液晶空间光调制器及其应用

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1、液晶空间光调制器及其应用目录液晶的基本性质空间光调制器LC-SLM及其应用程序仿真液晶的基本性质液晶的定义早在1888年，液晶就被奥地利植物学家F.Reinitzer发现，直到20世纪初，才广泛地进入应用研究领域。液晶材料是种流体，介于完全规则状态（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。将物质的这种“相”称为液晶相或介晶相。液晶的三种结构(a)向列相（b）近晶相(c)胆甾相图1液晶的常见三种结构液晶的电光效应由于液晶分子在形状、介电常数、折射率且电导率等方面具有

2、各向异性的特点，当对这样的物质施加电场后，随着液晶分子轴的排列变化和液晶分子的流动就会发生不稳定现象，其光学特性也会发生变化。液晶的电光效应主要包括：扭曲效应、动态散射效应、电控双折射效应、相变效应、宾主效应等。空间光调制器空间光调制器的定义空间光调制器（SpatialLightModulator，SLMs）是指能将信息加载于一维或者二维的光学数据场上，以便有效地利用光的固有速度、并行性和互联能力，并在构成实时光学信息处理、光计算和光学神经网络等系统中作为基本的构造单元或关键的主动器件。表1常见的几

3、种空间光调制器材料的响应时间材料时间材料时间电光晶体1ps声光（布喇格盒）1usGaAS（MQW或Etalon)1psPLZT（多晶）10usPLZT(单晶）1ns粒状悬浮液1ms变形薄膜0.5us变形弹性材料1ms磁光开关1us向列相液晶10ms铁电液晶1us空间光调制器的分类空间光调制器按读出光的方式不同，可分为反射式和透射式；按输入控制信号的方式不同可分为光寻址(O-SLMs)和电寻址（E-SLMs）。前者多为模拟的非像素单元构成，主要用于光光的转换器件；后者主要是由单个分离的元素或像素组成，

4、主要用作电光实时接口器件，所以从应用角度可分成模拟的和数字的两类（也有极少数的热寻址器件)。（a）透射型SLM（b）反射型SLM(c)透射型光寻址SLM原理图(d)反射型光寻址SLM原理图图2SLM器件的不同工作方式空间光调制器的主要功能(1)作为电光转换的实时接口器件(2)模拟乘法和加法以及信号的转换(3)非线性运算(4)光逻辑LC-SLM及其应用目前LC-SLM在空间光调制器中已经占主导地位。它可对光束的相位、偏振态、振幅或强度进行一维或二维的实时空间调制。HoloeyeSLM系列产品分辨率高，

5、像素单元小，填充因子高，衍射效率高，实际应用中可获得高精度的波前控制，帧频可达到180Hz，有利于实时控制。几种Holoeye空间光调制器LC2002LC-R720LC-R1080PLUTOPLUTO型LC-SLM性能参数HoloeyeSLM不同型号性能参数对比Holoeye空间光调制器的几个应用（1）螺旋位相相衬成像在光学显微镜中，暗场或相衬方法常被用来提高物体成像的对比度。实质上，这些方法都可看作是傅立叶平面上的光学滤波。类似于微分干涉相差显微技术，螺旋位相相衬法也是利用对相移的敏感性来提高成像

6、的清晰度，特别是边缘。由于光束的对称性，还可以对各向均匀介质物体成像进行对比增强。图3螺旋位相光束在成像中用于提高边缘对比度的实验装置图4相位物体的对比增强A-C为明场成像，B-D为螺旋位相滤波成像（2）光学投影光学投影，特别是三维成像，可以利用空间光调制器通过全息计算生成。图5图象的全息重建实验示意图（3）自适应光学自适应光学技术，是一种能够实时校正光学系统随机误差并使系统始终保持良好工作性能的新技术，早期在天文观测中是用来修复大气湍流等因素对光波波前的扭曲，通过动态地对波前误差的实时探测-控制-

7、校正，来改善成像质量。图6光波前闭环控制示意图驱动电压仿真LC-SLM性能参数电源部分工作原理框图仿真程序谢谢！