Способ управления модуляцией оптического сигнала в жидкокристаллическом устройстве

Изобретение относится к способу управления модуляцией оптического сигнала в устройствах на основе жидких кристаллов (ЖК) и может применяться в ЖК-дисплеях, различных фотонных устройствах и оптических компонентах для телекоммуникационных систем. Способ управления оптическим откликом ЖК устройства заключается в том, что к ЖК устройству прикладывают напряжение переменного электрического поля с прямоугольной формой сигнала разной частоты, при этом знак потенциала на электродах не изменяется в результате использования однополярного меандра. Для управления переключением оптического сигнала в ЖК устройствах используют импульсы постоянного тока и переменное напряжение электрического поля с синусоидальной и прямоугольной формой импульса разной частоты. Техническим результатом изобретения является ускорение переключения оптического сигнала при одновременном уменьшении амплитуды приложенного напряжения, необходимого для получения оптического отклика, что позволяет снизить энергопотребление ЖК устройства. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к способам управления модуляцией сигнала в оптических устройствах, в частности к способу управления модуляцией оптического сигнала в устройствах на основе жидких кристаллов (ЖК) путем приложения к электродам ЖК устройства электрического поля. Такие способы используются для управления модуляцией интенсивности света в работе ЖК-дисплеев, а также для модуляции амплитуды и фазы оптического сигнала с разной длиной волны в различных фотонных ЖК устройствах, в том числе в различных переключателях и аттенюаторах оптического сигнала.

Управление оптическим откликом ЖК устройств осуществляется с помощью сигналов постоянного или переменного электрического поля. Известен способ управления ЖК устройством импульсами постоянного электрического поля, который позволяет существенно уменьшить время оптического отклика (Е.А. Коншина, М.А. Федоров, Л.П. Амосова, М.В. Исаев, Д.С. Костомаров. Динамика спада оптического пропускания в ячейках с двухчастотным нематическим жидким кристаллом. // Письма в ЖТФ. 2008. Т.34. №9. С.87-94) [1]. Однако при приложении постоянного поля к слою жидкого кристалла возникает направленное движение ионов. Разделение зарядов, происходящее в результате этого, приводит к формированию объемного заряда вблизи электродов и экранированию приложенного напряжения, что в свою очередь вызывает увеличение порогового напряжения электрооптического эффекта Фредерикса и замедление процесса релаксации жидкого кристалла.

Известен способ управления ЖК-дисплеем на основе полимер-диспергированного холестерического ЖК путем подачи однополярных импульсов (Patent US №6710760 «Unipolar drive for cholesteric liquid crystal displays», G09G/336, 28.11.2000, 23.03.2004) [2]. Способ позволяет предотвратить вынужденное движение ионов к электродам, приводящее к разрушению такого рода дисплеев, и позволяет сократить количество переключателей напряжений. Однако данный способ применим для бистабильного переключения ЖК.

Известны способы управления оптическим сигналом ЖК с помощью переменного электрического поля в форме синусоиды и прямоугольной формы сигнала (двуполярный меандр) (Liang X., Lu Y.Q., Wu Y.H., Du F., Wang H.Y., Wu S.T. Dual-frequency addressed variable optical attenuator with submilli-second response time // Jap. J. of Appl. Phys. 2005. V. 44. №3. P. 1292-1295) [3]. В переменном электрическом поле знак потенциала на электродах изменяется с частотой следования импульсов напряжения. Использование переменного поля препятсвует накапливанию объемного заряда, однако из-за уменьшения амплитуды эффективного напряжения время оптического отклика увеличивается по сравнению с приложением постоянного импульса напряжения.

