空间光调制器

InformationOptics

信息光学第六章空间光调制器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定义

SLM：SpatialLightModulator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;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）光读出光输出光透射式读出光写入（电）光输出光反射式空间光调制器的功能

输入器件处理与运算器件电-光转换串行-并行转换非相干光-相干光转换波长转换放大器乘法器对比度反转模拟数字转换基本性能参数

输入-输出特性曲线输出光写入信号理想输出模拟输出灵敏度阈值灵敏度；指定值灵敏度；特性曲线灵敏度；对比度（反差）定义动态范围灰阶数调制传递函数定义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C=SBP*log2Nbit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：

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

=0.10.3方解石

石英

液晶的扭曲效应

（b）电压超过阈值（a）未加电压液晶的宾主效应

染料液晶透明电极玻璃偏振片（a）未加电压（b）电压超过阈值入射光（可见光）波长吸收（可见光）波长吸收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.

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。

数字微反镜DMD—DigitalMicromirrorDeviceDLP是基于微机电系统(MEMS)的器件,被称为数字微镜器件(DMD-Digitalmicromirrordevice),DMD由美国德克萨斯仪器公司在1987年发明。DLP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DLP系统,能投射大屏幕、高亮度、无缝的、高对比度彩色图像。1024×768DMD

一对偏转＋12o和－12o的DMD单元基本结构

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4/15个帧时，LSB+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，

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

响应时间

10μｓ

扭臂梁非常薄(约0.0