ПРИМЕНЕНИЕ МУЛЬТИДОМЕННЫХ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СТРУКТУР ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МИКРОЛИНЗ
ÓÄÊ 532.783: 535.771.36 ÏÐÈÌÅÍÅÍÈÅ ÌÓËÜÒÈÄÎÌÅÍÍÛÕ ÆÈÄÊÎÊÐÈÑÒÀËËÈ×ÅÑÊÈÕ ÑÒÐÓÊÒÓÐ ÄËß ÓËÓ×ØÅÍÈß ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÕ ÕÀÐÀÊÒÅÐÈÑÒÈÊ ÌÈÊÐÎËÈÍÇ
© 2008 ã. À. Â. Ìîðîçîâ*, êàíä. òåõí. íàóê; Ã. Å. Íåâñêàÿ**, äîêòîð òåõí. íàóê ** Ãîñóäàðñòâåííûé òåõíè÷åñêèé óíèâåðñèòåò, ã. Íîâîñèáèðñê ** Å-mail: kof@ref.nstu.ru
** Ãîñóäàðñòâåííûé ìîðñêîé òåõíè÷åñêèé óíèâåðñèòåò, Ñàíêò-Ïåòåðáóðã ** Å-mail: nevskayag@mail.ru
Ïðåäëîæåíî èñïîëüçîâàòü ìóëüòèäîìåííûå (ÌÄ) æèäêîêðèñòàëëè÷åñêèå (ÆÊ) ñòðóêòóðû â ÆÊ ìèêðîëèíçàõ (ÆÊÌË). Îñíîâíûì íåäîñòàòêîì íåñèììåòðè÷íûõ ÆÊÌË ñ ïëàíàðíîé îðèåíòàöèåé ÿâëÿåòñÿ íàëè÷èå äëèòåëüíîãî ïåðåõîäíîãî ïðîöåññà, ñîïðîâîæäàþùåãîñÿ îáðàçîâàíèåì äèñêëèíàöèè.  ðàáîòå ïðåäëîæåí è ðåàëèçîâàí ìåòîä âûâåäåíèÿ ÆÊÌË â ðàáî÷èé ðåæèì, îñíîâàííûé íà ïðèìåíåíèè ìóëüòèäîìåííîé (ÌÄ) ñòðóêòóðû.  ðåçóëüòàòå âðåìÿ âûâåäåíèÿ â ðàáî÷èé ðåæèì óìåíüøèëîñü ïðèìåðíî íà ïîðÿäîê. Ïðîäåìîíñòðèðîâàíà âîçìîæíîñòü ïðèìåíåíèÿ ÌÄ ñòðóêòóð äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ ÆÊ ëèíçû íà îñíîâå ôàçîâîé ïëàñòèíêè Ôðåíåëÿ áåç èñïîëüçîâàíèÿ ñëîæíîé êîíôèãóðàöèè ýëåêòðîäîâ.
Êîäû OCIS: 230.3720, 160.3710.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 22.05.2007.
Ââåäåíèå
 æèäêîêðèñòàëëè÷åñêèõ ìèêðîëèíçàõ (ÆÊÌË) èñïîëüçóåòñÿ ýôôåêò ïåðåîðèåíòàöèè ìîëåêóë íåìàòèêà â íåîäíîðîäíîì ýëåêòðè÷åñêîì ïîëå. Êîíôèãóðàöèÿ ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ çàäàåòñÿ ñïåöèàëüíîé ãåîìåòðèåé ýëåêòðîäîâ.  ñôåðè÷åñêîé ìèêðîëèíçå äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ àêñèàëüíî-ñèììåòðè÷íîãî ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ â ýëåêòðîäàõ ñîçäàþòñÿ êðóãëûå îòâåðñòèÿ. Ðàçðàáîòàíû äâà òèïà ñôåðè÷åñêèõ ìèêðîëèíç: íåñèììåòðè÷íûå – îòâåðñòèÿ èìåþòñÿ â îäíîì èç ýëåêòðîäîâ; ñèììåòðè÷íûå – èìåþòñÿ ñîâìåùåííûå îòâåðñòèÿ â îáîèõ ýëåêòðîäàõ. Äëÿ ïîëó÷åíèÿ öèëèíäðè÷åñêîé ìèêðîëèíçû â ýëåêòðîäàõ ñîçäàþò ùåëè îïðåäåëåííîãî ðàçìåðà. Èçìåíåíèå ôîêóñíîãî ðàññòîÿíèÿ ÆÊÌË îñóùåñòâëÿåòñÿ èçìåíåíèåì àìïëèòóäû ïðèëîæåííîãî íàïðÿæåíèÿ. Ìèêðîëèíçû îáëàäàþò ìàëûìè ãàáàðèòàìè, èìåþò ìàëûé âåñ è óïðàâëÿþòñÿ îò ìàëîìîùíûõ èñòî÷íè-
