Пространственно-временной модулятор света Советский патент 1982 года по МПК G02F1/03 

Изобретение относится к технической физике, в частности оптоэлектронике, и может быть использовано в различных системах оптической обработки информации, телевидения, адаптивной оптике, лабораторно-измерительной технике и т.д. Известен пространственно-временной модулятор света на основе фотопроводящего электрооптического кристалла (ПРОМ) 1. Недостаток этого устройства заклю чается в том, что оно является преобразователем типа свет-свет и не позволяют формировать оптическое изо бражение из телевизионного видеосигнала . Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является пространственно-временной модулятор света, содержащий вакуумированную камеру, вну три которой помещены электронная nyiu ка, коллекторная сетка и мишень из электрооптического кристалла с нанесеиньоми на ее поверхности зеркалом и электродом 2. Недостатками известного модулятора являются большая потребляемая эне ргия, обусловленная большим зарядным током электронной пушки, низкое разрешение, не удовлетворяющее требованиям телевизионного стандарта. Цель изобретения - увеличение разрешения пространственно-временного модулятора света, улучшение его частотно-контрастной характеристики, уменьшение потребляемой мощности, т.е. уменьшение зарядного тока электронного луча. Указанная цель достигается благодаря тому, что в пространственно-временном модуляторе света, содержащем вакуумированную камеру, внутри которой помещены электронная пушка, коллекторная сетка и мишень из электрооптического кристалла с нанесенными,, на ее поверхности зеркалом и электродом, мишень снабжена дополнительным слоем диэлектрика, расположенным между электродом и электрооптическим кристаллом. На фиг.1 представлена принципиальная схема модулятора с коллинеарной геометрией/ на фиг.2 - то же, с неколлинеарной геометрией- на фиг.З частотно-контрастные характеристики модулятора; на фиг.4 - зависимость ширины полосы пространственных частот от толщины диэлектрического слоя. Пространственно-времен ной модулятор света (ПВМС) содержи вакуумИрованную камеру 1, ннугри которой поме щена электронная пушка 2, коллекторная сетка 3 и мишень 4, Мишень выполнена четырехслойной и зклгочает :э себя пластину 5 из электроопти еского кристалла, слой 6 диэлектрика ,зеркало 7 и электрод 8., Электронная пушка создает; электронный луч 9. эма 10 служит для разделения падающего светового пучка 11 и несущего изображение светового пучка 12. В качестве электрооптического кристалла обычно используют дейтери-рованный дигидрофосфат калия (ДКДР, и./1еющий сравнительно высокук; точку Кюри (Т,( -51° С). Дополнительный ди электрический слой 6 может быть выполнен из caMtJX различных диэлектрических материалов. Единетсвенное тре бование, которому этот материал должен удовлетворять, - это высокая эле трическая прочность: пробивная напряжвгшость электрического поля и в диэлектрике должна быть -10 В/см.. Существуют дщэлектрики , выдержи.ваю-щие без пробоя поля подобной величины,, например, парилен имеет напряженность электрического пробоя, равную 510 В/см. Работа ПЗМС основана на электр.ооптическом эффекте, заключающемся в изменении показателей преломпеггия кристалла под действием электрического поля. При сканировании электро ного луча 9, создаваемого электронной пушкой 2, по поверхности л-шшени 4 на ней создается электрический заряд. На поверхности электрооптического кристалла, обращенной к электронной пушке, формируетс.я потенциальный рельеф, вызывающий модуляцию показателей преломления кристалла. Сколлимированный световой пучок 11 благодаря зеркалу 7 дважлз проходит через электрооптический кристалл. Пр этом пучок пространственно модулируется в соответствии с распределением электрического заряда по поверхности мишени. Призма 10 служит для пространственного раз.целения падающе го 11 и выходящего из модулятора несущего изображение светового пучка 12. Важнейшей характеристикой ПВМС яв ляется частотно-контрастная характеристика (ЧКХ) - К(Р) , Расчет мо.цу лятора с дополнительным диэлектрическим слоем дает следующее внражение для К(Р) /D.J -IL cVi pm«-D shp /YD-j -DatVipni rD shp KCP) /1---- -г7---; Кээффиииер1ты i).y,la,, D и ОрОпреде/iHiOTCH v:3 с/юдуюших выражений: V. :. - -ffP -.,).,V,)p)-(br-fa)tb()p d о-- -- i (.s-v .::a) (d + )p- (e.)cb(d )p ; 15 rP -1)i;gi-:-,)(f ,i:cb{d e + VTi)p-+ l i tjCfi- i)s, W-e-n. Iti-6i)(cytfe)5}i (d-e-v Op, D,,-p | -sbpd5bp(e+ni);Ii p S ipdsVip(P + vvi), где К - контраст; p - пространственна.я частота; 5г) электрическая постоянная ; с ,. Р . f-i - диэлектрические прониV- .., цаемости с.оответственно вакуумного промежутка коллекторная сетка - зеркало, электрооптического кристалj.ia и диэлектричес сого слоя; Л, ,i, , - толщины вакуумного промежутка, кристалла, и диэлектрического слоя. На фиг .З приведено семейство ЧКХ, рассчитан.ных по формуле (1; для мишени с кристаллом ДКДР, имеющей следующие параметры:т 0,25 мм; d 0,05 №vi; f 1; .;, 2. Кривая 1 соответствует диэлектрическому слою толщиной - 0, 1 мм, кривая 2 слою толщиной 0,2 . Для сравнения здесь приведе:-га также ЧКХ для модулятора без диэлектрического слоя (кривая 3). Добавле1-ше диэлектрического слоя существенно улучшает ЧКХ моду;И;тора, Полоса пересдаваемых пространственных частот при этом значительно расширяется Гв несколько раз в зависимости от исполг:зуемых в моду.пяторе материалов). Физическая причина улучшения ЧКХ заключается в том, что дополнительный диэлектрический слой оказывает разное в.лияние на передачу различных пространственных частот р., Э.пектрическое поле, созданное проCTpaHCTBGHHtJM распределением заряда на поверхности мишеяи, убывает вглубь электрооптического кристалла по координате Z по закону (:-xp(-2TpZj. Поэтому чем ниже пространственная частота ), тем большая часть электрического по.пя сосредотачивается в диэлектрическом слое. Таким образом, благодаря диэлектрическому слою осуществляется как бы коррекция в области высоких пространственных частот, приводящая : расширению полосы пропускания модулятор.з. Следует, однако, подчеркнуть, что введение диэлектрического с:лоя не т:эебует увеличения зарядно)о тока 1 лектронной пушки, так как дополните.пьный слой уменьшает емкость мишени,, вследствие чего напряжение на ней пропорционально возрастает. Наоборот, при заданном разрешении модулятора имеется возможность уменьшить зарядный ток, если при этом увеличит толщину электрооптического кристалла т.

