光调制器的基本原理

?光调制器的基本原理

?光调制器，用于控制光的强度，分类电光、热光、声光、全光，基本理论电光效应等。

?光调制器是高速、短距离光通信的关键器件，也是最重要的集成光学器件之一。光调制器按照其调制原理来讲，可分为电光、热光、声光、全光等，它们所依据的基本理论是各种不同形式的电光效应、声光效应、磁光效应、Franz-Keldysh效应、量子阱Stark效应、载流子色散效应等。

?其中电光调制器是通过电压或电场的变化最终调控输出光的折射率、吸收率、振幅或相位的器件，它在损耗、功耗、速度、集成性等方面都优于其他类型的调制器，也是目前应用最为广泛的调制器。在整体光通信的光发射、传输、接收过程中，光调制器被用于控制光的强度，其作用是非常重要的。?

?光调制的目的是对所需的信号或被传输的信息进行包括去背景信号、去噪

基于液晶空间光调制器相位调制的波面转换

?激光元件与器件? 基于液晶空间光调制器相位调制的波面转换范君柳1,冯秀舟2,方建兴2,朱爱敏1 1.苏州科技学院数理学院物理实验中心,苏州　215009; 2.苏州大学物理科学与技术学院,苏州　215006 提要:本文介绍了一种基于液晶空间光调制器(LCS LM )相位调制特性的波面转换方法,可将入射光变换成任意波面。测量了液晶空间光调制器相位调制特性,得到相位和灰度的对应关系;分别以几何理论和G-S 算法为基础计算出衍射光学元件(DOE )的表面相位分布;将DOE 表面的相位分布转换为灰度分布显示在LCS LM 上,使得LCS LM 具有波面实时转换功能;并以高斯激光为入射光对其进行波面转换实验,实验结果证明了设计方法的准确性及可行性。关键词:液晶空间光调制器;相位调制;波面转换中图分类号:O439,O436.1,O438 文献标识码:A 文章编号:0253-2743(2009)06-0007-02 Conversion of w ave front based on phase modulation of liquid crystal spatial light modulator FAN Jun -liu 1,FE NG X iu -zhou 2,FANGJian -xing 2,ZHU Ai -m in 1 1.Center of Physics Laboratory ,School of M athematical and Physical Sciences ,University of Science and T echnology of Suzhou ,Suzhou 215009,China ; 2.School of Physical Science and T echnology ,S oochow University ,Suzhou 215006,China Abstract :A method of wave -front conversion based on phase m odulation of liquid crystal spatial light m odulator (LCS LM )is proposed.W e obtain the rela 2tion between phase and scale through measuring the phase -m odulation characteristics of LCS LM.Phase distribution of diffractive optical element ’s (DOE )are calculated using geometrical theory and G-S alg orithm ,the LCS LM is capable of wave -front conversion by changing phase distribution into gray distribution which is displayed on LCS LM.Experiments of G auss beam ’s wave -front conversion prove the accuracy and feasibility of the design method. K ey w ords :liquid crystal spatial light m odulator ;phase m odulation ;wave -front conversion 收稿日期:2009-08-13 基金项目:苏州科技学院教学质量工程建设项目(2008YK A -03)资助。作者简介:范君柳(1983-),男,助理实验师,主要从事信息光学和衍射光学的研究。在激光技术的许多应用领域中,光束质量至关重要。例如在激光加工、光学信息处理、存储与记录以及惯性约束核聚变(ICF )中往往需要使用形状各异甚至大小可变的激光光斑,而经常使用的单模激光光束的横截面上光强呈高斯分布,因此在实际应用中,根据不同的要求,人们常常需要将激光束波面进行转换,以达到改变激光束强度分布的目的。目前主要有这样几种典型的光束波面变换方法:光楔列阵(SW A )聚焦光学系统〔1〕、双折射透镜组〔2〕、随机相位板及二元光学元件(BOE )〔3〕等方法。其中二元光学元件对入射光进行波面变换具有衍射效率高,光斑轮廓可调等优点,但是其质量水平受微精细加工技术发展水平的制约,且它的激光损伤阈值较低,在强激光系统的应用上还有困难。在本文中我们提出利用液晶空间光调制器(LCS LM )的相位调制特性〔4-8〕结合几何理论〔9,10〕和G-S 算法〔11,12〕实现对入射激光的波面变换,得到了预期的实验结果,该方法不仅成本、功耗低,尺寸小,重量轻,而且具有更大的设计自由度,通过算法的改变可以将入射光变换成任意波面。 1　理论分析 1.1　波面转换理论波面转换通常需要衍射光学器件(Diffraction Optical E le 2ment -DOE )来实现,为了达到目标光强分布,需要设计器件表面的相位分布。而该设计过程是一个逆向过程,即已知输入光强分布和输出光强分布,来求解DOE 的相位分布,在这里我们主要利用几何理论和G-S (G erchberg -Saxton )算法来计算DOE 表面的相位分布。我们首先运用这两种算法分别计算出DOE 的表面相位分布,然后在计算机上模拟入射高斯光经过具有如此表面相位分布的DOE 后的衍射结果(见图1)。其中图1(b )为运用几何理论将入射高斯光的波面转换成正方框形光束,图1(c )为运用G-S 算法将入射高斯光转换成椭圆光。模拟过程中,主要参数选取为:波长λ=532nm ,DOE 所在处光腰半径ω(z )=3.0mm ,DOE 衍射焦距选取为f =250mm ,物面与像面抽样点数均为800×800。1.2　LCS LM 的相位调制特性对于由扭曲向列型液晶构成的液晶空间光调制器(Liq 2uid Crystal S patial Light M odulator -LCS LM )(结构如图2),运用琼斯矩阵方法〔13〕可得 T =cos γ〔cos (Ψ1-Ψ2+α)〕+αγ sin γ×sin (Ψ1-Ψ2+α)2 + β γsin γcos (Ψ1+Ψ2- α)(1)图1　计算模拟结果图2　液晶空间光调制器结构图 7 范君柳等:基于液晶空间光调制器相位调制的波面转换《激光杂志》2009年第30卷第6期 LASER JOURNA L (V ol.30.N o.6.2009)