êîâ. Ýòî îòêðûâàåò øèðîêèå âîçìîæíîñòè èõ ïðèìåíåíèÿ â óñòðîéñòâàõ ôîòîíèêè: èíôîðìàöèîííûõ äèñïëåÿõ, îïòè÷åñêèõ ìîäóëÿòîðàõ, ñèñòåìàõ îïòè÷åñêîé ôîêóñèðîâêè, óñòðîéñòâàõ êîððåêöèè çðåíèÿ è äð. Îäíàêî íà îïòè÷åñêèå ñâîéñòâà ÆÊÌË îòðèöàòåëüíî âëèÿþò äåôåêòû, ïîÿâëÿþùèåñÿ â ïðîöåññå ïåðåîðèåíòàöèè ìîëåêóë æèäêîãî êðèñòàëëà (ÆÊ).  äàííîé ðàáîòå ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû èñïîëüçîâàíèÿ ìóëüòèäîìåííûõ (ÌÄ) ÆÊ-ñòðóêòóð. Ïîêàçàíî, ÷òî ýòî ïðèâîäèò ê óëó÷øåíèþ îïòè÷åñêèõ ñâîéñòâ ìèêðîëèíç.
Èñïîëüçîâàíèå ÌÄ ñòðóêòóð â ÆÊÌË ñ ãîìåîòðîïíîé îðèåíòàöèåé
Õàðàêòåðíîé îñîáåííîñòüþ ÆÊÌË ñ ãîìåîòðîïíîé îðèåíòàöèåé (ðèñ. 1à) ÿâëÿåòñÿ íàëè÷èå ó ìèêðîëèíçû ñïóòíèêà-äåôåêòà, êîòîðûé âîçíèêàåò âñåãäà [1, 2]. Ïðèìåð òàêîãî äåôåêòà ïîêàçàí íà ðèñ. 2à.
(à) 1 2 4
(á) 1 2 5
4
(â) 1 2
4
3 33
16
61
66
1
Ðèñ. 1. Êîíñòðóêöèè ÆÊÌË. à – ñ ãîìåîòðîïíîé îðèåíòàöèåé, á – ñ îäíîðîäíîé íà÷àëüíîé îðèåíòàöèåé, â – ñ ÌÄ ñòðóêòóðîé òèïà “ãèáðèä–ãîìåîòðîï”. 1 – ñòåêëî, 2 – õðîìîâîå ïîêðûòèå, 3 – ïîêðûòèå îêñèäà èíäèÿ, 4 – ÆÊ, 5 – ïîëèèìèäíàÿ ïëåíêà, 6 – ãðàíèöà äîìåííîé ïàðû.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 2, 2008
39
(à) (á)
(â)
Ðèñ. 2. Âèçóàëèçàöèÿ ñïóòíèêà-äåôåêòà â ÆÊÌË ñ ãîìåîòðîïíîé îðèåíòàöèåé. à – ñ îäíîðîäíîé íà÷àëüíîé îðèåíòàöèåé (ðèñ. 1à), á – ñ ÌÄ ñòðóêòóðîé òèïà “ãèáðèä–ãîìåîòðîï” (ðèñ. 1á), â – ñ ÌÄ ñòðóêòóðîé òèïà “ãèáðèä–ãîìåîòðîï” (ðèñ. 1â).
Äåôîðìàöèÿ, âûçâàííàÿ èì, ïðèâîäèò ê íàðóøåíèþ ñèììåòðèè è ïîÿâëåíèþ àáåððàöèé è àñòèãìàòèçìà ó ìèêðîëèíç. Êðîìå òîãî, â ðåçóëüòàòå âîçäåéñòâèÿ ýòîãî äåôåêòà êðèâèçíà ïðàâîé è ëåâîé âåòâåé ôàçîâîãî ïðîôèëÿ ñòàíîâèòñÿ ðàçëè÷íîé [2] è ïîëîæåíèå ñïóòíèêà-äåôåêòà íå êîíòðîëèðóåòñÿ. Ýòî ïðèâîäèò ê âîçðàñòàíèþ âçàèìíîãî âëèÿíèÿ ìèêðîëèíç äðóã íà äðóãà â ðàñòðàõ.