Наиболее близким по технической сущности и выбранным авторами за прототип является способ управления модуляцией оптического сигнала, (Golovin А.В., Shiyanovskii S.V., Lavrentovich О.D. Fast switching dual-frequency liquid crystal optical retarder, driven by an amplitude and frequency modulated voltage // Appl. Phys. Lett. 2003. V. 83. No 19. P. 3864-3866) [4], в котором используется как импульс постоянного напряжения, так и двуполярный меандр. Быструю переориентацию директора ЖК инициируют подачей короткого импульса напряжения длительностью 100 мкс с высокой амплитудой (50-100 В) непосредственно перед приложением к слою жидкого кристалла управляющего двуполярного меандра для поддержания уровня пропускания подачей. Недостатками прототипа является сложная схема управления оптическим откликом жидкого кристалла и применение высоких амплитуд напряжений, что может приводить к электрическому пробою ЖК устройств и увеличению энергопотребления устройств. Кроме того, использование этого способа в устройствах на основе нематических жидких кристаллов может способствовать избыточному вращению молекул в процессе переориентации, увеличивая длительность процесса естественной релаксации.

Решается задача упрощения схемы управления оптическим откликом ЖК устройств путем приложения переменного электрического поля, снижения энергопотребления устройства за счет уменьшения амплитуды приложенного напряжения и времени переключения.

Сущность способа заключается в том, что к ЖК устройству для получения оптического отклика прикладывают напряжение переменного электрического поля с прямоугольной формой сигнала разной частоты, но при этом знак потенциала на электродах не изменяется в результате использования однополярного меандра. В этом случае на одном из электродов постоянно поддерживается нулевой потенциал, а на другом может быть положительный или отрицательный потенциал. Постоянный знак потенциала на электродах отличает этот способ управления ЖК устройством от способа управления с помощью двуполярного меандра, в результате приложения которого потенциал изменяется в соответствии с частотой следования импульсов электрического поля. По эффективности действия электрического поля на жидкий кристалл однополярный меандр приближается к действию импульса постоянного потенциала, что позволяет снизить амплитуду напряжения по сравнению с двуполярным меандром.

Сравнение с прототипом показывает, что заявляемый способ управления откликом ЖК устройства отличается тем, что используется только один вид сигнала электрического сигнала, что упрощает схему управления, а также исключает перемещение ионов в ЖК среде во время переключения. Использование однополярного меандра способствует ускорению переключения нематического жидкого кристалла по сравнению с двуполярным меандром. Однополярный меандр может быть использован для переключения двухчастотного нематического жидкого кристалла на частотах ниже переходной частоты этого кристалла, когда диэлектрическая анизотропия положительна. За счет этого достигается технический результат изобретения, а именно упрощение схемы управления, уменьшение амплитуды приложенного напряжения, управляющего модуляцией оптического сигнала в ЖК устройстве, а также ускорение электрооптического отклика.

Сущность заявляемого способа поясняют следующие иллюстрации, где на:

Фиг.1 - принципиальная схема электроуправляемого ЖК устройства;

Фиг.2 - с принципиальной электрооптической схемой управления модуляцией оптического сигнала в ЖК устройстве;

Фиг.3 - электрический сигнал в форме двуполярного (а) и однополярного (б) меандра.

Фиг.4 - осциллограмма модуляции оптического сигнала нематического жидкого кристалла с положительной диэлектрической анизотропией при управлении электрическим полем с амплитудой 30 В в виде - (а) двуполярного меандра с частотой 2 кГц и (б) однополярного меандра с частотой 9 кГц;

Фиг.5 - иллюстрируется модуляция оптического сигнала в слое нематического жидкого кристалла с положительной диэлектрической анизотропией при приложении к электродам переменного напряжения электрического поля с амплитудой, равной 30 В, (а) в виде однополярного меандра с частотой 9 кГц и (б) в виде синусоиды с частотой 2 кГц;

Фиг.6 - иллюстрируется модуляция оптического сигнала в слое нематического жидкого кристалла с положительной диэлектрической анизотропией при приложении к электродам переменного напряжения электрического поля с амплитудой, равной 30 В, в виде однополярного меандра: (а) с отрицательным потенциалом (0; -) на одном из электродов устройства и (б) с положительным потенциалом на одном из электродов (0; +).

Электроуправляемое ЖК устройство, представленное на Фиг.1, включает в себя две параллельные подложки 1 и 2, между которыми расположен слой жидкого кристалла 3. На каждую подложку 1,2 нанесен прозрачный проводящий электрод 4 и ориентирующий слой 5 для выравнивания молекул жидкого кристалла в заданном направлении. Толщина слоя жидкого кристалла 3 фиксируется с помощью спейсеров.

