《液晶空间光调制器》PPT课件
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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 。
空间光调制器教材
DVI端口
DVI-I双通道 数字/模拟 可转换VGA DVI-I单通道 数字/模拟 可转换VGA DVI-D双通道 数字 不可转换VGA DVI-D单通道 数字 不可转换VGA
HDMI接口 制作：Alan
HDMI是基于DVI（Digital Visual Interface）制定的，是High Definition Multimedia Interface（高分数字多媒体接 口）的简称，可以看作是DVI的强化与延伸， 两者可以兼容。HDMI在保证高品质的情况 下能够以数码形式传输未经压缩的高分辨率 视频和多声道音频数据。HDMI可以支持所 有的ATSC HDTV标准，不仅能够满足目前 最高画质1080p的分辨率，还可以支持 DVDAudio等最先进的数字音频格式，支持 八声道96kHz或立体声192kHz数码音频传 递，而且只用一条HDMI线连接，可以用于 免除数码音频接线。与此同时HDMI标准所 具备的额外扩展空间，它允许应用在日后升 级的音频或视频的格式中。与DVI相比 HDMI接口的体积更小而且支持同时传输音 频及视频信号。
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。
空间光调制器 PPT
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。
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。
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
空间光调制器
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。
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。
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：
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。
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。
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
空间光调制器
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。
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。
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：
直接调制和空间光调制27页PPT
直接调制和空间光调制
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律的保护 。—— 威·厄尔
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律的保护 。—— 威·厄尔
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁
液晶空间光调制器原理
液晶空间光调制器（Liquid Crystal Spatial Light Modulator，LC-SLM）是一种利用液晶材料来调制光波相位或强度的光学器件。
它在光学和光电子应用中广泛使用，包括光通信、光信息处理、全息术、激光技术等领域。
液晶空间光调制器的工作原理如下：
液晶是一种具有液态和晶体态之间性质的物质，它的分子具有长程有序性和定向性。
液晶空间光调制器通常由一块透明的基底、液晶材料和电极组成。
1. 光束入射：光束从液晶空间光调制器的一侧进入，照射到液晶层上。
2. 液晶分子排列：液晶层中的分子排列受到电场的影响。
当没有电场施加时，液晶分子通常处于无序状态。
但是，当电场施加在液晶层上时，液晶分子会发生定向排列。
3. 电场调制：通过在液晶层上施加电场，可以改变液晶分子的排列方式。
电场可以通过透明的电极在液晶层上施加，从而调制光波通过液晶层时的相位或强度。
4. 光波调制：液晶层中的分子排列改变会引起光波的相位或强度的调制。
液晶分子的定向和排列会改变光波通过液晶层时的折射率，从而改变光波的相位。
