SU488177A1 - Переключаемый светофильтр - Google Patents

Description

пленку нематического жидкого кристалла 1, заключенную между двум  стеклами 2 и 3 с прозрачным провод щим покрытием 4 и 5, например, из двуокиси олова, и двух непрозрачных масок: входной 6 и выходной 7. Толщина пленки нематического жидкого кристалла задаетс  прокладкой 8 из диэлектрика, например из фторопласта толщиной 5 - 50 мкм. Прозрачное покрытие 5 на стекле 2 сплошное и используетс  как общий электрод, а на стекле 3 частично вытравлено так, что получаютс  две гребенки 9 и 10 (фиг. 2) с взаимно проникающими зубцами. Период зубцов каждой из гребенок 2 d, отношение ширины зубца и зазора не имеет принципиального значени  и может быть прин то равным единице.

Входна  маска 6 имеет параллельные зубцам гребенок щели 11, пропускающие падающий белый свет в виде отдельных лучей 12, которые после прохождени  через пленку жидкого кристалла могут занимать относительно луча 12 положени  13, 14 или 15 в зависимости от управл ющего напр жени  (фиг. 3). Выходна  маска 7 имеет щели 16, щирина которых и положение определенным образом, описанным ниже, согласованы со щел ми в маске 6. Термостатирующее устройство, обеспечивающее поддержание температуры пленки жидкого кристалла в пределах области существовани  жидкокристаллической фазы, не приводитс .

Устройство работает следующим образом.

В исходном состо нии (без подачи управл ющих напр жений) пленка жидкого кристалла прозрачна и лучи 12 белого света, проход  через пленку жидкого кристалла, распростран ютс  по пр мой и, попада  в положение 13 (фиг. 3), поглощаютс  выходной маской 7. На выход светофильтра через щели 16 поступает незначительна  дол  света, обусловленна  рассе нием в пленке, отражени ми от поверхностей стекол и частичной дифракцией на щел х маски 6.

Известно, что в нематических жидких кристаллах с отрицательной анизотронией диэлектрической посто нной при подаче электрического напр жени  по величине больше порогового значени  везникает электрооптический эффект - «динамическое рассе ние, в результате чего пленка жидкого кристалла становитс  молочно-белой и практически непрозрачной . В нематических жидких кристаллах с положительной анизотропией диэлектрической посто нной, под действием напр жени  возникает электрооптический эффект - «индуцированна  ориентаци , в результате чего молекулы жидкого кристалла, ориентированные в исходном состо нии, например, хаотически , выстраиваютс  длинными ос ми вдоль силовых линий приложенного пол , так что участки, наход щиес  под напр жением, отличаютс  по показателю преломлени  от невозбужденных участков.

При подаче управл ющего напр жени  на сплошной общий электрод (покрытие 5) и одну из гребенок 9 или 10 возникает поле с периодической структурой, и повтор ет его. структуру система непрозрачных и прозрачных полос, если использован жидкий кристалл с отрицательной анизотропией, либо система полос с разными показател ми преломлени , если использован жидкий кристалл с положительной анизотропией. В первом случае система полос действует как амплитудна , во втором - как фазова  дифракционна  рещетка с периодом 2 d, разлага  белый свет в дифракционный спектр, причем угловое положение максимумов определ етс  по формуле

s.n..|,

где ф - угол, под которым наблюдаетс  максимум интенсивности света; л - длина волны наблюдаемого света; 2 d - период решетки;

гп - пор док спектра (принимает целые значени  1, 2, 3...).

Луч 12 белого света разложитс  на дифракционные спектры нескольких пор дков, спектры ±1 пор дка придутс  на участки 14, где

под углом ф1 распростран етс  свет с длиной волны, например, 0,35 мкм (фиолетовый), а под углом ф2 -0,7 мкм (красный). Под углом ф2 в маске 7 расположены щели 16, которые пропускают свет на выход светофильтра . При подаче напр жени  на одну из гребенок и общий электрод - это будет красный участок спектра. При подаче напр жени  на общий электрод (покрытие 5) и обе гребенки 9 и 10 возникает дифракционна  рещетка с вдвое меньщим периодом (d). Это приводит к тому, что спектры ± 1 пор дка придутс  на участки 15, а под углом фг будет распростран тьс  свет с длиной волны вдвое меньшей, т. е. 0,35 мкм, так что на выход светофильтра проходить фиолетова  часть спектра. Таким образом, переключаемый светофильтр имеет три резко различимых состо ни : в отсутствие управл ющего напр жени  не пропускает света; при подаче напр жени  на общий электрод и одну из гребенок пропускает свет длины волны 2Л, при подаче напр жени  на общий электрод и обе гребенки пропускает свет длины волны л. При заданиом периоде 2d спектральный

состав проход щего света определ етс  только положением и шириной щелей выходной маски 7, котора  устанавливаетс  при сборке светофильтра, поэтому в процессе экспуатации изменени  температуры и показател 

преломленн  пленки жидкого кристалла, абсолютна  величина и неравномерность толщины пленки, изменени  свойств жидкого кристалла по мере старени  не вли ют на спектральный состав. В зависимости от толщины

пленки жидкого кристалла, управл ющего напр жени  и выбранного соотношени  ширины зубца и зазора гребенок при заданном периоде 2 d за счет краевых эффектов может измен тьс  соотношение ширины прозрачных и

непрозрачных участков дифракционных реше