В схеме управления электрооптическим откликом на Фиг.2, ЖК устройство 6 размещено между поляризатором 7 и скрещенным с ним анализатором 8. Излучение источника 9, прошедшее через ЖК устройство 6, попадает на фотодиод 10, а затем на осциллограф И, данные с которого регистрируются с помощью компьютера. Напряжение на ЖК ячейку подавалось от генератора 12. Во всех далее приведенных примерах в качестве источников излучения использовался полупроводниковый лазер с длиной волны 0,65 мкм с коллиматором излучения 13.

Пример 1. Предлагаемый способ управления оптическим откликом ЖК устройства 6 иллюстрирует следующий пример. На ЖК устройство, собранное из двух плоскопараллельных стеклянных подложек 1,2 диаметром 35 мм, покрытых тонким прозрачным проводящим слоем 4 на основе окислов индия и олова, и ориентирующим слоем 5 натертого полиимида подавалось переменное электрическое поле с различными формами сигнала. В качестве модулирующей среды использовался ЖК-1282 (НИОПИК, Москва) с положительной диэлектрической анизотропией и толщиной слоя 13 мкм. Устройство 6 было установлено между поляризатором 7 и анализатором 8 таким образом, чтобы угол между вектором поляризации падающего излучения и директором ЖК составлял 45° для получения максимального пропускания в состоянии устройства «выключено». На ЖК устройство 6 от генератора 12 на Фиг.2 подавалось переменное напряжение в виде двуполярного меандра и однополярного меандра (Фиг.3 а, б) для осуществления упругой splay-деформация слоя жидкого кристалла.

На Фиг.4 приведены осциллограммы оптического отклика ЖК устройства 6, полученные при приложении к ячейке напряжения электрического поля в виде двуполярного меандра амплитудой 30 В (а) с частотой 2 кГц и однополярного меандра (б) с частотой 9 кГц. Время оптического отклика ЖК устройства 6 при одинаковой амплитуде приложенного напряжения было меньше в случае однополярного меандра. Применение более высокой частоты в случае однополярного меандра вызвано необходимостью устранения дребезга оптического сигнала, связанного с вращением молекул в периоды времени, когда переменное напряжение равно нулю. Несмотря на то, что эффективное значение напряжения в случае однополярного меандра соответствует эффективному напряжению 0,7 амплитуды приложенного напряжения, время отклика ЖК устройства 6 было меньше в 1,8 раз по сравнению с двуполярным меандром.

Пример 2. Амплитуда и форма электрического сигнала определяют величину эффективного напряжения, приложенного к слою жидкого кристалла, от которого зависит одна из важных эксплуатационных характеристик ЖК устройств - время переключения. На Фиг.5 показаны осциллограммы оптического отклика устройства с ЖК-1282 при приложении напряжения переменного электрического поля в виде однополярного меандра амплитудой 30 В (а) с частотой 9 кГц и синусоиды (б) с частотой 2 кГц. Время отклика при приложении однополярного меандра в 5 раз меньше, чем время отклика при использовании синусоидального сигнала с частотой 2 кГц при равных амплитудах напряжения.

Пример 3. На Фиг.6 показаны осциллограммы оптического отклика ЖК при приложении к ячейке переменного напряжения электрического поля с амплитудой, равной 30 В, в виде однополярного меандра: (а) с отрицательным потенциалом (0; -) на одном из электродов устройства и (б) с положительным потенциалом на одном из электродов (0; +). Изменение знака потенциала на электроде не влияло на время оптического отклика.

Таким образом, доказано, что заявляемый способ модуляции оптического сигнала позволяет упростить схему управления оптическим откликом ЖК устройства и одновременно снизить энергопотребление по сравнению с ранее известными аналогами и прототипом.

Источники информации

1. Е.А. Коншина, М.А. Федоров, Л.П. Амосова, М.В. Исаев, Д.С. Костомаров. Динамика спада оптического пропускания в ячейках с двухчастотным нематическим жидким кристаллом. // Письма в ЖТФ. 2008. Т.34. №9. С.87-94.

