47507 (Лазерные средства отображения информации), страница 2

где df - ширина полосы частот или верхняя граничная частота модулятора,МГц; C0 - отношение времени обратного хода к полному времени развертки; fk - частота смены кадров, с ; Rc - разрешающая способность по строкам, линия/кадр; 0,75 - коэффициент, учитывающий формат кадра, равный 4:3.

Коэффициент 2 в (4) учитывает, что переход от черного элемента развертки к соседнему белому происходитза время одного периода модулирующего сигнала.

При выборочном отображении ширина полосы частот модулятора определяется быстродействием системы отклонения. В этом случае модулятор в основном используют только для гашения луча в моменты его переключения, т. е. при переходе от знака к знаку, и поэтому требуемая ширина полосы частот оказывается меньшей, чем в первом случае.

Характеристики светопропускания модулятора в значительной мере определяют его надежность, так как рассеяние даже нескольких процентом мощности лазера может привести к перегреву кристаллических элементов, из которых изготовляют модуляторы.

Контраст характеризуется отношением максимальной мощности, проходящей через модулятор, находящийся в возбужденном состоянии, к минимально достижимому значению мощности, которая тем меньше, чем меньше расходимость луча. Используя лучи с минимальным угловым расхождением, можно за счет ухудшения светопропускания повысить контраст. Для получения пяти градаций полутонов требуется контрастность больше 20 и линейная модуляционная характеристика. Этими трабованиями можно пренебречь, если устройство должно отображать знаки, а не полутоновые изображения.

Для изменения интенсивности луча лазера используются различные способы. Необходимость воспроизведения широкой полосы частот с целью получения высокой разрешающей способности требует быстродействующих устройств, в качестве которых используют электрооптические модуляторы с линейным или квадратичным эффектом.

Линейный электрооптический эффект (эффект Поккелса) возникает при возбуждении кристаллов дигидроген фосфата калия, дидейтериум фосфата калия, дигидроген фосфата аммония. Характерная черта таких модуляторов - то, что приложенное электроческое поле параллельно направлению светового луча.

Многие изотропные материалы, помещенные в электроческое поле, ведут себя подобно одноосным кристаллам, оптическая ось которых совпадает с направлением поля. В этом случае наведенное двойное лучепреломление является функцией квадрата напряженности электрического поля, а само явление называется квадратичным электрооптическим эффектом (эффект Керра). Квадратичный эффект наблюдается при использовании нитробензола, кристаллов из семейства перовскитов и т. д.

Дефлекторы, осуществляющие управление лучом, основаны на различных способах отклонения луча: механическом, рефракционном, дифракционном, когерентной оптической фазовой решетки, двоичного электрооптического управления положением луча и др.

Механический способ реализуется с помощью применения двух вращающихся многогранных призм или зеркала с весьма высоким коэффициентом отражения, перемещающего по горизонтали и вертикали пьезоэлектрическим и гальванометрическим приводами. Способ обеспечивает относительно большие рабочие углы отклонения (до 10 - 12 ) и достаточно высокий оптический коэффициент полезного действия. Быстродействие таких устройств мало, поэтому их можно использовать лишь при режиме последовательной выдачи. Кроме того, им свойственны нестабильность, жесткие допуски на элементы, трудности синхронизации и т. д.

Рефракционный способ реализует известное оптическое свойство - отклонение светового луча в следствии преломления (рефракции) на границе

двух прозрачных сред. В этом случае применяют электрооптическую призму или ультразвуковую рефракционную ячейку.

Дифракционный способ может быть использован , если диаметр падающего светового пучка существенно больше длины ультразвуковой волны, когда возникает дифракция света (при растровой развертке). Он обеспечивает малые рабочие углы (до нескольких градусов) и низкую эффективность отклонения.

Способ когерентной оптической фазовой решетки основан на свойстве излучения лазера, характеризующимся высокой степенью временной и пространственной когерентности. Это свойство используется для отклонения лазерного луча за счет разделения его на множество параллельных лучей и изменения относительных фаз между соседними лучами в ближней зоне поля. Этот способ требует высокой стабильности как источники света, так и дефлектора и имеет ряд других ограничений.

