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第1篇一、实验目的1. 理解光调制的原理和过程。
2. 学习使用光调制器进行信号调制。
3. 分析调制信号的频率、幅度和相位变化。
4. 掌握光调制在通信系统中的应用。
二、实验原理光调制是利用光波来携带信息的一种技术，它通过改变光波的某一参数（如幅度、频率、相位等）来实现信息的传输。
本实验中，我们主要研究幅度调制（AM）和频率调制（FM）两种调制方式。
1. 幅度调制（AM）：在AM调制中，信息信号（如声音、图像等）与载波信号相乘，产生一个调制信号。
调制信号的幅度随信息信号的变化而变化，而频率和相位保持不变。
2. 频率调制（FM）：在FM调制中，信息信号与载波信号的频率相乘，产生一个调制信号。
调制信号的频率随信息信号的变化而变化，而幅度和相位保持不变。
三、实验仪器与设备1. 光源：激光器或LED光源2. 调制器：光调制器（如光强度调制器、相位调制器等）3. 信号发生器：用于产生信息信号4. 光探测器：用于检测调制后的光信号5. 数据采集与分析系统：用于分析调制信号的频率、幅度和相位变化四、实验步骤1. 搭建实验系统：将光源、调制器、信号发生器、光探测器和数据采集与分析系统连接成一个完整的实验系统。
2. 进行幅度调制实验：a. 设置信号发生器产生一个低频正弦波信号作为信息信号。
b. 将信息信号输入到光调制器，调节调制器参数，使信息信号与载波信号进行AM调制。
c. 将调制后的光信号输入到光探测器，采集调制信号的频率、幅度和相位变化。
3. 进行频率调制实验：a. 设置信号发生器产生一个低频正弦波信号作为信息信号。
b. 将信息信号输入到光调制器，调节调制器参数，使信息信号与载波信号进行FM调制。
c. 将调制后的光信号输入到光探测器，采集调制信号的频率、幅度和相位变化。
4. 分析实验数据：使用数据采集与分析系统对实验数据进行处理和分析，得到调制信号的频率、幅度和相位变化曲线。
五、实验结果与分析1. 幅度调制实验结果：实验结果显示，调制信号的幅度随信息信号的变化而变化，而频率和相位保持不变。
基于空间光调制器的光学实验摘要随着光信息处理技术的发展，空间光调制器得到广泛的应用。
空间光调制器能快速对光波的特性（相位、振幅、强度、频率或偏振态等）进行某种变换或调制。
液晶空间光调制器是常见的空间光调制器。
液晶可以十分方便地对光束进行调整，而且具有很多特性，如扭曲效应、电控双折射等,因此成为光信息处理系统中的关键器件。
本文介绍以空间光调制器为核心器件的五大实验，分别是图像识别、计算全息术、激光模式转换、图像边缘增强和实现菲涅尔透镜。
关键词空间光调制器图像识别计算全息术激光模式转换图像边缘增强快速实现平面菲涅尔透镜Abstract With the development of the Optical information processing,the spatial lightmodulator is used generally.The spatial light modulator is able to transform or modulate the features of light wave(Phase,Amplitude,Light Intensity,frequency or polarization state of light,etc).Actually,the liquid crystal spatial light modulator is one of the most commonly used modulators.Liquid crystal can adjust light beam expediently and there are lots of characters,such as twist effect,Electrically Controlled Birefringence,etc,so it becomes the key to Optical information processing system.In the next,we are going to introduce five experiments which are the basis on the spatial light modulator,including image recognition technology,Computer-generated holography,the laser beam mode transforming,image edge enhancement and Fresnel zone plate.KEY WORDS Spatial light modulator,image recognition technology,Computer-generated holography,the laser beam mode transforming,image edge enhancement ,Fresnel zone plate目录1.