ЛИНЕЙНЫЙ ПОЛЯРИЗАТОР НА НЕМАТИЧЕСКОМ ЖИДКОМ КРИСТАЛЛЕ Российский патент 2001 года по МПК G02F1/13 

Описание патента на изобретение RU2164704C2

Изобретение относится к оптическим устройствам, предназначенным для поляризации света, в частности к линейным поляризаторам, изготовленным из поляризующих материалов, и может быть использовано для получения линейно-поляризованного света в широком спектральном диапазоне, и может найти применение в оптическом приборостроении, в деятельности, связанной с производством и использованием лазерной техники, проекционном телевидении, а также в научных исследованиях.

Известен линейный поляризатор на кристаллической пластинке [1], основанный на явлении полного внутреннего отражения, содержащий две призмы, изготовленные из оптического стекла и плоскопараллельную пластинку исландского шпата, вырезанную определенным образом относительно кристаллографической оси и заклеенную между призм с помощью специального клея. При наклонном падении света на границу раздела клей-кристалл происходит разделение поляризаций: необыкновенный луч проходит границу раздела без изменения направления, а обыкновенный испытывает полное внутреннее отражение и выводится наружу через боковую грань. Данное устройство позволяет производить поляризацию в широком спектральном диапазоне, но имеет значительные потери света за счет поглощения и рассеяния в объеме кристаллического материала и на всех границах раздела, сложно в обработке природных кристаллов исландского шпата, имеет ограниченность линейной апертуры до значений 20-30 мм, что связано с невозможностью вырезать однородную пластинку большого размера из заготовок, практически добываемых при разработке месторождений исландского шпата.

Известен линейный поляризатор [2], который по своей сущности и достигаемым показателям является ближайшим аналогом (прототипом) настоящего изобретения и содержит два оптических элемента из прозрачного изотропного материала, конкретно в виде двух призм, внутренние рабочие грани которых параллельны, два ориентирующих слоя, нанесенные на эти внутренние рабочие грани призм и размещенный между ориентирующими слоями слой жидкого кристалла с показателем преломления обыкновенного луча меньшим, чем показатель преломления каждого из оптических элементов. Поляризатор позволяет производить поляризацию оптического излучения в широком спектральном диапазоне, в таком поляризаторе потери света за счет поглощения и при отражениях от всех границ раздела (стекло-ориентирующий слой, ориентирующий слой-жидкий кристалл) существенно меньше, чем в призме [1]. При изготовлении такого жидкокристаллического поляризатора отсутствует проблема получения однородных пластин исландского шпата (т.к. вместо этих пластин используются слои анизотропной жидкости). Размеры поляризатора определяются только размерами призм из оптического стекла (или другого прозрачного оптического материала) и можно вырезать призму практически любого размера (например, с линейной апертурой до 100 мм). Однако необходимость присутствия ориентирующих слоев, создающих однородную ориентацию жидкого кристалла, существенно усложняет процесс изготовления поляризатора и увеличивает рассеяние света при прохождении им ориентирующих слоев, что особенно характерно как раз для поляризаторов большого размера.

Решаемой технической задачей является получение поляризатора, который одновременно имел бы более высокий коэффициент пропускания, более высокую степень поляризации света и большую простоту в изготовлении.

Поставленная цель достигается тем, что линейный жидкокристаллический поляризатор на нематическом жидком кристалле, содержащий два оптических элемента из прозрачного изотропного материала, и размещенный непосредственно между их внутренними рабочими поверхностями спонтанно однородно ориентированный слой жидкого кристалла с показателем преломления обыкновенного луча меньшим, чем показатель преломления каждого из оптических элементов, отличается от вышеописанного тем, что слой нематического жидкого кристалла непосредственно прилегает (без ориентирующих слоев) к внутренним рабочим поверхностям призм и выполнен из смеси 1-н-алкил-4-коричных кислот и 4-(транс-4-н-алкилциклогексил)бензонитрилов при следующем соотношении компонентов, мас.%:
1-н-алкилокси-4-коричных кислот - 3-85
4-(транс-4-н-алкилциклогексил)бензонитрилов - остальное
При этом разделение исходного неполяризованного пучка на две ортогонально поляризованные компоненты вследствие полного внутреннего отражения одной из них происходит со значительно меньшим рассеянием, т.е. с более высокой степенью поляризации, и более высоким пропусканием, поскольку слой жидкого кристалла непосредственно прилегает к прозрачному изотропному материалу оптических элементов.

