Применение кристаллов
лов,
а также диапазона длин волн излучения, в котором надежно работают эти
устройства. Как уже отмечалось, одна из основных проблем — это проблема
быстродействия жидкокристаллических элементов, однако уже достигнутые
характеристики модуляторов света позволяют совершенно определенно
утверждать, что они займут значительное место в системах обработки
оптической информации. Ниже рассказывается о ряде возможных применений
модуляторов света.
Прежде всего, отметим высокую чувствительность модуляторов света к
управляющему световому потоку, которая характеризуется интенсивностью
светового потока. Кроме того, достигнуто высокое пространственное
разрешение сигнала — около 300 линий на 1 мм. Спектральный диапазон работы
модуляторов, выполненных на различных полупроводниковых материалах,
перекрывает длины волн от ультрафиолетового до ближнего инфракрасного
излучения. Очень важно, что в связи с применением в модуляторах
фотополупроводников удается улучшить временные характеристики устройств по
сравнению с быстродействием собственно жидких кристаллов. Так, модуляторы
света за счет свойств фотополупроводника могут зарегистрировать оптический
сигнал продолжительностью всего меньше 1 с. Разумеется, изменение
оптических характеристик жидкого кристалла в точке регистрации сигнала
происходит с запаздыванием, т. е. более медленно, в соответствии с временем
изменения оптических характеристик жидкого кристалла при наложении на него
(или снятии) электрического поля.
Какие же, кроме уже обсуждавшихся функций, могут выполнять модуляторы
света? При соответствующем подборе режима работы модулятора они могут
выделять контур проектируемого на него изображения. Если контур
перемещается, то можно визуализировать его движение. При этом существенно,
что длина волны записывающего изображения излучения и считывающего
излучения могут отличаться. Поэтому модуляторы света позволяют, например,
визуализировать инфракрасное излучение, или с помощью видимого света
модулировать пучки инфракрасного излучения, или создавать изображения в
инфракрасном диапазоне длин волн.
В другом режиме работы модуляторы света могут выделять области,
подвергнутые нестационарному освещению. В этом режиме работы из всего
изображения выделяются, например, только перемещающиеся по изображению
световые точки, или мерцающие его участки. Модуляторы света могут
использоваться как усилители яркости света (в 10^—10° раз и более) В связи
же с их высокой пространственной разрешающей способностью их использование
оказывается эквивалентным усилителю с очень большим (10"—10^) числом
каналов. Перечисленные функциональные возможности оптических модуляторов
дают Основание использовать их 6 многочисленных задачах обработки
оптической информации, таких как распознавание образов, подавление помех,
спектральный и корреляционный анализ, интерферометрия, в том числе запись
голограмм в реальном масштабе времени, и т. д. Насколько широко
перечисленные возможности жидкокристаллических оптических модуляторов
реализуются в надежные технические устройства, покажет ближайшее будущее.
Оптический микрофон.
Только что было рассказано об управлении световыми потоками с помощью
света. Однако в системах оптической обработки информации и связи возникает
необходимость преобразовывать не только световые сигналы в световые, но и
другие самые разнообразные воздействия в световые сигналы. Такими
воздействиями могут быть давление, звук, температура, деформация и т. д. И
вот для преобразования этих воздействий в оптический сигнал
жидкокристаллические устройства оказываются опять-таки очень удобными и
перспективными элементами оптических систем.
Конечно, существует масса методов преобразовывать перечисленные воздействия
в оптические сигналы, однако подавляющее большинство этих методов связано
сначала с преобразованием воздействия в электрический сигнал, с помощью
которого затем можно управлять световым потоком. Таким образом, методы эти
двуступенчатые и, следовательно, не такие уж простые и экономичные в
реализации. Преимущество применения в этих целях жидких кристаллов состоит
в том, что с их помощью самые разнообразные воздействия можно
непосредственно переводить в оптический сигнал, что устраняет промежуточное
звено в цепи воздействие—световой сигнал, а значит, вносит принципиальное
упрощение в управление световым потоком. Другое достоинство ЖК-элементов в
том, что они легко совместимы с узлами волоконно-оптических устройств.
Чтобы проиллюстрировать возможности с помощью ЖК управлять световыми
сигналами, расскажем о принципе работы «оптического микрофона» на
ЖК—устройства, предложенного для непосредственного перевода акустического
сигнала в оптический.
Принципиальная схема устройства оптического микрофона очень проста. Его
активный элемент представляет собой ориентированный слой нематика. Звуковые
колебания создают периодические во времени деформации слоя, вызывающие
также переориентации молекул и модуляцию поляризации (интенсивности)
проходящего поляризованного светового потока.
