Конечно, существует масса методов преобразовывать перечисленные воздействия в оптические сигналы, одна-ко подавляющее большинство этих методов связано сна-чала с преобразованием воздействия в электрический сигнал, с помощью которого затем можно управлять световым потоком. Таким образом, методы эти двусту-пенчатые и, следовательно, не такие уж простые и эко-номичные в реализации. Преимущество применения в этих целях жидких кристаллов состоит в том, что с их помощью самые разнообразные воздействия можно не-посредственно переводить в оптический сигнал, что уст-раняет промежуточное звено в цепи «воздействие - све-товой сигнал», а значит, вносит принципиальное упроще-ние в управление световым потоком.
Другое достоинст-во жидкокристаллических элементов в том, что они легко совместимы с уз-лами волоконно-оптических устройств.
Чтобы проиллюстрировать возможности с помощью жидких кристаллов управлять световыми сигналами, рассмотрим прин-цип работы «оптического микрофона» на жидких кристаллах - устрой-ства, предложенного для непосредственного перевода акустического сигнала в оптический.
Принципиальная схема устройства оптического мик-рофона очень проста. Его активный элемент представляет собой ориентированный слой нематика. Звуковые колебания создают периодические во времени деформации слоя, вызывающие также переориентации молекул и модуляцию поляризации (интенсивности) проходящего поляризованного светового потока.
Исследования характеристик оптического микрофона на жидких кристаллах, выполненные в Акустическом институте АН России, показали, что по своим параметрам он не уступает су-ществующим образцам и может быть использован в оп-тических линиях связи, позволяя осуществлять непосред-ственное преобразование звуковых сигналов в оптиче-ские. Оказалось также, что почти во всем температурном интервале существования нематической фазы его акустооптические характеристики практически не изменяются.
Прежде чем перейти к другому примеру возможного применения жидких кристаллов в оптических линиях связи, напомним, что оптическое волокно представляет собой оптический волновод. Свет из этого волновода не выходит наружу по той причине, что снаружи на волокно нанесено покры-тие, диэлектрическая проницаемость которого больше, чем во внутренней части волокна, в результате чего про-исходит полное внутреннее отражение света на границе внутренней части и внешнего покрытия. Волноводный ре-жим распространения света в волокне может быть, также достигнут не только за счет резкой диэлектрической границы, но и при плавном изменении показателя прелом-ления (диэлектрической проницаемости) от середины к поверхности волновода.
По аналогии с оптическими волокнами в тонком слое жидкого кристалла также может быть реализован волно-водный режим распространения света вдоль слоя, если обеспечить соответствующее изменение диэлектриче-ской проницаемости в пределах толщины слоя. Изменения диэлектрических характеристик в жидком кристалле можно добиться изменением ориентации директора (длинных осей молекул). Оказывается, в слое нематика или холестерина можно, например, путем приложения электрического поля обеспечить такой характер измене-ния ориентации директора по толщине, что для опреде-ленной поляризации света такой слой оказывается опти-ческим волноводом.
Здесь проявляется очевидная аналогия между оп-тическим волокном-волноводом и жидкокристалличе-ским волноводом. Но имеется существен-ная разница. Эта разница состоит в том, что если диэлек-трические характеристики оптического волокна, а, следо-вательно, и его волноводные свойства, неизменны и фор-мируются при его изготовлении, то диэлектрические, а, следовательно, и волноводные свойства жидкокристаллического волновода легко изменять путем внешних воздействий.
Это значит, например, что если жидкокристалличе-ский волновод включен в канал волоконной связи, то световой поток, идущий по этому каналу, можно моду-лировать, меняя характеристики жидкокристаллического элемента. В про-стейшем случае это может быть просто прерывание све-тового потока, которое может происходить в жидкокристаллическом элементе при таком переключении электрического сигнала на нем, которое приводит к исчезновению его волноводных свойств. Кстати сказать, этот же жидкокристаллический элемент может выполнять и функции оптического микрофона, если он устроен так, что акустический сигнал вызывает в нем воз-мущение ориентации директора.
В качестве еще одного заманчивого, неожиданного и касающегося практически всех применений жидких кристаллов стоит назвать идею создания системы стереотелевидения с применением жидких кристаллов. Причем, что представляется особен-но заманчивым, такая система «стереотелевидения на жидких кристаллах» может быть реализована ценой очень простой модификации передающей телекамеры и до-полнением обычных телевизионных приемников специ-альными очками, стекла которых снабжены жидкокристаллическими фильтрами.
Идея этой системы стереотелевидения чрезвычайно проста. Если учесть, что кадр изображения на телеэкра-не формируется построчно, причем так, что сначала вы-свечиваются нечетные строчки, а потом четные, то с по-мощью очков с жидкокристаллическими фильтрами лег-ко сделать так, чтобы правый глаз, например, видел толь-ко четные строчки, а левый - нечетные. Для этого доста-точно синхронизировать включение и выключение жидко-кристаллических фильтров, т. Е. возможность восприни-мать изображение на экране попеременно то одним, то другим глазом, делая попеременно прозрачным то одно, то другое стекло очков с высвечиванием четных и нечет-ных строк.
Теперь совершенно ясно, какое усложнение передаю-щей телекамеры даст стереоэффект телезрителю. На-до, чтобы передающая телекамера была стерео, т. Е. чтобы она обладала двумя объективами, соответствую-щими восприятию объекта левым и правым глазом чело-века, четные строчки на экране формировались с по-мощью правого, а нечетные - с помощью левого объ-ектива передающей камеры.
