Spatial Light Modulator

Ein räumlicher Modulator für Licht (englisch: Spatial Light Modulator (SLM)) ist ein Gerät, um Licht eine räumliche Modulation aufzuprägen. Ein einfaches Beispiel ist die Transparenz eines Tageslichtprojektors. In den 80er Jahren wurden große SLMs auf Tageslichtprojektoren gelegt, um den Inhalt von Computermonitoren auf eine Fläche (Wand bzw. Leinwand) zu projizieren. Mittlerweile gibt es SLMs, die innerhalb von Projektoren verbaut werden. Diese werden beispielsweise bei Präsentationen eingesetzt.

Gewöhnlicherweise moduliert ein SLM die Intensität eines Lichtstrahls, es ist jedoch auch möglich die Phase, oder auch die Phase und die Intensität gleichzeitig zu modulieren.

Modulatortypen

Elektronisch ansteuerbarer SLM (EASLM)

Das Bild eines EASLM wird elektronisch erstellt und verändert, wie dies bei elektronischen Displays meist der Fall ist. EASLMs empfangen ihren Input gewöhnlicherweise mittels einer konventionellen Schnittstelle (z.B. eines VGA-Eingangs). Sie sind gemeinhin erhältlich in Auflösungen bis zu SXGA (1280*1024). Im Gegensatz zu herkömmlichen Displays sind sie viel kleiner (ein Richtwert ist einer aktiver Bereich von ca. 2 cm²). Dies kommt daher, dass sie normalerweise nicht zum direkten Anschauen konzipiert wurden. Ein Beispiel eines EASLMs ist das Digital Micromirror Device, welches sich in einem DLP Display (besser bekannt als Beamer) befindet.

Optisch ansteuerbarer SLM (OASLM)

Das Bild eines OASLM wird mittels eines strahlendem Lichtes erzeugt, welches auf seiner Vorder- bzw. Rückseite das zu projizierende Bild enthält. Ein Fotosensor ermöglicht es den OASLMs, die Helligkeit jedes Pixels abzutasten und das Bild mittels Flüssigkristallen nachzubilden. Solange der OASLM eingeschaltet ist bleibt das Bild erhalten wenn das Licht gelöscht wird. Mittels eines elektrischen Signals kann der OASLM komplett gelöscht werden. Sie werden oft als zweite Stufe eines hochauflösenden Displays verwendet, z.B. eines computererzeugtem holographischen Displays. In einem Prozeß, der als „Active Tiling“ bezeichnet wird werden Bilder, die auf einem EASLM angezeigt werden, hintereinander auf verschiedene Teile eines OASLMs übertragen. Danach wird das Bild des OASLMs dem Betrachter gezeigt. Da EASLMs bis zu 2500 Frames/s erzeugen können ist es möglich ca. 100 Kopien des Bildes des EASLM's auf den OASLM zu kopieren, wobei auf dem OASLM immer noch ein flüssig laufendes Video angezeigt wird. Hiermit werden Auflösungen bis über 100 Megapixel möglich.

Anwendungen

Pulsformung

Um kurze Laserpulse in ihrer zeitlichen Struktur zu formen, kann man einen SLM einsetzen. Hierbei wird zunächst der Puls durch ein dispersives Element (z.B. ein Beugungsgitter oder ein Prisma) geschickt, um die Frequenzanteile räumlich zu trennen. Mit Hilfe einer räumlichen Phasenmodulation lassen sich nun die einzelnen Frequenzkomponenten zeitlich gegeneinander verzögern. Die Aufteilung in die einzelnen Frequenzanteile wird rückgängig gemacht, indem man das Licht abermals auf ein dispersives Element schickt. Entsprechend der Phasenmodulation lassen sich im Prinzip alle möglichen Pulsformen erzeugen.

Holographische Datenspeicherung

SLMs werden in der Holografischen Datenspeicherung intensiv dafür benutzt, Informationen in einen Laserstrahl zu kodieren, ähnlich der Art und Weise wie dies mittels Transparenz bei einem Tageslichtprojektor geschieht. Sie können ebenso als Teil eines holografischen Displays eingesetzt werden.

Optische Gitter

Ebenso lassen sich Modulatoren dafür verwenden, um mithilfe des auf einen Laserstrahl aufgeprägten Intensitätsmusters entsprechend optische Gitter herzustellen, in denen Atome gefangen und lokalisiert werden können

Literatur

• Digital Light Processing for High-Brightness, High-Resolution Applications, Larry J. Hornbeck (TI), 21st century Archives [1]
• Optically addressed spatial light modulators for replaying computer-generated holograms, Coomber, Stuart D.; Cameron, Colin D.; Hughes, Jonathon R.; Sheerin, David T.; Slinger, Christopher W.; Smith, Mark A.; Stanley, Maurice (QinetiQ), Proc. SPIE Vol. 4457, p. 9-19 (2001)
• Liquid Crystal Optically Addressed Spatial Light Modulator, [2]
• Computer-Generated Holography as a Generic Display Technology, Slinger, C.; Cameron, C.; Stanley, M.; IEEE Computer, Volume 38, Issue 8, Aug. 2005, pp 46-53, [3]