空間光調制器具(ju)有(you)能(neng)實時(shi)地在(zai)空間(jian)上調制光(guang)束(shu)的(de)重要(yao)功(gong)能(neng)，使其成為(wei)構成實時(shi)光(guang)學(xue)(xue)信息(xi)處理、光(guang)計(ji)算等(deng)系統的(de)關(guan)鍵器(qi)件。正因為(wei)如此，空間(jian)光(guang)調制器(qi)在(zai)現代光(guang)學(xue)(xue)領域中具(ju)有(you)越來越重要(yao)的(de)地位和價值。它是光(guang)學(xue)(xue)、光(guang)電混合系統進(jin)行(xing)光(guang)互連、光(guang)學(xue)(xue)相關(guan)、光(guang)計(ji)算、模式識別、光(guang)學(xue)(xue)控制、光(guang)學(xue)(xue)檢測、圖象處理、顯(xian)示(shi)技術等(deng)中的(de)基(ji)本構件和關(guan)鍵器(qi)件。
空間光調制器的原理
空間光調制器常縮寫成SLM。顧名思義，它是一種對光波的空間分布進行調制的器件，一般地說，空間光調制器是(shi)指在信(xin)號(hao)(hao)(hao)源信(xin)號(hao)(hao)(hao)(控(kong)(kong)制信(xin)號(hao)(hao)(hao))的(de)控(kong)(kong)制下，能對光(guang)波(bo)的(de)某(mou)種(zhong)或(huo)(huo)某(mou)些特性(如相位、振幅或(huo)(huo)強度、頻(pin)率、偏振態等)的(de)一維或(huo)(huo)二(er)維分布(bu)進行空間和(he)時間的(de)變換或(huo)(huo)調制，從(cong)而將信(xin)源信(xin)號(hao)(hao)(hao)所荷載的(de)信(xin)息寫進入射光(guang)波(bo)之中(zhong)的(de)器件。控(kong)(kong)制信(xin)號(hao)(hao)(hao)可能是(shi)光(guang)學信(xin)號(hao)(hao)(hao)，又可能是(shi)電學信(xin)號(hao)(hao)(hao)。
空間(jian)(jian)光(guang)(guang)調制器(qi)含有許多獨立(li)單(dan)元，它們在空間(jian)(jian)上(shang)排列成一維或二(er)維陣列。每個單(dan)元都可(ke)以獨立(li)地接受光(guang)(guang)學(xue)信號或電學(xue)信號的(de)控制，利用(yong)各種(zhong)物理效(xiao)應(ying)(ying)(ying)(泡克(ke)爾斯效(xiao)應(ying)(ying)(ying)、克(ke)爾效(xiao)應(ying)(ying)(ying)、聲光(guang)(guang)效(xiao)應(ying)(ying)(ying)、磁光(guang)(guang)效(xiao)應(ying)(ying)(ying)、半(ban)導體(ti)的(de)自電光(guang)(guang)效(xiao)應(ying)(ying)(ying)、光(guang)(guang)折變效(xiao)應(ying)(ying)(ying)等(deng))改變自身的(de)光(guang)(guang)學(xue)特性，從而對照(zhao)明(ming)在其上(shang)的(de)光(guang)(guang)波進行調制。
一般把這(zhe)些(xie)獨(du)立的(de)(de)小單元(yuan)稱(cheng)為空(kong)間(jian)光(guang)(guang)(guang)調(diao)(diao)制(zhi)(zhi)(zhi)器(qi)的(de)(de)“像(xiang)素(su)”，把控制(zhi)(zhi)(zhi)像(xiang)素(su)的(de)(de)信(xin)號稱(cheng)為“寫入光(guang)(guang)(guang)”，把照明整個(ge)器(qi)件并被調(diao)(diao)制(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)輸入光(guang)(guang)(guang)波稱(cheng)為“讀出(chu)光(guang)(guang)(guang)”，經過(guo)空(kong)間(jian)光(guang)(guang)(guang)調(diao)(diao)制(zhi)(zhi)(zhi)器(qi)后出(chu)射的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)波稱(cheng)為“輸出(chu)光(guang)(guang)(guang)”。形(xing)象的(de)(de)說，空(kong)間(jian)光(guang)(guang)(guang)調(diao)(diao)制(zhi)(zhi)(zhi)器(qi)可以看作一塊透射率或其(qi)它光(guang)(guang)(guang)學參數分布(bu)能夠按照需要進行快速調(diao)(diao)節(jie)的(de)(de)透明片。顯然，寫入信(xin)號應(ying)該含(han)有控制(zhi)(zhi)(zhi)調(diao)(diao)制(zhi)(zhi)(zhi)器(qi)各個(ge)像(xiang)素(su)的(de)(de)信(xin)息(xi)。把這(zhe)些(xie)信(xin)息(xi)分別傳送到相應(ying)像(xiang)素(su)位置上去的(de)(de)過(guo)程，稱(cheng)為“尋址”。