空间光调制器的应用

DOI 10.1007/s11141-015-9547-8 Radiophysics and Quantum Electronics,Vol.57,Nos.8–9,January,2015 (Russian Original Vol.57,Nos.8–9,August–September,2014) APPLICATION OF THE PHASE LIGHT MODULATOR IN THE IMAGE OPTICAL ENCRYPTION SCHEME WITH SPATIALLY INCOHERENT ILLUMINATION A.P.Bondareva,N.N.Evtikhiev,V.V.Krasnov,? and S.N.Starikov UDC004.932.4+004.942 +535.42+535.8 We describe application of the phase liquid-crystal spatial light modulator HoloEyePLUTOVIS as an encoding element in the image optical encryption scheme with spatially incoherent illumi- nation.Optical encryption and numerical decryption of test images were conducted.The results of experiments demonstrate the e?ciency of the constructed optical encryption scheme. 1.INTRODUCTION Currently,we are witnessing the existence and intense development of the optical encryption meth-ods characterized by a high speed,simultaneous multichannel processing,and the absence of concomitant radiation in the radio-frequency band.Encryption systems in spatially coherent monochromatic light are widespread.One of the best-known systems uses the double random-phase encryption[1–5].In this case, encryption is performed in monochromatic spatially coherent light using two random phase masks.Appli-cation of random phase masks as two-dimensional encoding keys leads to the fact that such systems have a high cryptographic strength.However,because of the need to record phase,such systems require holo-graphic methods of recording and,correspondingly,complex optical schemes.Moreover,the use of random phase masks leads to a poor-quality encryption of images. To simplify the encryption schemes and improve the decryption quality,one can pass from spatially coherent to spatially incoherent radiation.In this case,recording of the encrypted image is no longer required and the holographic recording scheme becomes unnecessary.The encryption is performed by transmission of monochromatic spatially incoherent radiation from the encrypted object through a di?ractive optical element,resulting in the formation of an intensity distribution described by the object image convolution with a point spread function,namely,an impulse response of the di?ractive optical element in intensity[6, 7].This intensity distribution is the encrypted image recorded by a matrix photosensor. The fundamental possibility of optical encryption in incoherent light was demonstrated in[8],but using a random phase mask as the encoding di?ractive optical element precluded the achievement of an acceptable decryption quality.This is because the point spread function of a random phase mask is virtually unlimited in space and signi?cantly exceeds the size of the encrypted image.As a result,the photosensor records only the central part of the encrypted image,which leads to distortions of the decrypted image.To solve this problem,we suggest that the encoding element is not used as a random phase mask,but as a di?ractive optical element having a given spatially limited point spread function,with length smaller than the size of the encrypted image. ?vitally.krasnov@mail.ru National Nuclear Research University(NNRU),Moscow,Russia.Translated from Izvestiya Vysshikh Ucheb-nykh Zavedenii,Radio?zika,Vol.57,No.8–9,pp.693–701,August–September2014.Original article submitted November11,2013;accepted March31,2014. 0033-8443/15/5708-0619c 2015Springer Science+Business Media New York619

