和光 圈， 并且能够根据用户设定的图像设计 衍射光学器件（DOE）。完整的套件包 括调制器、视频分配器 和图像处理的所 有相关器件。由于它小的尺寸，可以容 易的被集成到光学系统中。为保证器件 的光学质量（如：相位调制）， HOLOEYE 对每个器件都进行了测量。
That's all
谢谢倾听
制作：Alan
用。需要加载到调制器上的光学传递函数或图像信
息可直 接由光学设计软件生成，并直接可以通过 计算机加载。 空间光调制器英文名称是Spatial Light Modulator,在文献上常缩写成SLM。顾名思
义,它是一种对光波的空间分布进行调制的器件,一般地说,空间光调制器是指在信号源
dmd空间光调制器原理
dmd空间光调制器原理DMD空间光调制器（Digital Micromirror Device）是一种基于微小反射镜数组的光学装置，用于对空间光进行调制和控制。
在DMD空间光调制器中，每个微小反射镜可以独立地倾斜，从而改变光的反射方向，从而实现对光的调制。
DMD空间光调制器的工作原理是基于每个微小反射镜的运动。
每个微小反射镜都可以倾斜到两种不同的角度，一种是“开”状态，另一种是“关”状态。
当反射镜处于“开”状态时，它会将光反射到特定的方向上，从而将光引导到目标位置。
而当反射镜处于“关”状态时，它将光反射到其他地方，从而使光不会到达目标位置。
DMD空间光调制器的核心是控制反射镜的倾斜状态。
为了实现这一点，每个反射镜都与一个独立的偏转电极相连。
当施加一个特定的电压信号到该偏转电极上时，反射镜会倾斜到“开”状态。
相反，当消除该电压信号时，反射镜会回到“关”状态。
通过控制不同的电压信号施加到不同的反射镜上，可以实现对整个微镜阵列的高精度控制。
在DMD空间光调制器中，可以使用计算机或其他控制电路来控制每个反射镜的状态。
计算机可以根据需要生成特定的图像或模式，并将这些图像或模式转化为相应的电压信号。
电压信号然后被送到对应的反射镜上，从而实现对光的精确调制。
DMD空间光调制器在光通信、光存储、光投影和光显示等领域有广泛的应用。
例如，在光通信中，DMD空间光调制器可以用来调制光信号，从而实现光的编码和解码。
在光显示中，DMD空间光调制器可以用来控制像素的亮度和颜色，从而实现高分辨率的图像显示。
除了上述应用外，DMD空间光调制器还可以用于光学计算和光学图案生成。
通过控制反射镜的状态，可以在空间中精确地操纵光的幅度、相位和极化状态，从而实现复杂的光学操作。
这些操作包括光学透镜、光波前调制和光学变换等。
总结来说，DMD空间光调制器通过控制微小的反射镜来调制光信号。
它的工作原理基于对反射镜状态的控制，通过施加电压信号来实现反射镜的运动。
空间光调制器 反射式 相位
空间光调制器反射式相位空间光调制器反射式相位空间光调制器（Spatial Light Modulator，SLM）是一种能够对光波进行调制的光学器件。
常见的SLM有液晶、光电、MEMS等类型。
其中，反射式SLM由于具有高反射率、高分辨率、高灵敏度等特点，被广泛应用于光学领域。
本文将重点介绍反射式SLM中的相位调制。
反射式SLM中的相位调制是指通过改变SLM上的像素点的相位来实现光波的干涉和衍射。
相位调制的原理是利用SLM上的电场来改变光波的相位，从而达到对光波的调制目的。
具体来说，当电场施加到SLM上时，SLM中的像素点会发生相位变化，从而改变通过SLM 的光波的相位，进而改变光波的传播方向和强度分布。
反射式SLM中的相位调制可以应用于多种光学领域，如光学成像、光学通信、光学计算等。
其中，光学成像是应用最广泛的领域之一。
通过对SLM上不同像素点的相位进行调制，可以实现光学成像中的像移、像缩、畸变校正等功能。
例如，利用SLM相位调制技术可以实现全息照相，即通过记录物体的干涉图像来实现三维成像。
