Оптоэлектроника - Карих Е.Д.
Скачать (прямая ссылка):
90
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
фотопроводящий слой прозрачен. С помощью полупрозрачного зеркала
4 на фоточувствительный слой одновременно подается управляющий световой пучок Pc. Посредством него на слое 2 создается оптическое изображение, с которым должны производиться необходимые операции. При этом управляющее излучение должно иметь другую длину волны и хорошо поглощаться фотопроводником.
В отсутствие управляющего потока сопротивление фотопроводника
2 велико, поэтому все напряжение падает на слое 2. Под действием потока Pc сопротивление фотопроводника уменьшается и напряжение перераспределяется между слоем 2 и электрооптическим слоем 1. Вследствие эффекта Поккельса в слое 1 возникает двойное лучепреломление, образуется сдвиг фаз между обыкновенным и необыкновенным лучами и происходит локальный поворот плоскости поляризации считывающего пучка. Угол поворота зависит от освещенности, создаваемой управляющим пучком в данной точке транспаранта, т. е. определяется оптическим изображением, содержащемся в управляющем пучке. Если поляризатор и анализатор скрещены, то в отсутствие пучка Pc пучок Pin на выход не пройдет. В местах же, освещенных пучком Pc, поток Pin изменяет свою поляризацию и часть мощности проходит на выход траспа-ранта, формируя выходное изображение в пучке Pout.
3 2 13 P \| | /
A
91
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
Лекция 15. ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ В ЖИДКИХ КРИСТАЛЛАХ
Структура и свойства жидких кристаллов. Жидкокристаллическим состоянием вещества называется термодинамически устойчивое состояние, при котором вещество сохраняет анизотропию физических свойств, присущую твердым кристаллам, и текучесть, характерную для жидкостей. В подобном состоянии могут находиться некоторые производные бензола, стероидов и других органических соединений.
Жидкокристаллическое состояние вещества существует только в определенном температурном интервале. Нижняя граница этого интервала определяется температурой кристаллизации Tc. Сверху этот интервал ограничен температурой T, выше которой вещество превращается в однородную жидкость. Диапазон существования жидкокристаллической фазы для различных веществ составляет приблизительно от -15 0С до плюс +550 С. Жидкие кристаллы (ЖК) являются диэлектриками, их
удельное сопротивление составляет 106 -1011 Ом-см.
Характерной особенностью жидкокристаллических веществ является нитеобразная форма молекул. Длина молекул обычно составляет единицы нанометров, ширина - доли нанометра. Подобная форма способствует взаимной параллельной упаковке молекул в кристалле. В свою очередь, это приводит к анизотропии физических свойств кристалла, в частности его диэлектрической проницаемости.
Направление, в котором ориентируются молекулы жидкого кристалла при наложении электрического поля, зависит от знака разности
S a = S p - S n , (151)
где s p и e n - диэлектрические проницаемости в направлениях, параллельном и перпендикулярном преимущественной ориентации молекул. Параметр e a называется диэлектрической анизотропией вещества. При вa > 0 оси молекул ориентируются вдоль прикладываемого к кристаллу электрического поля, а при вa < 0 - перпендикулярно полю.
Различают три основных вида жидких кристаллов: смектические, нематические и холестерические.
В смектических ЖК молекулы располагаются параллельно своим большим осям, а их центры масс лежат в одной плоскости. Кристалл образуется слоями одинаковой толщины (рис. 15.1 а).
В нематических ЖК оси молекул также ориентированы параллельно друг другу, однако центры масс молекул распределены в пространстве хаотично и не образуют четко выраженных слоев (рис. 15.1 б).
92
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
В холестерических ЖК молекулы располагаются слоями, как и в смектических, однако направление ориентации их осей монотонно изменяется от слоя к слою, поворачиваясь на некоторый угол (рис. 15.1 в).
а б в
Рис. 15.1. Структура жидких кристаллов смектического (а), нематического (б) и холестерического (в) типов
Для жидких кристаллов характерно большое разнообразие электро-оптических и других физических явлений, которые могут быть использованы для управления световыми потоками.
Эффект динамического рассеяния. Эффект динамического рассеяния света проявляется в помутнении прозрачного слоя жидкого кристалла при помещении его во внешнее электрическое поле.
Для наблюдения эффекта динамического рассеяния в нематический жидкий кристалл с отрицательной анизотропией вводится примесь, придающая кристаллу ионную проводимость. При наложении внешнего электрического поля молекулы ЖК с sa < 0 ориентируются поперек поля. В этом состоянии вещество прозрачно для падающего излучения. При наложении поля ионы примеси начинают двигаться в направлении силовых линий и, соударяясь с молекулами кристалла, нарушают их упорядоченную ориентацию. С увеличением напряжения этот процесс протекает все более интенсивно. При некотором напряжении, называемом напряжением электрогидродинамической неустойчивости, движение молекул в кристалле приобретает турбулентный характер. Упорядоченность структуры ЖК при этом разрушается, кристалл мутнеет и начинает сильно рассеивать падающее на него излучение. В результате этого пропускание ячейки резко уменьшаетсят.