前言1.1 空间光调制器发展1.2 空间光调制器的功能1.3 空间光调制器结构1.3.1 空间光调制器基本结构1.3.2 空间光调制器寻址方式1.4 实验所使用的空间光调制器2.基于空间光调制器的实验2.1 激光模式转换2.1.1 实验原理2.1.1.1 拉盖尔-高斯光束光场方程描述2.1.1.2 利用软件生成平面光与拉盖尔-高斯光的干涉图形2.1.2 激光模式转换实验2.1.2.1光路扩束系统的实验实验装置图2.2 图像识别系统2.2.1 实验原理2.2.1.1 互相关定理2.2.1.2 自相关定理2.2.1.3联合变换相关器相关识别（JTC）的工作原理2.2.2 图像识别实验2.2.2.1 JTC实验系统的组成2.2.2.2 JTC实验步骤2.2.2.3 实验结果2.3 SLM制作菲涅尔透镜2.3.1 实验原理2.3.1.1 菲涅尔波带片的原理1.前言1.1空间光调制器发展空间光调制器是由英文Spatial Light Modulator直接翻译过来，缩写为SLM。
第1篇一、实验目的1. 理解并掌握光电调制的基本原理和方法。
2. 掌握不同调制方式（如ASK、FSK、PSK）的实验操作和波形分析。
3. 学习调制信号的解调过程，并分析解调效果。
4. 培养实验操作能力和数据分析能力。
二、实验原理光电调制是利用光电器件将信息信号加载到光波上的过程。
常见的调制方式有振幅键控（ASK）、频率键控（FSK）和相位键控（PSK）等。
本实验主要研究ASK调制和PSK调制。
1. ASK调制ASK调制是将信息信号的幅值变化加载到载波信号上。
调制过程如下：（1）信息信号经过放大、整流、滤波等处理，得到与信息信号幅值相对应的电流信号。
（2）电流信号驱动光电二极管，产生与电流信号相对应的光信号。
（3）光信号经过调制器，与载波信号叠加，形成已调信号。
2. PSK调制PSK调制是将信息信号的相位变化加载到载波信号上。
调制过程如下：（1）信息信号经过放大、整流、滤波等处理，得到与信息信号幅值相对应的电流信号。
（2）电流信号经过调制器，与载波信号叠加，形成已调信号。
（3）已调信号经过相位控制器，使载波信号的相位根据信息信号的幅值变化而变化。
三、实验器材1. 光电调制器2. 光电二极管3. 载波信号发生器4. 信息信号发生器5. 信号分析仪6. 连接线若干四、实验步骤1. ASK调制实验（1）将信息信号发生器输出信号连接到光电调制器的输入端。
（2）将载波信号发生器输出信号连接到光电调制器的载波输入端。
（3）调节信息信号发生器的输出幅度，观察调制信号的波形。
（4）将调制信号输入信号分析仪，分析调制信号的频谱和功率。
2. PSK调制实验（1）将信息信号发生器输出信号连接到光电调制器的输入端。
（2）将载波信号发生器输出信号连接到光电调制器的载波输入端。
（3）调节信息信号发生器的输出幅度，观察调制信号的波形。
（4）将调制信号输入信号分析仪，分析调制信号的频谱和功率。
五、实验结果与分析1. ASK调制实验结果（1）当信息信号幅度较小时，调制信号的波形接近载波信号。
第1篇一、实验目的1. 了解点光调制的基本原理和实验方法。
2. 掌握点光调制技术在不同应用场景下的实际操作。
3. 分析点光调制系统的性能指标，评估其优缺点。
二、实验原理点光调制技术是一种利用光信号进行信息传输和控制的手段。
它通过改变光信号的强度、频率、相位等参数来传递信息。
本实验采用脉冲宽度调制（PWM）技术进行点光调制，即通过改变光脉冲的宽度来控制调制信号的强度。
点光调制系统主要由以下部分组成：1. 发光器件：产生光信号，如LED、激光二极管等。
2. 调制器：将电信号转换为光信号，如PWM控制器、调制器芯片等。
3. 传输介质：光信号传输的通道，如光纤、空气等。
4. 接收器：接收光信号并转换为电信号，如光电二极管、光电探测器等。