Система очков с жидкокристаллическими фильтра-ми - затворами, синхронизированными с работой телеви-зора, может оказаться непрактичной для массового при-менения. Возможно, что более конкурентоспособной ока-жется стереосистема, в которой стекла очков, снабжены обычными поляроидами. При этом каждое из стекол оч-ков пропускает линейно-поляризованный свет, плоскость поляризации которого перпендикулярна плоскости поля-ризации света, пропускаемого вторым стеклом. Стерео же эффект в этом случае достигается с помощью жидко-кристаллической пленки, нанесенной на экран телевизора и пропускающей от четных строк свет одной линей-ной поляризации, а от нечетных - другой линейной по-ляризации, перпендикулярной первой.
Какая из описанных систем стереотелевидения будет реализована или выживет совсем другая система, покажет будущее.
Знакомясь ранее с маской для электросварщика, а теперь с очками для стереотелевидения, видно, что в этих устройствах управляемый жидкокристаллический фильтр перекрывает сразу все поле зрения одного или обоих глаз. Между тем сущест-вуют ситуации, когда нельзя перекрывать все поле зрения человека и в то же время необходимо перекрыть от-дельные участки поля зрения.
Например, такая необходимость может возникнуть у космонавтов в условиях их работы в космосе при чрез-вычайно ярком солнечном освещении, не ослабленном ни атмосферой, ни облачностью. Эту задачу как в случае маски для электросварщика или очков для стереотеле-видения позволяют решить управляемые жидкокристаллические фильтры.
Усложнение очков в этом случае состоит в том, что поле зрения каждого глаза теперь должен перекрывать не один фильтр, а несколько независимо управляемых фильтров. Например, фильтры могут быть выполнены в виде концентрических колец с центром в центре стекол очков или в виде полосок на стекле очков, каждая из которых при включении перекрывает только часть поля зрения глаза.
Такие очки могут быть полезны не только космонав-там, но и людям других профессий, работа которых мож-ет быть связана не только с ярким нерассеянным осве-щением, но и с необходимостью воспринимать большой объем зрительной информации.
Например, в кабине пилота современного самолета огромное количество панелей приборов. Однако не все из них нужны пилоту одновременно. Поэтому использо-вание пилотом очков, ограничивающих поле зрения, может быть полезным и облегчающим его работу, так как помогает сосредоточивать его внимание только на части нужных в данный момент приборов и устраняет отвлека-ющее влияние не нужной в этот момент информации. Конечно, в случае пилота можно пойти и по-другому пу-ти поставить жидкокристаллические фильтры на индикаторы приборов, чтобы иметь возможность экранировать их показания.
Подобные очки будут очень полезны также в биоме-дицинских исследованиях работы оператора, связанной с восприятием большого количества зрительной инфор-мации. В результате таких исследований можно выявить скорость реакции оператора на зрительные сигналы, оп-ределить наиболее трудные и утомительные этапы в его работе и в конечном итоге найти способ оптимальной организации его работы. Последнее позволяет определить на-илучший способ расположения панелей приборов, тип индикаторов приборов, цвет и характер сигналов различ-ной степени важности и т. Д.
Фильтры подобного типа и индикаторы на жидких кристаллах, найдут и уже находят широкое применение в кино-, фотоаппаратуре. В этих целях они привлекательны тем, что для управления ими требуется ничтожное количество энергии, а в ряде случаев позво-ляют исключить из аппаратуры детали, совершающие механические движения. А, как известно, механические системы часто оказываются наиболее громоздкими и не-надежными.
Какие механические детали кино-, фотоаппаратуры имеются в виду? Это, прежде всего диафрагмы, фильт-ры - ослабители светового потока, наконец, прерывате-ли светового потока в киносъемочной камере, синхронизованные с перемещением фотопленки и обеспечиваю-щие покадровое ее экспонирование.
Принципы устройства таких жидкокристаллических элементов ясны из предыдущего. В качестве прерывателей и фильтров-ос-лабителей естественно использовать жидкокристаллические ячейки, в кото-рых под действием электрического сигнала изменяется пропускание света по всей их площади. Для диафрагм без механических частей системы ячеек в виде кон-центрических колец, которых могут под действием элек-трического сигнала изменять площадь пропускающего свет прозрачного окна. Следует также отметить, что сло-истые структуры, содержащие жидкий кристалл и фото-полупроводник, т. Е. элементы типа управляемых оп-тических транспарантов, могут быть использованы не только в качестве индикаторов, например, экспозиции, но и для автоматической установки диафрагмы в кино-, фотоаппаратуре.
При всей принципиальной простоте работы устройств на жидкокристаллических элементах их широкое внедрение в массовую продукцию и производство зависит от ряда технологических вопросов, связанных с обеспечением длительного срока работы жидкокристаллических элементов, их работы в широком температурном интервале, на-конец, конкуренции с традиционными и устоявшимися техническими решениями и т. д.
Однако решение всех этих проблем - это только вопрос времени, и скоро, на-верное, трудно будет себе представить совершенный аппарат, не содержащий жидкокристаллического устройства.
Реферат на тему «Жидкие кристаллы».
Материал взят из Интернета и переработан:
Структура приведена в соответствие с требованиями стандартов высшей школы (СамГУ);
Добавлен новый материал- «Жидкокристаллические телевизоры»;
Литература обновлена.
Реферат представлялся к защите. Результат положительный.
Мой адрес: Vilmas@samtel.ru
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5
