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1、液晶空间光调制器及其运用 目录l液晶的根本性质液晶的根本性质l空间光调制器空间光调制器lLC-SLM及其运用及其运用l程序仿真程序仿真液晶的根本性质l液晶的定液晶的定义l 早在早在1888 1888 年，液晶就被奥地利植物学家年，液晶就被奥地利植物学家F. F. Reinitzer Reinitzer 发现，直到，直到2020世世纪初，才广泛地初，才广泛地进入运入运用研用研讨领域。域。l 液晶液晶资料是种流体，介于完全料是种流体，介于完全规那么形状固体那么形状固体与不与不规那么形状液体之那么形状液体之间的中的中间态物物质，兼，兼有液体和晶体两者共有的属性。有液体和晶体两者共有的属性。 将物将物
2、质的的这种种“相相称称为液液l 晶相或介晶相。晶相或介晶相。l液晶的三种构造液晶的三种构造 (a) (a)向列相向列相 b b近晶相近晶相 (c) (c)胆甾相胆甾相 图图1 1 液晶的常见三种构造液晶的常见三种构造l液晶的电光效应液晶的电光效应l 由于液晶分子在外形、介电常数、折射率且电由于液晶分子在外形、介电常数、折射率且电导率等方面具有各向异性的特点，当对这样的物质导率等方面具有各向异性的特点，当对这样的物质施加电场后，随着液晶分子轴的陈列变化和液晶分施加电场后，随着液晶分子轴的陈列变化和液晶分子的流动就会发生不稳定景象，其光学特性也会发子的流动就会发生不稳定景象，其光学特性也会发生变化
3、。液晶的电光效应主要包括：扭曲效应、动生变化。液晶的电光效应主要包括：扭曲效应、动态散射效应、电控双折射效应、相变效应、宾主效态散射效应、电控双折射效应、相变效应、宾主效应等。应等。空间光调制器l空间光调制器的定义空间光调制器的定义l 空间光调制器空间光调制器Spatial Light ModulatorSpatial Light Modulator，SLMsSLMs是指能将信息加载于一维或者二维的光学数据场上，是指能将信息加载于一维或者二维的光学数据场上，以便有效地利用光的固有速度、并行性和互联才干，以便有效地利用光的固有速度、并行性和互联才干，并在构成实光阴学信息处置、光计算和光学神经网络
4、并在构成实光阴学信息处置、光计算和光学神经网络等等l 系统中作为根本的构造单元或关键的自动器件。系统中作为根本的构造单元或关键的自动器件。 表表1 1 常见的几种空间光调制器资料的呼应时间常见的几种空间光调制器资料的呼应时间材料材料时间时间材料材料时间时间电光晶体电光晶体1ps声光（布喇声光（布喇格盒）格盒）1usGaAS（MQW或或Etalon) )1psPLZT（多（多晶）晶）10usPLZT( (单晶）单晶）1ns粒状悬浮液粒状悬浮液1ms变形薄膜变形薄膜0.5us变形弹性材变形弹性材料料1ms磁光开关磁光开关1us向列相液晶向列相液晶10ms铁电液晶铁电液晶1usl空间光调制器的分类空
5、间光调制器的分类l 空间光调制器按读出光的方式不同，可分为反射式空间光调制器按读出光的方式不同，可分为反射式和透射式；按输入控制信号的方式不同可分为光寻址和透射式；按输入控制信号的方式不同可分为光寻址(O-SLMs)(O-SLMs)和电寻址和电寻址E-SLMsE-SLMs。前者多为模拟的非像。前者多为模拟的非像素单元构成，主要用于光光的转换器件；后者主要是素单元构成，主要用于光光的转换器件；后者主要是由单个分别的元素或像素组成，主要用作电光实由单个分别的元素或像素组成，主要用作电光实l 时接口器件，所以从运用角度可分成模拟的和数字时接口器件，所以从运用角度可分成模拟的和数字的的l 两类也有极少
6、数的热寻址器件两类也有极少数的热寻址器件) )。 a a透射型透射型SLM SLM b b反射型反射型SLMSLM (c) (c)透射型光寻址透射型光寻址SLMSLM原理图原理图 (d) (d)反射型光寻址反射型光寻址SLMSLM原理图原理图图图2 SLM器件的不同任务方式器件的不同任务方式l空间光调制器的主要功能空间光调制器的主要功能l (1) (1)作为电光转换的实时接口器件作为电光转换的实时接口器件 l (2) (2)模拟乘法和加法以及信号的转换模拟乘法和加法以及信号的转换 l (3) (3)非线性运算非线性运算 l (4) (4)光逻辑光逻辑 LC-SLM及其运用 目前LC-SLM在空
7、间光调制器中曾经占主导位置。它可对光束的相位、偏振态、振幅或强度进展一维或二维的实时空间调制。Holoeye SLM系列产品分辨率高，像素单元小，填充因子高，衍射效率高，实践运用中可获得高精度的波前控制，帧频可到达180Hz，有利于实时控制。l几种几种HoloeyeHoloeye空间光调制器空间光调制器 LC2002 LC-R720 LC-R1080 PLUTOlPLUTO型型LC-SLM性能参数性能参数 lHoloeye SLM不同型号性能参数对比不同型号性能参数对比lHoloeye空间光调制器的几个运用空间光调制器的几个运用l 1螺旋位相相衬成像螺旋位相相衬成像l 在光学显微镜中，暗场或相
8、衬方法常被用来提高物体成像的对在光学显微镜中，暗场或相衬方法常被用来提高物体成像的对比度。本质上，这些方法都可看作是傅立叶平面上的光学滤波。比度。本质上，这些方法都可看作是傅立叶平面上的光学滤波。类似于微分干涉相差显微技术，螺旋位相相衬法也是利用对相移类似于微分干涉相差显微技术，螺旋位相相衬法也是利用对相移的敏感性来提高成像的明晰度，特别是边缘。由于光束的对称性，的敏感性来提高成像的明晰度，特别是边缘。由于光束的对称性，l 还可以对各向均匀介质物体成像进展对比加强。还可以对各向均匀介质物体成像进展对比加强。图图3 3 螺旋位相光束在成像中用于提高边缘对比度的实验安螺旋位相光束在成像中用于提高边
9、缘对比度的实验安装装 图图4 4 相位物体的对比加强相位物体的对比加强 A-CA-C为明场成像，为明场成像，B-DB-D为螺旋位相滤波成像为螺旋位相滤波成像 2 2光学投影光学投影 光学投影，特别是三维成像，可以利用空间光调制器光学投影，特别是三维成像，可以利用空间光调制器经过全息计算生成。经过全息计算生成。 图图5 5 图象的全息重建实验表示图图象的全息重建实验表示图 3 3自顺应光学自顺应光学 自顺应光学技术，是一种可以实时校正光学系统随机自顺应光学技术，是一种可以实时校正光学系统随机误差并使系一致直坚持良好任务性能的新技术，早期误差并使系一致直坚持良好任务性能的新技术，早期在天文观测中是用来修复大气湍流等要素对光波波前在天文观测中是用来修复大气湍流等要素对光波波前的扭曲，经过动态地对波前误差的实时探测的扭曲，经过动态地对波前误差的实时探测- -控控 制制- -校正，来改善成像质量。校正，来改善成像质量。图图6 6 光波前闭环控制表示图光波前闭环控制表示图驱动电压仿真lLC-SLM性能参数性能参数l电源部分电源部分 l任务原理框图任务原理框图 l仿真程序仿真程序 谢谢！