Ïðîâåäåíû èññëåäîâàíèÿ, íàïðàâëåííûå íà ïîèñê ñïîñîáîâ óìåíüøåíèÿ âëèÿíèÿ ñïóòíèêà-äåôåêòà íà ãîìåîòðîïíûå ÆÊÌË. Ðàçðàáîòàí ìåòîä, îñíîâàííûé íà ïðèìåíåíèè ÌÄ ñòðóêòóðû, ïîçâîëÿþùèé çàêëþ÷èòü ìèêðîëèíçó â äèñêëèíàöèîííîå êîëüöî. Íà îñíîâå ýòîãî ìåòîäà ïðåäëîæåíû è ðåàëèçîâàíû äâå êîíñòðóêöèè ÆÊÌË ñ ÌÄ ñòðóêòóðîé òèïà “ãîìåîòðîï–ãèáðèä”.  ïåðâîé êîíñòðóêöèè ïîëîæåíèå ãðàíèöû ìåæäó äîìåíàìè ñîâïàäàåò ñ îòâåðñòèåì íà óïðàâëÿþùåì ýëåêòðîäå (ðèñ. 1á). Âî âòîðîé – ãðàíèöà ìåæäó äîìåíàìè óäàëåíà îò îòâåðñòèÿ âãëóáü ÿ÷åéêè (ðèñ. 1â). Íà ðèñ. 2á, 2â ïîêàçàíû èíòåðôåðåíöèîííûå êàðòèíû, íàáëþäàåìûå ïðè ïåðåîðèåíòàöèè ìîëåêóë ÆÊ â ãîìåîòðîïíîé ìèêðîëèíçå ñ ÌÄ ñòðóêòóðàìè. Âèäíî, ÷òî õàðàêòåð ïåðåîðèåíòàöèè íåìàòèêà â îáëàñòè îòâåðñòèÿ àíàëîãè÷åí ïåðåîðèåíòàöèè â ãîìåîòðîïíîé ìèêðîëèíçå ñ îäíîðîäíîé îðèåíòàöèåé ìîëåêóë. Ðàçíèöà ñîñòîèò â òîì, ÷òî ñïóòíèê-äåôåêò ëîêàëèçîâàí íà ãðàíèöå ìåæäó ãîìåîòðîïíîé è ãèáðèäíîé îðèåíòàöèÿìè. Óñòàíîâëåíî, ÷òî ïðè óâåëè÷åíèè äèàìåòðà ãîìåîòðîïíîé îáëàñòè íà 10% ïî îòíîøåíèþ ê äèàìåòðó îòâåðñòèÿ âëèÿíèå ñïóòíèêà-äåôåêòà áóäåò íåçíà÷èòåëüíûì. Ïðèìåíåíèå ÌÄ ñòðóêòóð â íåñèììåòðè÷íûõ ÆÊÌË ñ ãîìåîòðîïíîé îðèåíòàöèåé (ðèñ. 1á, 1â) ïîçâîëèëî óìåíüøèòü äåôåêòíîñòü ìèêðîëèíç, óìåíüøèòü îáëàñòü ïåðåîðèåíòàöèè ÆÊ çà ãðàíèöåé ìèêðîëèíç, èñêëþ÷èòü âçàèìíîå âëèÿíèå ìèêðîëèíç â ìàññèâå è óìåíüøèòü ïðåäåëüíîå ðàññòîÿíèå ìåæäó íèìè.
