液晶空間光調(diào)制器

液晶空間光調(diào)制器第一頁(yè)，共二十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三主要內(nèi)容1SLM概述2液晶及液晶的兩個(gè)光電特性3LCSLM的主要應(yīng)用：液晶光閥第二頁(yè)，共二十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三空間光調(diào)制器

1概念：空間光調(diào)制器(SpatialLightModulator---SLM)是一種對(duì)光波的空間分布進(jìn)行調(diào)制的器件。一般地說(shuō)，空間光調(diào)制器由許多獨(dú)立單元組成，它們?cè)诳臻g上排列成一維或二維陣列，每個(gè)單元都可以獨(dú)立地接受光學(xué)信號(hào)或電學(xué)信號(hào)的控制，并按此信號(hào)改變自身的光學(xué)性質(zhì)，從而對(duì)照明在其上的光波進(jìn)行調(diào)制。

2SLM的分類(lèi)

寫(xiě)入方式

調(diào)制方式第三頁(yè)，共二十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三3SLM的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：它是由許多基本的獨(dú)立單元組成的一維線(xiàn)陣或二維陣列。①有物理邊界②無(wú)物理邊界③小單元可以獨(dú)立改變自身光學(xué)特性第四頁(yè)，共二十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三SLM的“三光”寫(xiě)入光/信號(hào)：控制像素的光信號(hào)或者電信號(hào)。讀出光：照明整個(gè)器件并被調(diào)制的輸入光。輸出光：被像素單元調(diào)制后的出射光。第五頁(yè)，共二十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三

5兩種寫(xiě)入方式：

①電寫(xiě)入的SLM：代表待輸入系統(tǒng)的信息的電信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)一個(gè)器件（空間光調(diào)制器），方式是控制其吸收或相移的空間分布。

②光寫(xiě)入的SLM：信息一開(kāi)始是以光學(xué)圖像的形式，而不是以電子形式輸入到SLM，在這種情況下，SLM的功能是將非相干光圖像轉(zhuǎn)化成相干光圖像，接著用相干光學(xué)系統(tǒng)做下一步的處理。

一種給定的SLM常?？赡苡幸陨蟽煞N不同的形式，一種適合于電尋址，一種適合于光尋址。第六頁(yè)，共二十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三6什么是尋址（adressing）？寫(xiě)入光或?qū)懭胄盘?hào)應(yīng)含有控制調(diào)制器各個(gè)像素的信息。把這些信息分別傳送到相應(yīng)像素位置上去的過(guò)程稱(chēng)為尋址。如果采用寫(xiě)入光實(shí)現(xiàn)，稱(chēng)為光尋址，采用寫(xiě)入電信號(hào)，稱(chēng)為電尋址。

第七頁(yè)，共二十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三7SLM的具體功能：①輸入器件電-光轉(zhuǎn)換和串行-并行轉(zhuǎn)換非相干光-相干光轉(zhuǎn)換波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換②處理和運(yùn)算功能器件放大器乘法器與算數(shù)運(yùn)算功能第八頁(yè)，共二十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三第九頁(yè)，共二十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三液晶

液晶是介于固體和液體之間的一種物質(zhì)狀態(tài)，是一種既具有液體的流動(dòng)性和連續(xù)性，又具有晶體分子排列有序性的有機(jī)化合物，一般最常見(jiàn)的液晶為向列型液晶，分子形狀為細(xì)長(zhǎng)棒狀，通常用沿分子長(zhǎng)軸方向的單位矢量來(lái)描述液晶分子的排列狀態(tài)。其特性是取向有序。在不同的電場(chǎng)電流作用下，液晶分子會(huì)做規(guī)則旋轉(zhuǎn)排列，產(chǎn)生透光度的差別。第十頁(yè)，共二十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三

液晶的各向異性：

由于液晶分子的細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，從而在形狀，介電常數(shù)，折射率及電導(dǎo)率等方面具有各向異性的特點(diǎn)。當(dāng)對(duì)這樣的物質(zhì)施加電場(chǎng)后，隨著液晶分子軸的排列變化，其光電特性發(fā)生改變。液晶的分類(lèi)按結(jié)構(gòu)分：向列型近晶型膽甾型按形成方式分：熱致液晶溶致夜間第十一頁(yè)，共二十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三

向列相近晶相膽甾相第十二頁(yè)，共二十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三向列相液晶的電控雙折射效應(yīng)

在麥克斯韋電磁場(chǎng)理論中，我們常用表示物質(zhì)的極化狀況，若用和分別表示液晶的指向矢平行和垂直時(shí)液晶的介電常數(shù)，則可以定義液晶的介電各向異性為：