5. 解调器：将光信号中的信息提取出来，如解调器芯片、放大器等。
三、实验器材1. 发光器件：LED2. 调制器：PWM控制器3. 传输介质：光纤4. 接收器：光电二极管5. 解调器：放大器6. 信号发生器7. 信号分析仪8. 电源9. 实验架四、实验步骤1. 连接实验电路：将LED、PWM控制器、光纤、光电二极管、放大器等元器件连接成点光调制系统。
2. 设置PWM控制器：根据实验要求设置PWM控制器的占空比、频率等参数。
3. 发送光信号：打开信号发生器，产生所需的电信号，通过PWM控制器调制LED发出光信号。
4. 传输光信号：将调制后的光信号通过光纤传输到接收端。
5. 接收光信号：接收端的光电二极管接收光信号，并将其转换为电信号。
6. 解调光信号：通过放大器对电信号进行放大，然后通过解调器提取出调制信息。
7. 测量性能指标：使用信号分析仪测量光信号的强度、频率、相位等参数，评估点光调制系统的性能。
五、实验结果与分析1. 光信号强度：通过实验测量，得到不同占空比下光信号的强度。
分析结果表明，光信号强度随占空比的增大而增大。
2. 传输距离：通过实验测量，得到不同传输距离下光信号的强度。
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。
.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。
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。
第6章空间光调制器6.1概述人们已经认识到，光波作为信息载体具有特别显著的优点。
其一，是光波的频率高达1014Hz 以上，比现有的信息载波，如无线电波、微波的频率要高出几个数量级。
因此，它有极大的带宽，或者说具有极大的信息容量。
光纤通信正是以此为基础，得到迅猛发展的。
其二，是光波的并行性。
光波是独立传播的，两束甚至于多束光在空间传播时相遇，可以互不干扰。
这为光信息的多路并行传输和处理提供了可能性。
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、光信息处理的大容量和并行性的要求，能实时的或快速的二维输入、输出的传感器，以及具有运算功能的二维器件便应运而生。
这些器件即为空间光调制器。
它们已经成为光互连、光信息处理、光计算、光学神经网络等技术中最基本的功能器件之一。
本章将介绍几种主要的空间光调制器的原理、结构和特性。
6.1.1空间光调制器的基本结构与分类[6-1~6-4]空间光调制器是由英语的Spatial light Modulator直译过来的，常缩写成SLM。
顾名思义，它是一种能对光波的空间分布进行调制的器件。
空间光调制器能对光波的某种或某些特性(例如相位、振幅或强度、频率、偏振态等)的一维或二维分布进行空间和时间的变换或调制。
换句话说，其输出光信号是随控制（电的或光的）信号变化的空间和时间的函数。
空间光调制器结构的基本特点在于,它是由许多基本的独立单元组成的一维线阵或二维阵列，这些独立单元可以是物理上分割的小单元，也可以是无物理边界的、连续的整体，只是由于器件材料的分辨率和输入图像或信号的空间分辨率有限，而形成的一个一个小单元。
这些小单元可以独立地接收光学或电学的输入信号，并利用各种物理效应改变自身的光学特性（相位、振幅、强度、频率或偏振态等），从而实现对输入光波的空间调制或变换。
习惯上，把这些小独立单元称为空间光调制器的“像素”，把控制像素的光电信号称为“写入光”，或“写入（电）信号”，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”。
第1篇一、实验目的本次实验旨在使学生了解光波调制的基本原理，掌握光波调制的实验方法，并能够运用实验结果分析调制效果，从而加深对光波调制技术的理解。
二、实验原理光波调制是指将信息信号（如电信号、声信号等）加载到光波上，通过改变光波的某些参数（如幅度、频率、相位等）来实现信息传输的过程。
根据调制参数的不同，光波调制可分为幅度调制（AM）、频率调制（FM）和相位调制（PM）等。
三、实验器材1. 光源：半导体激光器2. 调制器：电光调制器3. 信号发生器：正弦波信号发生器4. 光功率计：光功率计5. 光纤：单模光纤6. 光路调节器件：光分路器、光纤连接器、光纤耦合器等四、实验步骤1. 准备实验光路，包括光源、调制器、光纤等。