Способ двоичного электрооптического управления световым лучом основан на использовании свойства двойного лучепреломления некоторых веществ. В таких веществах обычный неполяризованный луч света расщепляется на два луча. Один из лучей называется обыкновенным, а другой - необыкновенным. Эти лучи линейно поляризованы, причем плоскости их поляризации взаимно ортогональны. Если свет, падающий на вещество с двойным лучепреломлением (по нормали), полностью линейно поляризован и его плоскость поляризации совпадает с плоскостью поляризации обыкновенного луча, то свет проходит не отклоняясь. Если падающий свет линейно поляризован в плоскости необыкновенного луча, выходной луч оказывается смещенным относительно точки выхода обыкновенного луча. Величина такого смещения пропорциональна толщине кристалла с двойным лучепреломлением (КДП). В качестве такого вещества используют кальцит. Кристалл такого рада может выполнять функцию двоичного переключения линейно поляризованного света, преобразующего обыкновенный О-луч в необыкновенный H- луч путем введения фазового запаздывания на 180 при воздействии на кристалл напряжения полуволнового запаздывания.

На рис. показана схема двоичного переключателя. Когда на кристалл падает линейно поляризованный свет, плоскость поляризации которого совпадает с плоскостью поляризации О - луча (приложенное к электрооптическому кристаллу ЭОК напряжение равно нулю), - переключатель открыт. В этом случае свет через кристалл кальцита КДП проходит не отклоняясь, а точка выхода света соответствует точке выхода О - луча. Если к ЭОК приложено напряжение U , то переключатель закрыт, падающий О - луч превращается в H - луч, свет распространяется по пути, соответствующему пути H - луча. Комбинация ЭОК и КДП представляет собой двоичное электрооптическое устройство управления положением светового луча.

Если свет пропускать через n переключателей , то можно получить 2 управляемых положений луча. Чтобы получить двумерную систему отклонения, необходимо использовать вторую систему переключателей, которая должна обеспечивать смещение луча в направлении, перпендикулярном первому.

Этот способ управления лучом - перспективен. Для обеспечения максимальной четкости изображения в УОИ с большими экранами применяют лазеры непрерывного действия с мощностью в несколько ватт, в качестве КПД - кристаллический кварц и исландский шпат.

Многоцветное изображение может быть получено использованием нескольких лазеров, работающих параллельно и имеющих различные спектральные линии излучения, причем у каждого лазера своя система отклонения, настроенная на соответствующую линию излучения.

Система аналогичного назначения может быть рассчитана на работу нескольких лазеров на общее устройство дискретного отклонения, в котором с помощью специальных мер устранены хроматические аберрации. Более совершенна система, в которой излучается несколько цветов от одного лазерного генератора с переключаемыми линиями излучения, работающего на общее хроматическое дискретное устройство отклонения.

Достоинства УОИ коллективного пользования на лазерах: отображение информации в реальном масштабе времени, высокая разрешающая способность, получение многоцветных изображений, отсутствие промежуточных носителей, возможность создания экрана практически любых размеров для коллективного пользования.

К недостаткам их следует отнести сложность, низкую эффективность, малую надежность и наличие сцинцилляций (искрения) изображения.

Однако существенные достоинства УОИ на лазерах, а также интенсивное развитие и совершенствование лазерной техники позволяют считать их весьма перспективными, поэтому в последние годы ведутся большие работы, направленные на разработку, исследование и внедрение УОИ на лазерах.

Заключение.

Системы индикации, которые появятся в ближайшие 20 лет, вероятно, будут значительно отличаться от систем, используемых в настоящее время, вследствие применения в них ряда методов, находящихся сейчас в стадии научных исследований.

На данное время лазерные средства отображения информации занимают одно из ведущих мест в системах отображения информации и при дальнейших темпах развития, возможно, в ближайшем будущем займут первое место.