утворюється домен з протилежним вектором намагнічування і в поляризованому світлі ділянка має інший коефіцієнт пропускання. Локальне магнітне поле, яке викликає зміну оптичних властивостей фериту, можна створити за допомогою петлі струму (рис. 8.2). Зчитування інформації базується на ефекті Фарадея (обертання площини поляризації світла в магнітному полі) та магнітооптичному ефекті Керра. ЧасперемиканнямагнітооптичнихЕКТзнаходитьсявмежах10-8 с.

8.3. Принципи роботи оптично-керованих транспарантів

Оптично-керовані транспарнти (ОКТ) являють собою тонку пластину з електрооптичного матеріалу та нанесеним на нього фотопровідним шаром з напівпровідника. З обох сторін така пластинка має два прозорих електроди (рис. 8.3).

Рис. 8.3 – Структура ОКТ, який працює на просвічування

Тут 1 – прозорі електроди, 2 – фотопровідний шар, 3 – електрооптична пластинка, 4 – напівпрозора пластинка, П – поляризатор, А – аналізатор. На таку структуру спрямовують паралельний пучок світла Ф0, для якого фотопровідний шар не чутливий і прозорий. Між ОКТ і аналізатором А встановлюють напівпрозоре дзеркало 4, за допомогою якого на фотопровідний шар (через електрооптичне середовище) проектують світловий керуючий потік Фк. Електромагнітні хвилі потоку Фк мають таку частоту, яка відповідає чутливості фотопровідного шару. Якщо потоку Фк немає, то електричний опір фотопровідного шару великий, і практично весь спад напруги припадає на нього. Під дією Фк опір фотопровідного шару зменшується і на-

88

Рис. 8.4 – Структура ОКТ, що працює на відбиванні світла

У цьому варіанті фотопровідний та електрооптичний шари розділені дзеркалом 5. Зчитуюче світло Ф0, проходячи через поляризатор П, та відбившись від напівпрозорого дзеркала 4, спрямовується на ОКТ, де відбивається від дзеркала 5, двічі проходячи електрооптичний шар. Керуюче світло Фк подається з протилежного боку дзеркала. Такий варіант має перевагу. Оскільки вихід та вхід цього пристрою оптично ізольовані, то є свобода в виборі спектрального складу потоку Ф0, також за рахунок подвійного проходження потоку Ф0 електрооптичного шару, його модуляція збільшується також вдвічі.

Значна кількість задач, які можна розв’язати за допомогою ОКТ, привели до пошуку різних конструкцій та оптимізації різних параметрів у кожному конкретному випадку, до пошуку нових матеріалів для фоточутливих та електрооптичних шарів, до нових механізмів для модуляції світла та інше.

В оптичному транспаранті типу Fototitus як фотопровідник використовується аморфний селен, а модулюючим шаром є кристал КДР або ДКДР. Транспарант розміщують у вакуумній камері та знижують його температуру до – 50 °С (при цьому використовують термоелектричний холодильник на напівпровідниках). Охолодження зменшує робочі напруги до 100...200 В, а час зберігання інформації збільшує до 1 год (порівняно з 0,2 с при кімнатних температурах). Запис інформації здійснюють в ультрафіолетовій або в синій області спектра, зчитування – у червоній, стирання проводять за допомогою імпульсної ксенонової лампи. Тривалість запису та стирання невелика і становить 10–4 с, а роздільна здатність 20 ліній/мм. Однак широкому застосуванню таких ОКТ заважає потреба вакуумування та охолодження камери.

