Изобретение относится к световодным устройствам.
Известны оптические устройства, состоящие из кюветы с жидкой средой и систем возбуждения в этой среде гармонических колебаний, каждая из которых содержит источник энергии, монохроматор, излучатель и резонатор.
Описываемое устройство отличается от известных тем, что жидкая среда составлена из компонентов с несовпадающими оптическими характеристиками, отражающие поверхности резоНаторов системы возбуждения параллельны направлению распространения светового щотока, а выходы монохроматоров синхронизованы между собой с заданной величиной запаздывания. Компоненты жидкой среды могут иметь неодина ковые удельные плотности, а системы возбуждения могут быть выполнены в виде генераторов ультразвуковых колебаний- Компоненты жидкой среды могут иметь неодинаковые величины дипольиых моментов, а системы возбуждения М0(гут быть вышолнены в виде генераторов электромагнитных колебаний, жидкая среда может быть доведена до затвердевания и один из комлонентов ж идкой среды может быть электрапроводен.
Такое выполнение устройства обеспечивает регулирование формы, количества и положения световедущих каналов в нем.
На чертеже схематически изображено описывае.мое устройство, содержащее кювету 1 с жидкой средой, излучатели 2 гармонических (ультразвуковых или электромагнитных) колебаний с монохроматорами и отражатели 3 резонаторов.
При включении генераторов на длинах волн, соогветству1ощ)х режимам стоячих волн в данных резонаторах, в кювете 1 возбуждаются две взаимно перпендикулярные системы стоячих волН, образующие систему световодов, пропускающую световой поток в направлении, перлендикуляр}1ом плоскости чертежа. Изменение длин волн, генерируемых излучателями, меняет поперечные размеры световодов, а изменение расположения и (или) формы излучателей и резонаторов, добавление новых излучателей меняет геометрию световодных каналов, их размеры, кривизну и топологию.
Количество излучателей может быть произБОЛЬНЫМ (не менее двух) и зависит от требуемых конфигураций и количества световодов в системе.
Несовпадение (запаздывание по времени) моментов включения двух п более систем излучателей приводит к динамическому (т. е. зависящему от времени) изменению геометрии световодной системы. Полное отключение системы какого-либо из излучателей равносиль)10 затаздыванию, равному бесконечности.
Стоячая УЗ-волна вызывает в веществе, ранее однородном, 11е1)1одическое изменение давления, 11ро110рциона,1ьно которому меняется плотность, а следовательно, в соответствин с формулой Лорентц-Лоренца возникает периодическое вдоль лннни распрострапенни УЗволн изменение показателя преломления. Одиночная УЗ-БОЛна соответствует образованию слоистых световодных систем. Наложение таких волн приводит к образованию световодов. Показатель нреломления внутри таких световодов меняется ио гармоиическо.му . Прн озвучивании смеси жидкостей, образующих эмульсию (с эмульгатором или без него), коагуляция дисиерсных частиц ироисходит в пучности или узле стоячей в зависимости от илотности дисперсной фазы но сравнению с плотностью дисиерсиоиной фазы (масла в 1К)де 11 керосине, керосина в воде и т. п.). При таком расслоении в иоле двух иериендикулярных систем получаются световоды, окр женные оболочками с иным показателем преломлення. Д.тя этого берется жидкая смесь, состоящая из трех веществ, плотности которых удовлетворяют одному из неравенств: (1()2(3;Pl.OL P3Первое и второе вещества оптически п)озрачны, а показатель преломления первого вещества больн1е показателя иреломлеиня второго вещества. Если в жидкость (ОДИО- lUTIl МНОГОКОМПОнеитпую) помещепы топкие эму.чьснн непрозрачных веществ, то вещества расслаиваются так, что между световодами образуются непрозрачные зоны, увеличивающие контрастность (нанример, сплав Вуда в бромбензоло или тетрахлорэтане). Если жидкость, в которой установлена система стоячих волн, доводят до отвердевания, то расслоение сохраняется н в твердом теле, т. е. получается «замороженная световодиая схема. iiaai|)HMep, снлав Вуда расслаивается в тетрахлорэтане иод действием стоячнх УЗ-воли. Полимеризация проводится без выключения У3-по;1я и получается готовое световодное устройство. Области с достаточной копцеытраи11ей сплава Вуда образуют электропроводящие участки световодпой системы. Если жидкость не доводить до отвердеваиня, то при снятии У3-11оля восстанавливается гомо1е1 ная структура (коагуляция предотвращается добавлением слабого электролита или другого аптикоагуляита), и в том же веществе может быть создана пиая схема, определяемая расположением внешних излучателей, их Moni,Hocibio и частотой. Например, это CBOIICTBO может быть применено при построении дефлектора и затвора УЗ-ячейки, в которой создается система дина.