OPT/OZI L06
Modulace vlnoplochy prostorové modulátory světla (SLM) SLM vytváří prostorově modulovaný koherentní optický signál řízení • elektronicky adresovaný SLM • opticky adresovaný SLM technologie • fotografická emulze • nematické kapalné krystaly • deformovatelná zrcadla • magnetooptika • akustooptika fotografická emulze vznik obrazu • fotoelektrický jev – uvolnění kovového Ag z halogenidů (AgBr) • chemické zesílení latentního obrazu vyvolávací látkou • odstranění zbylých halogenidů ustalovačem přenosová funkce • lineární systém (rozptyl světla a chemická difúze) • nelineární křivka zčernání fázový předmět - bělení hustota zčernání
změna tloušťky emulze změna indexu lomu
nematické kapalné krystaly (NLC) • mechanické vlastnosti NLC
molekuly jsou náhodně rozmístěny ale udržují paralelní orientaci
- okrajové podmínky: vrypy na vrstvě v dotyku s NLC - molekuly na okraji NLC sledují směr leštění - jiný směr leštění na okrajích NLC způsobí postupné stáčení molekul uvnitř NLC
glass plate
“twisted” NLC
• elektrické vlastnosti NLC - elektrické pole indukuje elektrický dipól v molekulách NLC - interakce dipólu s řídícím polem vede ke změně orientace molekul
elektricky řízený NLC molekuly NLC se natočí podle směru dostatečně silného el. pole
střídavé napětí (kHz), RC obvod, čas přepnutí kolem 100 μ s
• optické vlastnosti NLC polarizace U=
UX
( ) UY
Jonesovy matice U ' = LU =
(
L 11 L 12 L 21 L 22
)
U
anizotropie n e > no polarizace podél delší osy krystalu
twisted NLC - bez napětí: soustava vzájemně pootočených kompenzátorů, polarizace sleduje orientaci molekul L = L R (−α d ) L C (−β d ) rotace v rad/m
L R (−α d ) =
(
β=
2 π( ne −no )
β≫α tloušťka NLC článku
λo
)
cos(α d ) −sin (α d ) , sin (α d ) cos(α d )
L C (β d ) =
(
1
0 −iβ d
0 e
)
- přivedeno napětí ve směru šíření: delší osa molekul otočena po směru šíření, žádná změna polarizace modulátory intenzity - na průchod TN (twisted nematic) display • twisted NLC, zkřížený polarizátor/analyzátor • ON - polarizátor na vstupu a analyzátor na výstupu sleduje orientaci molekul • OFF - molekuly rovnoběžně
IPS (in-plane switching) display (např. Apple Retina) • • • • •
elektrody leží v jedné rovině, molekuly se otáčí společně zkřížený polarizátor/analyzátor OFF - molekuly rovnoběžné s polarizátorem ON - molekuly 45 ˚ k polarizátoru/analyzátoru - λ / 4 destička lze i s twisted NLC – zrušení twistu polem v rovině substr.
výhody IPS • větší pozorovací úhel • není citlivý na stlačení nevýhody IPS • větší spotřeba a vyšší cena • elektrody zabírají více místa - na odraz
λ /4 destička, zrcadlo mění smysl kruhové polarizace bez napětí dojde k rotaci polarizace o π / 2
- adresovaný světlem (light valve) • • •
světlo mění elektrické vlastnosti osvětleného fotosenzoru fotosenzor mění elektrické pole uvnitř NLC článku lze využít pro přepis informace z nekoh. do koh. pole
magneto-optika Faradayův jev: dielektrikum v silném magnetickém poli - různý index lomu pro pravo- a levo-točivou kruhovou polarizaci - způsobuje rotaci lineární polarizace - závisí na složce magnetického pole ve směru šíření magneto-optický prostorový modulátor - pixely magnetizovatelné průhledné látky - zápis se provádí magnetizací jednotlivých pixelů - rotace polarizace v jednom pixelu ≪ / 2 - výstupní polarizátor je kolmo nastaven vůči jedné výstupní polarizaci
elektro-mechanika mechanické pohyby/deformace optických prvků • deformovatelná zrcadla - deformace optické plochy tlakem - matice aktuátorů (piezo prvky) - využití např. v adaptivní optice • DMD (digital micromirror devices) - MEMS technologie, zrcadla integrovaná na čipu - řízení elektrostatickým polem - základ DLP (digital light processing) projekce - barva: rotujícím barevný kotouč/DMD pro jednotlivé barvy
snadná integrace, bezdisperzní, max úhel ≈15 ˚, reakční doba ≈10 μ s
akusto-optika interakce optické vlny se zvukovou vlnou – využití pro 1D modulaci průhledná kapalina nebo krystal
Braggův režim
Ramanův-Nathův režim
vlnová délka světla
Raman-Nath
sin θ n = n λ Λ
- RF desítky MHz - kapalina
perioda mřížky
- chová se jako tenká fázová mřížka s periodou
ki
Bragg - RF stovky MHz – GHz
2B
- krystal - nultý a první difrakční řád Q – faktor
Q=
2πLλ Λ
2
,
K
k1
sin θ B = λ 2Λ
Q > 1 → Bragg
(malá) změna indexu lomu
šíření do poloviny sloupce
Δ n( y ; t) ∝ A( y/V + t−τ 0 ) modulace napětí je přenesena na výstupní vlnoplochu
difraktivní optika změna signálu difrakcí/šířením místo rekrakcí/lomem světla výhody - lze realizovat funkce obtížně dosažitelné klasickou optikou (např. multifokální prvky) - obvykle nižší váha a menší rozměry - někdy levnější - lepší optické vlastnosti nevýhoda - silná disperze použití - hlavy optických disků, tvarovače laserových svazků, děliče svazku - referenční prvky pro interferometrické testy binární optika - diskretizace
- litografie