На чертеже показан в упрощенном виде один из возможных вариантов линейного поляризатора. Поляризатор содержит два оптических элемента из прозрачного изотропного материала - две одинаковые стеклянные трапецеидальные призмы (1) и непосредственно размещенный между их внутренними рабочими поверхностями спонтанно однородно ориентированный слой жидкого кристалла (2) с показателем преломления обыкновенного луча меньшим, чем показатель преломления стеклянных призм и таким, что угол падения света на слой НЖК ϕпад удовлетворяет соотношению

где nо - обыкновенный показатель преломления слоя нематического жидкого кристалла;
nп - показатель преломления изотропного материала призм;
нормаль к плоскости слоя жидкого кристалла)
во всем рабочем спектральном диапазоне. Слой выполнен из жидких кристаллов на основе 1-н-алкилокси-4-коричных кислот и 4-(транс-4-н-алкилциклогексил)бензонитрилов при следующем соотношении компонентов, мас.%:
1-н-алкилокси-4-коричныхых кислот - 3-85
4-(транс-4-алкилциклогексил)бензонитрилов - остальное
Толщина слоя жидкого кристалла составляет 1-100 мкм.

Поляризатор работает следующим образом. Неполяризованный пучок света АО падает на входную поверхность устройства и затем попадает под углом ϕпад на границу раздела изотропный материал - анизотропный спонтанно однородно ориентированный нематический жидкий кристалл, где и происходит разделение поляризаций за счет полного внутреннего отражения обыкновенного луча практически без рассеяния света за счет того, что слой жидкого кристалла непосредственно прилегает к внутренним поверхностям прозрачных стеклянных призм и выполнен из жидких кристаллов на основе 1-н-алкилокси-4-коричных кислот и 4-(транс-4-н-алкилциклогексил)бензонитрилов при следующем соотношении компонентов, мас.%:
1-н-алкилокси-4-карбоновых кислот - 3-85
4-(транс-4-алкилциклогексил)бензонитрилов - остальное
Необыкновенный луч далее распространяется в направлении 0В, а обыкновенный в направлении ОС.

Т.о. линейный поляризатор с непосредственным прилеганием спонтанно однородно ориентированного слоя жидкого кристалла, выполненного из жидких кристаллов на основе 4-н-алкил-трансциклогексанкарбоновых кислот и 4-(транс-4-н-алкилциклогексил)бензонитрилов при следующем соотношении компонентов, мас. %:
1-н-алкилокси-4-коричных кислот - 3-85
4-(транс-4-алкилциклогексил)бензонитрилов - остальное
к прозрачному изотропному материалу оптических элементов позволяет получать линейно поляризованный свет с более высоким пропусканием, более высокой степенью поляризации, большей однородностью степени поляризации по линейной апертуре, большей простотой изготовления.

Источники информации
[1] K.Feussner. Zeitsohrift Instrumentenkunde, 1884, v.4, p. 41-50.

[2] А. А. Каретников. Оптика и спектроскопия, 1989, т. 67, вып. 2, с. 324-326.