40
Èñïîëüçîâàíèå ÌÄ ñòðóêòóð â ÆÊÌË ñ ïëàíàðíîé îðèåíòàöèåé
Îñíîâíûì íåäîñòàòêîì íåñèììåòðè÷íûõ ÆÊÌË ñ ïëàíàðíîé îðèåíòàöèåé ÿâëÿåòñÿ îáðàçîâàíèå äèñêëèíàöèè [3, 4], óõóäøàþùåé åå îïòè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè. Íàìè ïðîâåäåíû èññëåäîâàíèÿ âëèÿíèÿ ïðåäíàêëîíà ìîëåêóë ÆÊ â íåñèììåòðè÷íûõ ìèêðîëèíçàõ íà ïðîöåññ âîçíèêíîâåíèÿ è äèíàìèêó ïîâåäåíèÿ äèñêëèíàöèè. Ïëàíàðíàÿ îðèåíòàöèÿ ìîëåêóë íåìàòèêà äîñòèãàëàñü ïðåäâàðèòåëüíûì íàòèðàíèåì ïîäëîæåê, ïîêðûòûõ ñëîåì ïîëèèìèäà. Óãîë íà÷àëüíîãî ïðåäíàêëîíà ìîëåêóë íåìàòèêà íà ïîâåðõíîñòè ïîäëîæêè ñîñòàâëÿë 4°–5°.Îöåíêà óãëà ïðåäíàêëîíà äèðåêòîðà, ïðåäëîæåííàÿ íàìè ðàíåå, îïèñàíà â ðàáîòå [5]. Áûëè èçãîòîâëåíû äâà òèïà ïëàíàðíûõ ÆÊ-ÿ÷ååê ñ ðàçëè÷íûì âçàèìíûì ðàñïîëîæåíèåì ìîëåêóë íà ïîäëîæêàõ.  ñëó÷àå ïàðàëëåëüíîé ñáîðêè ÿ÷åéêè äèñêëèíàöèÿ ïîÿâëÿåòñÿ íà ýòàïå ôîðìèðîâàíèÿ ìèêðîëèíçû è ÿâëÿåò-
1
2
3
4
Ðèñ. 3. Êîíñòðóêöèÿ ÆÊÌË ñ ìàëûì âðåìåíåì ïåðåõîäíîãî ïðîöåññà íà îñíîâå ÌÄ ñòðóêòóðû. 1 – íåïðîçðà÷íîå õðîìîâîå ïîêðûòèå, 2 – äîìåí ñ ïëàíàðíîé îðèåíòàöèåé, 3 – äîìåí ñ ãèáðèäíîé îðèåíòàöèåé, 4 – ïðîçðà÷íîå ITO-ïîêðûòèå.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 2, 2008
(à) (á) (â) (ã)
Ðèñ. 4. Èíòåðôåðåíöèîííûå êàðòèíû, íàáëþäàåìûå â ïëàíàðíîé íåñèììåòðè÷íîé ÆÊÌË (äèàìåòð 200 ìêì) ñ ÌÄ ñòðóêòóðîé ïðè ïîäà÷å óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ ÷àñòîòîé 2 êÃö è àìïëèòóäîé 7,5  ÷åðåç 1 (à), 10 (á), 20 (â) è 40 ñ (ã).
ñÿ óñòîé÷èâîé.  ñëó÷àå ÿ÷åéêè ñ àíòèïàðàëëåëüíîé ñáîðêîé ïðîöåññ ôîðìèðîâàíèÿ ìèêðîëèíç ñîïðîâîæäàåòñÿ ïîÿâëåíèåì äèñêëèíàöèè, êîòîðàÿ ÷åðåç íåáîëüøîé ïðîìåæóòîê âðåìåíè èñ÷åçàåò. Ïîñëå çàâåðøåíèÿ ïðîöåññà ôîðìèðîâàíèÿ ìèêðîëèíçû ëþáîå èçìåíåíèå óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ íå ïðèâîäèò ê åå ïîâòîðíîìó âîçíèêíîâåíèþ, èñêëþ÷àÿ ñëó÷àé âîçâðàùåíèÿ ÆÊ ê ïåðâîíà÷àëüíîé ïëàíàðíîé îðèåíòàöèè. Âðåìÿ ôîðìèðîâàíèÿ τ ìèêðîëèíçû ñ àíòèïàðàëëåëüíîé ñáîðêîé çàâèñèò îò îòíîøåíèÿ Í/d (H – äèàìåòð ëèíçû, d – òîëùèíà ñëîÿ ÆÊ) è óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ. Ñ óâåëè÷åíèåì ýòèõ ïàðàìåòðîâ íàáëþäàåòñÿ ðîñò τ.  ëó÷øåì ñëó÷àå âðåìÿ âîññòàíîâëåíèÿ ÆÊÌË äèàìåòðîì 200 ìêì ñîñòàâëÿëî 3–5 ìèí, à äèàìåòðîì 400 ìêì – 10–15 ìèí. Äëÿ óìåíüøåíèÿ âðåìåíè âûõîäà â áåçäèñêëèíàöèîííûé ðåæèì èñïîëüçîâàíà ÌÄ ñòðóêòóðà (ðèñ. 3). Íà ãðàíèöå ìèêðîëèíçû, ãäå ôîðìèðóåòñÿ äèñêëèíàöèÿ, ñîçäàåòñÿ êëèíîîáðàçíàÿ îáëàñòü ñ ãèáðèäíîé îðèåíòàöèåé. Íàëè÷èå ÌÄ ñòðóêòóðû ìåíÿåò õàðàêòåð ïåðåîðèåíòàöèè ìîëåêóë ÆÊ â ìèêðîëèíçå. Êàê ïîêàçàíî íà ðèñ. 4, ïðè ïîäà÷å óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ îáðàçóþòñÿ äâå äèñêëèíàöèîííûå îáëàñòè, êîòîðûå ÷åðåç ìàëûé ïðîìåæóòîê âðåìåíè èñ÷åçàþò. Äëÿ óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ 4,5  âðåìÿ ôîðìèðîâàíèÿ ìèêðîëèíçû ñîñòàâëÿåò 15 ñ, à äëÿ 7,5  – 40 ñ.
