RU81814U1

RU81814U1 - COMBINED OPTICALLY CONTROLLED SPATIAL LIGHT MODULATOR

Info

Publication number: RU81814U1
Application number: RU2008145376/22U
Authority: RU
Inventors: Валерий Михайлович Абусев; Павел Михайлович Караваев
Original assignee: ООО "Силлениты"
Priority date: 2008-11-14
Filing date: 2008-11-14
Publication date: 2009-03-27

Abstract

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам управления и модуляции световой волны. Универсальный пространственный оптически управляемый модулятор света, состоящий из двух кристаллических пластин, одна из которых с кристаллографической ориентацией плоскостей (111) или (110), другая с кристаллографической ориентацией плоскостей (100) или (001) из кристалла типа силленита, на обеих плоскостях которых расположены прозрачные электроды и между которыми расположены слои ЖК. Такая конструкция позволяет осуществлять в одном устройстве модуляцию типа ПРОМ и ПРИЗ, двухволновое взаимодействие, а также комбинацию двухволнового взаимодействия и пространственной модуляции в зависимости от выбора используемых электродов.The proposed utility model relates to control devices and modulation of the light wave. A universal spatial optically controlled light modulator consisting of two crystalline plates, one of which with the crystallographic orientation of the (111) or (110) planes, the other with the crystallographic orientation of the (100) or (001) planes from a sillenite type crystal, on which both planes transparent electrodes and between which are the layers of the LCD. Such a design allows modulation of the type PROM and PRIZ, two-wave interaction, as well as a combination of two-wave interaction and spatial modulation in one device, depending on the choice of electrodes used.

Description

Область техники:Field of Technology:

Полезная модель относится к устройствам модуляции и управления волновым фронтом световой волны.The utility model relates to devices for modulating and controlling the wavefront of a light wave.

Уровень техники:The prior art:

Современные оптически управляемые пространственные модуляторы света можно разделить на три группы: модуляторы на основе жидких кристаллов, модуляторы типа ПРОМ и модуляторы типа ПРИЗ.Modern optically controlled spatial light modulators can be divided into three groups: liquid crystal modulators, PROM modulators, and PRIZ modulators.

Конструкция современных оптически управляемых пространственных модуляторов света (ПМС) на основе жидких кристаллов (ЖК) представляет собой слой фотопроводящей среды и слой жидкого кристалла. Слои находятся между прозрачными электродами, к которым подводится напряжение питания. Принцип действия устройства следующий: пространственное распределение интенсивности записывающего света изменяет проводимость фотопроводника. При этом распределение проводимости в фотопроводнике повторяет распределение интенсивности записывающего света. В результате внешнее электрическое поле, приложенное к такой конструкции, оказывается пространственно промодулированным. В итоге получается, что к слою ЖК приложено пространственно неоднородное поле, вызывающее пространственно неоднородное изменение показателя преломления или поглощения ЖК. При освещении такой конструкции считывающим светом мы получим пространственную модуляцию считывающего света (по фазе или по амплитуде), совпадающую с пространственным распределением интенсивности записывающего света (Васильев The design of modern optically controlled spatial light modulators (PMS) based on liquid crystals (LC) is a layer of a photoconductive medium and a layer of liquid crystal. The layers are between the transparent electrodes to which the supply voltage is applied. The principle of operation of the device is as follows: the spatial distribution of the intensity of the recording light changes the conductivity of the photoconductor. The distribution of conductivity in the photoconductor repeats the distribution of the intensity of the recording light. As a result, an external electric field applied to such a structure is spatially modulated. As a result, it turns out that a spatially inhomogeneous field is applied to the LC layer, causing a spatially inhomogeneous change in the refractive index or absorption of the LC. When illuminating such a structure with read light, we obtain a spatial modulation of the read light (in phase or amplitude), which coincides with the spatial distribution of the recording light intensity (Vasiliev

А.А., Касасент Д., Компанец И.Н., Парфенов А.В., "Пространственные модуляторы света" Москва, Радио и связь, 1987).A.A., Casasent D., Kompanets I.N., Parfenov A.V., "Spatial light modulators" Moscow, Radio and communications, 1987).