【CN109765707B】一种用于硅基空间光调制器的测试芯片【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201910283625.6(22)申请日 2019.04.10 (65)同一申请的已公布的文献号申请公布号 CN 109765707 A (43)申请公布日 2019.05.17 (73)专利权人南京芯视元电子有限公司地址 210012 江苏省南京市雨花台区软件大道118号新华汇B2栋2楼208(72)发明人陈弈星　何军　 (74)专利代理机构南京纵横知识产权代理有限公司 32224 代理人耿英　董建林(51)Int.Cl. G02F 1/13(2006.01)G02F 1/1343(2006.01) G09G 3/00(2006.01) (56)对比文件 CN 1862322 A ,2006.11.15,CN 101106105 A ,2008.01.16,CN 107688248 A ,2018.02.13,US 2005128173 A1,2005.06.16,CN 106873269 A ,2017.06.20,CN 106154595 A ,2016.11.23, 审查员张城 (54)发明名称一种用于硅基空间光调制器的测试芯片(57)摘要本发明提出来一种用于硅基空间光调制器的测试芯片，属于微显示器领域。该测试芯片的主要结构包括硅基底层、液晶配位层、液晶层和ITO玻璃层，其中硅基底上的像素电极层可以在有效显示区域划分为若干种测试区域，在每种测试区域设计不同的像素图案和测试区，这些测试区可以通过开发板控制点亮显示用于测试，通过监控相应的参数如有边缘场效应、衍射效率、液晶等效电容和寄生电容、电压保持率、直流残余电压，以及它们引起的闪烁现象等，根据测试结果，为优化产品设计以及工艺设计做参考。权利要求书1页说明书6页附图3页 CN 109765707 B 2019.06.28 C N 109765707 B

全球及中国硅基液晶空间光调制器(LCOS-SLM)行业研究及十四五规划分析报告

全球及中国硅基液晶空间光调制器（LCOS-SLM）行业研究及十四五规划分析报告恒州博智(QYResearch) 2020年

2019年，全球硅基液晶空间光调制器（LCOS-SLM）市场规模达到了XX亿元，预计2026年可以达到XX亿元，年复合增长率(CAGR)为XX%。中国市场规模增长快速，预计将由2019年的XX亿元增长到2026年的XX亿元，年复合增长率为XX%。本报告研究“十三五”期间全球及中国市场硅基液晶空间光调制器（LCOS-SLM）的供给和需求情况，以及“十四五”期间行业发展预测。重点分析全球主要地区硅基液晶空间光调制器（LCOS-SLM）的产能、产量、产值和价格，以及全球主要地区（和国家）硅基液晶空间光调制器（LCOS-SLM）的消费情况，历史数据2015-2020年，预测数据2021-2026年。本文同时着重分析硅基液晶空间光调制器（LCOS-SLM）行业竞争格局，包括全球市场主要厂商竞争格局和中国本土市场主要厂商竞争格局，重点分析全球主要厂商硅基液晶空间光调制器（LCOS-SLM）产能、产量、产值、价格和市场份额，全球硅基液晶空间光调制器（LCOS-SLM）产地分布情况、中国硅基液晶空间光调制器（LCOS-SLM）进出口情况以及行业并购情况等。此外针对硅基液晶空间光调制器（LCOS-SLM）行业产品分类、应用、行业政策、产业链、生产模式、销售模式、波特五力分析、行业发展有利因素、不利因素和进入壁垒也做了详细分析。全球及国内主要厂商包括： Hamamatsu Photonics Santec Corporation

HOLOEYE Photonics Meadowlark Optics Forth Dimension Displays (Kopin) Jenoptik Thorlabs Laser Components Jasper Display Corp. CAS Microstar 按照不同产品类型，包括如下几个类别：介质镜类型无介质镜类型按照不同应用，主要包括如下几个方面：光学应用激光材料加工分析仪器全息摄影其他本文包含的主要地区和国家：北美（美国和加拿大）欧洲（德国、英国、法国、意大利和其他欧洲国家）亚太（中国、日本、韩国、中国台湾地区、东南亚、印度等）拉美（墨西哥和巴西等）

光寻址空间光调制器电寻址空间光调制器实验(浙大)

