Адаптивная жидкокристаллическая линза с оптическим управлением: физические принципы, свойства и применения

• Автор: Самагин, Сергей Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 147 с. : ил.

ГЛАВА 1. ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ МОДУЛЯТОРЫ СВЕТА И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В АДАПТИВНОЙ ОПТИКЕ

1.1. Задачи адаптивной оптики

1.2. Жидкокристаллические модуляторы света с электрическим управлением

1.2.1. Электрооптический Б-эффект в нематических жидких кристаллах

1.2.2. Зональные корректоры волнового фронта

1.2.3. Модальные корректоры волнового фронта

1.3. Жидкокристаллические модуляторы света с оптическим управлением 35 1.4.Оптически управляемые жидкокристаллические
линзы

1.5.Выводы к первой главе

ГЛАВА 2. МОДЕЛЬ ОПТИЧЕСКИ УПРАВЛЯЕМОЙ ЛИНЗЫ

2.1. Конструкция и принцип работы модальной жидкокристаллической линзы с оптическим управлением
2.2. Система основных уравнений
2.3. Приближение постоянного импеданса
2.4. Общий случай
2.4.1. Исследование комплексной диэлектрической проницаемости и фазовой задержки жидкого кристалла
2.4.2. Исследование проводимости фотослоя
2.4.3. Случай однородного освещения
2.4.4. Оптические свойства ЛОУ при освещении гауссовым пучком

2.5. Выводы ко второй главе
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ И ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МОДАЛЬНОЙ ОПТИЧЕСКИ УПРАВЛЯЕМОЙ ЖК ЛИНЗЫ
3.1. Комплексная проводимость ЛОУ
3.2. Экспериментальное исследование оптических свойств ЛОУ
3.3. Выводы к третьей главе
ГЛАВА 4. НЕКОТОРЫЕ АДАПТИВНЫЕ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ МОДАЛЬНЫХ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ЛИНЗ С ОПТИЧЕСКИМ УПРАВЛЕНИЕМ
4.1. Система стабилизации мощности на мишени заданной формы
4.2. Система автоматической компенсации дефокусировки
4.3. Угловая селекция пучков по интенсивности
4.5. Выводы к четвёртой главе ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Актуальность темы
Одним из перспективных направлений развития современной оптики и лазерной физики является разработка оптических элементов с управляемыми свойствами. Особое место среди таких устройств занимают жидкокристаллические (ЖК) пространственно-временные модуляторы света (ПВМС). Для них характерны высокая технологичность изготовления, относительно малые управляющие напряжения (полуволновое напряжение составляет доли вольта, что делает ЖК устройства совместимыми с цифровой техникой), возможность чисто фазовой модуляции сравнительно большой глубины, малое потребление мощности (0,1 мВт/см2), малые объемы и размеры плюс возможность плоского дизайна, отсутствие движущихся частей, широкий диапазон рабочих температур и значительный срок службы. Столь уникальное сочетание свойств делает ЖК ПВМС весьма привлекательными для решения задач адаптивной оптики: подавления атмосферных искажений волнового фронта [1], коррекции аберраций в оптических системах [2,3] и т.д.
В частности, для таких популярных приложений, как автофокусировка зондирующих пучков света в системах технического зрения, считывания информации со штрих-кодов и в лазерных проигрывателях, компенсация астигматизма полупроводниковых лазеров и многих других, достаточно осуществлять коррекцию искажений низкого порядка - дефокусировки и астигматизма. С этой целью адаптивно-оптическая система должна содержать сферические или цилиндрические линзы с перестраиваемым фокусным расстоянием. В последние годы в разработке ЖК адаптивных линз был достигнут значительный успех. На основе нематических ЖК (НЖК) были разработаны сферические и цилиндрические линзы, микролинзы с электрически управляемым фокусным расстоянием [4-7].
Разработка адаптивных ЖК линз с оптическим управлением (ЛОУ) является следующим важным шагом на пути расширения элементной базы

где г — двумерный радиус-вектор произвольной точки, лежащей в плоскости апертуры, Ф(г) - фазовая задержка, вносимая модулятором в проходящую световую волну, / - мнимая единица. Функция Ф(г) полностью описывает оптические свойства ЛОУ, поэтому целью теории является расчет именно этой функции, а также изучение способов получения заданных профилей Ф(г). С другой стороны, как отмечалось ранее, профиль фазы непосредственно зависит от распределения напряжения, приложенного к слою ЖК. Поэтому для работы данных модуляторов электрофизические процессы в них являются определяющими.
Для описания распределения напряжения и профиля фазовой задержки выберем систему координат, как показано на рис. (2.4).
I I
Рис. 2.4. Система координат для сферической (а) и цилиндрической (б) линз с оптическим управлением
С математической точки зрения распределение напряжения по апертуре ЛОУ и профиль фазовой задержки Ф(г), вносимой ЛОУ в прошедшую световую волну, определяются следующей системой уравнений:
д[/( г,О

4л еЩг,г))

{ «2
4 +а2
г))2+ £"(&( г,г)У
-с!г,

а7= I —Г
2 -]/2Лв(г,
£в(г,г))
в{т,г))г+£в{т,2))
ев{г, г)) = £[ соб2 (в(г,г)) + £■' бш2 (^(г , г)), ев{г,г)) = £•' соБ2(6'(г,г)) + е' б1п2(6'(г,2)),
(2.2) (2.3) -ск, (2.4) (2.5)