空间光调制器
空间光调制器
一．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，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）。
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=I max/I min
D 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=（I max-I min）/M w（I max+I 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?2，当?1> ?2时，称为正（P）型液晶；当?1< ?2时，称为正（N）型液晶.上述状态与单轴晶体相对应，即光束通过液晶时也会出现双折射。扭曲液晶盒（一薄层液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（LCLV），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制。
a.相位调制
采用任何种类的电光晶体，利用纵向或者横向电光效应都可以实现光波的相位调制。以纵向电光效应为例，有如下的关系：
?=eV/Ve?
其中：V为晶体两极的电压，Ve?为相位调制半波电压，Ve?=?/n3r，n为晶体的折射率，r为张量系数。
b. 振幅调制与强度调制
实现强度调制的一种方法是对两束光波中的一路或者两路进行相位调制，再使两束光干涉，从而把相位调制转化为强度调制。
以纵向电光效应为例，其光路图如下：
其中P和A分别是起偏器和检偏器，箭头表示透射光偏振方向；Q是四分之一波片。
输出光与读入光的光强比为：
IO/IR=1/2sin2（ΔΦ/2）
其中ΔΦ=2πn3rV/λ
2 泡客尔斯读出光调制器（PROM）
a.工作原理
首先在外电场帮助下建立BSO（晶体）的内电场，实现擦除和激发。然后，通过短波长光的光电导效应，把空间光强分布转化成空间电场分布，实现图象的写入。最后，通过长波长的线性电光效应把空间电场分布恢复成光强分布，实现图象的读出。
b.性能
（1）对比度：>500，最大可达到104
（2）分辨率：典型值为100lp/mm
（3）写----读----擦周期：<1/600s
（4）有效工作面积：约4cm2
（5）工作波长：写入光400---500nm
读出光600---800nm
3 微通道板空间光调制器
a.工作过程
用相干或非相干光图象作为写入光，照射在光电阴极上，形成光电子图象，然后经过MCP 增强，经栅极加速，投射到介质膜反射镜上形成电荷图象。该图象与外加电场一起在纵向电光效应作用下，对电光晶体板的折射率进行了空间调制。读出光大多采用相干光，经电光晶体板后，由介质反射镜反射，再次通过电光晶体板。此时，由于双折射的作用，对其进行了偏振态调制，最后输出相干光图象。
b.性能
（1）空间分辨率：20lp/mm
（2）对比度：>1000
（3）灵敏度：30nJ/cm2
（4）最大读出光强：0.1W/cm2
（5）写入时间响应：10ms
擦除时间响应：20ms
（6）存储时间：几天
（7）输入窗口直径：15nm
五磁光空间光调制器（M O S L M）
1 磁性材料的磁化特性和磁光效应
a.磁滞特性
在外磁场的诱导下，磁化材料被磁化，其磁感强度B的方向与外磁场的磁场强度H一致。撤去H后，材料的B并不恢复为零，仍保持一个剩磁强度B S，且方向与原来的H一致。这就是利用磁性材料来记录信息的基本原理。
b.法拉第效应
当线偏振光沿外磁场H的方向通过某些磁性材料的时候，其偏振方向将会偏转一个角度?=V?ò Hdl
其中：积分区域为光波在介质中传播的路程，V为Verdet常数。
当偏振方向左旋时，V为正，反之为负。旋转方向只与磁场方向有关。
c.克尔磁光效应
当线偏振光入射到磁性介质表面时，其反射光束的偏振方向发生偏转，该偏转角称克尔角，偏转方向和剩磁强度方向有关。
法拉第效应和克尔效应都可以做为磁光空间光调制器信息读取的物理基础。
2 工作原理
a.写入信息的记录
由于稳定的剩磁方向只有2个，所以记录的信息只能是二元的。如果以某一个剩磁方向为1，那么相反的就是信息0。MOSLM的写入信息就是一个二进制的二维数据阵列。
使用前，先在饱和磁化线圈中通电，产生一个均匀的强外磁场。撤去外磁场后，每个像素的磁性薄膜里都有相同方向的剩磁。记录写入信息时，在行，列电极上加一定的电流，使该像素发生剩磁方向反转的效果。
这样利用逐行写入的方式，可以把二元的电子写入信息转变为按二维阵列排列的，以剩磁方向为表征的信息阵列。
b.信息的读出
假定两个像素1和2，已被写入信号调制成具有相反方向的剩磁强度，读出光经起偏器以后，成为沿Y方向的线偏振光，通过这两个像素后，由于法拉第效应，其偏振方向将分别转过è和-è。如果检偏器透光方向与Y轴成?角。则透过检偏器后光强分别正比于cos2(?- è)和
cos2(?+ è)从而实现了光强调制。
其中有两种特殊的情况：
（1）?- è=90。，则一个光强为0，为暗场，一个光强正比于sin22 è,为明场。
（2）?= 90。，此时只有X分量通过，不能实现光强调制。
3 器件性能
MOSLM的优点是写入速度快，单个开关速度达到10ns数量级，帧频高于100Hz。它的存储性能非常稳定。对比度高于200：1，速度可达到1000：1。
它的缺点是对读出光能利用率比较低，因为它是一个二元器件，每个像素只有2个状态可以选择。
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
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
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。
