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)

实现超声跟踪的方法一般是采用一种所谓“列阵换能器”，即将换能器分成数片，使之进入声光介质的超声波是各换能器发出的超声波叠加合成，形成一个倾斜的波面，合成超声波的主方向随声波频率的改变而改变的。

这种结构就可以保证布拉格条件在较大频率范围内得以满足。列阵换能器的形式分为阶梯式和平面式两种。阶梯式结构如图2(a)所示，它是把声光介质磨成一系列阶梯，各阶梯的高差为λs /2，阶梯的宽度为 S ，各片换能器粘接在各个阶梯上，相邻两换能器间的相位差为π，因而每个换能器所产生的超声波波面间也有π弧度的相位差，使在介质中传播的声波等相面随之发生倾斜转动，其转动的角度是随频率而改变的。这样就相当于改变了入射光束的角度，使之满足布喇格条件。还有一种是平面结构，如图2(b)所示。两者]工作原理和前者基本相同

。

3.7 空间光调制器

前面所介绍的各种调制器是对一束光的“整体”进行作用，而且对与光传播方向相垂直的x y 平面上的每一点其效果相同。空间光调制器可以形成随x y 坐标变化的振幅（或强度）透过率),(),(0y x T A y x A =，或者形成随坐标变化的相位分布),(0),(y x i Te A y x A θ=，或者形成随坐标变化的不同的散射状态。顾名思义，这是一种对光波的空间分布进行调制的器件。

空间光调制器含有许多独立单元，它们在空间排列成一维或二维阵列，每个单元都可以独立地接受光信号或电信号的控制，并按此信号改变自身的光学性质（透过率、反射率、折射率等），从而对通过它的光波进行调制；控制这些单元光学性质的信号称为“写入信号”，写入信号可以是光信号也可以是电信号，射入器件并被调制的光波称为“读出光”；经过空间光调制器后的输出光波称为“输出光”。显然，写入信号应含有控制调制器各单元的信息，并把这些信息分别传送到调制器相应的各单元位置上改变其光学性质；若写入信号是光学信号时，通常表现为一个二维的光强分布的图像，通过一光学系统成像在空间光调制器的单元平面上，这个过程称为“编址”。当读出光通过调制器时，其光学参量（振幅、强度、相位或偏振态）就受到空间光调制器各单元的调制，结果变成了一束具有新的光学参量空间分布的输出光。这种器件可以应用于光学信息处理和光计算机中用作为图像转换、显示、存储、滤波。特别是为获得光学信息处理的优点，进行实时的二维并行处理就更需要实时的空间光调制器。本节简要介绍几种典型的空间光调制器。

1. 泡克耳读出光调制器

泡克耳读出光调制器（PROM ）是一种利用电光效应制成的光学编址型空间光调制器。其性能比较好，目前已得到实际的应用。

为了满足实时处理的要求，陆续出现了多种结构原理的器件，有的是把光敏

薄膜与铁电晶体结合起来；有的则利用本身具有光敏性能的光致导电晶体制成。其中硅酸铋（BSO ）晶体材料制成的空间光调制器得到了较快的发展，BSO 不但具有光电导效应，而且还具有线性电光效应。它的半波电压比较低，对λ=400~450nm 的蓝光较灵敏（光子能量较大），而对600nm 的红光（光子能量较小）的光电导效应很微弱。由于光敏特性随波长的剧烈变化，材料对蓝光敏感，对红光不敏感，所以可用蓝光作为写入光，用红光作为读出光，从而可减少读出光和写入光之间的互相干扰。

BSO －PROM 空间光调制器的结构示意图如图3所示。在BSO 晶体的两侧涂3μm 厚的绝缘层，最外层镀上透明电极就成为透射式器件。如果在写入一侧镀上双色反射层用以反射红光而透射蓝光，就构成反射式的器件。反射式结构不但能降低半波电压，而且消除了晶体本身旋光性的影响。

2. 液晶空间光调制器

液晶是一种有机化合物，一般由棒状柱形对称的分子构成，具有很强的电偶极矩和容易极化的化学团。对这种物质施加外场（电、热、磁等），液晶分子的排列方向和液晶分子的流动位置就会发生变化，即能改变液晶的物理状态。如对液晶施加电场，它的光学性质就发生变化，这就是液晶的电光效应。

比较典型的液晶空间光调制器是硫化镉（CdS ）向列相液晶光阀，其结构示意图如图4所示。

图3反射式硅酸铋空间光调制器结构示意图 l ，6透明电极； 2，5绝缘层；3双色反射层； 4硅酸铋晶体

I w

图4 硫化镉液晶光阀示意图：1.介质膜；2, 12.平板玻璃；3, 11.透明电极；4.,7.液晶分子取向膜层；5.液晶；6.隔圈； 8.多层介质膜反射镜；9.隔光层；10.光导层； 13.电源

这种液晶光阀的主要功能是实现图像的非相干／相干转换。其工作过程是，将待转换的一非相干图像通过一光学系统（作为写入光I w）从器件右侧成像到光导层上，同时有一束线偏振相干光（作为读出光I r）从器件左侧射向液晶层，其偏振方向与液晶层左端的分子长轴方向一致，由于高反射膜的作用，这束光将两次通过液晶层，最后从左方出射，通过一个偏振轴方向与I r偏振方向相垂直的检偏器，得到输光I o。

3. 其他类型的空间光调制器

⑴声光空间光调制器

声光空间光调制器是利用声光效应来进行光调制的器件。声光空间光调制器与前面所介绍的空间光调制器相比，有两个不同点：其一写入信息的空间分布不是固定的，而是以声速在缓慢地运动；其二写入信息只沿一维空间（平行于声波的传播方向）分布，因此声光调制器最适宜用来进行一维图像（或信息）的光学并行处理。

⑵磁光空间光调制器

磁光空间光调制器是利用对铁磁材料的诱导磁化来记录写入信息，利用磁光效应来实现对读出光的调制。

图3-40 磁光调制器的信息读出

以上介绍的是基于电光、声光和磁光效应的空间光调制器。此外，近几年还出现有铁电陶瓷（PLZI）调制器、微通道板（MSLM）调制器、多量子阱调制器等多种空间光调制器，在此不再一一介绍。

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