r = nλf , ãäå f – ôîêóñíîå ðàññòîÿíèå, λ – äëèíà âîëíû ïàäàþùåãî ñâåòà. Òàêàÿ êîíñòðóêöèÿ ïîçâîëÿåò ôîðìèðîâàòü ëèíçó â îáëàñòè âçàèìíîãî ïåðåêðûòèÿ óïðàâëÿþùèõ ýëåêòðîäîâ, ÷òî èñêëþ÷àåò ñîçäàíèå ñëîæíîé òîïîëîãèè ïðîâîäÿùèõ ñëîåâ. Êî âñåì çîíàì Ôðåíåëÿ ïðèëîæåíî îäíî óïðàâëÿþùåå íàïðÿæåíèå. Îòñóòñòâèå ìåæýëåêòðîäíûõ çàçîðîâ îáåñïå÷èâàåò îòñóòñòâèå íåóïðàâëÿåìûõ îáëàñòåé.  êà÷åñòâå ïðèìåðà ðàññìîòðèì ïðèìåíåíèå ñòðóêòóðû òèïà “ãèáðèä–ïëàíàð” íà îñíîâå ÆÊ ñ ïîëîæèòåëüíîé äèýëåêòðè÷åñêîé àíèçîòðîïèåé. Ïðè ïîäà÷å óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ íà ýëåêòðîäû äîìåíû áóäóò íàõîäèòüñÿ â îäíîðîäíîì ýëåêòðè÷åñêîì ïîëå. Ïîñêîëüêó ãèáðèäíûé è ïëàíàðíûé äîìåíû îáëàäàþò ðàçëè÷íîé âîëüò-ôàçîâîé õàðàêòåðèñòèêîé, òî ïðè èçìåíåíèè óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ U áóäåò ìåíÿòüñÿ ðàçíîñòü ôàç δ ìåæäó çîíàìè Ôðåíåëÿ, êàê ïîêàçàíî íà ðèñ. 6 (U0 – ïîðîãîâîå íàïðÿæåíèå).