通过调节电场的大小和分布，可以控制液晶分子的定向和排列，从而实现对光波的相位或强度的调制。
液晶空间光调制器可以通过调节电场的强弱和空间分布，实现对光波的高精度调制。
它可以用于光学干涉、光学相位调制、光学图像处理等应用中。
第七章 空间光调制器PPT课件
2020/2/29
1
2020/2/29
光学信息处理
第七章 空间光调制器
7．1 概论 7．2 磁光空间光调制器(MOSLM) 7．3 液晶的扭曲效应及薄膜晶体管驱动液晶
显示器(TFT—LCD) 7．4 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 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
寻址(adressing)：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。 (1)电寻址空间光调制器（EA-SLM ）．
采用电寻址的方法来控制SLM的复数透过率． 常用的电寻址的方式是通过SLM上两组正交的栅 状电极，用逐行扫描的方法，把信号加到对应的 单元上去．电寻址又称为矩阵寻址．
⊙
影响；B单元的磁场与剩 外磁场
⊙
磁方向一致，也不会改变剩磁状态；只有D单元 的外场与剩磁方向相反，若写入信号产生的磁场
足够大，超过矫顽力，则D单元内剩磁的方向反
转，即D单元被寻址。而远离L1，L2交点的单元 则因磁场强度太小而不起作用．
20
2020/2/29
光学信息处理
图7.4 MOSLM 的工作示意图
40
Hughes，LCLV, Si 向列相液晶
43
Hamamatsu
LiNbO3
16
Micro-channel
PROM
BSO
5.8
10
28
300
60
35
30 ～40 100
12
4 ～16
20
10
50 ～100 100
0.1
16
2020/2/29
液晶空间光调制器教材
输入器件 电-光转换和串行-并行转换 非相干光-相干光转换 波长转换
② 处理和运算功能器件 放大器 乘法器与算数运算功能
三、液晶材料简介
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。 液晶以凝集构造的不同可分成三种：
由于液晶分子具有液体的流动性，亦即是说其没有固定的排列, 可以自由移动，且液晶分子具有介电各向异性和电导各向异性 的电学特性，故而在外电场的作用下,液晶分子的排列状态也将 随之发生变化。又因为液晶分子的光学特性也是各向异性的,从 而使得整个液晶盒的光学效应随之改变,这就是液晶盒电场影响 其光学特性的原理。另外由于液晶分子的双折射特性,使得液晶 盒显现出光散射、光干涉和旋光等特殊的光学性质 液晶的电光效应主要包括：电控双折射效应、扭曲效应、宾主 效应、动态散射效应、热光学效应等。
二、空间光调制器原理
空间光调制器(Spatial Light Modulator---SLM)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 制器由许多独立单元组成，它们在空间上排列成一维或二维 阵列，每个单元都可以独立地接受光学信号或电学信号的控 制，并按此信 号改变自身的光学性质，从而对照明在其上的 光波进行调制。
1971年美国休斯公司J.D.Margerum等人提出了第一 个光导型透射式液晶光调制器,这种器件工作在动态 散射模式,用ZnS作为光导层,直流驱动比较容易引起 液晶与电极间的电化学反应从而降低器件的寿命
1972年,T.D.Bemd等人研制成CdS作光导层,交流电 压驱动的反射读出型液晶光阀,为实用化器件的发展 奠定了基础 1975年,J.Grinbery等人报道了用CdS作光导层,CdTe 作光隔离层的交流反射式液晶光阀,是液晶工作在混 合场效应(向列相液晶的扭曲效应和双折射效应)模式
② 处理和运算功能器件 放大器 乘法器与算数运算功能
三、液晶材料简介
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。 液晶以凝集构造的不同可分成三种：
由于液晶分子具有液体的流动性，亦即是说其没有固定的排列, 可以自由移动，且液晶分子具有介电各向异性和电导各向异性 的电学特性，故而在外电场的作用下,液晶分子的排列状态也将 随之发生变化。又因为液晶分子的光学特性也是各向异性的,从 而使得整个液晶盒的光学效应随之改变,这就是液晶盒电场影响 其光学特性的原理。另外由于液晶分子的双折射特性,使得液晶 盒显现出光散射、光干涉和旋光等特殊的光学性质 液晶的电光效应主要包括：电控双折射效应、扭曲效应、宾主 效应、动态散射效应、热光学效应等。
二、空间光调制器原理
