液晶空間光調(diào)制器

液晶空間光調(diào)制器(LCSLM)

主要內(nèi)容1SLM概述2液晶及液晶的兩個(gè)光電特性3LCSLM的主要應(yīng)用：液晶光閥空間光調(diào)制器

1概念：空間光調(diào)制器(SpatialLightModulator---SLM)是一種對(duì)光波的空間分布進(jìn)行調(diào)制的器件。一般地說，空間光調(diào)制器由許多獨(dú)立單元組成，它們?cè)诳臻g上排列成一維或二維陣列，每個(gè)單元都可以獨(dú)立地接受光學(xué)信號(hào)或電學(xué)信號(hào)的控制，并按此信號(hào)改變自身的光學(xué)性質(zhì)，從而對(duì)照明在其上的光波進(jìn)行調(diào)制。

2SLM的分類

寫入方式

調(diào)制方式SLM的“三光”寫入光/信號(hào)：控制像素的光信號(hào)或者電信號(hào)。讀出光：照明整個(gè)器件并被調(diào)制的輸入光。輸出光：被像素單元調(diào)制后的出射光。

5兩種寫入方式：

①電寫入的SLM：代表待輸入系統(tǒng)的信息的電信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)一個(gè)器件（空間光調(diào)制器），方式是控制其吸收或相移的空間分布。

②光寫入的SLM：信息一開始是以光學(xué)圖像的形式，而不是以電子形式輸入到SLM，在這種情況下，SLM的功能是將非相干光圖像轉(zhuǎn)化成相干光圖像，接著用相干光學(xué)系統(tǒng)做下一步的處理。

一種給定的SLM常?？赡苡幸陨蟽煞N不同的形式，一種適合于電尋址，一種適合于光尋址。6什么是尋址（adressing）？寫入光或?qū)懭胄盘?hào)應(yīng)含有控制調(diào)制器各個(gè)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。如果采用寫入光實(shí)現(xiàn)，稱為光尋址，采用寫入電信號(hào)，稱為電尋址。

液晶

液晶是介于固體和液體之間的一種物質(zhì)狀態(tài)，是一種既具有液體的流動(dòng)性和連續(xù)性，又具有晶體分子排列有序性的有機(jī)化合物，一般最常見的液晶為向列型液晶，分子形狀為細(xì)長(zhǎng)棒狀，通常用沿分子長(zhǎng)軸方向的單位矢量來描述液晶分子的排列狀態(tài)。其特性是取向有序。在不同的電場(chǎng)電流作用下，液晶分子會(huì)做規(guī)則旋轉(zhuǎn)排列，產(chǎn)生透光度的差別。

液晶的各向異性：

由于液晶分子的細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，從而在形狀，介電常數(shù)，折射率及電導(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)施加電場(chǎng)后，隨著液晶分子軸的排列變化，其光電特性發(fā)生改變。液晶的分類按結(jié)構(gòu)分：向列型近晶型膽甾型按形成方式分：熱致液晶溶致夜間向列相液晶的電控雙折射效應(yīng)

在麥克斯韋電磁場(chǎng)理論中，我們常用表示物質(zhì)的極化狀況，若用和分別表示液晶的指向矢平行和垂直時(shí)液晶的介電常數(shù)，則可以定義液晶的介電各向異性為：

沿著向列型晶體長(zhǎng)軸方向傳播的光波有一個(gè)最大的折射率，在垂直這個(gè)方向振動(dòng)的光波有一個(gè)最小的折射率，由晶體的光學(xué)理論，長(zhǎng)軸方向即為光軸方向。折射率的各向異性表示為，設(shè)偏振光平行于Z軸入射，且偏振方向與液晶分子長(zhǎng)軸方向有一夾角，一個(gè)沿Z軸方向傳播的電磁波可以表示為：入射光在X,Y,Z方向的電矢量可以表示為記，則兩光場(chǎng)的相位差為則合成光場(chǎng)和由下式表示由此可知，出射光的偏振狀態(tài)和各向異性有關(guān)，當(dāng)施加電壓后，液晶分子在電場(chǎng)的作用下被極化，使得液晶分子空間排列發(fā)生改變。最終導(dǎo)致液晶雙折射率發(fā)生改變，各向異性也隨之改變。下面給出外加電壓及入射光與的關(guān)系，前面已經(jīng)提到相位差是由各向異性造成的，而各向異性取決于尋常光和非尋常光之間的折射率差值，對(duì)非尋常光而言，折射率與光波入射角有關(guān)，但并不等于，它與的關(guān)系為

則各向異性表示為：施加電壓后，相位差是外加電壓的函數(shù)，可以表示為

從上式可以看出，通過改變電壓就可以控制相位差，從此來控制輸出光波的偏振狀態(tài)，這種通過外加電場(chǎng)來控制液晶雙折射率的效應(yīng)就是液晶的電控雙折射效應(yīng)，這是液晶能夠?qū)獠ㄟM(jìn)行調(diào)制的主要因素，我們?cè)O(shè)計(jì)的空間調(diào)制器也是基于液晶的這種性質(zhì)

液晶光閥

液晶光閥是一種比較成熟的SLM，在實(shí)時(shí)光學(xué)信息處理系統(tǒng)中可作為實(shí)時(shí)圖像輸入,轉(zhuǎn)換，顯示和記錄的器件。是一種比較成熟的空間光調(diào)制器。具有廣泛的應(yīng)用前景。

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作電壓小，造價(jià)低，性能好等。1液晶光閥的結(jié)構(gòu)和工作原理：2液晶光閥用于光學(xué)圖像實(shí)時(shí)相關(guān)：液晶光閥的結(jié)構(gòu)和工作原理

液晶光閥具有多層膜結(jié)構(gòu)，它由光導(dǎo)層和光阻層組成的光敏層和扭曲向列型液晶和介質(zhì)反射鏡的反射式光調(diào)制層組成，所有膜層都加在兩透明電極之間。反射鏡在這里的作用是：將寫入光和讀出光分開，這樣就可以同時(shí)進(jìn)行寫入和讀出。兩定向?qū)又g的向列型液晶分子呈45度扭曲。

液晶光閥是利用無電壓時(shí)候向列型液晶扭曲效應(yīng)和外加電壓大于閾值時(shí)候的雙折射效應(yīng)來工作的。當(dāng)無寫入光照射時(shí)光導(dǎo)層呈高阻狀態(tài)電壓主要降落在光導(dǎo)層上。液晶上電壓很小，不足