Ïðåäëîæåííûé ìåòîä ìîæíî èñïîëüçîâàòü ïðè ñîçäàíèè ôàçîâûõ äèôðàêöèîííûõ ðåøåòîê. Â ðàáîòå [6] ôàçèðîâàíèå çîí îñóùåñòâëÿåòñÿ ñ ïîìî-
43
Ïðèìåíåíèå ÌÄ ñòðóêòóð â óïðàâëÿåìûõ ôàçîâûõ ïëàñòèíêàõ Ôðåíåëÿ
Ïðåäëîæåí ïðîñòîé ñïîñîá ôîðìèðîâàíèÿ ÆÊëèíç ñ èñïîëüçîâàíèåì ÌÄ ñòðóêòóð, áàçèðóþùèéñÿ íà ïðèìåíåíèè ôàçîâûõ ïëàñòèíîê Ôðåíåëÿ áåç èñïîëüçîâàíèÿ ñëîæíîé êîíôèãóðàöèè ýëåêòðîäîâ. Ñ ïîìîùüþ îáëàñòåé ñ ðàçëè÷íîé îðèåíòàöèåé ìîëåêóë ÆÊ ñîçäàþòñÿ êîëüöåâûå çîíû Ôðåíåëÿ. Íà ðèñ. 5 èçîáðàæåíà ëèíçà ñ èñïîëüçîâàíèåì ìóëüòèäîìåííîé ñòðóêòóðû òèïà “ïëàíàð–ãèáðèä”. Ðàäèóñû ãðàíèö çîí ìåíÿþòñÿ ïðîïîðöèîíàëüíî êîðíþ êâàäðàòíîìó èç ïîñëåäîâàòåëüíîñòè öåëûõ ÷èñåë n:
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 2, 2008
1 2
1 3
Ðèñ. 5. Êîíñòðóêöèÿ ÆÊ-ëèíçû íà îñíîâå ôàçîâîé ïëàñòèíêè Ôðåíåëÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì ÌÄ ñòðóêòóðû òèïà “ïëàíàð–ãèáðèä”. 1 – ïðîêëàäêè, ðåãóëèðóþùèå òîëùèíó ÆÊ, 2 – ÌÄ ñòðóêòóðà, 3 – ñïëîøíîé ïðîâîäÿùèé ITO-ñëîé, 4 – ìåæäîìåííàÿ ãðàíèöà.
41
δ 2π
3
2
1
0 2 4 U/U0
Ðèñ. 6. Èçìåíåíèå ðàçíîñòè ôàç ìåæäó çîíàìè Ôðåíåëÿ â çàâèñèìîñòè îò óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ äëÿ ÆÊ-ëèíçû ñ ÌÄ ñòðóêòóðîé òèïà “ïëàíàð–ãèáðèä” (òîëùèíà ÆÊ-ñëîÿ 50 ìêì, ÆÊÌ1282).
ùüþ íàáîðà ïðîçðà÷íûõ ýëåêòðîäîâ. Òàêàÿ êîíñòðóêöèÿ îáëàäàåò âñåìè íåäîñòàòêàìè ðàññìîòðåííûõ âûøå ëèíç ñ íàáîðîì ýëåêòðîäîâ èíäèâèäóàëüíîé àäðåñàöèè. Ïðè èñïîëüçîâàíèè ïðåäëîæåííîãî ìåòîäà ìîæíî èñêëþ÷èòü ñëîæíóþ êîíñòðóêöèþ ýëåêòðîäîâ è äîáèòüñÿ ðåçêîé ãðàíèöû ìåæäó çîíàìè Ôðåíåëÿ.
Çàêëþ÷åíèå Ïðåäëîæåíû è ðåàëèçîâàíû äâå êîíñòðóêöèè íåñèììåòðè÷íûõ ãîìåîòðîïíûõ ìèêðîëèíç ñ ïðèìåíåíèåì ÌÄ ñòðóêòóðû òèïà “ãîìåîòðîï–ãèáðèä”. Ýòî ïîçâîëèëî çíà÷èòåëüíî îãðàíè÷èòü ðàçìåðû
ñïóòíèêà-äåôåêòà è óìåíüøèòü åãî âëèÿíèå íà ìèêðîëèíçó. Ïîäîáðàíà íàèáîëåå îïòèìàëüíàÿ êîíñòðóêöèÿ òàêîé ìèêðîëèíçû. Ïðåäëîæåí è ðåàëèçîâàí ñïîñîá áûñòðîãî ôîðìèðîâàíèÿ íåñèììåòðè÷íîé ÆÊÌË ñ ïëàíàðíîé îðèåíòàöèåé ïðè ïîäà÷å óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ. Îí îñíîâàí íà ïðèìåíåíèè ÌÄ ñòðóêòóðû òèïà “ãèáðèä–ïëàíàð”.
Ïðåäëîæåíà êîíñòðóêöèÿ ÆÊÌË íà îñíîâå ôàçîâûõ ïëàñòèíîê Ôðåíåëÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì ÌÄ ñòðóêòóð. Äîñòîèíñòâîì òàêîé êîíñòðóêöèè ÿâëÿåòñÿ îòñóòñòâèå ñëîæíîãî òîïîëîãè÷åñêîãî ðèñóíêà ïðîâîäÿùèõ ñëîåâ è íåêîíòðîëèðóåìûõ îáëàñòåé ÆÊ â ìåæýëåêòðîäíûõ çàçîðàõ.
