Ruumiline valgusmodulaator

Ruumiline valgusmodulaator on optoelektrooniline seade, mis on võimeline ruumis moduleerima pealelangevat valgust. Moduleerida võib nii pealelangeva valguse faasi kui ka amplituudi. Modulaatori tööd juhib juhtmega ühendatud arvuti ning tüüpiliselt adresseeritakse neid kahemõõtmelise maatriksitega, kus igale maatriksi elemendile on vastavuses üks modulaatori piksel.

Ehitus ja tööpõhimõte

Elektrooniliselt adresseeritava ruumilise valgusmodulaatori ehitus omab järgnevat üldkuju. Tagapinnaks on peegeldav kiht, mille all või peal asuvad elektroodid, mis vastavad üksikutele modulaatori pikslitele. Peegeldava kihi peal on kiht vedelkristalle, mis võimaldavadki modulaatori tööd. Vedelkristallide peal on üldelektrood ja katteklaas. Tüüpiliselt on modulaator ühendatud teda juhtiva arvutiga kas DVI või VGA liidesega. Liidesele saadetakse pilte, millel on 8-bitine hall kanal. See tähendab et pilti võib esitada maatriksina, mille iga element omab väärtusi vahemikus 0-255. Pildi suurus vastab modulaatori resolutsioonile. Kui signaal jõuab modulaatorini, siis modulaator rakendab igale pikslile pinge mille suurus sõltub signaalis sellele pikslile vastava maatriksi elemendi väärtusest. Elektroodidele rakendatav pinge tekitab elektrivälja piksli elektroodi ja üldelektroodi vahel. Selles elektriväljas hakkavad vedelkristallide molekulid ennast pöörama. Kui molekul pöördub, siis muutub tema murdumisnäitaja. Tavajuhul on pildi pikslitel palju erinevaid väärtusi, mille tulemusena on modulaatori vedelkristallide kihi murdumisnäitaja ruumilise sõltuvusega. Ruumilise sõltuvuse all mõtleme seda, et murdumisnäitaja erineb eri ruumi punktides modulaatori pinnal. Modulaatorile pealelangev valgusvihk läbib tagapinnalt peegeldudes vedelkristallide kihti kaks korda. Kuna suurema murdumisnäitajaga aines liigub valgus murdumisnäitaja suurusega pöördvõrdeliselt aeglasemalt, siis käiguvahe on eri modulaatori piirkondades erinev. Käiguvahe erinevuste tõttu on eri modulaatori aladelt tagasipeegeldunud valgus saanud erinevaid faasinihkeid.

Polarisatsioon

Vedelkristallide kiht toimib ka polarisaatorina. Modulaatorilt peegeldudes muutub pealelangeva valguse polarisatsiooni olek. Kui optilises skeemis kasutada lineaarseid polaroide enne ja pärast modulaatorit, on võimalik amplituudmodulatsioon.

Kasutusalad

Ruumilised valgusmodulaatorid leiavad kasutust mitmes tööstuses ja on väga levinud teaduses. Sõjalistes rakendustes kasutatakse sarnaseid seadmeid et kiiresti tuvastada piltidelt laeva või lennuki kuju. Modulaatoreid kasutatakse ka optiliste arvutite ehitamisel. Mõlemal juhul rakendatakse asjaolu, et optiliselt on võimalik väga kiiresti teostada konvolutsiooni ja Fourier' pööret. Ruumiliste valgusmodulaatoritega on võimalik ka piltide kujutamine läbi hajutavate pindade, näiteks meditsiini rakendustes läbi naha vaatamine.

Holograafia

Holograafia leiab rakendusi näiteks krüptograafias ja andmesalvestuses. Hologramme on ka võimalik arvutuslikult valmistada. Leidub algoritme, mis võtavad sisendiks pildi ja väljastavad sisendpildi loomiseks vajaliku faasipildi. Kui faasipilt kuvada modulaatori pinnal, siis on võimalik peale peegeldunud valgusest Fourier' pöörde võtmist näha algset algoritmi sisendpilti.