книги из ГПНТБ / Гущо Ю.П. Фазовая рельефография

Голограмму о указанном эксперименте [Л. 22] восстанавливали с помощью гелпп-неонового лазера. Главная трудность при вос­ произведении связана с большой величиной отношения частот ультразвуковой и воспроизводящей волн, что приводит к уменьше­ нию изображения. Нужный размер изображения получают с по­ мощью оптического увеличения.

Магнитопластическая запись описана в [Л. 20, 26]. Ленточный носитель записи состоит из основы и термопластического слоя, кото­ рый содержит ферромагнитный порошок с частицами игольчатой формы длиной 2—4 мкм н диаметром 1 мкм. При записи магнитной головкой в предварительно нагретом носителе наводится модулиро­ ванное магнитное поле. Под его воздействием магнитные частицы изменяют свою ориентацию н деформируют поверхность носителя в соответствии с сигналом, подаваемым на магнитную головку. После остывания рабочего .слоя запись можно воспроизвести оптиче­ ским способом пли считать магнитной головкой. Возможно парал­ лельное считывание информации. Стирают запись стирающей магнит­ ной головкой с последующим нагреванием деформируемого слоя или всего носителя записи выше точки Кюри. В обоих случаях поверх­ ность носителя выравнивается под действием поверхностного иатяжеяия и упругих сил слоя. После этого носитель можно использовать повторно.

Магнитопластическая запись может оказаться перспективной для некоторых видов обработки информации благодаря сочетанию пре­ имуществ магнитной и рельефной записи. Работы в этом направле­ нии только недавно получили некоторое развитие.

Практическому применению этого метода препятствуют непро­ зрачность и плохая отражательная способность носителя записи, а также сравнительно низкая разрешающая способность, которая не превышает 4—5 линий/мм. Последний параметр ограничен, по-види­ мому, размером магнитных частиц, содержащихся в деформируемом слое, н геометрическими размерами рабочей части магнитной го­ ловки.

В заключение этой главы в табл. 1-1 приведена схема классификации рассмотренных методов рельефной запи­ си, где показаны виды деформируемого слоя, физиче­ ская природа скрытого изображения и природа дефор­ мирующих сил. Как следует из таблицы, эти силы могут иметь различную физическую природу. Однако наиболее часто применяются силы электрического поля.

Г л а в а в т о р а я

РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДЕФОРМИРУЮЩИХ СИЛ

2-1. Постановка задач

С точки зрения анализа и расчета электрических сил все методы записи можно разделить на две группы.

К первой группе относятся методы, при которых входной сигнал преобразуют в то или иное распределе-

40

йие заряда в деформируемом слое. Это, в частности, методы записи электронным лучом, потоком ионов от коронатора, методы контактной фотопластической запи­ си и некоторые другие. Все эти методы требуют расчета плотности поверхностных и объемных сил, действующих на слой, если в этом слое задано распределение плот­ ности электрического заряда.

Во вторую группу входят методы записи, при кото­ рых деформируемый слой помещают в электрическое поле, управляемое входным сигналом. Наиболее пока­ зательным примером может служить запись в светочув­ ствительном конденсаторе. Рельеф на деформируемом слое образуется благодаря различию электрических свойств этого слоя и сопряженной с ним среды. Чтобы определить деформирующие силы, необходимо рассчи­ тать напряженность электрического поля при заданном распределении потенциала на наружных границах мно­ гослойной системы.

Расчет сил в обеих группах затруднен из-за необхо­

Эта глава посвящена расчету электрических сил и определению скорости изменения их во времени для указанных выше двух задач.

Независимо от типа задачи плотность электростати­

При объемном распределении заряда объемная плот­ ность сил [Л. 47]

где Ei, Ё2^- напряженность поля в слоях 1 и 2 соответ­

три деформируемого слоя основывается на интегрирова­ нии уравнения Пуассона

при z = d.

После определения потенциалов q>(x, у, z) выраже­ ния для составляющих напряженности поля в любой точке слоя 1 и 2 могут быть найдены по формулам:

Ех = —д(р/дх; Еу= —д(р/ду, Ez=.—d(pldz. (2-6)

Компоненты напряженности электрического поля, входящие в уравнение (2-1), для второй группы методов

42

записи могут быть определены в соответствии с расчет­ ной схемой рис. 2-2.

Расчет потенциального поля по этой схеме основы­

при z=Zi — d.

Распределение потенциала на верхней границе (2 = 2:2) задается либо распределением заряда на диэлектриче­ ском слое, либо распределением электродов, либо, нако­ нец, сочетанием распределения электродов и фотопроводникового слоя.

Как следует из изложенного, расчет электрических сил в рельефографии для обоих типов задач разбива­ ется на два этапа: сначала определяют электрическое поле на свободной границе деформируемого слоя, затем, пользуясь полученными данными, распределение плот­ ности электрических сил и их изменения во времени.

Первый этап первой задачи для систем фазовой

важный для рельефной записи второй этап для обоих типов задач является специальным разделом рельефо­ графии. Эти вопросы только недавно получили некото­ рое развитие в работах |[Л. 50—52]. Их изучение про­

43

Для периодического распределения заряда, пред­ ставленного рядом Фурье

где р= 2.пД; X — пространственный период основной ча­ стоты, ее решение найдено методом неопределенных коэффициентов.

