空間光調(diào)制器是一類能將信息加載于一維或二維的光學(xué)數(shù)據(jù)場，以便有效地利用光的固有速度、并行性和互連能力的器件。這類器件可在隨時間變化的電驅(qū)動信號或其他信號的控制下，改變空間光分布的振幅、相位和偏振態(tài)，或者把非相干光轉(zhuǎn)化成相干光。由于液晶制作成品率高且成本低，因此空間光調(diào)制器應(yīng)用廣泛，如光學(xué)信息處理和光計算機中的圖像轉(zhuǎn)換、光束整形、顯示和存儲等。

空間光調(diào)制器的功能|應(yīng)用

空間光調(diào)制器的基本功能，就是提供實時或準實時的一維或二維光學(xué)傳感器件和運算器件。在光信息處理系統(tǒng)中，它是系統(tǒng)和外界信息交換的接口。空間光調(diào)制器的功能 眾所...[查看全部]

空間光調(diào)制器具有能實時地在空間上調(diào)制光束的重要功能，使其成為構(gòu)成實時光學(xué)信息處理、光計算等系統(tǒng)的關(guān)鍵器件。正因為如此，空間光調(diào)制器在現(xiàn)代光學(xué)領(lǐng)域中具有越來越重要的地位和價值。它是光學(xué)、光電混合系統(tǒng)進行光互連、光學(xué)相關(guān)、光計算、模式識別、光學(xué)控制、光學(xué)檢測、圖象處理、顯示技術(shù)等中的基本構(gòu)件和關(guān)鍵器件。

空間光調(diào)制器的原理

空間光調(diào)制器常縮寫成SLM。顧名思義，它是一種對光波的空間分布進行調(diào)制的器件，一般地說，空間光調(diào)制器是指在信號源信號(控制信號)的控制下，能對光波的某種或某些特性(如相位、振幅或強度、頻率、偏振態(tài)等)的一維或二維分布進行空間和時間的變換或調(diào)制，從而將信源信號所荷載的信息寫進入射光波之中的器件。控制信號可能是光學(xué)信號，又可能是電學(xué)信號。

空間光調(diào)制器含有許多獨立單元，它們在空間上排列成一維或二維陣列。每個單元都可以獨立地接受光學(xué)信號或電學(xué)信號的控制，利用各種物理效應(yīng)(泡克爾斯效應(yīng)、克爾效應(yīng)、聲光效應(yīng)、磁光效應(yīng)、半導(dǎo)體的自電光效應(yīng)、光折變效應(yīng)等)改變自身的光學(xué)特性，從而對照明在其上的光波進行調(diào)制。

一般把這些獨立的小單元稱為空間光調(diào)制器的“像素”，把控制像素的信號稱為“寫入光”，把照明整個器件并被調(diào)制的輸入光波稱為“讀出光”，經(jīng)過空間光調(diào)制器后出射的光波稱為“輸出光”。形象的說，空間光調(diào)制器可以看作一塊透射率或其它光學(xué)參數(shù)分布能夠按照需要進行快速調(diào)節(jié)的透明片。顯然，寫入信號應(yīng)該含有控制調(diào)制器各個像素的信息。把這些信息分別傳送到相應(yīng)像素位置上去的過程，稱為“尋址”。

空間光調(diào)制器的分類

空間光調(diào)制器一般按照讀出光的讀出方式不同，可以分為反射型和透射型;而按照輸入控制信號的方式不同又可分為光尋址(OA-SLM)和電尋址(EA-SLM)。

光尋址時，實際上是利用適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)系統(tǒng)把一個二維光強分布成像在空間光調(diào)制器的像素平面上，便可以使寫入信號的像素與調(diào)制器的像

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空間光調(diào)制器是構(gòu)成實時光學(xué)信息處理、光計算和光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)的基本構(gòu)造單元，在信息光學(xué)研究中發(fā)揮重要作用并有著廣泛的應(yīng)用。

采用光電晶體的空間光調(diào)制器

此空間光調(diào)制器是用電光晶體作為光調(diào)制材料，將入射到光電表面的輸入圖像變成電子圖像。光電子經(jīng)微通道板放大以后，在晶體表面形成電荷圖像。根據(jù)此圖像面產(chǎn)生橫斷晶體電場變化，并因光電效應(yīng)，而發(fā)生晶體折射率的變化。對晶體照射激光讀出線偏振光。

在晶體電荷積累面形成中介反射鏡發(fā)出的反射光往返于晶體之中。根據(jù)輸入圖像而調(diào)制起相位，使這種光通過偏振光以進行強度調(diào)制，獲得擁有輸出圖像信息的相關(guān)光輸出。

