|
| |
|
Слаботочка Книги тивно обозначены, выделены, - так и непрерывно (типично для ОУТ) - об элементарных ячейках можно говорить условно, имея в виду конечность разрешающей способности транспаранта. Изменение оптических свойств ячеек также может осуществляться скачкообразно или непрерывно, соответственно транспаранты могут оперировать с цифровой и аналоговой информацией. Управление отдельными ячейками строится по мозаичному (индивидуально каждая ячейка) или по матричному (двухкоординатная выборка) принципу. В зависимости от устройства транспаранты работают на пропускание или на отражение информационного потока; в последнем случае несколько упрощается электрическая коммутация и улучшается контраст. Транспаранты называют также пространственно-временными модуляторами света (ПВМС), подчеркивая этим присущую оптическому излучению возможность двойной-временной и пространственной- модуляции. Применительно к ЭУТ говорят о «формирователях страниц информации» или «устройствах набора страниц». Разработки nBIMiC во многом опираются на достижения в создании «обычных» дискретных модуляторов - между этими изделиями имеется функциональное сходство. Следует, однако, подчеркнуть, что ни сами дискретные модуляторы, ни их матричные наборы не в состоянии хоть в какой-то мере заменить ПВМС - интегрированные оптоэлектронные устройства. В разработках ПВМС много пересечений с индикаторными приборами и с реверсивными запоминающими средами. В работе транспаранта можно выделить три фазы: введение информационного рельефа в активную среду (запись), перенос этого рельефа в информационный поток излучения (модуляция, считывание) и возвращение транспаранта в исходное однородное состояние (стирание). Если состояние транспаранта в исходном и возбужденном состояниях обозначить через Qo и Qix, у), управляющее воздействие при записи и стирании через Рзгп{х, у) и Fct(x, у), падающий поток до и после модуляции через Фо{х, у) и Фм(х, у), то математическая модель работы транспаранта может быть представлена в виде Qf, - запись; Фп- Фм~ считывание; (Ю-) Qj3 ->Qo- стирание. Практически воздействие Рзап приводит к возникновению пространственной неоднородности амплитудной, фазовой и поляризационной характеристик активной среды (каждой по отдельности или вместе), т. е. Qb{x, у) = {а{х, у), ф(х, у), 11{х, у)}, так что 318 при падении немодулированной плоской волны в общем случае имеем [объединяя запись и считывание в (10.1)]: Фо = ехр (- i (О t) Ф, = П (х, у) Ео а (х, у) ехр { - i [ю - Ф {х, у)\}. (10.2) Применение транспаранта позволяет наиболее плотно «загрузить» световой поток информацией, неиспользуемой остается лишь «спектральная координата», т. е. модуляция по длине волны. Другая особенность транспаранта - сочетание модулирующих и усилительных свойств: слабый световой поток jp3an(:, у) может управлять высокоинтенсивным лучом Фо. Коэффициент усиления интенсивности света может превышать 10... 10 при полосе частот модуляции более 10* Гц. Кроме того, транспарант может выступать в качестве устройства, осуществляющего перевод исходного массива информации (электрической или оптической) на когерентную несущую (Фо) для дальнейшей ее обработки эффективными методами когерентных преобразований. Фактически транспарант может быть отнесен к простейшим оптическим процессорам, в большей степени это относится к набору транспарантов. Основные параметры и характеристики ПВМС. Рассмотрим параметры и характеристики ПВМС как элемента оптоэлектронной системы на примере амплитудного транспаранта, оперирующего с цифровой информацией. К ним относятся .следующие. 1. Геометрические характеристики: апертура, размеры рабочего поля транспаранта Ах и Ау-, число элементарных ячеек (битов) N=NxNy или разрешающая способность у, уу, определяемая числом воспроизводимых пар линий на единицу длины. 2. Спектральные диапазоны информационного ДЛраб и (для ОУТ) управляющих потоков ДЛзап, AvcT. 3. Эффективность преобразования информационного потока где /вх и /иых - интенсивности входного и промодулированного компонент выходного потоков. 4. Контраст или глубина модуляции K=(/Lx-Lx)/(L. + Lx). где /иых, /°вых - выходные интенсивности состояния лог. 1 и лог. О соответственно. 5. Порог чувствительности по цепи управления 5у„р = Р (Q)M, Ay (или Р {Q)lh\ Ny), где Р - минимальная мощность электрического сигнала, Q - минимальная энергия оптического потока (при наличии у транспаранта памяти), необходимые для достижения требуемого контрас- та. В случае фазовой модуляции величина P(Q) определяется из условия сдвига фазы на те. 6. Быстродействие, для оценки которого используются времена переключения ячейки из одного состояния в другое, т. е. o-i и ti-o, или предельная частота /пред. 7. Эффект памяти, характеризуемый временем хранения информации без разрушения txp после окончания управляющего воздействия Fgan- 8. Нелинейность передаточной характеристики k=f{Fssii). Количественно она может быть задана мощностью помехи в цепи управления Рпом (или Qhom), не приводящей к переключению ячейки из состояния лог. О в состояние лог. 1. При использовании транспаранта для аналоговой обработки, напротив, необходима линейность передаточной характеристики fe=/(f3an); лишь при этом условии можст быть воспроизвсдено большое число градаций яркости рабочего светового потока Фш(х, у). Существенным становится учет искажений, вызываемых амплитудными, фазовыми, поляризационными, спектральными шумами, а также конструктивными несовершенствами, такими как кросс-эффект (при матричной адресации), неоднородность активных слоев, временное расплывание изображений и др. Физические принципы и материалы. Используемые в ПВМС физические принципы и материалы исключительно разнообразны. Упрощенные структурные схемы ЭУТ и ОУТ (см. рис. 10.1) включают в качестве основы активную среду, изменяющую свои оптические свойства при электрическом воздействии на нее. Различие состоит в том, что в ЭУТ электрическое воздействие поступает от устройства управления на сетку взаимно ортогональных прозрачных электродов непосредственно; в ОУТ для приложения к активному слою того же электрического воздействия используется дополнительное преобразование: воздействуя на фотопроводник, оптический управляющий поток создает в нем проводящие участки, через которые напряжение питания (f/пит) прикладывается к активному слою. Многообразные физические эффекты, используемые в оптических транспарантах, можно объединить в несколько групп по- виду изменяющегося параметра активной среды. 1. Изменение показателя преломления п. Это прежде всего электрооптические эффекты Поккельса и Керра в кристаллах KDP (КН2РО4), DKDP (kd2po4), ниобата лития или в прозрачной электрооптической керамике, главным образом в цирконат-титана-те свинца-лантанэта (ЦТСЛ или PLZT). К изменению п приводят термо- или фотостимулируемые фазовые переходы в халькогенид-ных стеклах, в ЖК (переход из холестерической фазы в нематиче-скую), в окислах переходных металлов (например, превращение металлполупроводник в двуокиси ванадия) Наконец, изменение п имеет место при изменении концентрации свободных носителей 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 [105] 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 |