Модулятор света Советский патент 1983 года по МПК G02F1/19 

Изобретение относится к модуляции света методами укрепления инте сивностью света с применением деформируемых слоев и может найти пр менение в устройствах управления светом и оптической обработки инфо . Известен модулятор света, содер жащий однокамерную вакуумную колбу с диэлектрической подложкой, покрытую решетчатым электродом, на кото рый нанесен деформируемый слой 1 . Недостатком этого модулятора является невысокое качество изображения промодулированного света, обусловленное необходимостью считывания рельефа на просвет,.при этом решетчатые электроды ухудшают качес во модуляции. Наиболее близкий к предлагаемому модулятор света содержит последовательно расположенные прозрачную под ложку, электропроводящий слой, диэлектрический деформируемый термопластический слой, гибкий светоотражающий электропроводящий слой, а также источник электрической энер гий, общая точка которого соединена с гибким св.етоотражающим электропроводящим слоем, а другой полюс через блок управления соединен с прозрачным электропроводящим сло. ем 2. . К его недостаткам относится огра ниченный временной диапазон, а также невозмозкность преобразования полутоновой записи в контрастную, а следовательно, и запоминания контрастной записи. Цель изобретения - увеличение временного диапазона записи, преобразование полутоновой записи в контрастную,и запоминание контрастной записи. Указанная цель достигается тем, что в модулятор света, содержащий последовательно расположенные прозрачную подложку, прозрачный электропроводящий слой, светочувствител ный полупроводниковый слой, диэлектрический деформируемый термопластический слой, гибкий светоотражающий электропроводящий слой, а также источник электрической энергии, общая точка которого соединена с Хибким светоотражающим электропрово Яящим слоем, а другой вывод через блок управления соединен с прозрачным электропроводящим слоем, между светочувствительным полупроводниковым слоем и диэлектрическим деформируемым термопластическим слоем введен матричный электрод с отверст ями, заполненными материалом с активным сопротивлением, который соединен с общей точкой источника элек трической энергии, а светочувствительный полупроводниковый слой выполней в виде растра, отверстия которого -заполнены диэлектриком, и представляют собой - f -j-Рструктуру. Кроме того, ширина элементов растра составляет 0,2-0,8 периода растра. . . , На фиг. 1 представлена принципиальная схема модулятора света/ на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1/ на фиг. 3 - воль т-амперная характеристика светочувствительной, полупроводниковой структуры. Модулятор света содержит прозрачную подложку 1, покрытую прозрачным электропроводящим слоем 2.. На слой 2 нанесен слой светочувствительной полупроводниковой структуры, выполненной F. аиде растра, причем промежутки элементов раствора заполнены диэлектриком 3. Светочувствительная полупроводниковая структура представляет собой последовательное соединение слоев 4, 5, б, и 7, выполненных в виде nj-Рл-п.-р структуры. На светочувствительный полупроводниковый слой нанесен матричный электрод 8, отверстия котороТо совпадают с элементами растра светочувствительной полупроводниковой структуры, причем в отвер1стиях матричного электрода 8 располагают материал с активным сопротивлением 9. На матричном электроде 8 располагают также диэлектрический деформируемый термопластический слой 10. На свободную поверхность деформируемого слоя 10 нанесен гибкий светоотражающий электропроводящий слой 11. При этом слои 4 и 7 светочувствительной полупроводниковой структуры имеют электрический контакт .с электропроводящим слоем 2 и с материалом с активным сопротивлением 9 соответственно, а матричный электрод 8 и светоотражающий слой 11 соединены с общей точкой 12 источника электрической энергии 13, другой вывод которого соединен через блок 14 управления с электропроводящим слоем 2. Со стороны подложки 1 проецируется световое изображение 15. Модулятор света работает следующим образом. При проецировании изображения 15 на светочувствительную структуру в светлых участках в коллекторном переходе 5 и б под действием света происходит лавиннная ионизация, и переход скачком переходит в другое-устойчивое состояние - открытое /(фиг. 3j. При этом сопротивление светочувствительной структуры 10 Ом уменьшается на 6-7 порядков до 0,1 Ом. Переход р2-п находится в открытом состояний до тех пор, пока по электрической цепи, образованной источником

