Комбинированный оптически управляемый пространственный модулятор света

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам управления и модуляции световой волны. Универсальный пространственный оптически управляемый модулятор света, состоящий из двух кристаллических пластин, одна из которых с кристаллографической ориентацией плоскостей (111) или (110), другая с кристаллографической ориентацией плоскостей (100) или (001) из кристалла типа силленита, на обеих плоскостях которых расположены прозрачные электроды и между которыми расположены слои ЖК. Такая конструкция позволяет осуществлять в одном устройстве модуляцию типа ПРОМ и ПРИЗ, двухволновое взаимодействие, а также комбинацию двухволнового взаимодействия и пространственной модуляции в зависимости от выбора используемых электродов.

Область техники:

Полезная модель относится к устройствам модуляции и управления волновым фронтом световой волны.

Уровень техники:

Современные оптически управляемые пространственные модуляторы света можно разделить на три группы: модуляторы на основе жидких кристаллов, модуляторы типа ПРОМ и модуляторы типа ПРИЗ.

Конструкция современных оптически управляемых пространственных модуляторов света (ПМС) на основе жидких кристаллов (ЖК) представляет собой слой фотопроводящей среды и слой жидкого кристалла. Слои находятся между прозрачными электродами, к которым подводится напряжение питания. Принцип действия устройства следующий: пространственное распределение интенсивности записывающего света изменяет проводимость фотопроводника. При этом распределение проводимости в фотопроводнике повторяет распределение интенсивности записывающего света. В результате внешнее электрическое поле, приложенное к такой конструкции, оказывается пространственно промодулированным. В итоге получается, что к слою ЖК приложено пространственно неоднородное поле, вызывающее пространственно неоднородное изменение показателя преломления или поглощения ЖК. При освещении такой конструкции считывающим светом мы получим пространственную модуляцию считывающего света (по фазе или по амплитуде), совпадающую с пространственным распределением интенсивности записывающего света (Васильев

А.А., Касасент Д., Компанец И.Н., Парфенов А.В., "Пространственные модуляторы света" Москва, Радио и связь, 1987).

В оптически управляемых пространственных модуляторах света модуляторах типа ПРОМ и ПРИЗ используются фоторефрактивные кристаллы, которые являются одновременно как фотопроводящей, так и модулирующей средой. В фоторефрактивных кристаллах происходит изменение показателя преломления под действием светового излучения, что дает возможность пространственно изменять показатель преломления записывающим светом. Основным механизмом такого явления является электрооптический эффект. При засветке фоторефрактивного кристалла световым пучком с неоднородной интенсивностью происходит, за счет внутреннего фотоэффекта, генерация носителей заряда, которые затем за счет диффузии или дрейфа во внешнем электрическом поле уходят в более темные области, где и захватываются на ловушечные центры. Возникает объемный заряд, пространственно повторяющий распределение интенсивности в записывающем свете. За счет электрооптического эффекта поле объемного заряда меняет показатель преломления кристалла, также повторяющий распределение интенсивности в записывающем свете. При освещении такого кристалла неким считывающим пучком произойдет изменение фазы в волновом фронте считывающего пучка. Для усиления эффекта к кристаллам прикладывают внешнее электрическое поле. Таким образом, в то время как в ПМС на ЖК фотопроводник является фоточувствительной средой, а модулирующей средой является ЖК, в случае использования фоторефрактивных кристаллов сами кристаллы являются и фоточувствительной и модулирующей средой.

Модуляторы типа ПРОМ (разработан в Itec Corp, США) работают на продольном электрооптическом эффекте, а модуляторы типа ПРИЗ (разработан в ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН) на поперечном (Петров М.П, Степанов С.И, Хоменко А.В. "Фоторефрактивные кристаллы в когерентной оптике" Санкт-Петербург, Наука, 1992). Кроме того, в модуляторах типа ПРИЗ может осуществляться двухволновое усиление. Эффект двухволнового усиления заключается в перекачке энергии из одного пучка света в другой при дифракции этих пучков на записанной ими же в кристалле голограмме. Две плоские волны интерферируют в объеме кристалла. В этом случае голограмма представляет собой элементарную голограмму - синусоидальную фазовую дифракционную решетку. При дифракции

записывающих световых пучков на такой решетке наблюдается энергообмен между записывающими лучами, что применяется для усиления слабых пучков света.