90

Перспективним є використання в ОКТ PLZT-кераміки. Структуру на пропускання (рис. 8.3) приклеюють до оргскла, яке трішки вигинають. У результаті вигинання в кераміці створюється напруга, унаслідок якої домени, орієнтація яких в початковому стані була хаотичною, орієнтуються вздовж напрямку механічної напруги парами, паралельно та непаралельно, так що загальний вектор поляризації дорівнює нулю. До прозорих електродів прикладають електричну напругу такої величини, що домени ще не переорієнтовуються уздовж поля, але вже її значення близьке до такої напруги. Коли структуру освітити, опір фотопровідника знижується, частина спаду напруги приходиться на кераміку і домени орієнтуються вздовж поля. Таким чином при проектуванні зображення на транспарант у світлих місцях зникає подвійне променезаломлення і світло проходить через схрещені поляризатор та аналізатор.

Окрім подвійного променезаломлення в ОКТ на основі крупнозернистої PLZT-кераміки використовують ефект розсіювання. У цьому випадку механічні напруги в пластині не створюються. Під дією зовнішнього електричного поля та рівномірного освітлення пластина поляризується. Потім поле змінюють на протилежне, але такої величини, щоб переполяризація ще не здійснювалась. Тепер, якщо на ОКТ направити потік Фк, то в освітлених місцях домени переорієнтуються, що призводить до локального розсіювання світла Ф0. Для стирання записаної інформації транспарант рівномірно засвітлюють при вимкненому полі, при якому проходить поляризація, всі домени орієнтуються паралельно полю і пластинка стає прозорою.

В ОКТ на основі дрібнозернистої PLZT-кераміки також можна використовувати зворотний п’єзоелектричний ефект – зміну геометричних розмірів тіла під дією зовнішнього електричного поля. У транспаранті такого типу один із електродів являє собою дзеркальновідбиваючий шар 4 (рис. 8.5).

напруги змінюють, а поле зменшують так, щоб переполяризація не проходила в темноті. Якщо на такий ОКТ спрямувати зображення Фк, то опір в освітлених місцях фотопровідного шару зменшується і в освітлених місцях кераміки 3, відбувається переполяризація доменів. Унаслідок оберненого п’єзоелектричного ефекту виникає геометричний рельєф на всіх елементах, в тому числі і на дзеркальновідбиваючій пластині 4. Глибина його сягає десятих часток мікрометра, що достатньо для зчитування цієї інформації потоком Ф0. Описані ПЧМС з використанням кераміки називають ферпік (Ferpik – Ferroelectric Picture), на основі керованого розсіювання – керампік (Cerampic – Ceramic Picture), на основі геометричного рельєфу – фе-

рікон (Fericon – Ferroelectric Ieonoscope).

ОКТ можна побудувати і на матеріалі, який однозначно є фоточутливим та має електричні властивості. Так звані пристрої ПРОМ (PROM – Pockels Readont Optical Modulator) побудовані на-

ступним чином. На пластинку силікату вісмута Bi12SiO20 (можна використовувати і B12B GeO20, ZnS, ZnSe, CdS, CdSe, ZnO та інші матеріали, які можуть довго зберігати стан поляризації) товщиною в межах 100 мкм, з двох боків наносять тонкі діелектричні шари товщиною 3 мкм, зверху на них – прозорі електроди. Спеціальний фотопровідний шар у пристрої ПРОМ відсутній. У ньому використовується фотопровідність електрооптичного матеріалу – силікату вісмуту. Структуру вмикають до джерела постійної напруги (U = 1000...2000 В) і освітлюють світлом імпульсної ксенонової лампи. У силікаті вісмуту виникають фотоелектрони, переміщуються до границі із діелектриком, локалізуються там на глибоких енергетичних центрах та поляризують пластину (струм через структуру не проходить). Переміщення електронів продовжується доти, поки поляризований заряд не компенсує зовнішнє поле. При закорочених електродах у кристалі за рахунок поляризації виникає електричне поле, за напрямком протилежне зовнішньому.