除了光学成像外，反射式SLM中的相位调制还可以应用于光学通信。
在光学通信中，相位调制可以实现光信号的调制和解调。
光信号的调制通常采用强度调制或相位调制。
相比于强度调制，相位调制具有更高的频率响应和更高的灵敏度。
此外，相位调制还可以用于实现光子处理器和量子通信等领域。
在反射式SLM中，相位调制的实现通常需要配合控制系统来实现。
控制系统可以通过计算机、DSP芯片等设备来控制SLM上各像素点的电场，从而实现相位调制。
控制系统需要具备高速、高精度和稳定性等特点，以满足不同领域对相位调制的需求。
总的来说，反射式SLM中的相位调制是一种非常重要的光学技术，具有广泛的应用前景。
随着科技的不断进步，相信反射式SLM中的相位调制将会在更多的光学领域得到应用，为光学技术的发展带来新的机遇和挑战。
近代光信息处理第7章空间光调制器
第6节 电寻址的SLM的缺点：
第7节 (1)电寻址是串行寻址，处理速度下降，失
去了光学信息并行处理的重要特色．
(2)电寻址是通过条状电极来传递信息的， 电极尺寸的减小有一个限度，所以像素尺
寸也有限度，影响了SLM的分辨率．
第7章
8
目 录 2021/4/9
第1节 例如：
第2节 磁光空间光调制器(MOSLM)：256×256，
应用——大屏幕投影电视
7．5 液晶光阀
7．6 线性电光效应和PROM器件
7．7 数字微反射镜器件(DMD)和数字化投影
第7章
2
目 录 2021/4/9 第1节
7. 1 概 论
第2节 7.1.1 空间光调制器的意义及分类
第3节 空间光调制器(SLM)
第4节
在信源信号的控制下，能对光波的某个参量
第5节 进行调制，例如通过吸收调制振幅、通过折射率
0.1
16
目 录 2021/4/9
第1节 7.2 磁光空间光调制器(MOSLM)
第2节
MOSLM是根据法拉第磁光效应设计的.
第3节
第4节 第5节 第6节
第7节
图7.1 MOSLM像素结构示意图
第7章 在图中还有局部减小矫顽力的离子注入区． 17
目 录 2021/4/9
第1节 第2节
图7.2 MOSLM
第3节 液晶空间光调制器(LCD):
第4节 第5节
640×480像素与电视信号VGA模式相匹配，
第6节 800×600像素与电视信号SVGA模式相匹配
第7节 1024×768像素与电视信号XGA模式相匹配
更高分辨率的器件也在研制中，以满足高清
晰度电视(HDTV)的要求．
空间光调制器
空间光调制器一．引言人们已经认识到，光波作为信息的载体具有特别明显的优点。
这是因为：（1）光波的频率高达1014Hz以上，比现有的信息载波（无线电波，微波）的频率要高出几个数量级，因此它有极大的带宽。
（2）光波有并行性，这是因为光是独立传播的。
原有的以串行输入/输出为基础的各种光调制器已经不能满足光互连，光学信息大容量和并行性的要求，能实时的或者快速的二维输入或者输出的传感器以及具有运算功能的二维期间便应运而生，这就是空间光调制器。
二．概述1．空间光调制器的基本结构和分类空间光调制器的基本结构特点在于，它由可以独立接收光学或者电学输入信号，并利用各种物理效应改变自身光学特性，从而实现对输入光波或变换的小单元（像素）组成。
而我们把控制像素的光电信号称为：“写入光”，把照明整个器件并被调制的输入光波称为：“读出光”，经过空间调制器后出射的光波叫做“输出光”。
写入光或者写入电信号含有控制调制器各个像素的信息。
而这些信息分别传送到相应像素上去的过程叫做“寻址”。
目前国际上报道的已经投入实际运用的光电调制器不下40余种，但对这些空间光调制器还没一个统一的分类的办法。
目前比较常见的分类方法有：（1）按寻址方式和读出方式分（2）按用于调制的物理效应分（电光效应，磁光效应，声光效应等等）。
2．功能一般来说，空间光调制器的主要功能有以下两大类：（1）输入器件—将待处理的信息转换成光学处理系统所要求的输入形式。
