空间光调制器

rrI空间光调器一．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是为光的频率高达10Hz以，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光波有并行性，这是因为光是独立传播的。有的以串行输入/输出为基础的各种光调制器已不能满足光互连，光学信息大容量和并行性的要求时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．空光调制器的本结构和分类空间光调制器的基本结构特点在于由可以独立接收光学或者电学输入信号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光照明整个器件并被调制的输入光波称为：“读出光过空间调制器后射的光波叫做“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．功一般来说，空间光调制器的主要功能有以下两大类：（）输入器件将处理的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．非干光相光的转换C．波转换（）处理运算功能器件A．放器---增加光波的光强B．乘器和算术运算功能----所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．对度反转---在减法运算者逻辑非运算中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。D．量操作和阕值操作----所的量化操作就是把连续变化的模拟信号按大小分成若干个分立的等级值，转为数字信号。这就需要设定一个值，当大于此值时出个值小于输出另一个个设定的值就叫做阙值。3．空光调制器的基本性能参数A输—输出特性曲线-空光调制器的透过率随写入信号变化的曲线。B灵度C对度公式：=max/minD灰数--透过率的另外一种表示方式

IIIMII2公式：(T为透过)E调传递函数（MTF）写信号的调制度和输出光的调制度之比公式为MTF=（max-min）/w（max+）分辨率--通过器件后输出光所分辨的最大空间频率。F空-带宽积（SBP）分辨率的平方与工作面积的乘积。G单信息容量---当有像素受到写入信号的调制并保持稳定时，输出光所能携带的最大信息容量。公式：C=SBP*logN（为灰阶数H响速度I帧J信流量K存（记忆）时间三．液晶光阀液的光电特性双折射与扭曲效应介电常可解成平行分1和垂直分量2当时称（P型晶å2时，称为正N）液晶上述状态与单轴晶体对应，即光束通过液晶时也会出现双折射。扭曲液晶（薄层液晶注入两玻璃基片成液晶盒能特定方向线偏振光偏振方向旋转一个角度，这种现象称做扭曲效应。电控双射效应由于液晶盒对液晶分子有力矩作用分子之间也存在着回复力矩因此液晶分子同时存在三种形变：展曲，弯曲和扭曲。由于液晶盒种类，位置和外电场强弱的不同，使上述三种形变程度出现区别，产生不同的电光效应。c.态散射效应当液晶盒上所加交变电场的频率小于某一临界值场强度大于某一临界值的时候晶分子将产生紊乱运动使各处的射率随时间发生变化而使入射光受到散射透过率下降，这就是动态散射效应。光址液晶光阀硫化镉液晶光（LCLV用晶混合场效应制成的种光寻址空间光调制器合场效应液晶光阀是一种光并行寻址器优点是输出图象反差高功小写入图象灵敏度高，但是分辨率不够高，适用于一般的图象处理。硅液晶光（也一种光寻址空间光调制器是用代了硫化镉作为光电导层，改善了LCLV的响应时间。电址液晶光阀电荷耦合器寻址液晶光阀）是一种电寻址的空间光调制器一电寻址的液晶光阀是矩阵寻址液晶光阀特点是液晶盒基片上透明电极是由一组平行条带组成的栅极电极前后基片上的电栅条互相垂直而把两组电极间的液晶分割成了按矩阵排列的像素。四．电光调制器光的电光调制电光调制是指利用晶体的电光效应，通过控制外电场来改变晶体折射率或双折射率，从而改变输出光波的相位或者强度，通常称为相位调制和强度调制。相位调制

3422234222采用任何种类的电光晶体，利用纵向或者横向电光效应都可以实现光波的相位调制。以纵向电光效应为例，有如下的关系：其中：V为晶体两极的电压，VðÖ为相位调制半波电压，VðÖ=ë/nr为张量系数。振调制与强度调制

r，n为晶体的折射率，实现强度调制的一种方法是对两束光波中的一路或者两路进行相位调制，再使两束光干涉，从而把相位调制转化为强度调制。以纵向电光效应为例，其光路图如下：其中和A别是起偏器和检偏器，箭头表示透射光偏振方向是四分之一波片。输出光与读入光的光强比为：IO/IR=1/2sin（）其中πnrV/泡尔斯读出光调制器PROM工作原理首先在外电场帮助下建BSO（晶体）的内电场，实现擦除和激发。然后，通过短波长光的光电导效应把间光强分布化成空间电场分布，实现图象的写入。最后，通过长波长的线性电光效应把空间电场分布恢复成光强分布，实现图象的读出。性能（1对比度：，大可达到0（2分辨率：典型值为1（3写---读---擦周期：（4有效工作面积：约4（5工作波长：写入光读出光600---800nm微道板空间光调制器工作过程用相干或非相干光图象作为写入光射在光电阴极上成光电子图象然后经过M增强经极加速投射到介质反射镜上形成电荷图象图象与外加电场一起在纵向电光效应作用下对光晶体板的射率进行了空间调制出光大多采用相干光经电光晶体板后，由介质反射镜反射，再次通过电光晶体板。此时，由于双折射的作用，对其进行了偏振态调制，最后输出相干光图象。性能（1空间分辨率：20lp/mm（2对比度：（3灵敏度：（4最大读出光强0.1W/cm（5写入时间响应擦除时间响应：

222222（6存储时间：几天（7输入窗口直径五磁空间光制（）磁材料的磁化特性和磁光效应磁滞特性在外磁场的诱导下，磁化材料被磁化，其磁感强B方向与外磁场的磁场强度H一。撤去后材料的不恢复为零，仍保持一个剩磁强B，且方向与原来H一致这就是利用磁性材料来记录信息的基本原理。法拉第应当线偏振光沿外磁H方向通过某些磁材料的时候，其偏振方向将会偏转一个角度Hdl其中：积分区域为光波在介质中传播的路程V为V常数。当偏振方向左旋时V正，反之为负。旋转方向只与磁场方向有关。c.尔磁光效应当线偏振光入射到磁性介质表面时射光束的偏振方向发生偏转转称克尔角，偏转方向和剩磁强度方向有关。法拉第效应和克尔效应都可以做为磁光空间光调制器信息读取的物理基础。工原理写入信息的记录由于稳定的剩磁方向只有2所以记录的信息只能是二元的果以某一个剩磁方向为1那么相反的就是信0的入信息就是一个二进制的二维数据阵列。使用前，先在饱和磁化线圈中通电，产生一个均匀的强外磁场。撤去外磁场后，每个像素的磁性薄膜里都有相同方向的剩磁。记录写入信息时，在行，列电极上加一定的电流，使该像素发生剩磁方向反转的效果。这样利用逐行写入的方式，可以把二元的电子写入信息转变为按二维阵列排列的，以剩磁方向为表征的信息阵列。信息的出假定两个像素1和写信号调制成具有反方向的剩磁强度光经起偏器以后，成为沿Y方向的线偏振光，通过这两个像后，由于法拉第效应，其偏振方向将分别转和。如果检偏器透光方向YÖ角则透过检偏器后光强分别正比(Ö-è)和cos从而实现了光强调制。其中有两种