В оптически управляемых пространственных модуляторах света модуляторах типа ПРОМ и ПРИЗ используются фоторефрактивные кристаллы, которые являются одновременно как фотопроводящей, так и модулирующей средой. В фоторефрактивных кристаллах происходит изменение показателя преломления под действием светового излучения, что дает возможность пространственно изменять показатель преломления записывающим светом. Основным механизмом такого явления является электрооптический эффект. При засветке фоторефрактивного кристалла световым пучком с неоднородной интенсивностью происходит, за счет внутреннего фотоэффекта, генерация носителей заряда, которые затем за счет диффузии или дрейфа во внешнем электрическом поле уходят в более темные области, где и захватываются на ловушечные центры. Возникает объемный заряд, пространственно повторяющий распределение интенсивности в записывающем свете. За счет электрооптического эффекта поле объемного заряда меняет показатель преломления кристалла, также повторяющий распределение интенсивности в записывающем свете. При освещении такого кристалла неким считывающим пучком произойдет изменение фазы в волновом фронте считывающего пучка. Для усиления эффекта к кристаллам прикладывают внешнее электрическое поле. Таким образом, в то время как в ПМС на ЖК фотопроводник является фоточувствительной средой, а модулирующей средой является ЖК, в случае использования фоторефрактивных кристаллов сами кристаллы являются и фоточувствительной и модулирующей средой.In optically controlled spatial light modulators, PROM and PRIZ modulators use photorefractive crystals, which are both a photoconductive and a modulating medium. In photorefractive crystals, a change in the refractive index occurs under the action of light radiation, which makes it possible to spatially change the refractive index of the recording light. The main mechanism of this phenomenon is the electro-optical effect. When a photorefractive crystal is exposed to light with a nonuniform intensity, due to the internal photoelectric effect, charge carriers are generated, which then, due to diffusion or drift in an external electric field, go into darker areas, where they are captured by trap centers. A space charge arises, spatially repeating the intensity distribution in the recording light. Due to the electro-optical effect, the space charge field changes the refractive index of the crystal, which also repeats the intensity distribution in the recording light. When such a crystal is illuminated by a certain reading beam, a phase change occurs in the wavefront of the reading beam. To enhance the effect, an external electric field is applied to the crystals. Thus, while in PMS on an LC, the photoconductor is a photosensitive medium, and the modulating medium is an LC, in the case of using photorefractive crystals, the crystals themselves are both a photosensitive and modulating medium.

Модуляторы типа ПРОМ (разработан в Itec Corp, США) работают на продольном электрооптическом эффекте, а модуляторы типа ПРИЗ (разработан в ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН) на поперечном (Петров М.П, Степанов С.И, Хоменко А.В. "Фоторефрактивные кристаллы в когерентной оптике" Санкт-Петербург, Наука, 1992). Кроме того, в модуляторах типа ПРИЗ может осуществляться двухволновое усиление. Эффект двухволнового усиления заключается в перекачке энергии из одного пучка света в другой при дифракции этих пучков на записанной ими же в кристалле голограмме. Две плоские волны интерферируют в объеме кристалла. В этом случае голограмма представляет собой элементарную голограмму - синусоидальную фазовую дифракционную решетку. При дифракции Modulators of the PROM type (developed by Itec Corp, USA) operate on a longitudinal electro-optical effect, and modulators of the PRIZ type (developed by the Ioffe Institute of Physics and Physics RAS) on the transverse (Petrov MP, Stepanov S.I., Khomenko A. V. "Photorefractive crystals in coherent optics" (St. Petersburg, Nauka, 1992). In addition, two-wave amplification can be implemented in PRIZ modulators. The effect of two-wave amplification is the transfer of energy from one light beam to another during the diffraction of these beams on a hologram recorded by them in the crystal. Two plane waves interfere in the bulk of the crystal. In this case, the hologram is an elementary hologram - a sinusoidal phase diffraction grating. With diffraction

записывающих световых пучков на такой решетке наблюдается энергообмен между записывающими лучами, что применяется для усиления слабых пучков света.recording light beams on such a grating there is an energy exchange between the recording beams, which is used to amplify weak light beams.

В данной заявке предлагается конструкция устройства, совмещающего в себе все три типа модуляторов.This application proposes a device design that combines all three types of modulators.

Раскрытие полезной модели:Disclosure of utility model:

Предлагается комбинированная конструкция оптически управляемого модулятора, состоящая из двух кристаллов типа силленита и жидкого кристалла для реализации различных способов оптической пространственной модуляции в одном устройстве. В качестве двух кристаллов используются фоточувствительные в видимом диапазоне и обладающие электрооптическими свойствами кристаллы группы силленитов (Bi₁₂SiO₂₀, Bi₁₂TiO₂₀, Bi₁₂GeO₂₀). Конструкция оптически управляемого ПМС состоит из двух кристаллов с нанесенными прозрачными электродами на обе стороны кристаллов, между которыми расположены слой ЖК. При этом кристаллографическая ориентация плоскостей одного из кристаллов (110) или (111) для осуществления поперечной модуляции типа ПРИЗ и двухволнового взаимодействия для усиления сигнала, ориентация второго кристалла (100) или (001) для осуществления продольной модуляции типа ПРОМ. Оба кристалла могут использоваться как фоточувствительная среда при осуществлении модуляции за счет слоя ЖК (Фиг.1).A combined design of an optically controlled modulator is proposed, consisting of two crystals of the sillenite type and a liquid crystal for implementing various methods of optical spatial modulation in one device. The crystals of the sillenite group (Bi ₁₂ SiO ₂₀ , Bi ₁₂ TiO ₂₀ , Bi ₁₂ GeO ₂₀ ) are photosensitive in the visible range and possessing electro-optical properties. The design of an optically controlled PMS consists of two crystals with transparent electrodes deposited on both sides of the crystals, between which there is an LC layer. In this case, the crystallographic orientation of the planes of one of the crystals (110) or (111) for transverse modulation of the PRIZ type and two-wave interaction for amplification of the signal, the orientation of the second crystal (100) or (001) for longitudinal modulation of the PROM type. Both crystals can be used as a photosensitive medium in the implementation of modulation due to the layer of the LCD (Figure 1).

