光寻址空间光调制器电寻址空间光调制器实验(浙大).doc

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 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。 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，而液晶层上电压较小，不足以产生电光效应，从而未受到调制，输出光束保持较小输出；对写入光图像上的亮区：相应的光电导层阻抗小，电压大部分落在液晶层相应像区上，由于混合场效应，使在该区域输出光达到最大输出。这样，输出光束的光强空间分布就按照写入光的图像的空间分布而受到调制，显然，它实现了非相干--相干光图像转换功能。 4. 液晶光阀图像转换工作原理 La—He-Ne激光器，L1—扩束镜，L2—准直透镜，PBS—偏振分光棱镜 LCLV—液晶光阀，L3—成像透镜，A—图象透明片，S—观测屏，Lamp—卤钨灯 (1) 当液晶光阀加上交流驱动电压，成像透镜L3把非相干光照射的图像成像到液晶光阀的光导层上，光导层电阻根据图像的强弱产生相应的电阻分布，同时，液晶层中的取向也产生相应的调制。 (2) 氦氖激光器通过扩束准直后的平行激光束通过偏振分束棱镜后经光阀反射，其偏振态发生变化，形成了与液晶取向相应的图像。 (3) 接着再逆向通过偏振分光棱镜后，只有S光能反射出，因而其输出读出光也呈现出相应的图像，可在观察屏上进行观察。 (4) 如果各光路调整得好，可在观察屏上看到清晰的激光图像，与非相干光照射的图像相对应。 5. 液晶光阀的工作曲线 (1) 按照液晶光阀的工作原理，也可以从电学特性的角度考虑，将液晶层、介质高反膜、光阻隔层和光导层都相应地看作电阻和电容的组合，从而得出结论：LCLV不能在直流状态下工作，也不能在高频状态下工作，对于一个特定的光阀而言，存在一个最佳工作点。 (2) 在上图中，透镜L4的焦面上放上光电接收器接收输出光，实验表明，液晶光阀的读出光与写入光，即输出光强与输入光强有关，在一定的输入光强范围内，输出光强与输入光强呈线性关系。 (3) 称无写入光时液晶光阀的输出光强与液晶光阀上所加的驱动电压的关系曲线为液晶光阀的工作曲线，该曲线存在多峰，输出光强在驱动电压取得某些值时出现极小值；而取另外一些值时，输出光强出现极大值。极小值处为正像工作点，极大值处为负像工作点，在做图像反转实验时。为了使正负图像对比度最好，可以选取极大值、极小值处为图像反转实验的工作点。 6. 光学图像的实时微分、相减原理 La—He-Ne激光器，L1—扩束镜， L2—准直透镜，PBS—偏振分光棱镜 LCLV—液晶光阀，L3，A—图象透明片，S—观测屏，Lamp—卤钨灯 (1) 通常液晶光阀的读出