мических световодов. Ход лучей 4ej)e3 ячейку peгyv иpyeтcя при этом внешним УЗ-полем, создающим световоды заданной конфигурации (именно в них и ироисходит смещение лучей на необходимые углы пли расстояние). Под действие.м УЗ-волн среда, запо.т1;е111:ая непрозрачными частицами, может стать ирозрачнон в оиределенно.м направлеHH)i, т. е. такая динамическая световодная система может осуществлять фуьгюции затвора. Если в рабочем объеме создана устойчивая система бегун;нх волн такая, что скорость перемещения пучностей г7,:7где л - длпиа волны, а TMUICC - наибольшее время релаксации расслоеиня жидкости, то такое устройство может быть использовано для сканирования изображения. Такое сканирование может быть получено заданным изменением но времени частоты виещннх излучателей. С новьпиением интеисивпостн УЗ-волн в жидкости в узлах стоячих волн скапливаются кавитацнонные пузырькн, которые даже об,)азовывать сверкающие зоны, т. е. создавать оболочки с меньшим показателем нреломления, так как онн занолнены паром. Прн этом изменением поля .можно добиться, чтобы радиус R был меньше /., т. е. чтобы они образовали достаточио гладкую для отражения света пс)ве)хность. Ус.ювне на .давление, как легко видеть. имеет при этом вид: где Ри- статическое давление в жидкости; а - коэффициент поверхностного натяжения. Хорои о исс.тедоваины ми вещества.ми для таких устройств я вляются, наиример, обезгажепные толуол н бен;ю.т при .комнатной температуре. В постоянном э.тектрическом ио.те благодаря иаве.чениой иоляризации наблюдается движение нолярных дисиерсных частип внеполярной жидкости, расслоение эму.тьсин и т. и. э.1ектрокинет11ческ 1е яв.тення тина э,тект 1офореза. В iiejieMCHHOM ЭМ-по.те н,)()11с.ходят ко-лебан 1я диполей (наиример, вода в .масле). Известно, что в резонаторе лазера, работающего и непрерывном режиме, устанавливается система стоячих 1К)ли. Выбор двух 11ерпе)дикулярных друг к другу резонаторов с прямоуго.тьны.ми отражате.чя.ми, в общей об.тастн которых но.мещается кювета с исследуе.мым веИ1,еств()м (прозрачным как д.чя МК-нз.тучения, так. но крайней мере, частично и для видимого излучения), ириводит к созданию динамической ii,4aHHiaii6bi со световодами, нараллель ;ыми обен.м отражающим с стемам резоиато1)ов. Так, нсно.ИхЮванне ,1азе|)ов СОг (/.«;10,6 мк.м) приводит к образовапню планшайбы с днаметро.м световодов около 5 мкм, что б.тнзко к Рэ.чеевскому (волновому) пределу. Световоды бо.тылего диаметра могут быть получены при использованн} излучателей мнлли.метровых н субмиллиметровых воли. Так, нрн помещении в ноле стоячих ЭМ-волн смеси жидкостей с разными дннольными моментами, образующих эмульсию (с эмульгатором или без него), коагуляции дисперсных ча.стиц происходит в пучности или узле стоячей волны в зависимости от иоляриэуемости дисперсной фазы по сравиению с поляризуемостью дисиерсиоиной фазы (масла в воде и керосиие, керосина в воде и т. п.). При таком расслоении в поле двух перпендикулярных си.стем получаются световоды, окруженные оболочками с показателем преломления, отличающимся от показателя сердцевины отдельного световода.
Если в жидкость (одно- или многокомпонентную) помещены тонкие эмульсии непрозрачных веществ с иной поляризуемостью, то вещества расслаиваются так, что между световодами образуются зоны меньшей прозрачности, увеличивающие контрастность (напрнме), мелкие частицы сплава Вуда в бромбепзоле или тетрахлорэтапе). Для этого берется смесь, .состоящая 113 трех веществ, дипольные моменты которых удовлетворяют одному из неравенств:
:/1(:/2(з или 1 Й2 зПервое и второе вещества оптически прозрачны, а показатель преломления первого веще-ства больше показателя преломления второго 5ещества; причем в этой жидкой смеси устанавливаются системы стоячнх электромагнитных волн.