.. . .. . . 实验报告课程名称： 2011-2012光信息综合实验指导老师：成绩：___ ____ 实验名称：液晶光阀用于光学图像实时处理实验类型：综合型同组学生：一、实验目的和要求二、实验容和原理三、主要仪器设备、操作方法和实验步骤四、实验结果记录、数据处理分析五、思考题六、实验中遇到的问题，心得体会，意见和建议一、实验目的和要求 1、了解液晶光阀的工作原理和使用方法； 2、掌握采用液晶光阀实现非相干光——相干光图像转换和图像反转的工作原理和方法； 3、掌握应用液晶光阀进行光学图像实时相减和实时微分的方法，加深对光学图像实时处理的理解。二、实验容和原理 1. 液晶特性 (1) 液晶是一种有机高分子化合物，既有晶体的取向特性，又有液体的流动性。 (2) 当液晶分子有序排列时表现出光学各项异性：光矢量沿分子长轴方向时具有较大的非常光折射率ne ；而垂直分子长轴方向位寻常光折射率no(针对p 型液晶材料）。 (3) 晶轴方向即为分子长轴方向。在组成液晶盒的两玻璃间加一电压，其中的液晶分子在电场作用下会沿着电场方向排列，即光轴方向沿电场方向偏转。电场控制了双折射效应的变化。 (4) 液晶光阀正是利用此特点而制成的器件。 2. 液晶光阀结构示意 1--玻璃基片 2--透明电极 3--光导层 4--挡光层 5--介质反射膜 6--定向层 7--液晶层 8--衬垫 E--低压音频电源 K--开关 3. 液晶光阀工作原理 (1) 如液晶光阀结构图所示，工作时将待处理的非相干图像从右侧成像在光电导层上，把它作为写入光。读出光束从左侧入射，经起偏器使其偏振方向与液晶左侧分子指向方向一致。经透明电极、液晶盒之后，在右侧的介质反射膜处返回，再次穿过液晶层经偏振分光镜后，通过一个透光轴方向与起偏器偏振方向垂直的检偏器，成为输出光束。 (2) 由于光阻挡层和反射膜都很薄，交流阻抗很小，因而加在两透明电极之间的外电压主要落在液晶层和光 E 1 8 1 5 4 6 7 6 2 3 K 2 写入光读出光偏振分光镜输出光专业：姓名：学号：日期：地点：玉泉教三209-211

光寻址空间光调制器电寻址空间光调制器实验(浙大)

实验报告课程名称： 2011-2012光信息综合实验指导老师：成绩：___ ____ 实验名称：液晶光阀用于光学图像实时处理实验类型：综合型同组学生姓名：一、实验目的和要求二、实验内容和原理三、主要仪器设备、操作方法和实验步骤四、实验结果记录、数据处理分析五、思考题六、实验中遇到的问题，心得体会，意见和建议一、实验目的和要求 1、了解液晶光阀的工作原理和使用方法； 2、掌握采用液晶光阀实现非相干光——相干光图像转换和图像反转的工作原理和方法； 3、掌握应用液晶光阀进行光学图像实时相减和实时微分的方法，加深对光学图像实时处理的理解。二、实验内容和原理 1. 液晶特性 (1) 液晶是一种有机高分子化合物，既有晶体的取向特性，又有液体的流动性。 (2) 当液晶分子有序排列时表现出光学各项异性：光矢量沿分子长轴方向时具有较大的非常光折射率ne ；而垂直分子长轴方向位寻常光折射率no(针对p 型液晶材料）。 (3) 晶轴方向即为分子长轴方向。在组成液晶盒的两玻璃间加一电压，其中的液晶分子在电场作用下会沿着电场方向排列，即光轴方向沿电场方向偏转。电场控制了双折射效应的变化。 (4) 液晶光阀正是利用此特点而制成的器件。 2. 液晶光阀结构示意 1--玻璃基片 2--透明电极 3--光导层 4--挡光层 5--介质反射膜 6--定向层 7--液晶层 8--衬垫 E--低压音频电源 K--开关 3. 液晶光阀工作原理 (1) 如液晶光阀结构图所示，工作时将待处理的非相干图像从右侧成像在光电导层上，把它作为写入光。读出光束从左侧入射，经起偏器使其偏振方向与液晶左侧分子指向方向一致。经透明电极、液晶盒之后，在右侧的介质反射膜处返回，再次穿过液晶层经偏振分光镜后，通过一个透光轴方向与起偏器偏振方向垂直的检偏器，成为输出光束。 (2) 由于光阻挡层和反射膜都很薄，交流阻抗很小，因而加在两透明电极之间的外电压主要落在液晶层和光电导层上。控制液晶电光效应的实际电压值就由光电导层与液晶层的实际阻抗之比来决定，即取决于光电导层上的光照情况。 E 1 8 1 5 4 6 7 6 2 3 K 2 写入光读出光偏振分光镜输出光专业：姓名：学号：日期：地点：玉泉教三209-211

