Пространственно-временной модулятор света

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ли 94961 7(22) Заявлено 04, 12. 80 (2 ) 3213166/18-25с присоединением заявки Нов(23) Приоритет -Опубликовано 070882, Бюллетень М 29 Кп 3 С 02 Е 1/03 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(088. 8) Дата опубликования описания 070882(72) Авторы изобретения В,И.Балакший А.И,Нагаев, В.Н,Парыгин и Л,В,Щекотуров Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революциии ордена Трудового Красного Знамени государственныйуниверситет им. М,В.Ломоносова(71) Заявитель 54) ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ МОДУЛЯТОРСВЕТА 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 1 1.Недостаток этого устройства заключается в том, что оно является преобразователем типа свет-свет и не позволяют формировать оптическое изображение из телевизионного видеосигнала.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является 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 иэлектродом 2 .Недостатками известного модулято-ра являются большая потребляемая энергия, обусловленная большим зарядным током электронной пушки, низкое разрешение, не удовлетворяющее требованиям телевизионного стандарта.5Цель изобретения - увеличение разрешения пространственно-временногомодулятора 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, содержащемвакуумированную камеру, внутри которой помещены электронная пушка, коллекторная сетка и мишень из электро"оптического кристалла с нанесенными,на ее поверхности зеркалом и электродом, мишень снабжена дополнительным слоем диэлектрика, расположенныммежду электродом и электрооптическимкристаллом.На фиг.1 представлена принципиальная схема модулятора с коллинеарной 25 геометрией; на фиг.2 - то же, с неколлинеарной геометрией на фиг.Зчастотно-контрастные характеристикимодулятора; на фиг.4 - зависимостьширины полосы пространственных час тот от толщины диэлектрического слоя.Пространствендо-ВрГИиной тодр света (ПБМС) содержи Вадуумиро Ваннэ к ацлеру 1, вч три Стопой по;,.,е . щенэлектронная пушка 2,. Коллекто;а - ная сетка 3 и мишень , Иишен. выполнена четырехслойной и включает э себя пласткну 5 из электроопти еского кристалла, слой с диэлектрика зеркало 7 и электрод 8 Электронная пушка создает электронный луч 9, Призма 10 служит для разделения падаю- О щего светового пучка 11 и несущего изображение светоього пучка 12.Б качестве электрооптического кристалла обычно используют дейтери-. рованный дигкдроФОСФа 1 калия ,ДКДР 1,. )5 имеющий сравнительно Вьсокую точку Кюри (Т = -51" С). Дополнительный диэлектрический слой б может быть Вы" полнен из самых различных диэлектрических материалов. Единетсвеццое тре- -бование, которому этот материал должен удовлетворять, - это высокая элек. трическая прочность: пробивная на-. пряженность электрического ГОля и в диэлектрике должна быть ,10 Б,/см Существуют диэлектрики, выдержиэаю - щие без пробоя ноля подобной величины дапример, парилец имеет напря - женность электрического пробоя, равную 5 10 Б,см.3 пРабота ПЗМС основана а электро-. оптическом эрдректе, заключающемся в изменении показателей прело лени я КРКСтаЛ;да пОД ДЕЙСТВИЕМ ЭЛЕКТРИЧЕ"- кого поля, При сканировании элсктроцного луча 9, создаваемого электрон - нОЙ пушкОЙ 2, Го пОВерхнОсти мишени 4 на ней создается электрический заряд. На поверхности электрооптического кристалла, обращеннои к элек 40 тронной пушке, 1)ормируется потенциальный релье, вызывающий модуляцию показателей преломления кристалла, Сколлкмированный световой пучок 11 благодаря зеркалу 7 дважгы проходит через электрооптический кристалл, Прк этом пучок пространственно модулируется в соответствии с распределени - ем электрического заряда по поверхности мишени. Призма 10 служит для 50 пространственного разделения падающего 11 к Выходящего из модулятора несущего изображение светового пучка 12.Важнейшей характеристикой ПБМС является частотно-контрастная характеристика (ЧКХ) - К(Р), Расчет моду - лятора с дополнительным диэлектрическим слоем дает следующее виражение для К(Р)Э ЬРд 3 6 ЪР дЗдСЬГдзумпК(Р) =2 р 1, т,1) Кээддэиддиецт: 1:,), П , .1): Бопредед яюя ся и з стедующихдыраже ни и:в ьМ Г - ) И(Г)-Е)Р :,;, - -, )с 1 (Г+11)р- (1.)