ËÈÒÅÐÀÒÓÐÀ
11. Gvozdarev A., Nevskaya G.E. Optical properties of homeotropical aligned liquid crystal microlens // Mol. Cryst. Liq. Cryst. 1997. V. 304. P. 423–429.
12. Ãâîçäàðåâ À.Þ., Íåâñêàÿ Ã.Å. Îïòè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ÆÊ ìèêðîëèíç ñ ãîìåîòðîïíîé îðèåíòàöèåé // Îïòè÷åñêèé æóðíàë. 2001. Ò. 68. ¹ 9. Ñ. 61–65.
13. Nose T., Sato S. Optical properties of liquid crystal microlens // Proc. SPIE. 1990. V. 1230. P. 17–20.
14. Ãâîçäàðåâ À.Þ., Íåâñêàÿ Ã.Å. Ïåðåñòðàèâàåìûå æèäêîêðèñòàëëè÷åñêèå ìèêðîëèíçû ñ ãîìåîïëàíàðíîé îðèåíòàöèåé // Îïòè÷åñêèé æóðíàë. 2001. Ò. 68. ¹ 9. Ñ. 55–60.
15. Ìîðîçîâ À.Â. Ìåòîäèêà îöåíêè óãëà ïðåäíàêëîíà äèðåêòîðà íåìàòèêà íà îïîðíûõ ïîâåðõíîñòÿõ // Òð. 5-é Ìåæäóíàð. íàó÷íî-òåõí. êîíô. “Àêòóàëüíûå ïðîáëåìû ýëåêòðîííîãî ïðèáîðîñòðîåíèÿ”. 2000. Ò. 3. Ñ. 99–101.
16. Kowel T., Cleverly S., Kornreich G. Focusing by electrical modulation of refraction in liquid crystal cell // Appl. Opt. 1984. V. 23. ¹ 2. P. 278–289.
42 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 2, 2008
© 2008 ã. À. Â. Ìîðîçîâ*, êàíä. òåõí. íàóê; Ã. Å. Íåâñêàÿ**, äîêòîð òåõí. íàóê ** Ãîñóäàðñòâåííûé òåõíè÷åñêèé óíèâåðñèòåò, ã. Íîâîñèáèðñê ** Å-mail: kof@ref.nstu.ru
** Ãîñóäàðñòâåííûé ìîðñêîé òåõíè÷åñêèé óíèâåðñèòåò, Ñàíêò-Ïåòåðáóðã ** Å-mail: nevskayag@mail.ru
Ïðåäëîæåíî èñïîëüçîâàòü ìóëüòèäîìåííûå (ÌÄ) æèäêîêðèñòàëëè÷åñêèå (ÆÊ) ñòðóêòóðû â ÆÊ ìèêðîëèíçàõ (ÆÊÌË). Îñíîâíûì íåäîñòàòêîì íåñèììåòðè÷íûõ ÆÊÌË ñ ïëàíàðíîé îðèåíòàöèåé ÿâëÿåòñÿ íàëè÷èå äëèòåëüíîãî ïåðåõîäíîãî ïðîöåññà, ñîïðîâîæäàþùåãîñÿ îáðàçîâàíèåì äèñêëèíàöèè.  ðàáîòå ïðåäëîæåí è ðåàëèçîâàí ìåòîä âûâåäåíèÿ ÆÊÌË â ðàáî÷èé ðåæèì, îñíîâàííûé íà ïðèìåíåíèè ìóëüòèäîìåííîé (ÌÄ) ñòðóêòóðû.  ðåçóëüòàòå âðåìÿ âûâåäåíèÿ â ðàáî÷èé ðåæèì óìåíüøèëîñü ïðèìåðíî íà ïîðÿäîê. Ïðîäåìîíñòðèðîâàíà âîçìîæíîñòü ïðèìåíåíèÿ ÌÄ ñòðóêòóð äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ ÆÊ ëèíçû íà îñíîâå ôàçîâîé ïëàñòèíêè Ôðåíåëÿ áåç èñïîëüçîâàíèÿ ñëîæíîé êîíôèãóðàöèè ýëåêòðîäîâ.
Êîäû OCIS: 230.3720, 160.3710.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 22.05.2007.