Исследования характеристик оптического микрофона на ЖК, выполненные в
Акустическом институте АН СССР, показали, что по своим параметрам он не
уступает существующим образцам и может быть использован в оптических линиях
связи, позволяя осуществлять непосредственное преобразование звуковых
сигналов в оптические. Оказалось также, что почти во всем температурном
интервале существования нематической фазы его акустооптические
характеристики практически не изменяются
[9]-Прежде чем перейти к другому примеру возможного
применения ЖК в оптических линиях связи, напомним, что оптическое волокно
представляет собой оптический волновод. Свет из этого волновода не выходит
наружу по той причине, что снаружи на волокно нанесено покрытие,
диэлектрическая проницаемость которого больше, чем во внутренней части
волокна, в результате чего происходит полное внутреннее отражение света на
границе внутренней части и внешнего покрытия. Волноводный режим
распространения света в волокне. может быть, также достигнут не только за
счет резкой диэлектрической границы, но и при плавном изменении показателя
преломления (диэлектрической проницаемости) от середины к поверхности
волновода.
По аналогии с оптическими волокнами в тонком слое жидкого кристалла также
может быть реализован волноводный режим распространения света вдоль слоя,
если обеспечить соответствующее изменение диэлектрической проницаемости в
пределах толщины слоя. А как мы знаем, изменения диэлектрических
характеристик в ЖК можно добиться изменением ориентации директора (длинных
осей молекул). Оказывается, в слое нематика или холестерина можно,
например, путем приложения электрического поля обеспечить такой характер
изменения ориентации директора по толщине, что для определенной поляризации
света такой слой оказывается оптическим волноводом.
Каждый увидит здесь очевидную аналогию между оптическим волокном-волноводом
и жидкокристаллическим волноводом. Но имеется здесь и очень существенная
разница. Эта разница состоит в том, что если диэлектрические характеристики
оптического волокна, а следовательно, и его волноводные свойства, неизменны
и формируются при его изготовлении, то диэлектрические, а следовательно, и
волноводные свойства ЖК-волновода легко изменять путем внешних воздействий.
Это значит, например, что если жидкокристаллический волновод включен в
канал волоконной связи, то световой поток, идущий по этому каналу, можно
модулировать, меняя характеристики ЖК-элемента. В простейшем случае это
может быть просто прерывание светового потока, которое может происходить в
ЖК-элементе при таком переключении электрического сигнала на нем, которое
приводит к исчезновению его волноводных свойств. Кстати сказать, этот же ЖК-
элемент может выполнять и функции оптического микрофона, если он устроен
так, что акустический сигнал вызывает в нем возмущение ориентации
директора.
Очки для космонавтов.
Знакомясь ранее с маской для электросварщика, а теперь с очками для
стереотелевидения, бы заметили, что в этих устройствах управляемый
жидкокристаллический фильтр перекрывает сразу все поле зрения одного или
обоих глаз. Между тем существуют ситуации, когда нельзя перекрывать все
поле зрения человека и в то же время необходимо перекрыть отдельные участки
поля зрения.
Например, такая необходимость может возникнуть у космонавтов в условиях их
работы в космосе при чрезвычайно ярком солнечном освещении, не ослабленном
ни атмосферой, ни облачностью. Эту задачу как в случае маски для
электросварщика или очков для стереотелевидения позволяют решить
управляемые жидкокристаллические фильтры.
Усложнение очков в этом случае состоит в том, что поле зрения каждого глаза
теперь должен перекрывать не один фильтр, а несколько независимо
управляемых фильтров. Например, фильтры могут быть выполнены в виде
концентрических колец с центром в центре стекол очков или в виде полосок на
стекле очков, каждая из которых при включении перекрывает только часть поля
зрения глаза.
Такие очки могут быть полезны не только космонавтам, но и людям других
профессий, работа которых может быть связана не только с ярким нерассеянным
освещением, но и с необходимостью воспринимать большой объем зрительной
информации.
Например, в кабине пилота современного самолета огромное количество панелей
приборов. Однако не все из них нужны пилоту одновременно. Поэтому
использование пилотом очков, ограничивающих поле зрения, может быть
полезным и облегчающим его работу, так как помогает сосредоточивать его
внимание только на части нужных в данный момент приборов и устраняет
отвлекающее влияние не нужной в этот момент информации. Конечно, в случае
пилота можно пойти и по-другому пути поставить ЖК-фильтры на индикаторы
приборов, чтобы иметь возможность экранировать их показания.
Подобные очки будут очень полезны также в биомедицинских исследованиях
работы оператора, связанной с
| |  скачать работу |
Применение кристаллов |