Зависимость ширины полосы пространственных частот др от толщины диэлектрического слоя 1 имеет сложный характер (фиг.4). С увеличением 1 полоса р монотонно растет. Однако при этом также возрастает и электрическое напряжение, падающее на слое диэлектрика (при фиксированном токе электронной пушки), что необходимо учитывать при выборе толщины диэлектрика. На основе приведенного на фиг.4 графика можно сделать вывод, что существует область оптимальных значений (для мишени из ДКДР 2- 0,1-0,3 мм) .

Таким образом, введение дополнительного диэлектрического слоя в мишень ПВМС позволяет существенно расширить полосу воспроизводимых пространственных частот и, следовательно, повысить разрешение модулятора. А так как все характеристики модулятора взаимосвязаны, можно уменьшить зарядный ток электронной пушки. Еще одно важное преимущество изобретения заключается в том, что оно позволяет для достижения высокого разрешения

обходиться более толстыми электрооптическими кристсшлами.

Формула изобретения

Пространственно-временной модулятор света, содержащий вакуумированную камеру, внутри которой помещены электронная пушка, коллекторная сетка и мишень из электрооптического кристалла с нанесенными на ее поверхности зеркалом и электродом, отличающийся тем, что, с целью увеличения разрешения модулятора, улучшения его частотно-контрастной характеристики, уменьшения потребляемой энергии, ллишень снабжена дополнительным слоем диэлектрика расположенным между электродом и электрооптическим кристаллом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Мари Ж. и др. Сб. достижения в технике передачи и воспроизведения изображений. М., Мир, 1978, т.1, с.255.

2.Малышев В.Г. и др. Применение пространственно-ври 1енных модуляторов света на основе электрооптических кристаллов в телевидении. - Техника кино и телевидения, 1978, № 7 с.53.

//

12

Ю

(fin}

P/fK 8,0 6,0.

«,,00,02 0,08 0,1

0,18 ff,22

0,1tf

е.пм Фиг.if