空间光调制器.docx

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1、空间光调制器．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。这是因为：（1）光波的频率高达1014Hz以上，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。（2）光波有并行性，这是因为光是独立传播的。原有的以串行输入/输出为基础的各种光调制器已经不能满足光互连，光学信息大容量和并行性的要求，能实时的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1．空间光调制器的基本结构和分类空间光调制器的基本结构特点在于，它由可以独立接收光学或者电学输入信号，

2、并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：“写入光”，把照明整个器件并被调制的输入光波称为：“读出光”，经过空间调制器后出射的光波叫做“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。而这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：（1）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）。

3、2．功能一般来说，空间光调制器的主要功能有以下两大类：（1）输入器件—将待处理的信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．非相干光—相干光的转换C．波长转换（2）处理运算功能器件A．放大器增加光波的光强。B．乘法器和算术运算功能所谓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。如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．对比度反转在减法运算或者逻辑非运算中，需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

4、中的暗区在输出光中变为亮区。D．量化操作和阕值操作所谓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，输出一个值，小于时输出另一个，这个设定的值就叫做阙值。3．空间光调制器的基本性能参数A输入—输出特性曲线空间光调制器的透过率随写入信号变化的曲线。B灵敏度C对比度公式：r=Imax/IminD灰阶数---透过率的另外一种表示方式公式：D=-lgT（T为透过率）E调制传递函数（MTF）写入信号的调制度和输出光的调制度之比公式为：MTF=（Imax-Imin）/Mw（Imax+I

5、min）分辨率---通过器件后输出光所能分辨的最大空间频率。F空间-带宽积（SBP）---分辨率的平方与工作面积的乘积。G单幅信息容量---当所有像素都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*log2N（N为灰阶数）H响应速度I帧频J信息流量K存储（记忆）时间三．液晶光阀1液晶的光电特性a•双折射与扭曲效应介电常数？可分解成平行分量?1和垂直分量72,当?1>?2时，称为正（P）型液晶；当?1

6、晶注入两片玻璃基片，构成液晶盒）能使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。b.电控双折射效应由于液晶盒对液晶分子有力矩作用，液晶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.动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，电场强度大于某一临界值的时候，液晶分子将产生紊乱运动，使各处的折射率随时间发生变化，从而使入射光受到散射，透过率下降，这就是动态散射效应。2光寻址液晶光阀硫化镉液晶光阀（LC

7、LV），是利用液晶混合场效应制成的一种光寻址空间光调制器。混合场效应液晶光阀是一种光并行寻址器，其优点是输出图象反差高，功耗小，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。硅液晶光阀（Si-LCLV）也是一种光寻址空间光调制器，只是用Si代替了硫化镉作为光电导层，改善了LCLV的响应时间。3电寻址液晶光阀电荷耦合器寻址液晶光阀（CCD-LCLV）是一种电寻址的空间光调制器。另一种电寻址的液晶光阀是矩阵寻址液晶光阀。它的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，后两基片上的电极栅条互相垂直，从而把两组电极间

8、的液晶分割成了按矩阵排列的像素。四．电光调制器1光波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