13, проводящим слоем 2, элементом светочувствительной полупроводниковой структуры, активным сопротивлением 9 и матричным электродом 8, протекает ток. При этом основная часть напряжения источника 13 оказывается приложенной к материалу с активным сопротивлением 9. Следовательно, а центре отверстий матричного электрода 8 на поверхности материала с активными сопротивлением 9 действует напряжение, близкое к напряжению источника 13. С перемещением к краю отверстия напряжение на поверхности активного сопротивления уменьшается до нуля. Этим достигается поперечная модуляция электрического поля в плоскости матричного электрода 8. В неосвещенных элементах светочувствительной полупроводниковой структуры сопротивление элементов велико по сравнению с активным сопротивлением 9 и основная часть напряжения источника 13 приложена к элементу светочувствительной полупроводниковой структуры, Следовательн9, в центре от- , верстий матричного электрода 8 на поверхности материала с активнЕлм сопр этивлением 9 напряжение близко к нулю, что приводит к отсутствию модуляции электрического поля. Модуляция электрического поля будет также отсутствовать между сплошной поверхностью матричного элек-грода 8 и гибким светоотражающим электропроводящим слоем 11. Таким образом, в плоскости матричного электрода 8 действует поперечно-модулированно электрическое поле, величина модуляции которого зависит от уровня нгтряжения источника 13 электрической энергии. При этом ток, протекая через материал с активным сопротивлением 9, выделяет тепло на нем, что вызывает локальное нагревание диэлектрического дефЬрмируемого . термопластического :лоя 10 до вязкоупругого состояния, а электрическое поле, действуя на слой 10, вызывает образование, геометрического рельефа который деформирует гибкий светоотражающий электропроводящий слой 11, в соответствии с проецируемым световым изображением 15. Рельеф на слое 11 модулирует световой поток , падеиощий на этот слой. Для сти рания рельефа необходимо при отключенном источнике 13 термопластический слой 10 довести до размягченного состояния каким-либо из известных способов (например, высокочастотным нагревом ), при этом рельеф стирается под действием сил поверхностного натяжения. Переход от закрытого к открытому :состоянию коллекторного перехода слоев 5 и 6 происходит под действием светового импульса 15, время которого может быть и выше. По окончании светового импульса коллекторный переход слоев 5 и б остается открытым, а переход от открытого в закрытое состояние осуществляют размыканием электрической цепи с помощью блока 14 управления. Такой режим модулятора света позволяет использовать оптические сигналы, длительность которых меньше времени образования деформаций диэлектрического деформируемого термопластического слоя 10. При этом можно регулировать длительность памяти модулятора в широком диапазоне изменяя интервал времени размыкания электрической цепи блоком 14 управления, при размягченном слое 10 Кроме того, модулятор света позволяет осуществлять длительное хранение записанной информации. Для этого при размыкании электрической цепи блоком 14 управления термопластический слой 10 охлаждают ниже точки плавления термопластического слоя, и записанный рельеф застывает

Для преобразования полутоновой, записи в контрастную необходимо световое изображение 15 спроецировать на светочувствительную полупроводниковую структуру, а напряжение источника 13 электрической энергии подобрать таким образом, чтобы коллекторный переход слоев 5.и 6 открывался при наименьшей градации яркости Изображения 15. В этом случае ток во всех освещенных элементах светочувствительной полупроводниковой структуры будет одинаков, независимо от освещенности.

Чувствительность записи модулятора света зависит от толщины термопластического слоя 10, который о ычно выполняют толщиной не более 50 мкм. Это обусловлено временем нагрева термопластического слоя 10 до точки плавления, так как при значительных толщинах требуется значительное время- разогрева. При этом элементы светочувствительной полупроводниковой структуры ВЫПОЛНЯЮТ с шириной равной 0,2-0,8 периода растра структуры. При значении размеров более 0,8 периода растра Структуры Происходит проплавление термопластического слоя 10 между элементами растра,что приводит к образованию паразитного рельеф.а. и,следовательно к ухудшению качества воспроизве.дения, а также к повышенному потреблению энергии на дополнительный разогрев. При размерах менее 0,2 периода растра структуры уменьшается использование информационного поля модулятора, что приводит к уменьшению разрешающей способности модулятора и, следовательно, к ухудшению качества воспроизведения. Разрешающая способность модуляторов света,.как правило, составляет не менее 10 линий на миллиметр. При этом оптимальные параметры светочувствительной полупроводниковой структуры при толщине термопластич,еского слоя 10 10-50 мкм составляют: период растра.элементов ТТ-{2р100 мкм, линейные размеры элементов растра - 0,5 Т.

Таким образом, предлагаемый модулятор имеет более широкий временной диапазон воздействия управляющего оптического сигнала и обеспечивает возможность преобразования . полутоновой записи в контрастную и запоминания .контрастной записи.

1. МОДУЛЯТОР СВЕТА, содер-, жащий последовательно расположенные прозрачную подложку, прозрачный электропроводящий слой, светочувствительный полупроводниковый слой , диэлектрический деформируемый термопластический слой, гибкий светоотражающий электропроводящий слой, а также источник электрической энергии, общая точка которого соединена С гибким светоотражающим электропро15 15 Л -1 ,. / у / J /// // ////// у/, у/ водящим слоем, а другой вывод/через блок управления соединен с прозрачным электропроводящим слоем, отличающийся тем, что, с целью увеличения временных диапазонов записи, преобразования полутоновой записи в контрастную и запоминания контрастной записи, между светочувствительным полупроводниковьам слоем и диэлектрическим деформируемым термопластическим слоем введен матричный электрод с отверстиями, заполненными материалом с активным сопротивлением, который соединен с общей точкой источника электрической энергии, а светочувствительный полупроводниковый слой вы полнен в виде растра, отверстия СП которого заполнены диэлектриком, и представляет собой P-t структуру. 2. Модулятор по по. 1, о т л ич ающийся тем, что, с целью повьииения качества воспроизведения, ширина элементсде растра составляет 0,2-0,8 периода растра. . со sl 00

А-А S

ff Ш Ж 300 Фиг.З