получено методом неопределенных коэффициентов. Ниже решения этих задач применены для расчета

электростатических сил и их изменений во времени.

2-2. Расчет электростатических сил при поверхностном

периодическом распределении заряда

Нанесение скрытого изображения в виде периоди­ ческого распределения заряда в поверхностном слое носителя наиболее часто применяют в рельефографии. В общем виде закон периодического распределения за­ ряда можно представить формулой (2-10). В этом параграфе расчет сил будет выполнен для случая

44

где

2(ег/е,) th2 |Sd — th2 0d — 1 2 1(«,/*i) th pd + l]2

— нормированные амплитуды периодической нормаль­ ной плотности сил рп нулевой, основной и удвоенной частот соответственно;

р2 th pd

—нормированные амплитуды периодической касатель­ ной плотности сил pt основной и удвоенной частот соот­ ветственно;

М= о1/ао

—коэффициент модуляции.

Как видно из формул (2-13) и (2-14), при переходе от распределения плотности заряда к плотности дефор­ мирующих сил появляются нелинейные искажения в ви­ де составляющей деформирующих сил удвоенной ча­

трех безразмерных параметров: нормированной часто­

где k= (ei—e2)/(si + e2).

Коэффициент отражения k более удобен при анализе,

45

Графики частотных зависимостей Fin\ Fu; F2n и F2t

для ряда значений k и М=1 приведены на рис. 2-3 и 2-4. С ростом pd для всех значений к величина Fin умень­ шается, a Fu растет. Начиная с pd=0,75jt, как Fln,

так и Fu оказываются равными друг другу и практи­ чески не зависят от изменения fW. Независимость Fm и FZn от pd> 0,75л физически объясняется тем, что при большей толщине слоя d по сравнению с периодом % (пли при малом X по отношению к d.) поле отраженного

заряда становится пренебре­ жимо малым по сравнению

сполем собственного заряда. Для всех фиксированных

значений рd с увеличением ко­ эффициента отражения к вели­

при 0<Л4<1 F\n и Fu всегда больше F2n и Fu. С умень­ шением М их отношение увеличивается, так как Fin и Fu обратно пропорциональны М, a F2n и F2t от М не за­ висят.

45

Ё общем случае отношение сигнала к помехе для нормальных сил

а отношение сигнала к помехе для касательных сил

Из этих формул следует, что уменьшение глубины модуляции вносимого заряда приводит к подавлению нелинейных частотных искажений. Анализ семейства графиков Ап в функции |3d, построенных на рис. 2-5, в частности, показывает, что с помощью уменьшения k можно практически полностью исключить частотные искажения. Например, при Д,г = Д(= 5 необходимо иметь М= 0,4.

При подавлении сигнала помехи формулы (2-13) и (2-14) приобретают вид:

мость плотностей рп и pt от а имеет линейный харак­ тер. Вместе с тем, как видно из (2-15) и (2-16), с по­ мощью изменения Оо можно не только подавить частот­

47

Наличие деформирующих сил при больших рФ ука­ зывает на практическую возможность создания носи­ телей без металлического слоя.

Полученные в этом параграфе формулы для расчета рп и pi можно применить и в том случае, когда слой заряда распределен не на поверхности, а в толще де­ формируемого слоя. При этом в формулах следует поло­ жить ei = S2, а за величину d принять расстояние от уровня залегания заряда до металлической подложки. Этот расчет будет, однако, приближенным, поскольку при допущении равенства ei и е2 мы пренебрегаем скач­ ком диэлектрической проницаемости ei—Е2 па границе деформируемого слоя.

2-3. Расчет электростатических сил одиночной заряженной полосы

Распределение заряда в виде одиночной заряженной полосы встречается в рельефографпи реже, чем перио­ дическое распределение.

Рассчитаем плотность сил в равномерно заряженной полосе шириной т с плотностью заряда

Такое распределение заряда по сечению полосы реально осуществить нельзя. Поэтому его следует рас­ сматривать как определенную идеализацию заряженной полосы, обычно имеющую более сложный закон распре­ деления заряда. Однако это допущение окупается про­ стотой полученных формул, наглядно представляющих влияние различных физических н геометрических пара­ метров на распределение плотности электрических сил по сечению полосы.

бражений |[Л. 48, 51].

В приложении 1 помещено решение этой задачи, найденное вторым методом. Для распределения заряда по закону (2-19) составляющие напряженности поля, входящие в выражения (2-Г), представлены с помощью формул (П1-12) — (П1-14).

48

Подставив (2-19), (П1-12)— (П1-14) в (2-1/), по­

Коэффициенты а и b в общем случае определяются по формулам (П1-15) и (П1-16), а при |/г|<с;0,3 по фор­ мулам (П1-17) и (П1-18).

С точностью до постоянного множителя a2o/2soei вместо рп и pi можно исследовать поведение безразмер­ ных функций Fn и Ft.

Представляют интерес три частных случая, вытекаю­ щих из (2-20).

Формулы для третьего случая применимы также, если т и d соизмеримы, в носителе записи отсутствует проводящий слой, а диэлектрические проницаемости основы и деформируемого слоя одинаковы.

В первых двух случаях силы Рп всегда направлены внутрь деформируемого слоя.

Направление действия Рп при d ^ m зависит как от знака к, так и от положения рассматриваемой точки приложения Рп на оси х.