斜入射液晶空间光调制器的特性

第33卷　第5期2006年5月中　国　激　光 CHIN ESE JOU RNA L OF LASE RS Vo l.33,N o.5 M ay ,2006 　文章编号: 0258-7025(2006)05-0587-04斜入射液晶空间光调制器的特性叶必卿1,陈　军1 ,福智央2,伊ヶ崎泰则2,井上卓2,原　勉 2 (1 浙江大学现代光学仪器国家重点实验室,浙江杭州310027;2 浜松光子株式会社,日本) 摘要　用读出光斜入射到液晶空间光调制器(LC -SL M )的读出面,是一种有效的提高空间光调制器(S LM )读出效率的方法。测量了读出光以不同角度入射到液晶空间光调制器的读出面上时,相位调制深度与写入光强的关系、衍射效率与二值光栅对比度的关系。得到随着入射角度的增加,最大相位调制深度减小,而衍射效率变化并不明显。在45°时有最大相位调制深度2.0936π和35.4%的正一级衍射效率。关键词　信息光学;液晶空间光调制器;斜入射中图分类号　T H 744 文献标识码　A Oblique -Incidence Characteristic of Parallel -Aligned Nematic -Liquid -Crystal Spatial Light Modulator YE Bi -qing 1,CHEN Jun 1,Norihiro Fukuchi 2, Yasuno ri Igasaki 2,Takashi Inoue 2,Tsutomu Hara 2 1 State K ey L aboratory o f Modem Optical Instrumentation , Z hejiang University ,Hangzhou ,Z hej iang 310027,China 2 Hamamatsu Photonics K .K.,J apan A bstract I t is a valid way to impr ove the read -out lig ht efficiency of spatial ligh t modulator that the incident read -out light o bliquely enters the read -out plane o f the liquid cry stal spatial light modulato r.With differ ent incident ang les ,the r elatio ns o f the phase modulatio n depth and the w rite -in light intensity and of the diff ractio n efficiency and the co ntrast of the bina ry g ra ting are mea sured.I t is found that ,with increasing incident angle ,the max imum depth of the phase modulatio n decreases ,but obvio us change o f the diffraction efficiency does no t occur.With 45°incident angle ,the maximum de pth of the phase modulatio n reaches 2.0936π,and the po sitive first order diffrac tion efficiency is 35.4%. Key words info rmatio n o ptics ;liquid crystal spatial ligh t mo dula tor ;oblique incidence 收稿日期:2005-05-26;收到修改稿日期:2005-11-13 作者简介:叶必卿(1978—),女,浙江杭州人,浙江大学博士研究生,主要从事激光与非线性光学的研究。E -mail :canoo @https://www.360docs.net/doc/c814560539.html, 1　引　言空间光调制器(S LM )在二维空间内可以对光信息包括振幅、相位、偏振态三方面进行调制。液晶空间光调制器就是利用液晶的电光效应来达到对光波的调制,它已经在相关光学、自适应光学、光互连、光束变换、光运算、光存储和神经网络[1～3] 中得到广泛的应用,并有希望在未来的光计算机中作为接口器件[4] 。因此它的光调制特性越来越为人们所关注。当空间光调制器工作在正入射情况时,必须利用分光镜使得入射光和反射光分离,以使得到的反射光光强被极大衰减,在一定程度上限制了它的应用。为了得到更强的反射光强,采用读出光斜入射模式是一种有效的方法。虽然对于正入射工作模式的特性研究已经有大量报道[5,6],但空间光调制器的斜入射调制特性研究尚少报道。本文测量了光寻址液晶空间光调制器的斜入射光学调制特性,在45°入射时得到最大2.0936π的相位调制深度和35.4%的正一级衍射效率。

11空间光调制器

4. 声光扫描声光扫描器的结构与布拉格声光调制器基本相同，所不同之处在于调制器是改变衍射光的强度，而扫描器则是利用改变声波频率来改变衍射光的方向。 ⑴声光扫描原理从前面的声光布拉格衍射理论分析可知，光束以θi 角入射产生衍射极值应满足布喇格条件：s B n λλθ2sin =，B d i θθθ==。布喇格角一般很小，可写为 s s s B f v n 22λλλθ=≈ (3.6-5) 故衍射光与入射光间的夹角（偏转角）等于布拉格角θB 的2倍，即 s s B d i f nv λ θθθθ==+=2 (3.6-6) 可以看出：改变超声波的频率f s ，就可以改变其偏转角θ，从而达到控制光束传播方向的目的。超声频率改变?f s 引起光束偏转角的变化为 s s f nv ?=?λ θ (3.6-7) 这可用图1及声光波矢关系予以说明。 ⑵声光扫描器的主要性能参量声光扫描器的主要性能参量有三个: 可分辨点数，它决定描器的容量。偏转时间τ，其倒数决定扫描器的速度。衍射效率ηs ，它决定偏转器的效率。衍射效率前面已经讨论过。下面主要讨论可分辨点数、扫描速度和工作带宽的衍射光声频为f s 的衍射光 k s s 图1 声光描器原理图