液晶空間光調(diào)制器

目前液晶空間光調(diào)制器在空間光調(diào)制器中已經(jīng)占有主導(dǎo)地位。它可對光束的相位、偏振態(tài)、振幅或強度進行一維或二維分布的實時空間調(diào)制。它將液晶層作為光調(diào)制材料，液晶層采用向列型液晶的混合場效應(yīng)工作模式，在晶層上各區(qū)域施加不同的電場，可以引起液晶分子排列方向和位置的變化，從而導(dǎo)致其光學(xué)性質(zhì)的變化，獲得透明或不透明兩種狀態(tài)，實現(xiàn)對光信號的調(diào)制。

空間光調(diào)制器由許多集成電路控制的單元組成，以電信號來控制每個單元的1或0狀態(tài)。液晶作為調(diào)制介質(zhì)，構(gòu)成低能耗、低電壓的空間光調(diào)制器——光尋址的液晶光閥(LCLV)(多把用在光運算場合的叫空間光調(diào)制器，用在顯示器場合的叫光閥)和電尋址的薄膜晶體管驅(qū)動液晶顯示器(TFT-LCD)。

這種液晶光閥的主要功能是實現(xiàn)圖像的非相干/相干轉(zhuǎn)換。其工作過程是，將待轉(zhuǎn)換的非相干圖像通過光學(xué)系統(tǒng)(作為寫入光Iw)從器件右側(cè)成像到光導(dǎo)層上，同時有一束線偏振相干光(作為讀出光Ir)從器件左側(cè)射向液晶層，其偏振方向與液晶層左端的分子長軸方向一致，由于高反射膜的作用，這束光將兩次通過液晶層，最后從左方出射，通過一個偏振軸方向與Ir偏振方向相垂直的檢偏器，得到輸出光Io。

盡管TFT-LCD是近年開發(fā)的，但作為非相干

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空間光調(diào)制器的基本功能，就是提供實時或準實時的一維或二維光學(xué)傳感器件和運算器件。在光信息處理系統(tǒng)中，它是系統(tǒng)和外界信息交換的接口。

空間光調(diào)制器的功能

眾所周知，光具有反射和折射的特性，這使得我們可以通過平面鏡，棱鏡和透鏡來控制或校正其傳播方向，進而用空間光調(diào)制器對它進行更有效的利用。

空間光調(diào)制器比如鏡子作為一個簡單的光學(xué)器件，可使光方向翻轉(zhuǎn)180度，從而顯示出我們的影像以作為每天形象檢查的必要參考;此外，相機鏡頭或人的眼睛可使通過透鏡(晶狀體)的光折射，并匯聚至一個單點來形成一幅圖像，以此執(zhí)行“聚焦”的工作。

空間光調(diào)制器而除了這些日?？梢姷膽?yīng)用以外，還有許多專業(yè)性強、應(yīng)用特殊、甚至超出了我們普通人認知的應(yīng)用，比如“光相位的調(diào)制”。光具有粒子性和波動性，從波動性的角度考慮，我們可以把空間光調(diào)制器的光當(dāng)成是一種電磁波，那它便具有電磁波所具有的參數(shù)——振幅、相位、波長等。而我們使用反射鏡、透鏡等元件進行的反射、聚焦，從波動的角度看，都是改變了波的相位。

空間光調(diào)制器的應(yīng)用

全息光鑷：

光鑷技術(shù)是指利用光的力學(xué)效應(yīng)實現(xiàn)對微觀粒子操控的技術(shù)，具有非接觸和無損傷特點，在分子生物學(xué)、膠體科學(xué)和實驗原子物理等領(lǐng)域中具有極其重要的作用。光鑷本身的不斷發(fā)展產(chǎn)生了許多衍生光鑷技術(shù)。例如，利用全息元件或空間光調(diào)制器所形成的全息光鑷實現(xiàn)多粒子操控，為光鑷技術(shù)走向?qū)嵱没鸵?guī)?；I(yè)生產(chǎn)打開了新局面，是目前光鑷家族極具活力的成員。

利用空間光調(diào)制器可以靈活地實現(xiàn)光束的變換，獲得所需的阱域分布。阱域是具有高梯度光強分布的區(qū)域，可形成對微粒的三維束縛。

旋相位相襯成像：

在光學(xué)顯微鏡中，常利用暗場或相襯方法來提高物體成像的對比度。這些方法實質(zhì)上都可看作是傅里葉平面上的光學(xué)濾波。與微分干涉相差顯微技術(shù)類似，螺旋相位相襯法也是利用空間光調(diào)制器對相移的敏感性來提高成像質(zhì)量，特別是邊緣的清晰度

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