A．光--电转换和串行--并行转换B．非相干光—相干光的转换C．波长转换（2）处理运算功能器件A．放大器----增加光波的光强。
B．乘法器和算术运算功能----所谓的乘法器就是指输出光在空间光调制器的表面上的光强分布等于读出光信号和写入光信号的乘积。
如果同时输入两个相干光图象，空间光调制器还可以实现图象的相加或者相减。
C．对比度反转----在减法运算或者逻辑非运算中，需要将二维图象的对比度反转，就是把写入光的亮区在输出光中变成暗区，反之，写入光中的暗区在输出光中变为亮区。
空间光调制器原理
空间光调制器原理
空间光调制器是一种能够对光束进行快速调制的光电器件，它利用了光学的非线性效应来控制和调节光的特性。
其原理基于光的电光效应、弹性散射效应或者Kerr效应。
光的电光效应是指在某些材料中，当施加电场时，会发生折射率的变化。
这样，通过调整施加在材料上的电场，就可以改变材料的折射率，从而影响光的传播特性。
空间光调制器利用这一原理，通过在光路上引入一个电光晶体，利用外加电场来控制晶体的折射率，从而调制光的相位、强度或者振幅。
另一种原理是利用弹性散射效应，通过利用在材料中产生的声波的散射现象来调制光的传播特性。
当声波通过光学材料时，由于声波的作用会导致材料的折射率发生变化，从而影响光的传播。
通过控制声波的发射和控制，可以控制光的散射和传播，从而实现光的调制。
Kerr效应是指在某些非线性光学材料中，当光的强度变化时，导致材料的折射率发生变化。
利用Kerr效应，可以通过调节
光的强度来控制光的相位和压强分布。
空间光调制器利用了这一原理，通过控制光的强度来改变材料的折射率，从而实现对光的调制。
总的来说，空间光调制器利用光的电光效应、弹性散射效应或者Kerr效应等原理，通过施加电场、声波或者控制光的强度
来调节光的传播特性，实现对光的快速调制，从而广泛应用于光通信、光信息处理等领域。
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M ( I max I min ) /( I max I min )
C=SBP*log2N bit
响应速度
指写入信号作用到器件直至输出光产生所需时间 帧频 信息流量 单幅信息容量与帧频乘积 存储时间 写入信号撤除后被调制量减小到最大值的a倍时所需时间
液晶显示器
液晶分类 液晶是一种介于各向同性液体和各向异性晶体之间的物质状态。在一定温度 范围内，它既有液体的流动性、粘度、形变等机械性质，又具有晶体的热（ 热效应）、光（光学各向异性）、电（电光效应）、磁（磁光效应）等物理 性质。 按液晶分子的排列方式，分为三种：
磁光空间光调制器
表面形变空间光调制器
分类：透射式光寻址；反射式光寻址；透射式电寻址；反射式电寻址
寻址概念；光寻址与电寻址特点
写入（电）光
读出光 读出光 输出光 写入（电）光
输出光
透射式
反射式
空间光调制器的功能
输入器件
电-光转换
波长转换 处理与运算器件 放大器
串行-并行转换
非相干光-相干光转换
乘法器
对比度反转
模拟数字转换
基本性能参数
基本结构
1024×768 DMD
一对偏转＋12o和－12o的DMD单元
DMD单元结构图
DMD单元部件分解图
工作原理
DMD工作原理图
4位二元脉冲宽度调制（PWM）序列图样
信号的每一位代表一个时间段对应入射光的开或关（0或1）这些时独立 的间段对应一定的值：20、21、22、23，或1、2、4、8。最短的时间 段称为最低有效位LSB，LSB占一个帧时的1/（2N-1），N为数据位数。 最长的时间段称为最高有效位（MSB ）。因此、一个帧时（例如1/50秒 ）被分为4个独立的时间段，时间片的长短与该位的二进制的加权值呈比 例，LSB分配到1/15个帧时，LSB+1分配到2/15个帧时，LSB+2分配到