Если жидкость, в которой установлена система стоячих волн, довести до отвердевания, то расслоение сохранится и в твердом теле, т. е. будет получена «за мороженпая светопроводящая схема.
Если жидкость не доводить до отвердевания, то при снятии ЭМ-поля восстанавливается гомогеННая структура (коагуляция предотвращается добавлением слабого электролита или другого антикоагулянта) н в том же веществе может быть создана иная схема, определяемая расноложенпе.м внешних излучателей, их :мощностыо н частотой. Нанри.мер, это свойство может быть применено при ностроеннп дефлектора и затвора ЭМ-ячейкп, в которой создается система дпнамнчески.х световодов. Ход лучей через ячейку регулируется при этом внешним ЭМ-полем, создающи.м световоды заданной конфигурации (именно в них пропсходит смещение лучей на необходимые углы или расстояние). Под действием ЭМ-волн среда, заполненная раствором, в котором имеются непрозрачные частицы, может стать ирозрачиой в определенном направленни, т. е. осущеcliiUTb функции затвора.
Ec.iH в рабочем объеме создана устойчивая система бегущих волн, такая, что скорость перемещен; я иучностен
где /. - длина волны, а тм.п«- - наиоольшее время релаксации расслоения жпдкостн, то такое устройство может быть использовано для сканирования пзображення. Такое сканирование может быть нолучено заданны.м изме неннем но времени частоты внешних излучателей. Все эти изменения могут при введении обратной связи выполняться из-за взаимо.5 действия световых потоков с самой динамической световодной системой.
Таким образом, описанное устройство позволяет расширить класс веществ, используе.мыхдля создания световодных устройств, в ча0 стиостн, включить н этот класс жидкие смеси. Оннсаьное устройство устраняет ряд технологических трудностей, возникающих при изготовлении сложных световодных устройств, наHpiiMej) многоволоко}111ых. так как составной
Г) ха|)актер многоволоконных ycTpoiicTB приводит к различным нарун е11ня.м когерентности нрн сборке, делает н|1актическ 1 невозможным вакуумное уплотнение устройств н, самое главное, нрнводнт к технической неосуществимости
0 волоконных устройств большого диаметра.
Данное хстройство обеснечивает возможность динамического хнравления световодной системой в отличие от жестк 1х систем, которые не позволяют нн менять разрешающую
5 способность ycTpoiicTBa, нн )1зменять (немеханическим нутем) ее параметры и, тем более, ее структуру (статическая система).
П р е д мет и з о б р е т е н и я
1.Оптическое устройство. состояпд.ее из кюветы с жидкой средо и систем возбуждения в этой среде гармоиических ко.чебаний, каждая из которых содержит псточиик энергии,
монохроматор, пзлучате.чь и резонатор, отличающееся тем. что. с це.и.ю 1егулцрооапия формы, количества и положения световедущих каналов в устройстве, жндкая среда составлена из компонентов с несовпадающими
оптически.мн характеристиками, отражающие поверхностн резонаторов системы возбуждения пара,1.1е.1ьны направлению распространения светового потока, а выходы монохроматоров синхронизованы между собой с заданной
иеличинон .апа; дь вя:1ия.
2.Устройство но н. 1. отличающееся тем, что ко.мно 1енты жидкой среды имеют неодинаковые удел1 ные нлотности. а системы возбуждения выполнены в виде генераторов ультразвуковых колебапи1 |.
3.Уст)онство но II. 1, от.тчающеес.ч тем, что, колпюненты жидкой с)еды неодинаковые ве.тичииы диполыи,1х моментов, а системы возбуж, выно.чнепы в виде генераторов
э.текгромагнитиых кол-ебаний.
4.Устройство но пп. 1-3, отличающееся тем, что жидкая )еда доведена до затвердевания.
5.Устройство но нн. 1-4, отличающееся тем, что один из компоиентов жидкой среды
э.лектропрО1юден.
Прноритот ,;iO н. 3 исчислять от 04.03.71.
5|
CIIZ 1
