液晶空間光調(diào)制器及其應(yīng)用ppt課件

1、液晶空間光調(diào)制器及其應(yīng)用 目錄l液晶的基本性質(zhì)液晶的基本性質(zhì)l空間光調(diào)制器空間光調(diào)制器lLC-SLM及其應(yīng)用及其應(yīng)用l程序仿真程序仿真液晶的基本性質(zhì)l液晶的定義液晶的定義l 早在早在1888 1888 年，液晶就被奧地利植物學(xué)家年，液晶就被奧地利植物學(xué)家F. F. Reinitzer Reinitzer 發(fā)現(xiàn)，直到發(fā)現(xiàn)，直到2020世紀(jì)初，才廣泛地進(jìn)入應(yīng)世紀(jì)初，才廣泛地進(jìn)入應(yīng)用研究領(lǐng)域。用研究領(lǐng)域。l 液晶材料是種流體，介于完全規(guī)則狀態(tài)固體液晶材料是種流體，介于完全規(guī)則狀態(tài)固體與不規(guī)則狀態(tài)液體之間的中間態(tài)物質(zhì)，兼有液與不規(guī)則狀態(tài)液體之間的中間態(tài)物質(zhì)，兼有液體和晶體兩者共有的屬性。體和晶體兩者共

2、有的屬性。 將物質(zhì)的這種將物質(zhì)的這種“相稱相稱為液為液l 晶相或介晶相。晶相或介晶相。l液晶的三種結(jié)構(gòu)液晶的三種結(jié)構(gòu) (a) (a)向列相向列相 （b b近晶相近晶相 (c)(c)膽甾相膽甾相 圖圖1 1 液晶的常見(jiàn)三種結(jié)構(gòu)液晶的常見(jiàn)三種結(jié)構(gòu)l液晶的電光效應(yīng)液晶的電光效應(yīng)l 由于液晶分子在形狀、介電常數(shù)、折射率且電由于液晶分子在形狀、介電常數(shù)、折射率且電導(dǎo)率等方面具有各向異性的特點(diǎn)，當(dāng)對(duì)這樣的物質(zhì)導(dǎo)率等方面具有各向異性的特點(diǎn)，當(dāng)對(duì)這樣的物質(zhì)施加電場(chǎng)后，隨著液晶分子軸的排列變化和液晶分施加電場(chǎng)后，隨著液晶分子軸的排列變化和液晶分子的流動(dòng)就會(huì)發(fā)生不穩(wěn)定現(xiàn)象，其光學(xué)特性也會(huì)發(fā)子的流動(dòng)就會(huì)發(fā)生不穩(wěn)定現(xiàn)

3、象，其光學(xué)特性也會(huì)發(fā)生變化。液晶的電光效應(yīng)主要包括：扭曲效應(yīng)、動(dòng)生變化。液晶的電光效應(yīng)主要包括：扭曲效應(yīng)、動(dòng)態(tài)散射效應(yīng)、電控雙折射效應(yīng)、相變效應(yīng)、賓主效態(tài)散射效應(yīng)、電控雙折射效應(yīng)、相變效應(yīng)、賓主效應(yīng)等。應(yīng)等?？臻g光調(diào)制器l空間光調(diào)制器的定義空間光調(diào)制器的定義l 空間光調(diào)制器空間光調(diào)制器Spatial Light ModulatorSpatial Light Modulator，SLMsSLMs是指能將信息加載于一維或者二維的光學(xué)數(shù)據(jù)場(chǎng)上，是指能將信息加載于一維或者二維的光學(xué)數(shù)據(jù)場(chǎng)上，以便有效地利用光的固有速度、并行性和互聯(lián)能力，以便有效地利用光的固有速度、并行性和互聯(lián)能力，并在構(gòu)成實(shí)時(shí)光學(xué)信息

4、處理、光計(jì)算和光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并在構(gòu)成實(shí)時(shí)光學(xué)信息處理、光計(jì)算和光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等等l 系統(tǒng)中作為基本的構(gòu)造單元或關(guān)鍵的主動(dòng)器件。系統(tǒng)中作為基本的構(gòu)造單元或關(guān)鍵的主動(dòng)器件。 表表1 1 常見(jiàn)的幾種空間光調(diào)制器材料的響應(yīng)時(shí)間常見(jiàn)的幾種空間光調(diào)制器材料的響應(yīng)時(shí)間材料材料時(shí)間時(shí)間材料材料時(shí)間時(shí)間電光晶體電光晶體1ps聲光（布聲光（布喇格盒）喇格盒）1us1usGaAS（MQW或或Etalon) )1psPLZT（多（多晶）晶）10usPLZT( (單晶）單晶）1ns粒狀懸浮粒狀懸浮液液1ms變形薄膜變形薄膜0.5us變形彈性變形彈性材料材料1ms磁光開(kāi)關(guān)磁光開(kāi)關(guān)1us向列相液向列相液晶晶10ms鐵電液晶鐵電

5、液晶1usl空間光調(diào)制器的分類空間光調(diào)制器的分類l 空間光調(diào)制器按讀出光的方式不同，可分為反射式空間光調(diào)制器按讀出光的方式不同，可分為反射式和透射式；按輸入控制信號(hào)的方式不同可分為光尋址和透射式；按輸入控制信號(hào)的方式不同可分為光尋址(O-SLMs)(O-SLMs)和電尋址和電尋址E-SLMsE-SLMs）。前者多為模擬的非像）。前者多為模擬的非像素單元構(gòu)成，主要用于光光的轉(zhuǎn)換器件；后者主要是素單元構(gòu)成，主要用于光光的轉(zhuǎn)換器件；后者主要是由單個(gè)分離的元素或像素組成，主要用作電光實(shí)由單個(gè)分離的元素或像素組成，主要用作電光實(shí)l 時(shí)接口器件，所以從應(yīng)用角度可分成模擬的和數(shù)字時(shí)接口器件，所以從應(yīng)用角度可