2. Patent US №6710760 «Unipolar drive for cholesteric liquid crystal displays», G09G/336, 28.11.2000, 23.03.2004.

3. Liang X., Lu Y.Q., Wu Y.H., Du F., Wang H.Y., Wu S.T. Dualfrequency addressed variable optical attenuator with submillisecond response time // Jap.J. of Appl. Phys. 2005. V.44. №3. P.1292-1295.

4. Golovin А.В., Shiyanovskii S.V., Lavrentovich O.D. Fast switching dual-frequency liquid crystal optical retarder, driven by an amplitude and frequency modulated voltage // Appl. Phys. Lett. 2003. V.83. No 19. P.3864-3866.

1. Способ управления модуляцией оптического сигнала в жидкокристаллическом устройстве, заключающийся в приложении к электродам устройства переменного электрического поля в виде сигнала прямоугольной формы с заданной частотой и амплитудой напряжения, отличающийся тем, что этот сигнал не изменяет знак потенциала на электродах устройства.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на одном из электродов поддерживается потенциал, равный нулю, а на другом - положительный потенциал.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что на одном из электродов поддерживается потенциал, равный нулю, а на другом - отрицательный потенциал.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве жидкого кристалла используется нематический жидкий кристалл с положительной диэлектрической анизотропией.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве жидкого кристалла используется нематический жидкий кристалл с отрицательной диэлектрической анизотропией.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве жидкого кристалла используется двухчастотный нематический жидкий кристалл с инверсией знака диэлектрической анизотропии.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области лазерной техники. Нанорезонатор состоит из двух гребенчатых пересекающихся фотонно-кристаллических волноводов, в месте пересечения образующих резонансную камеру.

Изобретение относится к оптике дальнего инфракрасного (ИК) и терагерцового (ТГц) диапазонов и может найти применение в установках, содержащих широкополосные источники ТГц-излучения, в ТГц плазменной и фурье-спектроскопии проводящей поверхности и тонких слоев на ней, в перестраиваемых фильтрах ТГц-излучения.

Изобретение относится к способу приготовления гелеобразного полимерного электролита для электрохромных светомодуляторов с пленочными электрохромными слоями на основе полимерных кислот, при этом к полимерной кислоте добавляют низкомолекулярную жидкую при температуре, равной нижней границе температурного диапазона работоспособности светомодулятора, слабую кислоту.

Изобретение относится к полупроводниковой и лазерной технике и предназначено для повышения качества работы фото-, светодиодов и лазеров. .

Изобретение относится к области квантовой электроники, в частности к волоконным импульсным лазерам со сверхкороткой длительностью импульса, работающим на длине волны около 1 мкм.

Изобретение относится к области квантовой электроники, а именно к системам для модуляции излучения лазера в заданном спектральном диапазоне с помощью импульсного лазера, длина волны излучения которого лежит в другой спектральной области, и может быть использовано в многолучевых лазерах, применяемых для оптической связи, обработки материалов, дальнометрии, дистанционного зондирования атмосферы (двулучевые лидары), лазерной гравировки, спектроскопических исследованиях в криминалистике, медицине, биологии и т.д.

Изобретение относится к оптической технике и может быть использовано для подавления термонаведенного двулучепреломления в поглощающих оптических элементах лазеров с большой средней мощностью излучения.

Изобретение относится к способам оптической связи и локации и может быть использовано в системах цифровой и аналоговой связи как в волоконно-оптических, так и в открытых линиях связи, а также в оптической локации.