问题。可分辨点数N 定义为偏转角?θ和入射光束本身发散角?φ之比，即 )(w R N λφ?φ?θ ?== (3.6-8) 式中w 为入射光束的宽度；R 为常数，其值决定于所用光束的性质（均匀光束或高斯光束）和可分辨判据（瑞利判据或可分辨判据）。上式可以写成 s f R N ?=11τ (3.6-10) τ 1N 称为声光扫描器的容量-速度积，它表征单位时间内光束可以指向的可分辨位置的数目。声光扫描器带宽受两种因素的限制，即受换能器带宽和布喇格带宽的限制。因为声频改变时，相应的布喇格角也要改变，其变化量为 s s B f nv ?=?2λ θ (3.6-11) 因此要求声束和光束具有匹配的发散角。声光扫描器一般采用准直的平行光束，其发散角很小，所以要求声波的发散角B δθδφ≥。 L n f f s s s λλ2 2≤? (3.6-12) 有效波面图2 列阵换能器 (a) (b)

空间光调制器参数测量与创新应用实验实验讲义

空间光调制器参数测量与创新应用实验实验讲义大恒新纪元科技股份有限公司所有不得翻印

前言空间光调制器是一类能将信息加载于一维或两维的光学数据场上，以便有效的利用光的固有速度、并行性和互连能力的器件。这类器件可在随时间变化的电驱动信号或其他信号的控制下，改变空间上光分布的振幅或强度、相位、偏振态以及波长，或者把非相干光转化成相干光。由于它的这种性质，可作为实时光学信息处理、光计算等系统中构造单元或关键的器件。空间光调制器是实时光学信息处理，自适应光学和光计算等现代光学领域的关键器件，很大程度上，空间光调制器的性能决定了这些领域的实用价值和发展前景。空间光调制器一般按照读出光的读出方式不同，可以分为反射式和透射式；而按照输入控制信号的方式不同又可分为光寻址(OA-SLM)和电寻址(EA-SLM) 。最常见的空间光调制器是液晶空间光调制器，应用光－光直接转换，效率高、能耗低、速度快、质量好。可广泛应用到光计算、模式识别、信息处理、显示等领域，具有广阔的应用前景。本实验是传统光信息处理实验与计算机等先进技术手段相结合的现代光学实验，旨在让学生了解空间光调制器的广泛应用和科研价值。本实验注重学生对光信息处理中关键器件的理解，同时利用SLM解决实际科研与产业应用问题的能力，实验直观且有很强的指导性，可作为相关专业学生的研究型实验。

实验一SLM 液晶取向测量实验一、实验目的 1. 了解空间光调制器的基础知识。 2. 理解空间光调制器的透光原理。 3. 测量空间光调制器的前后表面液晶分子取向，计算液晶扭曲角。二、实验原理根据液晶分子的空间排列不同，可将液晶分为向列型、近晶型、胆甾型3类。其中扭曲向列液晶 (Twisted Nematic Liquld Crystal ，TNLC)是液晶屏的主要材料之一，它是一种各向异性的媒质，可以看作是同轴晶体，它的光轴与液晶分子的长轴平行。TNLC 分子自然状态下扭曲排列，在电场作用下会沿电场方向倾斜，过程中对空间光的强度和相位都会产生调制。想定量分析液晶屏对光的调制特性，需要将调制过程用数学方法来模拟，液晶盒里的扭曲向列液晶可沿光的透过方向分层，每一层可看作是单轴晶体，它的光学轴与液晶分子的取向平行。由于分子的扭曲结构，分子在各层间按螺旋方式逐渐旋转，各层单轴晶体的光学轴沿光的传输方向也螺旋式旋转。如图1.1所示。图1.1 TNLC 分层模型在空间光调制器液晶屏的使用中，光线依次通过起偏器P 1、液晶分子、检偏器P 2，如图1.2所示。光路中要求偏振片和液晶屏表面都在x-y 平面上，图中已经分别标出了液晶屏前后表面分子的取向，两者相差90°。偏振片角度的定义是，逆着光的方向看，1φ为液晶屏前表面分子的方向顺时针到P l 偏振方向的角度，2φ为液晶屏后表面分子的方向逆时针到P 2偏振方向的角度。偏振光沿z 轴传输，各层分子可以看作具有相同性质的单轴晶体，它的Jones 矩阵表达式与液晶分子的寻常折射率n o 和非常折射率n e ，以及液晶盒的厚度d 和扭曲角α有关。除此之外，Jones 矩阵还与两个偏振片的转角1φ，2φ有关。因此光波强度和相位的信息可简单表示为()12,,T T βφφ=；()12,,δδβφφ=，其中 ()e o d n n βπθλ=-????又称为双折射，它其实为隐含电场的量，因为β为非常折射率e n 的函数，非常折射率e n 随液晶分子的倾角θ改变，θ又随外加电压而变化。

硅基光子学国内外分析研究现状及发展趋势

专题报告-1 硅基光电子学<光子学）研究简况网络信息中心文献情报服务 2007年6月硅基光电子学研究简况编者按：本文介绍了硅基光电子技术的研究现状、重点研究方向、技术难点以及国内外主要研究机构

