Физическое описание работы оптических транспарантов. Математическое моделирование оптических транспарантов

Содержание

1. Физическое описание работы оптических транспарантов. 2

1.1. Физическое описание работы электрически управляемых транспарантов. 3

1.2. Физическое описание работы оптически управляемых транспарантов. 6

2. Математическое моделирование оптических транспарантов. 9

Заключение. 13

Список используемой литературы.. 14

1. Физическое описание работы оптических транспарантов

Оптический транспарант  - это плоское устройство, оптические параметры которого (прозрачность, излучающая способность, коэффициент преломления, рассеяние и т.д.) изменяются от точки к точке по его площади при наложении  управляющего воздействия. Управляющее воздействие может быть в виде электрического, магнитного, электронно-лучевого или оптического возбуждения.  Световой поток, проходя через транспарант становится пространственно модулированным. Возможна также и временная модуляция параметров прошедшего излучения. Такие транспаранты называют динамическими или пространственно-временными модуляторами света - ПВМС.

При помощи ПВМС  можно проводить параллельную обработку больших массивов информации в реальном масштабе времени. Применяются они и для ввода, вывода, отображения и хранения информации.

Кроме хорошо известных электронно-лучевых трубок,  широкое распространение в оптоэлектронике получили электрически  и оптически управляемые транспаранты. В первом случае происходит преобразование информации из электрической  формы в оптическую. При оптическом управлении можно осуществлять преобразования интенсивности, спектрального состава излучения, перейти от некогерентного к когерентному и обратно и т.д.

Многообразны физические эффекты, используемые в оптических транспарантах. Их можно объединить в группы по виду изменяющегося параметра активной среды:

·  Изменение показателя преломления - эффект Керра; фазовые переходы в жидких кристаллах; изменение концентрации свободных носителей в полупроводниках при инжекции и фотовозбуждении.

·  Наведение искусственного двулучепреломления - электрооптические и магнитооптические эффекты; эффект скручивания молекул в жидких кристаллах и др.

·  Изменение поглощения или рассеяния света - сдвиг края собственного поглощения в полупроводниках (эффект Франца-Келдыша); индуцированное изменение электронных спектров атомов и молекул (перекрашивание).

·  Изменение светоотражающих свойств - достигается путём изменения микрорельефа поверхности материалов вследствие термопластических эффектов, эффектов электро  и магнитострикции, пьезоэффекта  и т.д.

Важнейшие характеристики оптических транспарантов - число различимых линий на 1 мм длины. Энергетическая чувствительность к управляющему сигналу Дж/см². Оптический контраст - отношение интенсивностей  прошедшего через транспарант света при максимальном просветлении и максимальном затемнении.

1.1. Физическое описание работы электрически управляемых транспарантов

В электрически управляемых транспарантах используется матричная адресация. На тонкий слой модулирующей среды с двух сторон наносятся параллельные проводящие прозрачные шины, образующие координатную сетку (рис.1, рис.2). Подаваемое на соответствующие х,у шины управляющее напряжение вызывает появление электрического поля изменяющего оптические свойства модулирующей среды, находящейся между шинами на этом участке. Для осуществления оптической модуляции света (формирования кадра) электрическим сигналом сканируют по всем точкам пересечения. 

Инерционные свойства оптического материала позволяют сформировать оптический рельеф за сравнительно короткое время и удерживать полученный оптический рельеф в течение более продолжительного времени для считывания кадра световым пучком. Если поместить такой транспарант между скрещенными поляризатором и анализатором, то последовательность управляющих электрических сигналов преобразуется в световую картину.

Такие ЭУТ являются важнейшими элементами в системах обработки информации, так как обеспечивают согласование оптических и электронных устройств и цепей.

В качестве активной среды в ЭУТ возможно использование сегнетоэлектрической керамики на основе цирконат-титанат-свинца (PbZrO₃ + PbTiO₃ + La). Спечённые поликристаллы при толщине 0.1 мм пропускают до 90% падающего света. Управляющие напряжения имеют величину 100…200В. Механизм установления оптической анизотропии в керамике  - это ориентация внешним электрическим полем векторов поляризации областей спонтанной поляризации - доменов. В результате преимущественной ориентации возникает наведённое двойное лучепреломление.

Применение в ЭУТ электрооптических кристаллов ограничено, так как последние требуют сравнительно высоких управляющих напряжений, что плохо согласуется с низковольтными электронными цепями. В этом отношении более предпочтительна активная среда в виде жидких кристаллов.