空间光调制器(Spatial Light Modulator---SLM)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 制器由许多独立单元组成，它们在空间上排列成一维或二维 阵列，每个单元都可以独立地接受光学信号或电学信号的控 制，并按此信 号改变自身的光学性质，从而对照明在其上的 光波进行调制。
1971年美国休斯公司J.D.Margerum等人提出了第一 个光导型透射式液晶光调制器,这种器件工作在动态 散射模式,用ZnS作为光导层,直流驱动比较容易引起 液晶与电极间的电化学反应从而降低器件的寿命
1972年,T.D.Bemd等人研制成CdS作光导层,交流电 压驱动的反射读出型液晶光阀,为实用化器件的发展 奠定了基础 1975年,J.Grinbery等人报道了用CdS作光导层,CdTe 作光隔离层的交流反射式液晶光阀,是液晶工作在混 合场效应(向列相液晶的扭曲效应和双折射效应)模式
液晶光子学第2章液晶光场调控技术ppt课件
04
2.2 基于倾角控制的液晶调光技术
2．实例
液晶叉形光栅
1）涡旋光Ψ1 = exp(imθ)与平面波Ψ2 = exp(ikx)干涉：
H 1 1 2 exp(im ) exp(ikx) 2 2[1 cos(kx - m )]
上式计算全息图像叉子的结构，故称为叉形光栅。 2）可产生一系列的涡旋光束衍射级次，在不同的衍射级 次n上可得到拓扑荷为nm的涡旋光束。 3）右图为刻蚀的m = 2的叉形光栅电极结构及得到的涡旋 光束衍射光斑。
(2.1)
其中k = 2π/λ为波矢。柱坐标系，傍轴条件下的解：
E(r,, z,t) u(r,, z) exp[i(kz t)]
(2.2)
利用慢变包络近似条件
2u z 2
k 2u ,
2u z 2
k u，可得：
z
1 r
r
(r
u ) r
1 r2
2u 2
2ik
u z
0
利用分离变量r, θ，得到拉盖尔-高斯解（LGmp模式）：
效折射率分布，当入射的平面波经过液晶区域后，其波前便 会被调制成汇聚或发散的球面波。
16 of 40
02
2.2 基于倾角控制的液晶调光技术
2．实例
液晶透镜—盒厚不均匀型
1）由偏振片、液晶层、平面玻璃衬底、ITO导电层、
反平行取向层、凹透镜衬底等构成。
2）液晶层的透镜焦距为：
fLC
neff
R (V ) 1
(a)无限能量与(b) a = 0.05时有限能量的艾里光传播动态，插图里 为起始位置时艾里光的光强分布
8 of 40
2.1 光场调控的基本介绍
第二章 液晶光场调控技术
近代光信息处理第7章空间光调制器-PPT精选文档
(2)处理和运算功能器件 放大器 乘法器与算术运算功能 对比度反转 量化操作和阈值操作
第7节 非线性变换
逻辑运算
(3)存储功能器件
例： Pockels 光调制器 (PROM) ；
光折变器件等
第7章
光学信息处理
4
目 录 2019/8/3
光学信息处理
第1节 第2节 第3节 第4节 第5节
OA-SlM的空间分辨率通常高于EA-SlM．
例如: 液晶光阀LCLV的分辨率达60线对/mm，面 积为50mm×50mm，相当于 3000×3000个像素
第7章
11
目 录 2019/8/3
光学信息处理
第1节 OA-SLM的最大优点
第2节 第3节 第4节 第5节
在于并行寻址方式．把写入图像成像或投影 到OA-SLM上是在瞬间完成的，所以具有高度并 行的特点．然而高度并行并不等于高速处理，因 为光探测效应的响应速度往往不快．
第七章
空间光调制器
(Spatial Light Modulator)
2019/8/3
1
目 录 2019/8/3 第1节
光学信息处理
第七章 空间光调制器
第2节 第3节 第4节 第5节 第6节 第7节
7．1 概论 7．2 磁光空间光调制器(MOSLM) 7．3 液晶的扭曲效应及薄膜晶体管驱动液晶
显示器(TFT—LCD) 7．4 液晶显示器在非相干光信息处理中的
光学信息处理
第1节 数字式微反射镜器件(DMD)
第2节
一种新型的电寻址空间光调制器
第3节 特点：高效率、高对比度、多灰阶(256个灰 第4节 阶)、高色保真度等。
第5节
具有VGA、SVGA、XGA、SXGA
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= 1000V。
则得 =3510-7rad。可见电光偏转角是很小的，很
难达到实用的要求。
为了使偏转角加大，而电压又不致太高，因此常将若
干个KDP棱镜在光路上串联起来，构成长为mL、宽为 d、高为h的偏转器，如图4所示。
两端的两块有一个角为/2，中间的几块顶角为的等腰三 角棱镜，它们的z轴垂直于图面，棱镜的宽度与z轴平行， 前后相邻的二棱镜的光轴反向，电场沿z轴方向。
n-n
n-n
x
h
n+
n+n
y
