Электрооптический модулятор на основе прозрачной сегнетоэлектрической керамики

 

О П И С А Н И Е и 528534

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 20.03.75 (21) 2115888/25 (51) М Кл г G 02F 1/05 с присоединением заявки №

Государственный комитет

Совета 1йинистров СССР (23) Приоритет

Опубликовано 15.09.76. Бюллетень № 34

Дата опубликования описания 11.10.76 (53) УДК 535.241.13 (088.8) ло делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

Э. М. Яшин, К, И, Брицын, В. А. Жаботинский и Б. В. Ульянов (71) Заявитель

Тг, t. (54) ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЙ МОДУЛЯТОР НА ОСНО — = — 1

ПРОЗРАЧНОЙ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ КЕРАМИКИ

Изобретение относится к устройствам для управлен ия оптическим излучением, в частности, изменяющим направление распространения, интенсивность, амплитуду и фазу проходящей через них световой волны с помощью электрического поля.

Известны оптические модуляторы на основе прозрачной сегнетоэлектрической керамики. Они осуществляют временную и пространственную модуляцию интенсивности, амплитуды, фазы, ориентации плоскости поляризации проходящего света за счет наведения рассеяния или двойного лучепреломления в прозрачной сегнетоэлектрической керамики под действием электрического поля. Особенно важны устройства, обладающие памятью.

На таких устройствах конструктивно просто изготавливать оптические пространственные модуляторы. Кроме того, устройства с памятью требуют для управления значительно меньшей энергии. Для переключения состояний сегнетоэлектрической керамики, обладающей свойствами памяти, в устройствах применяют систему прозрачных электродов, нанесенных на обе главные плоскости механически напряженной сегнетокерамической пла".тины (1).

Устройства с прозрачными электродами, нанесенными на обе главные плоскости, требуют сложной схемы подачи деполяризующего (снимающего память) поля или введения приспособления для механического напряжения сегнетокерамической пластины. В случае непрозрачных электродов, нанесенных на обе главные плоскости, модуляция осуществляется переключением электрического напряжения с планарных электродов на одной плоскости на противоположные электроды, размещенные на обеих главных плоскостях пла1р стины. При этом переключающее поле прикладывается к разным участкам сегнетокерамической пластины. Это приводит к нежелательному увеличению рабочей напряженности, так как происходит фактически не пере15 поляризация, а компенсация области, поляризованной в одном направлении, областью, поляризованной в другом направлении.

Из известных оптических модуляторов на основе сегнетоэлектрической керамики наибо2р лее близким по технической сущности является устройство, состоящее из двух поляроидов и заключенной между ними прозрачной сегнетокерамической пластины с управляющими электродами, нанесенными на одну

25 главную плоскость пластины (2).

Переключение состояний производится изменением направления электрического поля подачей электрического напряжения на ориентированные под разными углами пары элек3р тродов, образующих апертуру ячейки, через

528534

3 которую проходит модулируемый световой поток.

Однако такое размещение электродов резко ограничивает максимальный размер апертуры, поскольку с увеличением расстояния между электродами увеличивается рабочее напряжение (напряженность электрического поля, вызывающая переполяризацию сегнетоэлектрической керамики -10 кВ/см). Кроме того, так как управляющие пары электродов не могут наноситься друг на друга (перекрываться), размер ячейки получается сравнительно большим и не может быть уменьшен без уменьшения ее апертуры, что существенно ограничивает разрешающую способность пространственных модуляторов с такими ячейками.

Цель изобретения — уменьшение рабочего напряжения и увеличение разрешающей способности электрооптических модуляторов с памятью. При этом сохраняется простая схема переключения состояний сегнетокерамики, а также достигается увеличение апертуры при работе модуляторов непосредственно на человеческий глаз.

Это достигается тем, что в предлагаемом модуляторе управляющие электроды выполнены в виде нескольких, например двух, пар размещенных друг над другом электродов, разделенных прозрачными изолирующими пленками с диэлектрической проницаемостью, близкой к проницаемости сегнетокерамики.

На фиг. 1 схематически изображен описываемый электрооптический модулятор с двумя парами управляющих электродо в; на фиг. 2— конструкция системы встречно-штыревых электродов (ВШЭ) .