Information Optics
信息光学
第六章 空间光调制器
定义
SLM：Spatial Light Modulator
能对光波的某种特性进行空间和时间的变换或调制。即其输 出光信号是随控制信号变化的空间和时间的函数
基本结构与分类
独立单元：像素
包括： 写入信号------控制信号； 读出光---------输入信号； 输出光---------输出信号;
数字微反镜DMD—Digital Micromirror Device
DL P 是基于微机电系统(MEMS) 的器件,被称为数字微镜器件(DMD - Digital micromirror device) ,DMD由美国德克萨斯仪器公司在1987 年发明。DL P 投 影显示技术的核心是数字微镜器件,它是一种基于半导体制造技术,由高速数字 式光反射开关阵列组成的器件,采用二进制脉宽调制技术能精确地控制光的灰 度等级,加上图像处理、存储器、光源和光学系统便组成DL P 系统,能投射大 屏幕、高亮度、无缝的、高对比度彩色图像。
时间段中DMD处于“关”状态。
DMD的特点
高分辨率
ＤＭＤ有640×480 (ＶＧＡ)，800×600(ＳＶＧＡ),1024×768(ＸＧＡ)及1280×1024(ＳＸＧＡ) 等多种解析度规格，特别是适用于高宽比16∶9宽屏幕电视的ＤＭＤ，器件尺寸37×22ｍｍ,像素 尺寸为17×17μｍ，一个ＤＭＤ上的像素数为1920×1080，
透明电极 液晶
偏振片
吸 收
入射光
吸 收
（可见光）波长
（可见光）波长
（a）未加电压 （b）电压超过阈值
电寻址液晶空间光调制器的基本原理 电寻址的空间光调制器多采用矩阵寻址的方案。通常在一块玻璃板上，形 成互相绝缘的行电极和列电极，在它们的交点上用大规模集成电路技术制 作薄膜晶体管TFT。ＴＦＴ的栅极、源极和漏极分别连接行电极、列电极 和显示像素。在另一块玻璃板的表面，所有像素共用一个电极，两块玻璃 板之间充以扭曲型或超扭曲型液晶。下图为ＴＦＴ-ＬＣＤ的等效电路。 当某一像素的行、列电极同时加上电信号时，ＴＦＴ型场效应管接通，该 像素透光。顺序选通各行电极，并同步地选通列电极，就可以控制各像素 的明暗，电压的大小可控制灰阶。
近晶相液晶
向列相液晶
胆甾相液晶
液晶的光学特性 液晶的双折射性
Δn ne no =0.10.3
方解石 Δn 0.172
石英
Δn 0.008
液晶的扭曲效应
（a）未加电压
（b）电压超过阈值
液晶的宾主效应
玻璃
染料
向列相液晶中掺入少 量二向色性的染料,染 料分子会随同液晶分 子定向排列.
输入-输出特性曲线
输出光
理想输出 模拟输出
写入信号 灵敏度 阈值灵敏度；指定值灵敏度；特性曲线灵敏度；
对比度（反差）
定义
I max / I min
动态范围
DR 10log10
灰阶数
dB
D log10 T
调制传递函数 定义
MTF M o / M w
调制度 分辨率 能分辨的最大空间频率；单位：lp/mm 空间-带宽积（SBP） 像数数目 单幅信息容量
4/15个帧时பைடு நூலகம்LSB+3分配到8/15个帧时。
DMD的二元脉冲宽度调制（以4位为例）
二进制的“1”将驱动DMD微镜偏转到“开”的位置，而“0”将使 DMD微镜偏转到“关”的位置。例如，数字10 在4位二进制 表示为1010，在此种情况下，在LSB＋1时间段和LSB＋3 时间段中，DMD处于“开 ”的状态，在LSB时间段和LSB＋2
高光学效率
DLP光学系统的光学效率
DMD象素单元的光学效率
对比度 500∶1 2000∶1
反射镜上反射的光束与光轴的夹角为4θL,接近50度，被仪 器四壁专门设计的吸收介质吸收，只有少量散射光进入投影 物镜
响应时间
10μｓ
扭臂梁非常薄(约0.05—0.1μｍ),微型反射镜的重量很轻， 转动惯量极小，因此响应时间非常快