的基本情况。希望能为我所学科布局的发展提供一些参考。一、技术概述硅基半导体是现代微电子产业的基石，但其发展已接近极限。而光电子技术则正处在高速发展阶段，现在的半导体发光器件多利用化合物材料制备，与硅微电子工艺不兼容，因此，将光子技术和微电子技术集合起来，发展硅基光电子科学和技术意义重大。近年来，硅基光电子的研究在国内外不断取得引人注目的重要突破，世界各发达国家都把硅基光电子作为长远发展目标。硅基光电子学包括硅基光子材料、硅基光子器件和硅基光子集成三个主要方面。分别介绍如下： 1. 硅基光子材料 <1）硅基纳M发光材料目前的研究重点是如何有效地控制硅纳M晶粒的尺寸和密度，以形成具有小尺寸和高密度的有序纳M结构。制备方法有：通过独立控制固体表面上的成核位置和成核过程实现自组织生长；在掩蔽图形衬底上的纳M结构生长；扫描探针显微术的表面纳M加工；全息光刻技术的纳M图形制备以及激光定域晶化的有序纳M阵列形成等。 <2）硅基光子晶体光子晶体具有合成的微结构、周期性变化的折射率以及与半导体潜在电子带隙相近的光子带隙。根据能隙空间分布的特点，可以将其分为一维、二维和三维光子晶体。光子晶体的实际应用是人们所关注的焦点，而与成熟的硅工艺相结合是人们非常看好的方向，可出现全硅基光电子器件和全硅基光子器件，因此制备硅基光子晶体及其应用将是以后的研究重点。在所有光子晶体制备方法中，运用多光束干涉的全息光刻法有着许多优点：通过照射过程能够制成大体积一致的周期性结构，并能自由控制结构多次。通过控制光强、偏振方向和相位延迟，制成不同的结构。 2. 硅基光子器件 <1）硅基发光二极管作为硅基光电子集成中的光源，硅基发光二极管

硅基光子学国内外研究现状及发展趋势

专题报告-1 硅基光电子学（光子学）研究概况网络信息中心文献情报服务 2007年6月

硅基光电子学研究概况编者按：本文介绍了硅基光电子技术的研究现状、重点研究方向、技术难点以及国内外主要研究机构的基本情况。希望能为我所学科布局的发展提供一些参考。一、技术概述硅基半导体是现代微电子产业的基石，但其发展已接近极限。而光电子技术则正处在高速发展阶段，现在的半导体发光器件多利用化合物材料制备，与硅微电子工艺不兼容，因此，将光子技术和微电子技术集合起来，发展硅基光电子科学和技术意义重大。近年来，硅基光电子的研究在国内外不断取得引人注目的重要突破，世界各发达国家都把硅基光电子作为长远发展目标。硅基光电子学包括硅基光子材料、硅基光子器件和硅基光子集成三个主要方面。分别介绍如下： 1. 硅基光子材料（1）硅基纳米发光材料目前的研究重点是如何有效地控制硅纳米晶粒的尺寸和密度，以形成具有小尺寸和高密度的有序纳米结构。制备方法有：通过独立控制固体表面上的成核位置和成核过程实现自组织生长；在掩蔽图形衬底上的纳米结构生长；扫描探针显微术的表面纳米加工；全息光刻技术的纳米图形制备以及激光定域晶化的有序纳米阵列形成等。（2）硅基光子晶体光子晶体具有合成的微结构、周期性变化的折射率以及与半导体潜在电子带隙相近的光子带隙。根据能隙空间分布的特点，可以将其分为一维、二维和三维光子晶体。光子晶体的实际应用是人们所关注的焦点，而与成熟的硅工艺相结合是人们非常看好的方向，可出现全硅基光电子器件和全硅基光子器件，因此制备硅基光子晶体及其应用将是以后的研究重点。在所有光子晶体制备方法中，运用多光束干涉的全息光刻法有着许多优点：通过照射过程能够制成大体积一致的周期性结构，并能自由控制结构多次。通过控制光强、偏振方向和相位延迟，制成不同的结构。 2. 硅基光子器件（1）硅基发光二极管作为硅基光电子集成中的光源，硅基发光二极管（Si-LED）的实现是硅基光电子学研究中的一个主攻方向。目前的研究重点有：如何采用适宜的有源区材料，实现其高效率和高稳定度的发光；从器件实用化角度考虑，如何实现Si-LED在室温下的电致发光。研究人员已尝试了三种硅基纳米材料用于高效率Si-LED的制作，即硅纳米量子点，高纯体单晶硅和掺Er3+的硅纳米晶粒。目前报道最好的结果是韩国科学家研究的由镶嵌在SiNx膜层中的硅纳米量子点所制成的电致发光LED，室温下的外量子效率可高达1.6%。（2）硅基激光器目前，人们已初步提出了三种能产生光增益或受激辐射的增益介质材料，即具有高密度和小尺寸的有序硅纳米晶粒，基于内子带跃迁的硅/锗量子级联结构和具有受激喇曼散射特性的绝缘硅（SOI，Silicon-On-Insulator）光波导结构。2005年2月17日的《Nature》杂志上报道了Intel公司利用喇曼效应研制出了世界上第一台连续光全硅激光器。（3）硅基光探测器