Изобретение относится к оптике и касается способа повышения плотности мощности светового излучения внутри среды. Способ включает в себя формирование среды в виде многослойной периодической структуры, имеющей в спектре пропускания запрещенную зону, а также узкие резонансные пики полного пропускания и направление в эту среду излучения, длина волны которого совпадает с одним из резонансных пиков полного пропускания. Технический результат заключается в повышении плотности мощности излучения внутри периодической среды. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к оптической технике. Компенсатор термонаведенной деполяризации γ0 включает в себя расположенный на оптической оси компенсирующий оптический элемент, установленный за поглощающим оптическим элементом. При этом компенсирующий оптический элемент изготовлен из материала, параметры которого удовлетворяют, по крайней мере, одному условию: либо параметр оптической анизотропии материала является отрицательным (ξ1<0), либо термооптическая характеристика Q1 материала имеет знак, противоположный знаку термооптической характеристики Q0 материала поглощающего оптического элемента, при этом длина L1 компенсирующего оптического элемента и положение его кристаллографических осей определяются выбором материала компенсирующего оптического элемента и условием минимума суммарной термонаведенной деполяризации в системе поглощающий оптический элемент - компенсирующий оптический элемент. Технический результат заключается в обеспечении возможности компенсации термонаведенной деполяризации в поглощающем оптическом элементе лазера с помощью только одного оптического элемента, что упрощает изготовление и настройку разработанного компенсатора. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к источнику импульсного лазерного излучения, который включает в себя последовательно оптически связанные между собой лазер с непрерывным излучением, оптический коммутатор, блок согласования, средство оптической задержки, оптическое средство суммирования излучения, фокусирующую систему. Дополнительно введены оптический ключ, управляемый задающий генератор импульсов и счетчик импульсов с устанавливаемым коэффициентом пересчета, причем информационный вход оптического ключа соединен с выходом лазера с непрерывным излучением, а выход соединен с информационным входом оптического коммутатора, первый выход управляемого задающего генератора импульсов электрически соединен с управляющим входом оптического ключа, второй выход электрически соединен с первым управляющим входом оптического коммутатора и, кроме того, второй выход управляемого задающего генератора импульсов через счетчик импульсов с устанавливаемым коэффициентом пересчета подключен ко второму управляющему входу оптического коммутатора. Технический результат заключается в увеличении выходной интенсивности оптического лазерного излучения за счёт интерференции импульсов. 3 ил.

Изобретение относится к светорегулирующему термохромному устройству, включающему по меньшей мере две светопропускающих подложки и по меньшей мере один термохромный слой, обратимо изменяющий пропускание световых и тепловых потоков при изменении его температуры в видимой и/или ближней ИК областях спектра. При этом термохромный слой выполнен из термохромного материала, представляющего собой фотоотверждаемую композицию на основе смесей мономеров и олигомеров производных ненасыщенных кислот, содержащую комплексы переходных металлов, галогениды щелочных и/или щелочноземельных металлов. Использование настоящего изобретения позволяет упростить технологию производства, снизить энергозатраты и трудоемкости процесса изготовления термохромного триплекса, понизить его себестоимости. Изготовление устройства отличается малой токсичностью в производстве, доступностью и дешевизной сырьевых материалов. 11 з.п. ф-лы, 3 табл., 4 пр., 122 ил.

Изобретение относится к области оптики и касается устройства управления параметрами лазерного излучения. Устройство включает в себя источник лазерного излучения, поляризатор, вращающийся оптический элемент и цепь обратной связи. Цепь обратной связи состоит из светоделительной пластины, дополнительного поляризатора, фотодетектора, усилителя, блока управления скоростью вращения оптического элемента и поворотного блока, на котором установлен датчик угла поворота плоскости поляризации. Технический результат заключается в обеспечении возможности управления степенью и углом поворота поляризации. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области оптической спектроскопии и может быть применено при разработке новых методов нестационарной оптической спектроскопии, позволяющих исследовать свойства неоднородной плазмы в области аномальной дисперсии. Технический результат изобретения - получение внутри плазменного волновода регулярной пространственной структуры оптического показателя преломления в спектральной области аномальной дисперсии вблизи длины волны, соответствующей узкой спектральной линии поглощения в плазме высокоскоростных волн ионизации. Лазерное излучение наносекундной длительности пропускают через плазменный волновод под углом к оптической оси волновода, где в узкой спектральной области аномальной дисперсии вблизи фиксированной спектральной линии поглощения плазмы создается распределение оптического показателя преломления с цилиндрическим профилем с максимумом показателя преломления вдоль границы и минимумом вдоль центра трубки. 6 ил.