В данной заявке предлагается конструкция устройства, совмещающего в себе все три типа модуляторов.

Раскрытие полезной модели:

Предлагается комбинированная конструкция оптически управляемого модулятора, состоящая из двух кристаллов типа силленита и жидкого кристалла для реализации различных способов оптической пространственной модуляции в одном устройстве. В качестве двух кристаллов используются фоточувствительные в видимом диапазоне и обладающие электрооптическими свойствами кристаллы группы силленитов (Bi₁₂SiO₂₀, Bi ₁₂TiO₂₀, Bi₁₂ GeO₂₀). Конструкция оптически управляемого ПМС состоит из двух кристаллов с нанесенными прозрачными электродами на обе стороны кристаллов, между которыми расположены слой ЖК. При этом кристаллографическая ориентация плоскостей одного из кристаллов (110) или (111) для осуществления поперечной модуляции типа ПРИЗ и двухволнового взаимодействия для усиления сигнала, ориентация второго кристалла (100) или (001) для осуществления продольной модуляции типа ПРОМ. Оба кристалла могут использоваться как фоточувствительная среда при осуществлении модуляции за счет слоя ЖК (Фиг.1).

Технологически сборка модулятора осуществляется следующим образом: одна из кристаллических пластин с нанесенными на обе стороны прозрачными электродами наклеивается оптическим клеем на несущую стеклянную подложку. На получившуюся сборку накладываются борта, толщина которых равна слою жидкого кристалла. Сверху получившаяся полость накрывается второй кристаллической пластиной с прозрачными электродами с обеих сторон. Через специальные отверстия в бортах производится закачка жидкого кристалла, затем отверстия герметизируются. После чего к конструкции подводятся управляющие электроды.

Описание чертежей:

Фиг.1 Конструкция комбинированного оптически управляемого пространственного модулятора света. 1 - прозрачные электроды, 2 -

кристаллическая пластина с ориентацией (001) или (100), 3 - кристаллическая пластина с ориентацией (111) и (110),4 - слой жидкого кристалла, 5 - коммутатор, 6 - источник высокого напряжения, а, b, с, d - управляющие электроды.

Осуществление полезной модели:

Предлагаемая конструкция (Фиг.1) позволяет получать пространственную модуляцию различного типа при изменении и коммутации подаваемого напряжения на прозрачные электроды, а также двухволновое взаимодействие и усиление оптического сигнала в кристалле с ориентацией (110) или (111).

В случае приложения напряжения к кристаллической пластине 2 (Фиг.1, контакты а, б) с ориентацией (001) или (100) осуществляется продольная электрооптическая модуляция по типу ПРОМ. В случае приложения напряжения к кристаллической пластине 3 (Фиг.1, контакты с, d) с ориентацией (111) или (110) осуществляется поперечная электрооптическая модуляция по типу ПРИЗ, а также возможно двухволновое усиление. В случае приложения напряжения к контактам а, с или b, d осуществляется модуляция при помощи жидкого кристалла, при этом кристаллические пластины 2 или 3, соответственно, играют роль фотопроводников. В случае приложения напряжения к контактам b, d и с, d осуществляется модуляция жидким кристаллом с возможностью двухволнового усиления в кристаллической пластине 3.

Конструкция универсального оптически управляемого пространственного модулятора света, состоящая из пластины фоторефрактивного кристалла с кристаллографической ориентацией плоскостей (111) или (110) с нанесенными на обе плоскости прозрачными электродами, пластины фоторефрактивного кристалла с кристаллографической ориентацией плоскостей (100) или (001) с нанесенными на обе плоскости прозрачными электродами и заключенного между двумя пластинами слоя жидкого кристалла, позволяющая осуществлять оптически управляемую пространственную модуляцию света типа ПРОМ, ПРИЗ, модуляцию за счет жидкого кристалла и одной из пластин в качестве фотопроводника, оптическое усиление сигнала при двухволновом взаимодействии, сочетание пространственной модуляции и усиления в зависимости от выбора используемых электродов и их сочетания.