n
图4 多级棱镜扫描器
各棱镜的折射率交替为no n n和o n
其
中
n
1 2
no3 r63 E
。故光束通过扫描器后，总的偏转角为每
级（一对棱镜）偏转角的m倍，
总
m
mLno3r63V hd
一般m为4～10，m不能无限增加的主要原因 是激光束有一定的尺寸，而h的大小有限，光束不能 偏出h之外。
上部的A线完全在上棱镜中传播，“经历”的折射率
为
nA
no
1 2
no3r63Ez
。而在下棱镜中，B线“经历”的
折射率n为B
no
1 2
no3 r63 E z
。于是上、下折射率之差
（ n nB nA ）no为3r63Ex
。得
L d
no3 r63 E z
例题：
取 L=d=h=1cm，r63=10.510-12m／V，no=1.51，V
2. 电光扫描
电光扫描是利用电光效应来改变光束在空 间的传播方向，其原理如图2所示。
x L
A
d B
A 光束的偏转方向 B
y
图2 电光扫描原理图
光束沿y方向入射到长度为L，厚度为d的电光晶 体，如果晶体的折射率是坐标x的线性函数，即
n(x) n n x
d
用折射率的线性 dn dx
变化代替dn
， 偏转角 可
图1所示为一简单的机械扫描原理装置，激光束入射到一 可转动的平面反射镜上，当平面镜转动时，平面镜反射的激光 束的方向就会发生改变，达到光束扫描的目的。
反射镜 扫描光束
入射光束
图1 机械扫描装置示意图 机械扫描方法虽然原始，扫描速度慢，但其扫描角度大 而且受温度影响小，光的损耗小，而且适用于各种光波长的 扫描。因此，机械扫描方法在目前仍是一种常用的光束扫描 方法。它不仅可以用在各种显示技术中，而且还可用在微型 图案的激光加工装置中。
强度调制
1.定义：利用调制信号去改变激光强度，使光强按调制信号 的规律变化。
根据折射定律sin / sin n
求si得n（ 1
）。
n L n L dn
d
dx
式中的负号是由坐标系引进的，即 由y转向x为负。
图3所示的是根据这种原理作成的双KDP楔形棱镜扫描
器。它由两块KDP直角棱镜组成，棱镜的三个边分别沿x、y 和z轴方向，但两块晶体的z轴反向平行。光线沿方向传播y且 沿方x向偏振。外电场沿Z方向（横向效应）。
若把n个这样的数字偏转器组合起来，就能做到n级数字
式扫描。图6所示为一个三级数字式扫描器，使入射光分离为23 个扫描点的情况。
要使可扫描的位置分布在二维方向上，只要用两个
彼此垂直的n级扫描器组合起来就可以实现。这样就可以
得到2n2n个二维可控扫描位置。
3.7 空间光调制器
前面所介绍的各种调制器是对一束光的“整体”进行作用，而
液晶空间光调制器
有些物质不Байду номын сангаас直接由固态变为液态，而是经过一个过渡相 态，这时，它一方面具有液体的流动性质，同时又有晶体的特 性(如光学、力学、热学的各向异性)，这种过渡相态称之为“液 晶”。
液晶是一种有机化合物，一般由棒状柱形对称的分子构成， 具有很强的电偶极矩和容易极化的化学团。对这种物质施加外 场(电、热、磁等)，液晶分子的排列方向和液晶分子的流动位置 就会发生变化，即改变液晶的物理状态。如对液晶施加电场， 它的光学性质就发生变化，这就是液晶的电光效应。
13
~
Ir Iw
Io
1 2 34 5678 9 10 11 12
硫化镉液晶光阀示意图：1.介质膜；2, 12.平板玻璃；3, 11.透明电极； 4.,7.液晶分子取向膜层；5.液晶；6.隔圈； 8.多层介质膜反射镜；9. 隔光层；10.光导层； 13.电源
第3章小结
调制：
激光调制：利用要传递的信息作为调制讯号去改变激光的某一参数，使其参数按 调制信号的规律变化过程，参数振幅、强度、相位、频率等。
且对与光传播方向相垂直的xy平面上的每一点其效果是相同的。 空间光调制器可以形成随xy坐标变化的振幅(或强度)透过率
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)。
3.6 光束扫描技术
一种是光的偏转角连续变化的模拟式扫描， 它能描述光束的连续位移；
另一种是不连续的数字扫描，它是在选定 空间的某些特定位置上使光束的空间位置“跳变”。
前者主要用于各种显示，后者则主要用于 光存储。
1. 机械扫描
机械扫描技术是目前最成熟的一种扫描方法。 如果只需要改变光束的方向，即可采用机械扫 描方法。 机械扫描技术是利用反射镜或棱镜等光学元件 的旋转或振动实现光束扫描。
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 。
则得 =3510-7rad。可见电光偏转角是很小的，很
难达到实用的要求。
为了使偏转角加大，而电压又不致太高，因此常将若
干个KDP棱镜在光路上串联起来，构成长为mL、宽为 d、高为h的偏转器，如图4所示。
