液晶空间光调制器及其应用.pptx

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1、目录液晶的基本性质液晶的基本性质空间光调制器空间光调制器LC-SLM及其应用及其应用程序仿真程序仿真第1页/共28页液晶的基本性质液晶的定义液晶的定义 早早 在在1 1 8 8 8 8 8 8 年年，液液 晶晶 就就 被被 奥奥 地地 利利 植植 物物 学学 家家F.Reinitzer 发发现现，直直到到2 20 0世世纪纪初初，才才广广泛泛地地进进入入应应用用研研究究领领域域。液液晶晶材材料料是是种种流流体体，介介于于完完全全规规则则状状态态（固固体体）与与不不规规则则状状态态（液液体体）之之间间的的中中间间态态物物质质，兼兼有有液液体体和和晶晶体体两两者者共共有有的的属属性性。将将物物质质

2、的的这这种种“相相”称称为为液液 晶相或介晶相。晶相或介晶相。第2页/共28页液晶的三种结构液晶的三种结构 (a)(a)向列相 （b b）近晶相 (c)(c)胆甾相 图1 1 液晶的常见三种结构第3页/共28页液晶的电光效应液晶的电光效应 由于液晶分子在形状、介电常数、折射率且电由于液晶分子在形状、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，随着液晶分子轴的排列变化和液质施加电场后，随着液晶分子轴的排列变化和液晶分子的流动就会发生不稳定现象，其光学特性晶分子的流动就会发生不稳定现象，其光学特性也会发生变化。液晶的电光效应

3、主要包括：扭曲也会发生变化。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、相变效效应、动态散射效应、电控双折射效应、相变效应、宾主效应等应、宾主效应等。第4页/共28页空间光调制器空间光调制器的定义空间光调制器的定义 空空 间间 光光 调调 制制 器器（Spatial Light Modulator，SLMs）是是指指能能将将信信息息加加载载于于一一维维或或者者二二维维的的光光学学数数据据场场上上，以以便便有有效效地地利利用用光光的的固固有有速速度度、并并行行性性和和互互联联能能力力，并并在在构构成成实实时时光光学学信信息息处处理理、光光计计算算和和光光学学神神经经网网络络等

4、等 系系统统中中作作为为基基本本的的构构造造单单元元或或关关键键的的主主动动器器件件。第5页/共28页 表1 1 常见的几种空间光调制器材料的响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1us第6页/共28页空间光调制器的分类空间光调制器的分类 空空间间光光调调制制器器按按读读出出光光的的方方式

5、式不不同同，可可分分为为反反射射式式和和透透射射式式；按按输输入入控控制制信信号号的的方方式式不不同同可可分分为为光光寻寻 址址(O-SLMs)和和电电寻寻址址（E-SLMs）。前前者者多多为为模模拟拟的的非非像像素素单单元元构构成成，主主要要用用于于光光光光的的转转换换器器件件；后后者者主主要要是是由由单单个个分分离离的的元元素素或或像像素素组组成成，主主要要用用作作电电光光实实 时时接接口口器器件件，所所以以从从应应用用角角度度可可分分成成模模拟拟的的和和数数字字的的 两类（也有极少数的热寻址器件两类（也有极少数的热寻址器件)。第7页/共28页 （a a）透射型SLM （b b）反射型SL

6、M (c)(c)透射型光寻址SLM原理图 (d)(d)反射型光寻址SLM原理图图2 SLM器件的不同工作方式第8页/共28页空间光调制器的主要功能空间光调制器的主要功能 (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 (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 (3)(3)非线性运算非线性运算 (4)(4)光逻辑光逻辑 第9页/共28页LC-SLM及其应用 目前目前LC-SLMLC-SLM在空间光调制器中已经占主导地位。它在空间光调制器中已经占主导地位。它可对光束的相位、偏振态、振幅或强度进行一维或可对光束的相位、偏振态、振幅或强度进行一维或二维的实

7、时空间调制。二维的实时空间调制。Holoeye SLM系列产品分辨系列产品分辨率高，像素单元小，填充因子高，衍射效率高，实率高，像素单元小，填充因子高，衍射效率高，实际应用中可获得高精度的波前控制，帧频可达到际应用中可获得高精度的波前控制，帧频可达到180Hz，有利于实时控制。，有利于实时控制。第10页/共28页几种几种HoloeyeHoloeye空间光调制器空间光调制器 LC2002 LC-R720第11页/共28页 LC-R1080 PLUTO第12页/共28页PLUTO型型LC-SLM性能参数性能参数 第13页/共28页Holoeye SLM不同型号性能参数对比不同型号性能参数对比第14

8、页/共28页Holoeye空间光调制器的几个应用空间光调制器的几个应用 （1）螺旋位相相衬成像）螺旋位相相衬成像 在在光光学学显显微微镜镜中中，暗暗场场或或相相衬衬方方法法常常被被用用来来提提高高物物体体成成像像的的对对比比度度。实实质质上上，这这些些方方法法都都可可看看作作是是傅傅立立叶叶平平面面上上的的光光学学滤滤波波。类类似似于于微微分分干干涉涉相相差差显显微微技技术术，螺螺旋旋位位相相相相衬衬法法也也是是利利用用对对相相移移的的敏敏感感性性来来提提高高成成像像的的清清晰晰度度，特特别别是是边边缘缘。由由于于光光束束的的对对称称性性，还可以对各向均匀介质物体成像进行对比增强。还可以对各向

9、均匀介质物体成像进行对比增强。第15页/共28页图3 螺旋位相光束在成像中用于提高边缘对比度的实验装置 第16页/共28页图图4 相位物体的对比增强相位物体的对比增强 A-C为明场成像，为明场成像，B-D为螺旋位相滤波成像为螺旋位相滤波成像第17页/共28页 （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光学投影，特别是三维成像，可以利用空间光调制器通过全息计算生成。器通过全息计算生成。图5 图象的全息重建实验示意图第18页/共28页 （3 3）自适应光学）自适应光学 自自适适应应光光学学技技术术，是是一一种种能能够够实实时时校校正正光光学学系系统统随随机机误误差差并

10、并使使系系统统始始终终保保持持良良好好工工作作性性能能的的新新技技术术，早早期期在在天天文文观观测测中中是是用用来来修修复复大大气气湍湍流流等等因因素素对对光光波波波波前前的的扭扭曲曲，通通过过动动态态地地对对波波前前误误差差的的实实时时探探测测-控控 制制-校正，来改善成像质量。校正，来改善成像质量。第19页/共28页图图6 光波前闭环控制示意图光波前闭环控制示意图第20页/共28页驱动电压仿真LC-SLM性能参数性能参数第21页/共28页电源部分电源部分 第22页/共28页工作原理框图工作原理框图 第23页/共28页仿真程序仿真程序 第24页/共28页第25页/共28页第26页/共28页谢谢！第27页/共28页感谢您的观看！第28页/共28页