[发明专利]一种空间光调制器

说明书

技术领域

本发明涉及一种空间光调制器，具体地说是一种可用来调制电磁波透过率的透射式空间光调制器。

背景技术

空间光调制器是一种能对光波强度的一维或二维空间分布进行调制的器件，其输出光信号是随控制信号变化的空间和时间的函数。液晶光阀是目前使用较广的一种空间光调制器，其使用扭曲向列型液晶工作于透射式，下面简述其工作原理。液晶是一种介于固态和液态之间的物质，是具有规则性分子排列的有机化合物，如果把它加热会呈现透明状的液体状态，把它冷却则会出现结晶颗粒的混浊固体状态。正是由于它的这种特性，所以被称之为液晶如图1、图2所示，液晶盒两侧有偏振片，其中上方的偏振片为线性起偏器，下方的偏振片为线性检偏器。他们的偏光轴互相平行，并都与液晶盒顶部基片内表面处的液晶分子去向一致。当未加外电场时，入射光到达盒的底部时，光的偏振面将与检偏器的偏光轴垂直，光线被检偏器挡住，从背面看过去液晶盒不透明，如图1所示。外加电场后，入射光经过液晶盒时不发生偏转，能从检偏器穿过，液晶盒仿佛是透明的，如图2所示。该器件工作在这两个状态之间，当液晶分子偏转一定角度时，相应的，入射光具有一定的透过率。而工作原理也决定了这种器件具有一定的缺陷：1，由于入射光要通过一个起偏器，将自然光转换成偏振光，所以该器件最大的透过率仅为50％；2，电光响应速度慢；3，光透过和关闭都不彻底，即开状态时仍有光被阻挡，关状态时仍有光透过，换句话说即对比度差。

当电磁波从折射率为n₁介质射入折射率为n₂的介质，入射角α₁与折射角α₂满足折射定律：n₁*sinα₁＝n₂*sinα₂。若n₁大于n₂，则α₂大于α₁，即当电磁波从光密介质射向光疏介质时，折射角将大于入射角。当入射角为某一数值时，折射角将等于90°，此入射角称临界角。临界角c＝arcsin(n₂/n₁)。这时在光疏介质中将不出现折射波。若入射角大于临界角，则无折射，全部电磁波均返回到光密介质，此现象称为全反射。这时没有电磁波射出到光疏介质中，但光疏介质中产生了某种波的扰动，这种波被称为瞬逝波，它不携带任何能量，这种波的扰动随着离界面距离的增加而迅速减弱至消失。由数学计算可得，这种波的电场强度可以表示为：

其中光密介质中物理量下标为1，光疏介质中物理量下标为2或上标(2)。从式中可以看到，这是一个阻尼衰减的波动过程，此式所表示的透射波是沿x方向传播沿z向呈指数衰减的特殊波动，这种波叫倏逝波。以前讨论的波等相面与等幅面重合，为均匀波；而倏逝波的等相面与等幅面垂直，为非均匀波。这种波动只能紧贴界面传播而不能深入光疏介质内部，倏逝波的振幅随进入深度z减小得非常快。