2. 使用信号发生器产生所需频率的正弦波信号，并将其输入到电光调制器中。
3. 将调制后的光信号输入到光纤中，通过光纤传输。
4. 使用光功率计测量调制前后光功率的变化，分析调制效果。
5. 改变调制信号的频率、幅度和相位，观察光功率的变化，分析调制参数对调制效果的影响。
五、实验结果与分析1. 实验结果显示，在调制信号频率为10MHz时，调制后的光功率比调制前的光功率增加了约10dB。
2. 当调制信号幅度增加时，调制后的光功率也随之增加，但增加幅度逐渐减小，表明调制深度有限。
3. 当调制信号相位改变时，调制后的光功率基本不变，说明相位调制对光功率的影响较小。
六、实验总结1. 通过本次实验，我们掌握了光波调制的基本原理和实验方法。
2. 实验结果表明，光波调制是一种有效的信息传输方式，具有传输速度快、抗干扰能力强等优点。
3. 在实验过程中，我们注意到调制深度对调制效果有较大影响，需要根据实际需求选择合适的调制深度。
4. 实验过程中，光纤连接器、光纤耦合器等器件的连接质量对实验结果有较大影响，需要保证连接质量。
七、改进建议1. 在实验过程中，可以尝试使用不同类型的调制器，比较其调制效果，进一步了解不同调制器的特点。
空间光调制法合同编号: __________________________签订日期: __________________________合同地点: __________________________协议双方信息甲方（委托方）:名称：____________________________法定代表人：____________________________联系电话：____________________________地址：____________________________电子邮箱：____________________________乙方（服务方）:名称：____________________________法定代表人：____________________________联系电话：____________________________地址：____________________________电子邮箱：____________________________协议目的本协议旨在规范甲方和乙方之间关于空间光调制法（SLM）服务的合作细节，包括服务范围、技术要求、费用及其他相关条款，以确保项目的顺利实施和双方权益的保障。
服务内容服务范围1.1 乙方将为甲方提供空间光调制法的相关服务，包括但不限于设备调试、技术支持、实验方案设计等。
1.2.1 空间光调制系统的安装与调试1.2.2 数据采集与分析1.2.3 系统性能评估与优化1.2.4 提供技术培训及操作指导技术要求2.1.1 调制精度：____________________________2.1.2 操作温度范围：____________________________2.1.3 响应时间：____________________________2.2 提供相关技术文档，包括操作手册、维护指南和系统规格说明书。
交付物3.1.1 调试完成的设备及系统3.1.2 详细的调试报告和技术文档3.1.3 培训材料和操作手册项目时间表项目启动1.1 启动日期：____________________________1.2 预期完成日期：____________________________阶段性进度2.1 第一阶段（安装与调试）：____________________________2.2 第二阶段（数据采集与分析）：____________________________2.3 第三阶段（系统评估与优化）：____________________________里程碑3.1 里程碑一：____________________________3.2 里程碑二：____________________________3.3 里程碑三：____________________________费用与支付费用构成1.1 服务费用：____________________________1.2 设备费用：____________________________1.3 其他费用（如有）：____________________________支付方式2.1 支付方式：____________________________2.2 支付条款：2.2.1 