空間光調制器的分類
空間光(guang)調(diao)制器一般按照讀(du)出光(guang)的讀(du)出方式不同(tong)，可以分為(wei)反射型(xing)和透射型(xing);而按照輸入控制信號的方式不同(tong)又(you)可分為(wei)光(guang)尋址(OA-SLM)和電尋址(EA-SLM)。
光尋址時，實際上是利用適當的光學系統把一個二維光強分布成像在空間光調制器的(de)(de)(de)像素(su)平面上(shang)，便可(ke)以(yi)使寫(xie)入信號的(de)(de)(de)像素(su)與調制器的(de)(de)(de)像素(su)在(zai)(zai)空間(jian)上(shang)一(yi)一(yi)對應，實現尋址。因為在(zai)(zai)時間(jian)上(shang)所有像素(su)的(de)(de)(de)尋址是同時完成(cheng)的(de)(de)(de)，所以(yi)光尋址是一(yi)種(zhong)并(bing)行尋址方式。其特點是尋址速度快(kuai)，而且像素(su)的(de)(de)(de)大小原則上(shang)只受(shou)尋址光學成(cheng)像系統分辨率的(de)(de)(de)限制。但(dan)要防(fang)止(zhi)寫(xie)入光和讀出光之間(jian)的(de)(de)(de)串(chuan)擾，通常空間(jian)光調制器做成(cheng)反(fan)射式的(de)(de)(de)，在(zai)(zai)其中有一(yi)個隔離層，使兩光互(hu)不(bu)干擾;也可(ke)以(yi)使用(yong)不(bu)同波長的(de)(de)(de)光，利用(yong)濾光片(pian)消除(chu)它(ta)們之間(jian)的(de)(de)(de)串(chuan)擾。
電(dian)尋(xun)址時，一(yi)(yi)對相鄰的(de)行(xing)電(dian)極和一(yi)(yi)對相鄰的(de)列電(dian)極之間的(de)區域構(gou)成像(xiang)素(su)，由于電(dian)信號(hao)是串(chuan)行(xing)信號(hao)，所(suo)以電(dian)尋(xun)址是串(chuan)行(xing)尋(xun)址，一(yi)(yi)旦在光信息(xi)處(chu)(chu)理鏈中(zhong)有(you)一(yi)(yi)個電(dian)尋(xun)址，二維并行(xing)串(chuan)行(xing)處(chu)(chu)理就被一(yi)(yi)維串(chuan)行(xing)處(chu)(chu)理代替，處(chu)(chu)理速度(du)立即(ji)降下來。另外，電(dian)尋(xun)址是通過條(tiao)狀電(dian)極來傳遞信息(xi)的(de)，電(dian)極尺寸(cun)的(de)減小有(you)一(yi)(yi)個限度(du)，所(suo)以像(xiang)素(su)尺寸(cun)也有(you)限度(du)，即(ji)有(you)一(yi)(yi)個分辨率(lv)極限。由于電(dian)極本(ben)身不透明(ming)，所(suo)以像(xiang)素(su)的(de)有(you)效(xiao)通光面積(ji)與像(xiang)素(su)總面積(ji)之比——開口率(lv)較低，光能利用率(lv)不高(gao)。
空間光調制器發展展望
設計、開發空間光調制器的(de)(de)初衷(zhong)是為(wei)光學(xue)信(xin)息處理提供譜(pu)面濾波(bo)器件。空(kong)間光調制(zhi)器在此起到了重要的(de)(de)作用(yong)，但是由于種種限制(zhi)，如靈敏度、圖像分辨(bian)率、空(kong)間均勻(yun)性(xing)等(deng)問(wen)題(ti)，光學(xue)信(xin)息處理或光學(xue)計算機并未取得預期(qi)的(de)(de)效果。電子工程師看好空(kong)間光調制(zhi)器的(de)(de)應用(yong)價值，經過不斷的(de)(de)改進，開(kai)發成功具備實用(yong)價值的(de)(de)器件，并率先(xian)應用(yong)于投影機獲得成功。
大(da)屏幕(mu)光信(xin)(xin)息顯示系(xi)統(tong)是(shi)典型的非相干光學信(xin)(xin)息處(chu)理系(xi)統(tong)，而空(kong)間(jian)光調制器又是(shi)光學信(xin)(xin)息處(chu)理的關鍵器件(jian)。因此(ci)可(ke)以(yi)說，光學信(xin)(xin)息處(chu)理與現代半導體(ti)技術相結合形成產(chan)業(ye)的大(da)屏幕(mu)投(tou)影電視(shi)機產(chan)業(ye)將更加(jia)推動空(kong)間(jian)光調制器的發展(zhan)。
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