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第六章 Spatial Light Modulator 空间光调制器 ►概述 ►液晶光阀 ►电光效应器件 §1 概述 光处理信息的特点： 1. 信息量大。光波频率高达1014Hz，作 为载波可以携带更多的信息。 2. 并行处理。光的传播具有独立特性， 两束或者多束光相遇不会相互干扰。 3. 处理速度快。纯光学的信息处理系统 处理速度就是光速。 空间光调制器 （Spacial Light Modulators, SLM）是一种能对光波的空 间分布进行调制的器件。 驱动信号：电信号、光信号 调制目标：相位、偏振、振幅（或强度） 乃至波长，或是非相干光到相干光的转换 等等 应用：光互连、光学信息处理、光计算、 光学神经网络 一、空间光调制器的分类 • 按读出方式：反射式、透射式 按输入控制信号方式：光寻址(O-SLMs)、 电寻址(E-SLMs) 从应用角度分为：模拟和数字 目前已有多种空间光调制器实用化，主要 有下面几种： 调制或变换的物理效应 ： •线性电光效应（泡克尔斯效应） •二次电光效应（克尔效应） •声光效应 •磁光效应 •机械效应 •热效应 •半导体的自电光效应 •光折变效应 二、空间光调制器的基本功能 1、变换器功能 电-光转换、串行-并行转换、相干-非相干 转换、对比度反转。 2、放大功能 弱光写入，强光读出。可获得增强的相干 光图象。 3、算术运算功能 SLM可实现数字的矢量-矩阵或矩阵-矩阵 之间的乘法。可实现相干图象的相加或相 减(O-SLM)。 4、记忆功能 所有的SLM都是利用电荷生成元件形成一 个与写入像相对应的电荷分布，这种电荷 分布可以在SLM中存储一小时或更长时间， 因而SLM可作为短期的像存储器件。 PROM器件的存储时间可长达两小时以上， MSLM甚至可达几个月之久。 5、线性和非线性变换特性 通常的输入-输出特性有：线性关系、正弦 2 2 方值关系asin (I ) 、指数关系，正弦关系 6、阈值操作功能 硬截止(图中实线)和 模拟(虚线)两种情况。 利用阀值特性或双稳 态特性可以实现：二 进制逻辑运算及模／数转换 7、光学限幅功能 利用阈值特性可进行图象的二元化或限幅， 例如可用来限制噪声光束强度的涨落 ►概述 ►液晶光阀 ►电光效应器件 §2. 液晶光阀 什么是液晶？ 液晶材料是一种流体，它介于完全规则 (固体)与不规则状态(液体)之间的中间态 物质，兼有液体和晶体两者共有的属性 。 哪些物质是液晶材料？ 有机化合物（例如芳香族、脂肪族，硬脂 酸等）及它们的混合物 。 热致液晶和溶致液晶 一、液晶分类 近晶型 （层状）、向列型 （丝状）、胆甾 型 （螺旋状） 近晶型 向列型 胆甾型 二、液晶特性 1、液晶的取向效应 液晶分子由于它的细长结构和具有两种介 电常数，从而呈现各向异性的特性。  // 正性液晶 // 负性液晶 或N型液晶 或P型液晶   // 平行于分子长轴的介电常数  垂直于分子长轴的介电常数 液晶双折射现象 液晶的取向效应 当外加电场E足够小（小于其响应阈值）时， 则分子取向不受电场影响； 当外加电场足够大（超过其阈值）时，分 子取向发生变化。 可以利用液晶这一特性来进行光调制 不加电时，液晶排列如 上图。起偏光通过液晶 后发生双折射，再通过 检偏器，这时可以看到 有光输出。 加电后，液晶排列发生 变化，这时没有双折射， 在无输出光。 2、液晶的电光效应 液晶的电