Похожие патенты RU2164704C2

название год авторы номер документа
ЛИНЕЙНЫЙ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ ПОЛЯРИЗАТОР ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ 2001
  • Каретников А.А.
  • Ковшик А.П.
  • Рюмцев Е.И.
  • Павлов Б.С.
RU2204854C2
ПОЛЯРИЗАТОР 1998
  • Хан И.Г.
  • Ворожцов Г.Н.
  • Шишкина Е.Ю.
  • Мирошин А.А.
RU2147759C1
ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЛАЗЕР, УПРАВЛЯЕМЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПОЛЕМ, И СПОСОБ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ЧАСТОТЫ ТВЕРДОТЕЛЬНОГО ЛАЗЕРА 2009
  • Уманский Борис Александрович
  • Баленко Валерий Геннадьевич
  • Труфанов Анатолий Николаевич
  • Долотов Сергей Михайлович
  • Петухов Владимир Андреевич
RU2410809C1
ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ ИНДИКАТОРНЫЙ ЭЛЕМЕНТ 1998
  • Беляев С.В.
  • Малимоненко Н.В.
  • Мирошин А.А.
  • Хан И.Г.
RU2140663C1
ПОЛЯРИЗАТОР 1998
  • Беляев С.В.
  • Малимоненко Н.В.
  • Мирошин А.А.
  • Хан И.Г.
RU2143125C1
Поляризационная призма 1990
  • Калачников Евгений Валентинович
SU1755237A1
ОПТИЧЕСКИЙ ПОЛЯРИЗАТОР 1998
  • Беляев С.В.
  • Малимоненко Н.В.
  • Мирошин А.А.
RU2140094C1
СПОСОБ КОМПЕНСАЦИИ ДИСПЕРСИИ СОСТОЯНИЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ СВЕТА И БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЙ МОДУЛЯТОР НА ОСНОВЕ ХИРАЛЬНЫХ ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ 2012
  • Палто Сергей Петрович
  • Барник Михаил Иванович
  • Гейвандов Артур Рубенович
  • Уманский Борис Александрович
  • Штыков Николай Михайлович
RU2522768C2
МНОГОВИДОВОЕ УСТРОЙСТВО ОТОБРАЖЕНИЯ 2011
  • Пейлман Фетзе
  • Ван Дер Хорст Ян
RU2598971C2
ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ 2000
  • Лазарев П.И.
RU2225025C2

Реферат патента 2001 года ЛИНЕЙНЫЙ ПОЛЯРИЗАТОР НА НЕМАТИЧЕСКОМ ЖИДКОМ КРИСТАЛЛЕ

Изобретение относится к оптическим устройствам. Линейный поляризатор на нематическом жидком кристалле содержит два оптических элемента из прозрачного изотропного материала и размещенный между их внутренними рабочими поверхностями спонтанно однородно ориентированный слой жидкого кристалла с показателем преломления обыкновенного луча меньшим, чем показатель преломления каждого из оптических элементов. Однородно ориентированный слой жидкого кристалла непосредственно размещен между внутренними рабочими поверхностями оптических элементов и выполнен из жидких кристаллов на основе 1-н-алкилокси-4-коричных кислот и 4-(транс-4-н-алкилциклогексил)бензонитрилов. Технический результат - повышение степени поляризации. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 164 704 C2

Линейный поляризатор на нематическом жидком кристалле, содержащий два оптических элемента из прозрачного изотропного материала и размещенный между их внутренними рабочими поверхностями спонтанно однородно ориентированный слой жидкого кристалла с показателем преломления обыкновенного луча меньшим, чем показатель преломления каждого из оптических элементов, отличающийся тем, что однородно ориентированный слой жидкого кристалла непосредственно размещен между внутренними рабочими поверхностями оптических элементов и выполнен из жидких кристаллов на основе 1-н-алкилокси-4-коричных кислот и 4-(транс-4-н-алкилциклогексил) бензонитрилов при следующем соотношении компонентов, мас.%:
1-н-алкилокси-4-коричных кислот - 3 - 85%
4-(транс-4-алкилциклогексил)бензонитрилов - Остальное

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2001 года RU2164704C2

КАРЕТНИКОВ А.А
Использование границы раздела стекло-нематический жидкий кристалл для поляризации оптического излучения в широкой спектральной области
Оптика и спектроскопия, 1989, т.67, в.2, стр.324-326
RU 94041721 A1, 20.09.1996
ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ ЭКРАН 1991
  • Высоцкий Владимир Александрович[By]
  • Жуйков Владимир Александрович[Ru]
  • Зырянов Виктор Яковлевич[Ru]
  • Сморгон Сергей Леонидович[Ru]
  • Смирнов Александр Георгиевич[By]
  • Усенок Андрей Брониславович[By]
RU2027204C1
US 3941901 A, 02.03.1976
US 5157526 A, 20.10.1992.

RU 2 164 704 C2

Авторы

Каретников А.А.

Ковшик А.П.

Рюмцев Е.И.

Даты

2001-03-27Публикация

1997-01-09Подача