液晶空間光調制器第一頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三主要內容1SLM概述2液晶及液晶的兩個光電特性3LCSLM的主要應用：液晶光閥第二頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三空間光調制器

1概念：空間光調制器(SpatialLightModulator---SLM)是一種對光波的空間分布進行調制的器件。一般地說，空間光調制器由許多獨立單元組成，它們在空間上排列成一維或二維陣列，每個單元都可以獨立地接受光學信號或電學信號的控制，并按此信號改變自身的光學性質，從而對照明在其上的光波進行調制。

2SLM的分類

寫入方式

調制方式第三頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三3SLM的結構特點：它是由許多基本的獨立單元組成的一維線陣或二維陣列。①有物理邊界②無物理邊界③小單元可以獨立改變自身光學特性第四頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三SLM的“三光”寫入光/信號：控制像素的光信號或者電信號。讀出光：照明整個器件并被調制的輸入光。輸出光：被像素單元調制后的出射光。第五頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三

5兩種寫入方式：

①電寫入的SLM：代表待輸入系統的信息的電信號直接驅動一個器件（空間光調制器），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化成相干光圖像，接著用相干光學系統做下一步的處理。

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。第六頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三6什么是尋址（adressing）？寫入光或寫入信號應含有控制調制器各個像素的信息。把這些信息分別傳送到相應像素位置上去的過程稱為尋址。如果采用寫入光實現，稱為光尋址，采用寫入電信號，稱為電尋址。

第七頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三7SLM的具體功能：①輸入器件電-光轉換和串行-并行轉換非相干光-相干光轉換波長轉換②處理和運算功能器件放大器乘法器與算數運算功能第八頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三第九頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三液晶

液晶是介于固體和液體之間的一種物質狀態，是一種既具有液體的流動性和連續性，又具有晶體分子排列有序性的有機化合物，一般最常見的液晶為向列型液晶，分子形狀為細長棒狀，通常用沿分子長軸方向的單位矢量來描述液晶分子的排列狀態。其特性是取向有序。在不同的電場電流作用下，液晶分子會做規則旋轉排列，產生透光度的差別。第十頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三

液晶的各向異性：

由于液晶分子的細長結構，從而在形狀，介電常數，折射率及電導率等方面具有各向異性的特點。當對這樣的物質施加電場后，隨著液晶分子軸的排列變化，其光電特性發生改變。液晶的分類按結構分：向列型近晶型膽甾型按形成方式分：熱致液晶溶致夜間第十一頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三

向列相近晶相膽甾相第十二頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三向列相液晶的電控雙折射效應

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

沿著向列型晶體長軸方向傳播的光波有一個最大的折射率，在垂直這個方向振動的光波有一個最小的折射率，由晶體的光學理論，長軸方向即為光軸方向。折射率的各向異性表示為，設偏振光平行于Z軸入射，且偏振方向與液晶分子長軸方向有一夾角，第十三頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三一個沿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，則兩光場的相位差為則合成光場和由下式表示由此可知，出射光的偏振狀態和各向異性有關，當施加電壓后，液晶分子在電場的作用下被極化，使得液晶分子空間排列發生改變。最終導致液晶雙折射率發生改變，各向異性也隨之改變。下面給出外加電壓及入射光與的關系，前面已經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，對非尋常光而言，折射率與光波入射角有關，但并不等于，它與的關系為

第十四頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三則各向異性表示為：施加電壓后，相位差是外加電壓的函數，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，這種通過外加電場來控制液晶雙折射率的效應就是液晶的電控雙折射效應，這是液晶能夠對光波進行調制的主要因素，我們設計的空間調制器也是基于液晶的這種性質第十五頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三向列型液晶的扭曲效應

液晶分子是夾在兩片玻璃之間的，兩片玻璃面向分子的一面都經過了預處理，有溝槽，使液晶分子順著溝槽整齊排列，當上下兩塊玻璃沒有施加電壓時，液晶排列會依照兩塊配相膜而定，兩配相膜角度差為液晶分子會自下而上旋轉再通過檢偏器。當兩玻璃間加上電壓時，液晶分子層的旋轉角發生轉動，導致偏振光與檢偏器的夾角發生變化，從而使透射光收到幅度和相位調制。第十六頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三

液晶光閥

液晶光閥是一種比較成熟的SLM，在實時光學信息處理系統中可作為實時圖像輸入,轉換，顯示和記錄的器件。是一種比較成熟的空間光調制器。具有廣泛的應用前景。

優點：結構簡單，工作電壓小，造價低，性能好等。1液晶光閥的結構和工作原理：2液晶光閥用于光學圖像實時相關：第十七頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三液晶光閥的結構和工作原理

液晶光閥具有多層膜結構，它由光導層和光阻層組成的光敏層和扭曲向列型液晶和介質反射鏡的反射式光調制層組成，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，這樣就可以同時進行寫入和讀出。兩定向層之間的向列型液晶分子呈45度扭曲。第十八頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三

液晶光閥是利用無電壓時候向列型液晶扭曲效應和外加電壓大于閾值時候的雙折射效應來工作的。當無寫入光照射時光導層呈高阻狀態電壓主要降落在光導層上。液晶上電壓很小，不足以引起雙折射效應，液晶顯示扭曲效應。線偏振讀出光兩次經過液晶兩次，偏振態沒有改變。通過正交檢偏器，呈現暗場。線偏振光經當有寫入光照射時候光導層呈低阻狀態。液晶上壓降曾大，出現雙折射效應。此時偏振讀出光被液晶調制為橢圓偏