声光调制器原理和技术

声光调制器原理和技术（信息科学与工程学院江苏·南京） 3.1 声光调制器简介声光调制是一种外调制技术，通常把控制激光束强度变化的声光器件称作声光调制器。声光调制技术比光源的直接调制技术有高得多的调制频率；与电光调制技术相比，它有更高的消光比（一般大于1000：1），更低的驱动功率，更优良的温度稳定性和更好的光点质量以及低的价格；与机械调制方式相比，它有更小的体积、重量和更好的输出波形。根据它的用途特点可分为：脉冲声光调制器、线性声光调制器、正弦声光调制器、红外声光调制器等。 3.2 声光调制器的工作原理声光调制器由声光介质和压电换能器构成。当驱动源的某种特定载波频率驱动换能器时,换能器即产生同一频率的超声波并传入声光介质,在介质内形成折射率声变化，光束通过介质时即发生相互作用而改变光的传播方向即产生衍射，如图1所示。入射光衍射光调制信号图1 布拉格衍射原理图衍射模式有布拉格衍射和拉曼-奈斯型衍射。激光腔外使用的声光调制器一般采用布拉格型，衍射角为： sinθd≈θd=（λ0/υ）f1 一级光衍射效率η为： η1=I1/IT=sin2（Δψ/2） Δψ=（π/λ0）√2LM2Pa/H 式中λ0为光波长；V为声光介质中的声速；I1为一级光衍射强度；L为声光互作用长度；H为声光互作用宽（高）度；M2为声光品质因数；Pa为声功率。当外加信号通过驱动电源作用到声光器件时，超声强度随此信号变化，衍射光强也随之变化，从而实现了对激光的振幅或强度调制；当外加信号仅为载波频率且不随时间变化时，衍射光的频率发生变化而达到移频。

t P s I d (f m ) f m (I s ) 图2 衍射光随调制信号的变化 3.3 声光调制器主要的参量 3.3.1 光波长: 用于声光互作用的有效波长； 3.3.2 光波长范围: 满足声光性能参数规约的光波长宽度； 3.3.3 工作频率: 声光器件工作的声载波频率； 3.3.4 衍射效率: 级光强（或衍射光强）与透过声光介质总光强的百分比值 3.3.5 脉冲重复率：脉冲信号包络的时间周期的倒数； 3.3.6 光脉冲上升时间：脉冲信号前沿从 10%上升到 90%稳定值的时间； 3.3.7 动态调制度：信号包络的最大值 Imax 和最小值 Imin ，按公式 Imax-Imin/Imax+Imin 计算的数值； 3.3.8 调制带宽：以低频信号的最大调制度为基值，改变调制信号直到调制度下降 3dB 所对应的频率宽度； 3.3.9 线性度：一级衍射光强与控制电压改变的关系曲线的线性状况； 3.3.10 电压可调范围：满足线性度指标的控制电压范围； 3.3.11 线性光强等级：衍射光强度随控制电压改变所能达到可分辨的光强变化等级，亦可称之为灰度等级； 3.3.12 消光比：一级光衍射光方向上器件处于“开”状态的最佳衍射光强与“关”状态下的杂散光强之比值； 3.3.13 光学透过率：声光介质插入光路中的透过光强与自由光路的光强之百分比值； 3.3.14 移频带宽：以中心频率处衍射光强的最大值为基准，衍射光强随声载波频率改变而下降至 3dB 所对应的带宽。 3.4 常用的声光调制器 3.4.1 自由空间声光调制器标准的自由空间声光调制器用于对激光束的数字或模拟的强度调制。主要技术参数如下：波长范围：240nm 到 2100nm 驱动频率：20MHz 到 350MHz 光学上升时间：5ns 调制带宽：宽达100MHz 工作介质：二氧化碲、钼酸铅、熔融石英、石英晶体、燧石玻璃使用数字RF 驱动器，外控TTL 信号可以快速开关激光束；使用模拟RF 驱动器，可以调节输出激光功率和输入激光功率的比率，典型调节范围为0%到85%。最大调制带宽或光学上升时间是超声波穿越激光束时间的函数。因此，为了获得最快的速度，一般将激光束聚焦