沿著向列型晶體長(zhǎng)軸方向傳播的光波有一個(gè)最大的折射率，在垂直這個(gè)方向振動(dòng)的光波有一個(gè)最小的折射率，由晶體的光學(xué)理論，長(zhǎng)軸方向即為光軸方向。折射率的各向異性表示為，設(shè)偏振光平行于Z軸入射，且偏振方向與液晶分子長(zhǎng)軸方向有一夾角，第十三頁(yè)，共二十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三一個(gè)沿Z軸方向傳播的電磁波可以表示為：入射光在X,Y,Z方向的電矢量可以表示為記，則兩光場(chǎng)的相位差為則合成光場(chǎng)和由下式表示由此可知，出射光的偏振狀態(tài)和各向異性有關(guān)，當(dāng)施加電壓后，液晶分子在電場(chǎng)的作用下被極化，使得液晶分子空間排列發(fā)生改變。最終導(dǎo)致液晶雙折射率發(fā)生改變，各向異性也隨之改變。下面給出外加電壓及入射光與的關(guān)系，前面已經(jīng)提到相位差是由各向異性造成的，而各向異性取決于尋常光和非尋常光之間的折射率差值，對(duì)非尋常光而言，折射率與光波入射角有關(guān)，但并不等于，它與的關(guān)系為

第十四頁(yè)，共二十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三則各向異性表示為：施加電壓后，相位差是外加電壓的函數(shù)，可以表示為

從上式可以看出，通過(guò)改變電壓就可以控制相位差，從此來(lái)控制輸出光波的偏振狀態(tài)，這種通過(guò)外加電場(chǎng)來(lái)控制液晶雙折射率的效應(yīng)就是液晶的電控雙折射效應(yīng)，這是液晶能夠?qū)獠ㄟM(jìn)行調(diào)制的主要因素，我們?cè)O(shè)計(jì)的空間調(diào)制器也是基于液晶的這種性質(zhì)第十五頁(yè)，共二十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三向列型液晶的扭曲效應(yīng)

液晶分子是夾在兩片玻璃之間的，兩片玻璃面向分子的一面都經(jīng)過(guò)了預(yù)處理，有溝槽，使液晶分子順著溝槽整齊排列，當(dāng)上下兩塊玻璃沒(méi)有施加電壓時(shí)，液晶排列會(huì)依照兩塊配相膜而定，兩配相膜角度差為液晶分子會(huì)自下而上旋轉(zhuǎn)再通過(guò)檢偏器。當(dāng)兩玻璃間加上電壓時(shí)，液晶分子層的旋轉(zhuǎn)角發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致偏振光與檢偏器的夾角發(fā)生變化，從而使透射光收到幅度和相位調(diào)制。第十六頁(yè)，共二十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三

液晶光閥

液晶光閥是一種比較成熟的SLM，在實(shí)時(shí)光學(xué)信息處理系統(tǒng)中可作為實(shí)時(shí)圖像輸入,轉(zhuǎn)換，顯示和記錄的器件。是一種比較成熟的空間光調(diào)制器。具有廣泛的應(yīng)用前景。

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作電壓小，造價(jià)低，性能好等。1液晶光閥的結(jié)構(gòu)和工作原理：2液晶光閥用于光學(xué)圖像實(shí)時(shí)相關(guān)：第十七頁(yè)，共二十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三液晶光閥的結(jié)構(gòu)和工作原理

液晶光閥具有多層膜結(jié)構(gòu)，它由光導(dǎo)層和光阻層組成的光敏層和扭曲向列型液晶和介質(zhì)反射鏡的反射式光調(diào)制層組成，所有膜層都加在兩透明電極之間。反射鏡在這里的作用是：將寫(xiě)入光和讀出光分開(kāi)，這樣就可以同時(shí)進(jìn)行寫(xiě)入和讀出。兩定向?qū)又g的向列型液晶分子呈45度扭曲。第十八頁(yè)，共二十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三

液晶光閥是利用無(wú)電壓時(shí)候向列型液晶扭曲效應(yīng)和外加電壓大于閾值時(shí)候的雙折射效應(yīng)來(lái)工作的。當(dāng)無(wú)寫(xiě)入光照射時(shí)光導(dǎo)層呈高阻狀態(tài)電壓主要降落在光導(dǎo)層上。液晶上電壓很小，不足以引起雙折射效應(yīng)，液晶顯示扭曲效應(yīng)。線(xiàn)偏振讀出光兩次經(jīng)過(guò)液晶兩次，偏振態(tài)沒(méi)有改變。通過(guò)正交檢偏器，呈現(xiàn)暗場(chǎng)。線(xiàn)偏振光經(jīng)當(dāng)有寫(xiě)入光照射時(shí)候光導(dǎo)層呈低阻狀態(tài)。液晶上壓降曾大，出現(xiàn)雙折射效應(yīng)。此時(shí)偏振讀出光被液晶調(diào)制為橢圓偏