У!одулятор содержит два поляроида 1 и 2 и сегнетокерамическую пластину 3. На одну главную плоскость пластины 3 нанесены системы непрозрачных электродов 4 и 5, разделенные тонкой прозрачной изолирующей пленкой 6. Mopyляция проходящего через апертуру 7 света производится переключением напряжения с системы электродов 4 на 5 и наоборот. Так как электрические поля от систем 4 и 5 действуют практически на одну и ту же область пластины 3, переполяризация ее происходит наиболес эффективно. При этом модулятор работает при минимально возмояII Ix элекT1IH ecI I x noaIIx. Наличие пленками 6 позволяет размещать электроды 4 и 5 с любым перекрытием (друг над другом), что снижает размеры ячейки при сохранении ее апертуры, т. е, увеличивает разрешающую способность модулятора. Для многоступенчатой (иступенчатой) модуляции на пластину 3 наносятся и систем электродов, разделепных друг от друга пленками 6.

При работе модулятора непосредственно на человеческий глаз апертура ее фактически может быть увеличена до любых размеров, ограниченных лишь размерами пластины 3, применением двух систем встречно-штыревых

2,»

4 электродов (ВШЭ), разделенных пленкой б и развернутых относительно друг друга на требуемый угол. Конструкция системы ВШЭ приведена на фиг. 2, где 8 — контактные площадки, а 9 — штыревые электроды. Стрелками показано распределение электрического поля.

Потери света, определяемые шириной штырей, могут быть весьма малыми (порядка нескольких процентов), поскольку ширина штыря берется порядка нескольких микрон при расстояниях между штырями в несколько сотен микрон. Вследствие того, что расстояние от глаза до пластины 3 значительно меньше, чем до наблюдаемых предметов, штыри систем

ВШЭ не .просматриваются и фактически апертура оптического затвора задается габа. ритами керамической пластины, а не расстоянием между штырями.

Устройство работает следующим образом.

Монохроматический пучок света, пройдя через поляроид 1, падает ва пластину 3. В случае немонохроматического света перед поляроидом 1 устанавливается фильтр. Пластина 3 предварительно поляризована с помощью одной из систем ВШЭ так, чтобы проходящии через нее свет не изменял плоскости своей поляризации. 3а пластиной 3 помещают анализатор 2, параллельный либо скрещенный с поляризатором 1, т. с. в системе реализуется состояние «открыто» или «закрыто». Противоположное состояние, т. с. «закрыто» или «откры го» соответственно достигается путем предварительного подбора угла между штырями обеих систем ВШЭ и подачей на вторую систему ВШЭ соответствующего напряжения. Таким образом, коммутируя напряжение на ВШЭ, можно либо пропускать, либо не пропускать через систему свет. Быстродействие такой системы может достигать всличины — 10 — " с, а площадь проходящего через пес светового пучка — дссятков квадратных сантиметров.

Размещение управляющих электродов друг над друтом и ььедснис между ними изолирующей пленки позволит изготавливать электрооптические модуляторы с минимально возможными модулирующими напряжениями, увеличенной разрешающей способностью, с многоступенчатой модуляцией, простой схемой переключения состояний сегнетокерамики, а для работы непосредственно на человеческий глаз — с большой апертурой.

Формула изобретения

Злектрооптический модулятор на основе прозрачной сегнетоэлектрической керамики, состоящий из двух поляроидов и заключенной между ними прозрачной сегнетокерамической пластины с управляющими электродами, нанесспным;I на одну главную плоскость пластины, отличающийся тем, что, с целью уменьшения рабочего напряжения и увеличения разрсшающей способности, управляющие

528534

4 б

Фиг. 1 (, дуг д

Составитель Н. Решетников

Редактор С. Мику лицкая Техред Е. 11одурушина 1 о екто А, Степанова vc v

3аказ 2696 7 Изд. ¹ !632 Тираж 654 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комнтета Совета Министров СССР по дедам изобретений и открытий

113035, Москва, 7К,-35, Раушская наб., д. 4, 5

Типография, пр. Сапунова, 2 элехтроды выполнены в виде нескольких, например двух, пар размещенных друг над другом электродов, разделенных прозрачными изолирующими:пленками с диэлектрической прон ицаемо стью, близкой к проницаемости сегнетокерамики.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Патент США № 3695747, Кл. 350-150, 1972.

5 2. Патент США ¹ 3512864, Кл. 350-150, 1970 (прототип) .