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。 (3) 对写入光图像上的暗区：光电导层上的光照很少，电阻很大，外电压主要分配在光电导层上，而液晶层上 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
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)
空间光调制器怎么用_空间光调制器的功能及应用
空间光调制器怎么用_空间光调制器的功能及应用 空间光调制器它是一种对光波的空间分布进行调制的器件，具有能实时的在空间上调制光束的功能，使其成为构成实时光学信息处理，光计算等系统的关键器件。空间光调制器的原理空间光调制器含有许多独立单元，它们在空间上排列成一维或二维阵列。每个单元都可以独立地接受光学信号或电学信号的控制，利用各种物理效应（泡克尔斯效应、克尔效应、声光效应、磁光效应、半导体的自电光效应、光折变效应等）改变自身的光学特性，从而对照明在其上的光波进行调制。 一般把这些独立的小单元称为空间光调制器的像素，把控制像素的信号称为写入光，把照明整个器件并被调制的输入光波称为读出光，经过空间光调制器后出射的光波称为输出光。形象的说，空间光调制器可以看作一块透射率或其它光学参数分布能够按照需要进行快速调节的透明片。显然，写入信号应该含有控制调制器各个像素的信息。把这些信息分别传送到相应像素位置上去的过程，称为寻址。 空间光调制器一般按照读出光的读出方式不同，可以分为反射型和透射型； 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）。 空间光调制器的基本功能，就是提供实时或准实时的一维或二维光学传感器件和运算器件。在光信息处理系统中，它是系统和外界信息交换的接口。 它可以作为系统的输入器件，也可在系统中用作变换或运算器件。作为输入器件时，其功能主要是将待处理的原始信息处理成系统所要求的输入形式。此时，空间光调制器作为输入传器，可以实现电-光转换、串行-并行转换、非相干光-相干光转换、波长转换等。 作为处理和运算器件时，可以实现光放大、矢量-矩阵或矩阵-矩阵间乘法、对比反转、波面形状控制等。除此还有模拟图像存储的功能。 空间光调制器是一种对光波的光场分布进行调制的元件，广泛地应用于成像投影、光束分束、激光束整形、相干波前调制、相位调制、光学镊子、全息投影、激光脉冲整形等诸多应用领域。
空间光调制器
空间光调制器 一．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，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）。 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=I max/I min D 灰阶数---透过率的另外一种表示方式
基于空间光调制器的光学图像识别研究.
基于空间光调制器的光学图像识别研究 摘要光学图像识别技术[1]是在傅里叶光学的原理上，作频域处理的技术，它已广泛应用于指纹瞳孔识辨、字符识辨、医学细胞计数以及军用目标识别等任务中。光学图像识别运算速度快，信息处理量大，可并行处理，但精度不高；而计算机模式识别存储灵活、易控制、精度高和易于分析及可编程性，但是速度慢、实时性差。通过电寻址液晶空间光调制器(LC-SLM)和光电藕合器件(CCD)可以结合两者的优点，开发出光电混合模式识别系统，以实现图像识别的实用化方案。 光学图像识别系统的基本结构是光学相关器，光学相关模式识别是一种通过傅里叶光学的手段，运用光学相关的图像识别处理方法，从给定的目标信息中提取检测所需要的光频信息。光学相关器有匹配滤波相关器和联合傅里叶变换相关器(Joint Fourier Transform Correlator，JTC)。 本论文中，首先介绍了光学图像识别技术的原理、分类、特性、应用及其发展动态。其次用SLM及CCD等光电设备以及一些常用光学元器件，通过实验建立JTC 图像识辨实验装置，并进行了实际调试以及实验成品的检测与鉴定，实现了光学数据的电子信息化。实现了对相同和不同字符等简单目标的识别，获得它们的联合功率谱和相关峰分布。最后，利用MATLAB程序模拟实验相关峰分布图，使之与实验结果进行比较分析。 关键词光学图像识别；联合傅里叶变换；空间光调制器；光学相关； ABSTRACT Optical pattern recognition technology is in theory the Fourier optics for frequency domain processing, which has been extensively used fingerprint identified, characters identified, cell count in medical and target recognition military task. Optical image recognition has advantages of high computing speed, large information processing, parallel processing, but not the high accuracy. While the computer recognition with advantages of flexible storage, easy to control, high precision, easy to analyze and programable but not instantaneity. By electrically Addressed