Вследствие двумерности оптических сигналов оптоэлектронные устройства могут осуществлять широкие функциональные преобразования сигналов, поступающих на вход устройства в виде изображений. Наиболее разработаны так называемые аналоговые оптические вычислители (АОВ), использующие когерентный свет. Идеи, положенные в их основу, возникли на стыке оптики и радиотехники примерно 20 лет назад. Использование некогерентного света в этих устройствах практически бесполезно.

В настоящее время освоен выпуск АОВ, их широко применяют в обработке радиолокационных сигналов и сигналов многоэлементных антенн, в спектральном анализе сигналов, в распознавании и поиске образов, выделения сигнала из шумов, в голографии и т. д.

В этих областях АОВ не имеют себе равных по быстроте обработки и производительности. Быстродействие АОВ составляет примерно 1013 эквивалентных операций в секунду при 10 градациях каждого сигнала по амплитуде и фазе. Здесь наиболее наглядно проявляется преимущество оптоэлектроники перед чистой электроникой.

Основу АОВ составляют: когерентный источник света, пассивные оптические элементы (линзы), динамические транспаранты и фотоприемники (для получения электрических выходов).