Якщо ПРОМ-структуру освітити пучком Фк з довжиною хвилі 0,4...0,5мкм (синьо-блакитна область видимого спектра), то в світлих місцях поляризаційне поле зникає, а в неосвітлених місцях залишиться незмінним. Зчитування зображення проводиться лінійно поляризованим червоним світлом (довжина хвилі червоного гелійнеонового лазера – 0,63 мкм), яке не викликає змін у кристалі. Таким чином світло Ф0 буде модульоване за фазою. Фазова модуляція переводиться в амплітудну за допомогою схрещених поляризатора та аналізатора. Стирання інформації проводять за допомогою рівномір-

92

ного засвічування в синьо-блакитній області спектра при U = 0. Пам’ять в структурах ПРОМ зберігається 1–2 години.

Цікавими є транспаранти на рідких кристалах з оптичним керуванням. В ОКТ на РК можуть використовуватись не тільки електрооптичні ефекти, але і термооптичний спосіб запису інформації, який заснований на зміні властивостей РК при його фазовому переході під дією нагріву. В ОКТ такого типу, тонку плівку РК розміщують між електродами з індію та олова, непрозорими в інфрачервоній області спектра. Якщо на тонку структуру спрямувати лазерний промінь Фк, енергія випромінювання поглинається в електродному шарі і викликає локальний нагрів РК. Якщо структуру швидко охолодити, то це призведе до “заморожування” структури РК, в яких проходить інтенсивне розсіювання світла. Запис можна стерти нагрівом з наступним охолодженням структури в електричному полі.

ОКТ також можуть бути побудовані на матеріалах, в яких при певних температурах проходить перехід із металевого стану в напівпровідниковий. Такими пороговими властивостями характеризуються, наприклад, окисли ванадію. Найбільш придатним серед них є діоксид ванадію VO2 з температурою фазового переходу біля 70 °С. Виготовлення транспаранта зводиться до нанесення шару діоксиду ванадію товщиною 0,1...0,2 мкм на підкладку із скла, кварцу, ситалу або інших матеріалів. На шар VO2 спрямовують скануючий лазерний промінь або проектують зображення такої інтенсивності, що в освітлених місцях у результаті поглинання світла шар оксиду ванадію нагрівається і переходить із напівпровідникового стану в металевий. Для зчитування інформації можна використати зміну або коефіцієнта поглинання, або показника заломлення. Скорочена назва таких транспарантів – фтірос (фазово-трансформаційний реверсивний розсіювач світла).

Рис. 8.6 – Структура матричного ОКТ:

1 – електроди з вікнами, 2 – фоточутливий шар, 3 – електрооптичний матеріал, 4 – поглинаючий резистивний шар, 5 – мозаїчне дзеркало

Існують ОКТ теплової дії і на інших матеріалах, зокрема з використанням пластичних мас, здатних розм’ягшуватися при нагріванні та зберігати форму після охолодження. На скляну пластину з провідним прозорим шаром діоксиду олова або металу наносять шар фотопровідника (як правило, полівінілкарбазол), а поверх нього – шар термопластика. Його поверхню заряджають за допомогою коронарного розряду, в результаті цього між поверхнею термопластика та провідним шаром виникає різниця потенціалів. При проекції на структуру оптичного зображення опір фотопровідника в освітлених місцях зменшується і електричне поле в різних місцях виявляється різним. Якщо через електрод із діоксиду олова пропустити імпульс струму, то шар термопластика нагрівається до розм’якшення і в місцях більшого електричного поля проходить більше скорочення термопластичної плівки, що надовго зафіксується після охолодження структури. У результаті утворюється поверхневий рельєф, а зчитуюче світло Ф0 буде модульованим за фазою. Стирання зображення проводять шляхом нагріву в темноті.

Для обробки цифрової інформації у вигляді двійкових зображень використовують матричні ОКТ, які складаються із рівномірно розмішених комірок “фотоприймач – електрооптичний матеріал” (рис. 8.6). Такий пристрій забезпечує незалежну роботу окремих комірок “фотоприймач – електромагнітний матеріал”.

94