СЬ 11 м)р, 3 =(-Р 4)Г(Ят( Е,)(Е 5 ,с Ь(Г) ь+о)Р+ (-.)(",-1 (-1 д)р (Г).,др5) р)56 р(Е+,.), в =р - 5) ра 51 р(Е+дгдз кон асти - пространственная астота;Г, - эт ктричес;ая посоянная;диэлектрические прсни -цаемости соответственно вакуумного промежутка коллекторная сетка - зеркало,электрооптического кристалд и дизлектричес 1010 слОя;д 1,. и,1. - толщи-ы вакуумного промежутка, кристалл к диэлектрического слоя,На Ф 11.3 приведено семейство ЧКХ,рассчитацн .х по йорлуле ,1 для мишени с кристаллом ДКД, кмеющей следующие Г:Гдралстры:пд = 0,25 мм; д)О, О 5 мм; Я= ; е.;, = 2. Кривая 1соответствует диэлектрическому слоютолщинои Г -- 0,1 м, кривая 2слою тол.иной 1 = 0,2 мм. Для сравнения здесь приведена также ЧКХ длямодулятора без диэлектричсского слоякривая 3;, Дс бац.Г:ение диэцектрического слоя ущестзенно ут.учшаетЧКХ модулятора: Полоса передаваемыхпространственных частот при э ом3 начи те 1 ь но расиряется (В 1 есколькораз в зависимости от испол:зуемых вмсдуляторс мадериалов). Физи дескаяприч ца улудшеция ЧКХ заключается вгом,: топо;олнительный диэлектркческкйслой оказывает разное влияние на передачу ра.зли ных гространственных частот1), Электрическое по;е, созданное пространственным распределением зарядана поверхности мишени, убывает вглубьэлактрооптческого кристалла по коордиате по закону хр(-37 р) . Поэтому чэм ниже пространственная частотар, тем большая часть электрическогополя сосредотачивастся в диэлектрическол слое, Таким образом, благодаря диэлектрическому слою осуществляется как бы коррекция в области высоккх ространственных частот, приводящаярасширению полосы пропускания.ОдулятоСледует, однако, подчеркнуть, чтовведение диэлектрич ского слоя нета.ебует увеличения зарядного токалектроццой пушки, так как дополнительцыи слой уменьш.ет емкость мишени, вследствие чего напряжение нацей пропорционально Возрастает. Наоборот, при заданном разрешении модулятора имеется возможность уменьшить зарядный ток, если при этом увеличить толщину электрооптического кристалла в.Зависимость ширины полосы про странственных частот р от толщины диэлектрического слоя 1 имеет сложный характер (фиг.4). С увеличением 1 полоса ар монотонно растет. Однако при этом также возрастает и электри ческое напряжение, падающее на слое диэлектрика (при фиксированном токе электронной пушки), что необходимо учитывать при выборе толщины диэлектрика, На основе приведенного на 5 фиг,4 графика можно сделать вывод, что существует область оптимальных значений К (для мишени из ДКДРЯ" 0,1-0,3 мм).Таким образом, введение дополнительного диэлектрического слоя в ми 20 шень ПВМС позволяет существенно расширить полосу воспроизводимых пространственных частот и, следовательно, повысить разрешение модулятора.А так как все характеристики модуля 25 тора 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 кристаллами.Формула изобретенияПространственно-временной модулятор света, содержащий вакуумираванную камеру, внутри которой помещеныэлектронная пушка, коллекторнаясетка и мишень из электрооптического кристалла с нанесенными на ее поверхности зеркалом и электродом,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью увеличения разрешения модулятора, улучшения его частотно-контрастной характеристики, уменьшенияпотребляемой энергии, мишень снабжена дополнительным слоем диэлектрика,расположенным между электродом иэлектрооптическим кристаллом.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Мари Ж. и др. Сб. "достиженияв технике передачи и воспроизведенияизображений". М., "Мир", 1978, т.1,с.255.2. Малышев В.Г. и др. Применениепространственно-временных модуляторов света на основе электрооптических кристаллов в телевидении, - "Техника кино и телевидения", 1978, В 7,с,53."/Ы бО пг оу Р 7 Ф 0 Р Составитель Н,НазароваРедактор Л.филь Техред А. Бабинец Корректор У. Пономаре каэ е/5 ППП "Патент", г,Ужгор фил 1 роектная,74 б/37 Тираж ВНИИПИ Государ по делам иэ 13035, Москва, ственног бретений Ж, Ра Под комитета СС открытий ская наб