6、分成模擬的和數(shù)字的的l 兩類也有極少數(shù)的熱尋址器件兩類也有極少數(shù)的熱尋址器件) )。 （a a透射型透射型SLM SLM （b b反射型反射型SLMSLM (c) (c)透射型光尋址透射型光尋址SLMSLM原理圖原理圖 (d)(d)反射型光尋址反射型光尋址SLMSLM原理圖原理圖圖圖2 SLM器件的不同工作方式器件的不同工作方式l空間光調(diào)制器的主要功能空間光調(diào)制器的主要功能l (1)(1)作為電光轉(zhuǎn)換的實(shí)時(shí)接口器件作為電光轉(zhuǎn)換的實(shí)時(shí)接口器件 l (2)(2)模擬乘法和加法以及信號(hào)的轉(zhuǎn)換模擬乘法和加法以及信號(hào)的轉(zhuǎn)換 l (3)(3)非線性運(yùn)算非線性運(yùn)算 l (4)(4)光邏輯光邏輯 LC-SLM

7、及其應(yīng)用 目前LC-SLM在空間光調(diào)制器中已經(jīng)占主導(dǎo)地位。它可對(duì)光束的相位、偏振態(tài)、振幅或強(qiáng)度進(jìn)行一維或二維的實(shí)時(shí)空間調(diào)制。Holoeye SLM系列產(chǎn)品分辨率高，像素單元小，填充因子高，衍射效率高，實(shí)際應(yīng)用中可獲得高精度的波前控制，幀頻可達(dá)到180Hz，有利于實(shí)時(shí)控制。l幾種幾種HoloeyeHoloeye空間光調(diào)制器空間光調(diào)制器 LC2019 LC-R720 LC-R1080 PLUTOlPLUTO型型LC-SLM性能參數(shù)性能參數(shù) lHoloeye SLM不同型號(hào)性能參數(shù)對(duì)比不同型號(hào)性能參數(shù)對(duì)比lHoloeye空間光調(diào)制器的幾個(gè)應(yīng)用空間光調(diào)制器的幾個(gè)應(yīng)用l （1螺旋位相相襯成像螺旋位相相襯

8、成像l 在光學(xué)顯微鏡中，暗場(chǎng)或相襯方法常被用來(lái)提高物體成像的對(duì)在光學(xué)顯微鏡中，暗場(chǎng)或相襯方法常被用來(lái)提高物體成像的對(duì)比度。實(shí)質(zhì)上，這些方法都可看作是傅立葉平面上的光學(xué)濾波。比度。實(shí)質(zhì)上，這些方法都可看作是傅立葉平面上的光學(xué)濾波。類似于微分干涉相差顯微技術(shù)，螺旋位相相襯法也是利用對(duì)相移類似于微分干涉相差顯微技術(shù)，螺旋位相相襯法也是利用對(duì)相移的敏感性來(lái)提高成像的清晰度，特別是邊緣。由于光束的對(duì)稱性，的敏感性來(lái)提高成像的清晰度，特別是邊緣。由于光束的對(duì)稱性，l 還可以對(duì)各向均勻介質(zhì)物體成像進(jìn)行對(duì)比增強(qiáng)。還可以對(duì)各向均勻介質(zhì)物體成像進(jìn)行對(duì)比增強(qiáng)。圖圖3 3 螺旋位相光束在成像中用于提高邊緣對(duì)比度的實(shí)驗(yàn)

9、裝螺旋位相光束在成像中用于提高邊緣對(duì)比度的實(shí)驗(yàn)裝置置 圖圖4 4 相位物體的對(duì)比增強(qiáng)相位物體的對(duì)比增強(qiáng) A-CA-C為明場(chǎng)成像，為明場(chǎng)成像，B-DB-D為螺旋位相濾波成像為螺旋位相濾波成像 （2 2光學(xué)投影光學(xué)投影 光學(xué)投影，特別是三維成像，可以利用空間光調(diào)制器光學(xué)投影，特別是三維成像，可以利用空間光調(diào)制器通過(guò)全息計(jì)算生成。通過(guò)全息計(jì)算生成。 圖圖5 5 圖象的全息重建實(shí)驗(yàn)示意圖圖象的全息重建實(shí)驗(yàn)示意圖 （3 3自適應(yīng)光學(xué)自適應(yīng)光學(xué) 自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)，是一種能夠?qū)崟r(shí)校正光學(xué)系統(tǒng)隨機(jī)自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)，是一種能夠?qū)崟r(shí)校正光學(xué)系統(tǒng)隨機(jī)誤差并使系統(tǒng)始終保持良好工作性能的新技術(shù)，早誤差并使系統(tǒng)始終保持良好工作性能的新技術(shù)，早期在天文觀測(cè)中是用來(lái)修復(fù)大氣湍流等因素對(duì)光波期在天文觀測(cè)中是用來(lái)修復(fù)大氣湍流等因素對(duì)光波波前的扭曲，通過(guò)動(dòng)態(tài)地對(duì)波前