Технологически сборка модулятора осуществляется следующим образом: одна из кристаллических пластин с нанесенными на обе стороны прозрачными электродами наклеивается оптическим клеем на несущую стеклянную подложку. На получившуюся сборку накладываются борта, толщина которых равна слою жидкого кристалла. Сверху получившаяся полость накрывается второй кристаллической пластиной с прозрачными электродами с обеих сторон. Через специальные отверстия в бортах производится закачка жидкого кристалла, затем отверстия герметизируются. После чего к конструкции подводятся управляющие электроды.Technologically, the modulator is assembled as follows: one of the crystalline plates with transparent electrodes deposited on both sides is glued with optical glue onto a supporting glass substrate. The sides are superimposed on the resulting assembly, the thickness of which is equal to the liquid crystal layer. From above, the resulting cavity is covered with a second crystalline plate with transparent electrodes on both sides. Through special holes in the sides, liquid crystal is pumped, then the holes are sealed. After that, the control electrodes are brought to the structure.

Описание чертежей:Description of drawings:

Фиг.1 Конструкция комбинированного оптически управляемого пространственного модулятора света. 1 - прозрачные электроды, 2 - Figure 1 The design of the combined optically controlled spatial light modulator. 1 - transparent electrodes, 2 -

кристаллическая пластина с ориентацией (001) или (100), 3 - кристаллическая пластина с ориентацией (111) и (110),4 - слой жидкого кристалла, 5 - коммутатор, 6 - источник высокого напряжения, а, b, с, d - управляющие электроды.a crystalline plate with an orientation of (001) or (100), 3 - a crystalline plate with an orientation of (111) and (110), 4 - a layer of liquid crystal, 5 - a switch, 6 - a source of high voltage, a, b, c, d - control electrodes.

Осуществление полезной модели:Implementation of a utility model:

Предлагаемая конструкция (Фиг.1) позволяет получать пространственную модуляцию различного типа при изменении и коммутации подаваемого напряжения на прозрачные электроды, а также двухволновое взаимодействие и усиление оптического сигнала в кристалле с ориентацией (110) или (111).The proposed design (Figure 1) allows to obtain spatial modulation of various types when changing and switching the applied voltage to the transparent electrodes, as well as two-wave interaction and amplification of the optical signal in the crystal with an orientation of (110) or (111).

В случае приложения напряжения к кристаллической пластине 2 (Фиг.1, контакты а, б) с ориентацией (001) или (100) осуществляется продольная электрооптическая модуляция по типу ПРОМ. В случае приложения напряжения к кристаллической пластине 3 (Фиг.1, контакты с, d) с ориентацией (111) или (110) осуществляется поперечная электрооптическая модуляция по типу ПРИЗ, а также возможно двухволновое усиление. В случае приложения напряжения к контактам а, с или b, d осуществляется модуляция при помощи жидкого кристалла, при этом кристаллические пластины 2 или 3, соответственно, играют роль фотопроводников. В случае приложения напряжения к контактам b, d и с, d осуществляется модуляция жидким кристаллом с возможностью двухволнового усиления в кристаллической пластине 3.In the case of applying voltage to the crystal plate 2 (Figure 1, contacts a, b) with orientation (001) or (100), longitudinal electro-optical modulation is performed according to the PROM type. In the case of applying voltage to the crystal plate 3 (Fig. 1, contacts c, d) with the orientation (111) or (110), transverse electro-optical modulation is performed in the type of PRIZ, and two-wave amplification is also possible. In the case of applying voltage to the contacts a, c or b, d, modulation is carried out using a liquid crystal, while the crystal plates 2 or 3, respectively, play the role of photoconductors. In the case of applying voltage to the contacts b, d and c, d, the liquid crystal is modulated with the possibility of two-wave amplification in the crystal plate 3.

Claims

Design of a universal optically controlled spatial light modulator, consisting of a plate of a photorefractive crystal with a crystallographic orientation of the (111) or (110) planes with transparent electrodes deposited on both planes, plates of a photorefractive crystal with a crystallographic orientation of the (100) or (001) planes applied to both planes with transparent electrodes and a layer of liquid crystal enclosed between two plates, which allows for an optically controlled spatial module tion beam type PROM, PRIZE, modulation by the liquid crystal and one of the plates as a photoconductor, the optical amplification of the signal at two-wave interaction, the combination of spatial modulation and amplification depending on the choice of used electrodes, and combinations thereof.