定金：____________________________2.2.2 中期款：____________________________2.2.3 尾款：____________________________费用结算3.1 费用结算方式：____________________________3.2 结算周期：____________________________双方权利与义务甲方（委托方）的权利与义务1.1 提供所需的实验条件和相关数据1.2 负责支付协议约定的费用1.3 配合乙方完成服务内容1.4 提供必要的工作环境和资源乙方（服务方）的权利与义务2.1 按合同要求提供符合技术标准的服务2.2 提供必要的技术支持和咨询2.3 保证服务质量，并按期完成任务2.4 对甲方提供的数据和信息保密保密条款保密内容1.1 双方应对在履行合同过程中知悉的对方商业秘密和技术资料进行保密。
一、实验目的1. 理解空间光调制的基本原理和过程。
2. 掌握空间光调制器（SLM）的基本操作和调节方法。
3. 分析不同调制模式下的光信号特性。
4. 探讨空间光调制在光学通信和成像中的应用。
二、实验原理空间光调制是一种利用光束的空间分布来调制信息的技术。
它通过改变光束的空间相位、振幅或偏振态，实现信息的传输和加工。
空间光调制器（SLM）是实现空间光调制的关键元件，它可以将电信号转换为光信号的空间分布。
本实验中，我们使用了一种基于液晶的SLM，其原理是利用液晶分子的取向变化来调制光束的偏振态。
当电场作用于液晶时，液晶分子会按照电场方向排列，从而改变光束的偏振态，实现空间光调制。
三、实验仪器与设备1. 光源：He-Ne激光器2. SLM：液晶空间光调制器3. 放大器：透镜组4. 光功率计5. 光谱分析仪6. 数据采集卡7. 计算机四、实验步骤1. 搭建实验系统：将He-Ne激光器输出光束通过SLM，然后经过放大器聚焦到检测器上。
2. 调节SLM：调整SLM的偏振片和相位板，观察检测器上的光信号变化，直到达到预期效果。
3. 调制模式实验：a. 振幅调制：使用数据采集卡将数字信号输入SLM，观察检测器上的光强变化，分析振幅调制特性。
b. 相位调制：调整SLM的相位板，观察检测器上的光强和相位变化，分析相位调制特性。
c. 偏振调制：调整SLM的偏振片，观察检测器上的光强和偏振态变化，分析偏振调制特性。
4. 实验数据记录与分析：记录不同调制模式下的实验数据，分析光信号特性，并与理论值进行对比。
五、实验结果与分析1. 振幅调制：实验结果表明，振幅调制可以实现光强的线性变化，调制深度与输入信号幅度成正比。
2. 相位调制：实验结果表明，相位调制可以实现光强的周期性变化，调制深度与输入信号相位差成正比。
3. 偏振调制：实验结果表明，偏振调制可以实现光强和偏振态的周期性变化，调制深度与输入信号偏振态差成正比。
六、实验结论1. 空间光调制是一种有效的信息传输和加工技术，具有调制速度快、抗干扰能力强等优点。
.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E18 15 46 76 2 3 K2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 —卤钨灯物1物2(1) 通常液晶光阀的读出光强与输入光强不是单值对应的。
(2) 利用液晶区域的这种非线性输入输出特性，可以实现图像的微分处理，获得图像的实时边缘增强，通过调整液晶光阀的驱动电压、驱动频率和入射偏振方向，能达到最佳的增强效果。
(3) 右光路中放置有λ/4波片，两图像在输出面上叠加时，相互间存在相位差，适当旋转λ/4波片，两图像在输出面叠加的结果，可以得到一个强度正比于输出图像之差的处理图像。
该图像重叠在强度恒定的背景上，于是获得了图像实时相减的结果。
(4) 如果物1和物2是两个完全相同的图像，并且使两路光的放大倍率稍有差别，这时输出面上两图像大小不等，当作相减处理时，也能得到图像的轮廓，从而也可以获取光学图像的微分图像。
三、主要仪器设备、操作方法和实验步骤本实验选用的是浙江大学生产的水平定向45°扭曲向列型液晶光阀，其分辨率为30线对/mm，以卤钨灯作为非相干光源。
1. 非相干-相干图像转换(1) 按原理图布置调整好光路。
在液晶光阀上加3－5V，1KHz的交流电压。
在A处放置图象透明片，用CCD 接收经系统后的读出光图象，观察结果。
(2) 使写入光为零，光阀所加电压频率1KHz，将光阀的驱动电压从0V增加到10V，在观察屏处，用光电探测器同时测量光强值。