两端的两块有一个角为/2，中间的几块顶角为的等腰三 角棱镜，它们的z轴垂直于图面，棱镜的宽度与z轴平行， 前后相邻的二棱镜的光轴反向，电场沿z轴方向。
n-n
n-n
x
h
n+
n+n
y
n
图4 多级棱镜扫描器
各棱镜的折射率交替为no n n和o n
其
中
n
1 2
no3 r63 E
。故光束通过扫描器后，总的偏转角为每
级（一对棱镜）偏转角的m倍，
总
m
mLno3r63V hd
一般m为4～10，m不能无限增加的主要原因 是激光束有一定的尺寸，而h的大小有限，光束不能 偏出h之外。
上部的A线完全在上棱镜中传播，“经历”的折射率
为
nA
no
1 2
no3r63Ez
。而在下棱镜中，B线“经历”的
折射率n为B
no
1 2
no3 r63 E z
。于是上、下折射率之差
（ n nB nA ）no为3r63Ex
。得
L d
no3 r63 E z
例题：
取 L=d=h=1cm，r63=10.510-12m／V，no=1.51，V
2. 电光扫描
电光扫描是利用电光效应来改变光束在空 间的传播方向，其原理如图2所示。
x L
A
d B
A 光束的偏转方向 B
y
图2 电光扫描原理图
光束沿y方向入射到长度为L，厚度为d的电光晶 体，如果晶体的折射率是坐标x的线性函数，即
n(x) n n x
d
用折射率的线性 dn dx
变化代替dn
， 偏转角 可
图1所示为一简单的机械扫描原理装置，激光束入射到一 可转动的平面反射镜上，当平面镜转动时，平面镜反射的激光 束的方向就会发生改变，达到光束扫描的目的。
反射镜 扫描光束
入射光束
图1 机械扫描装置示意图 机械扫描方法虽然原始，扫描速度慢，但其扫描角度大 而且受温度影响小，光的损耗小，而且适用于各种光波长的 扫描。因此，机械扫描方法在目前仍是一种常用的光束扫描 方法。它不仅可以用在各种显示技术中，而且还可用在微型 图案的激光加工装置中。
强度调制
1.定义：利用调制信号去改变激光强度，使光强按调制信号 的规律变化。
根据折射定律sin / sin n
求si得n（ 1
）。
n L n L dn
d
dx
式中的负号是由坐标系引进的，即 由y转向x为负。
图3所示的是根据这种原理作成的双KDP楔形棱镜扫描
器。它由两块KDP直角棱镜组成，棱镜的三个边分别沿x、y 和z轴方向，但两块晶体的z轴反向平行。光线沿方向传播y且 沿方x向偏振。外电场沿Z方向（横向效应）。
若把n个这样的数字偏转器组合起来，就能做到n级数字
式扫描。图6所示为一个三级数字式扫描器，使入射光分离为23 个扫描点的情况。
要使可扫描的位置分布在二维方向上，只要用两个
彼此垂直的n级扫描器组合起来就可以实现。这样就可以
得到2n2n个二维可控扫描位置。
3.7 空间光调制器
前面所介绍的各种调制器是对一束光的“整体”进行作用，而
液晶空间光调制器
有些物质不Байду номын сангаас直接由固态变为液态，而是经过一个过渡相 态，这时，它一方面具有液体的流动性质，同时又有晶体的特 性(如光学、力学、热学的各向异性)，这种过渡相态称之为“液 晶”。
液晶是一种有机化合物，一般由棒状柱形对称的分子构成， 具有很强的电偶极矩和容易极化的化学团。对这种物质施加外 场(电、热、磁等)，液晶分子的排列方向和液晶分子的流动位置 就会发生变化，即改变液晶的物理状态。如对液晶施加电场， 它的光学性质就发生变化，这就是液晶的电光效应。
13
~
Ir Iw
Io
1 2 34 5678 9 10 11 12
硫化镉液晶光阀示意图：1.介质膜；2, 12.平板玻璃；3, 11.透明电极； 4.,7.液晶分子取向膜层；5.液晶；6.隔圈； 8.多层介质膜反射镜；9. 隔光层；10.光导层； 13.电源
第3章小结
调制：
激光调制：利用要传递的信息作为调制讯号去改变激光的某一参数，使其参数按 调制信号的规律变化过程，参数振幅、强度、相位、频率等。
且对与光传播方向相垂直的xy平面上的每一点其效果是相同的。 空间光调制器可以形成随xy坐标变化的振幅(或强度)透过率
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)。
3.6 光束扫描技术
一种是光的偏转角连续变化的模拟式扫描， 它能描述光束的连续位移；
另一种是不连续的数字扫描，它是在选定 空间的某些特定位置上使光束的空间位置“跳变”。
前者主要用于各种显示，后者则主要用于 光存储。
1. 机械扫描
机械扫描技术是目前最成熟的一种扫描方法。 如果只需要改变光束的方向，即可采用机械扫 描方法。 机械扫描技术是利用反射镜或棱镜等光学元件 的旋转或振动实现光束扫描。
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 。