Изобретение относится к области оптической локации и лазерной техники. Способ выделения части сигнала с максимальным значением интенсивности включает использование целого числа пар, состоящих из нулевого и первого туннельно-связанных нелинейно-оптических волноводов (ТСНОВ). На длине каждых ТСНОВ укладывается нечетное или четное число перекачек мощности излучения при малых входных интенсивностях, когда влиянием оптической нелинейности на процесс перекачки мощности можно пренебречь. При этом вводят сигнал с малыми и большими значениями интенсивности, влияющими вследствие нелинейности на процесс перекачки, в нулевой волновод ТСНОВ, и излучение с выхода соответственно нулевого или первого волновода ТСНОВ подают в нулевой волновод следующей пары ТСНОВ. Параметры всех ТСНОВ и диапазон интенсивности входного сигнала на входе нулевого волновода каждых ТСНОВ подобраны так, что сигнал с большим значением интенсивности выходит соответственно из нулевого волновода, при нечетном числе перекачек для малых входных интенсивностей на длине этих ТСНОВ, или из первого волновода этих ТСНОВ, при четном числе перекачек для малых входных интенсивностей на длине этих ТСНОВ. Технический результат - обеспечение выделения части сигнала с максимальным значением интенсивности оптическими средствами. 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области управления интенсивностью, цветом, фазой, поляризацией или направлением света. Сущность способа состоит в том, что угловой спектр генерируемого оптического двухфотонного излучения меняют в зависимости от пространственного профиля изменения интенсивности лазерной накачки. Предлагаемый способ позволяет генерировать максимально перепутанные состояния Белла пар фотонов в двумерном подпространстве параксиальных мод с единичной четностью. Ключевой особенностью метода является использование лазерной накачки в высших пространственных модах в режиме жесткой фокусировки. Технически, метод основан на адаптивной подстройке фазового фронта лазерной накачки с помощью активного пространственного фазового модулятора света. Этот подстроенный фронт за счет условий фазового синхронизма в нелинейном кристалле генерирует форму амплитуды бифотона соответствующей пространственному состоянию Белла. 2 ил.

Изобретение относится к оптической и оптоэлектронной технике, а именно к устройствам предохранения фоточувствительных элементов оптических и оптоэлектронных систем от разрушающего воздействия мощного излучения. Оптический пассивный затвор содержит локально плавящуюся или испаряющуюся излучением зеркальную металлическую пленку, располагаемую в фокальной области объектива и закрепляемую с помощью прозрачной подложки. Со стороны облучения затвор содержит также слой прозрачного жидкого или твердого золя с наночастицами с размерами меньше длины волны излучения. Зеркальная пленка расположена на подложке со стороны облучения или противоположной стороны. Технический результат - обеспечение пониженного порога срабатывания затвора. 4 ил.

Группа изобретений относится к области сельского хозяйства, а именно к методам электромагнитного воздействия на растения видимым диапазоном волн и к устройствам, реализующим эти методы. Способ включает подачу светового потока от излучателя. При этом световой поток пропускают через поляризатор, поляризуют полностью или частично, смешивают, например, с неполяризированным потоком, если такой имеется, и направляют в сторону растений. Плотность или вид или плотность и вид поляризации регулируют, например, электрическим или магнитным полем, или электрическими и магнитными полями. Устройство содержит излучатель с отражателем и снабжено поляризатором, расположенным на пути светового потока. Причем поляризатор имеет диэлектрическую поляризирующую среду, или поляризирующую среду, чувствительную к электрическому или магнитному полю, или к электрическим и магнитным полям. При этом оптические оси поляризирующих частиц расположены под углом или углами к оптической оси излучателя и образуют однослойную или многослойную поляризирующую среду. В устройство введены прозрачные электроды, между которыми располагают поляризатор с электрочувствительной поляризирующей средой, причем выводы прозрачных электродов гальванически соединены с выходом блока управления и перекрывают рабочую поверхность поляризатора. Управляющая обмотка расположена в плоскости поляризатора с магниточувствительной средой и подключена к токовому выходу блока управления. Изобретения обеспечивают повышение вегетации растений и увеличение КПД ФАР. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх