空间光调制器的主要功能

空间光调制器的主要功能

一般的，电寻址的空间光调制器以视频信号或以数字计算机的电平信号输入作为电光转换的实时接口器件。而光寻址的空间光调制器，以光光转换形式在光学频率域或输入/输出面上可完成多种有效的运算。

    其中比较重要的功能，如模拟乘法和加法以及信号的转换（如功率放大、串行并行，非相干光相干光，电光的转换等），非线性运算和光逻辑等。自然地，光波通过介质传播，其复数反射率或透过率完成复振幅的模乘法乃是电磁波的基本性质，而空间光调制器提供了快速改变介质透过率的一种方式，并使写入数据以快速并行的方式送入光学处理器，从而具有两个两维模拟编码数据阵列或图像的高速并行乘法的功能。

    其次，空间光调制器可完成写入和读出光束之间信号的转换（波长或频率），或是以不同的方式使模拟值（连续的）元素阵列变为数字的电子象元（离散的）阵列。在光计算中的运算一般是在相干光条件下进行的，因为是复振幅的信息，所以常用到非相干到相干光的转换。

   电寻址的空间光调制器从电子到光子域的串并数据转换，还可以利用光折空间光调制器的相应补偿来完成位相的转换运算，

   在一般数字光计算中更注意到利用空间光调制器的非线性实现模拟图像二进制的阈值化处理。同时在数字光计算中要求空间光调制器随时间变化保持一定的精度和宽的动态范围，例如一个32比特字码，就容许有2³²个即4.3M个替换选择元，可见具有足够的动态范围的快速模拟到数字的转换是相当困难的。由于它要求实现高性能的模拟前端，每个空间元素或像素对于二进制的数字计算来说都可能存在“1”或“0”表示的两种状态，而且数字计算中使用多级逻辑也是可能的，所以空间光调制器作为逻辑运算的存储两种功能必须有足够大的对比度以便能可靠的提供“1”与“0”之间的差别（见图1）。

图1 空间光调制器适应逻辑运算的要求

     同时为了驱动至少两种输出，则需要较大的增益。增益意味着一种三端器件的作用，例如三极管，其中一端的输入控制另外两者之间一个较大的能流。对于逻辑而言，由于级联性的要求，一个器件的输出必须适合于开关另一个类似的甚至是相同的器件。如果是高速逻辑状态之间的开关，要求有较低的开关能量，而且在速度和能量之间通常都采用折中的办法。

     对于被认为是连续值的模拟处理常常是相对于电视摄象机或者电视输入来完成的。为此目的，就要求空间光调制器的象元必须在30-300ns内建立，并且整个图像至少要保持建立时间（1/30）s的能力。同时还要有足够的对比度和较低的开关能量，因为如果要建立一个一百万象素的图像，所需能量就是相对于单个元素的一百万倍。