对测量的数值进行处理，可以获得液晶光阀的工作曲线。
接着，将电压分别固定在最小光强和最大光强所对应的值处，将光阀的驱动频率从0.5KHz增加到1.5KHz，得到不同条件下的曲线，进行比较。
(3) 根据获得的液晶光阀的工作曲线，确定工作曲线上的光强的极大值对应的液晶光阀上的驱动电压的频率和幅值。
把光阀上的驱动电压设置为所获得的频率和幅值。
写入一图象，则在观察屏上得到该图象的反转。
2. 光学图像的实时相减、微分(1) 按原理图调整布置光路。
设计制作待处理图像，并置于光路中。
(2) 仔细调整光路，使两待处理图像在液晶光阀输出面上成像。
(3) 图像相减处理：挡住光路2，观察输出面P3上图象1的像，这是一个在强度恒定的背景上的正像，挡住光路1，打开光路2，观察P3上图象2的像。
旋转λ/4波片，使图象2的像为反转像。
打开光路1，P3上的图象重叠部分光强消失，接近于背景亮度。
仔细调节照明输入面P2的光源的亮度，使输出面P3上两图象重叠部分消失，及其亮度与背景亮度完全一致，这时，便得到了相减图象。
(4) 图像微分处理：在输入面P2上改放与图象1完全相同的图象，并调节P2和透镜L2的位置，使P2上的图象在输入面P3上所成的像变得小些，小于P1上的图象在P3上所成的像，但两个像的中心重合。
当这两个图象相减时，便得到输入像的轮廓，即微分图象。
四、实验结果记录、数据处理分析1. 非相干—相干光图像转换2. 光学图像的实时相减、微分五、思考题1. 液晶光阀如何实现光调制？对液晶光阀的两个玻璃基片的夹角有何要求？夹角太小时对实验有何影响？2. 设计一个用两个液晶光阀实现两图实时相减的试验光路，并说明其工作原理。
要得到理想的相减图像，对液晶光阀有什么特殊的要求？六、实验中遇到的问题，心得体会，意见和建议（写得好有加分）.实验报告课程名称： 光信息综合实验 指导老师： 成绩：________ 实验名称：基于电寻址液晶光阀的光信息综合实验系统 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、加深对液晶的电光效应的理解。
2、掌握利用LCD 液晶光阀的响应曲线进行图像反转和图像边缘增强的工作原理及方法。
3、了解全息原理和计算全息的特性并学会进行全息图的光学再现。
4、掌握光学傅立叶变换的性质及全息性质。
5、加深对卷积定理的理解和全息成像原理的认识。
二、 实验内容和原理1. 液晶的电光效应实验图1所示液晶光阀（LCTV ）是利用液晶混合场效应制成的一种透射式电寻址空间光调制器。
它是一个由多层薄膜材料组成的夹层结构。
在两片玻璃衬底1和8的里面是两层氧化物制成的透明电极2和7。
低压电源E 就接在透明电极上。
液晶层5的两边是液晶分子取向膜层3和6，两取向层的方向互相垂直，起到液晶分子定向和保护液晶层的作用。
液晶层5的厚度由衬垫4和9的间隙决定，一般取d<10 um, 很多情况下d 仅为2 um 。
图1.1 液晶光阀结构示意图控制液晶像素电光效应的实际电压值，是由液晶光阀驱动以60Hz 的频率矩阵式扫描两边的像元电极来决定的。
利用90o 扭曲向列型液晶的液晶光阀与起偏器、检偏器一起组成一个空间光调制器（LC-SLM ），如图1.2所示。
起偏器与检偏器的偏振轴与x 轴的夹角分别表示为1α和2α，由琼斯矩阵算法可以得到输出光束的光强透射率的表达式：专业： 姓名：学号： 日期： 地点：玉泉教三209-211室________________图1.2 LC-SLM 的结构示意图()()()()()()()()212122122sin cos cos sin 2sin cos T r r r r r πααααβαα=-+-⎡⎤⎣⎦+-⎡⎤⎣⎦其中()()()e o dn n βπλθ=-，()222r πβ=+当10α=，290α=︒或190α=︒，20α=时，有()221(/2)sin T r r π=-。
当120αα==︒时，有()22(/2)sin T r r π=。
当1245αα==︒时，有()2sin T r =。
因此改变起偏器和检偏器的偏振轴1α和2α，我们就可以得到不同的电光效应曲线。
通过改变所加的电压值，得到不同的输出光强，就得到液晶的电光效应曲线，即电压和输出光强的关系曲线。
2. 计算全息光学实验全息术是利用光的干涉和衍射原理，将物体发射的特定光波以干涉条纹的形式记录下来，并在一定条件下使其再现，形成原物体逼真的立体象。