Ââåäåíèå
 æèäêîêðèñòàëëè÷åñêèõ ìèêðîëèíçàõ (ÆÊÌË) èñïîëüçóåòñÿ ýôôåêò ïåðåîðèåíòàöèè ìîëåêóë íåìàòèêà â íåîäíîðîäíîì ýëåêòðè÷åñêîì ïîëå. Êîíôèãóðàöèÿ ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ çàäàåòñÿ ñïåöèàëüíîé ãåîìåòðèåé ýëåêòðîäîâ.  ñôåðè÷åñêîé ìèêðîëèíçå äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ àêñèàëüíî-ñèììåòðè÷íîãî ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ â ýëåêòðîäàõ ñîçäàþòñÿ êðóãëûå îòâåðñòèÿ. Ðàçðàáîòàíû äâà òèïà ñôåðè÷åñêèõ ìèêðîëèíç: íåñèììåòðè÷íûå – îòâåðñòèÿ èìåþòñÿ â îäíîì èç ýëåêòðîäîâ; ñèììåòðè÷íûå – èìåþòñÿ ñîâìåùåííûå îòâåðñòèÿ â îáîèõ ýëåêòðîäàõ. Äëÿ ïîëó÷åíèÿ öèëèíäðè÷åñêîé ìèêðîëèíçû â ýëåêòðîäàõ ñîçäàþò ùåëè îïðåäåëåííîãî ðàçìåðà. Èçìåíåíèå ôîêóñíîãî ðàññòîÿíèÿ ÆÊÌË îñóùåñòâëÿåòñÿ èçìåíåíèåì àìïëèòóäû ïðèëîæåííîãî íàïðÿæåíèÿ. Ìèêðîëèíçû îáëàäàþò ìàëûìè ãàáàðèòàìè, èìåþò ìàëûé âåñ è óïðàâëÿþòñÿ îò ìàëîìîùíûõ èñòî÷íè-
êîâ. Ýòî îòêðûâàåò øèðîêèå âîçìîæíîñòè èõ ïðèìåíåíèÿ â óñòðîéñòâàõ ôîòîíèêè: èíôîðìàöèîííûõ äèñïëåÿõ, îïòè÷åñêèõ ìîäóëÿòîðàõ, ñèñòåìàõ îïòè÷åñêîé ôîêóñèðîâêè, óñòðîéñòâàõ êîððåêöèè çðåíèÿ è äð. Îäíàêî íà îïòè÷åñêèå ñâîéñòâà ÆÊÌË îòðèöàòåëüíî âëèÿþò äåôåêòû, ïîÿâëÿþùèåñÿ â ïðîöåññå ïåðåîðèåíòàöèè ìîëåêóë æèäêîãî êðèñòàëëà (ÆÊ).  äàííîé ðàáîòå ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû èñïîëüçîâàíèÿ ìóëüòèäîìåííûõ (ÌÄ) ÆÊ-ñòðóêòóð. Ïîêàçàíî, ÷òî ýòî ïðèâîäèò ê óëó÷øåíèþ îïòè÷åñêèõ ñâîéñòâ ìèêðîëèíç.
Èñïîëüçîâàíèå ÌÄ ñòðóêòóð â ÆÊÌË ñ ãîìåîòðîïíîé îðèåíòàöèåé
Õàðàêòåðíîé îñîáåííîñòüþ ÆÊÌË ñ ãîìåîòðîïíîé îðèåíòàöèåé (ðèñ. 1à) ÿâëÿåòñÿ íàëè÷èå ó ìèêðîëèíçû ñïóòíèêà-äåôåêòà, êîòîðûé âîçíèêàåò âñåãäà [1, 2]. Ïðèìåð òàêîãî äåôåêòà ïîêàçàí íà ðèñ. 2à.
(à) 1 2 4
(á) 1 2 5
4
(â) 1 2
4
3 33
16
61
66
1
Ðèñ. 1. Êîíñòðóêöèè ÆÊÌË. à – ñ ãîìåîòðîïíîé îðèåíòàöèåé, á – ñ îäíîðîäíîé íà÷àëüíîé îðèåíòàöèåé, â – ñ ÌÄ ñòðóêòóðîé òèïà “ãèáðèä–ãîìåîòðîï”. 1 – ñòåêëî, 2 – õðîìîâîå ïîêðûòèå, 3 – ïîêðûòèå îêñèäà èíäèÿ, 4 – ÆÊ, 5 – ïîëèèìèäíàÿ ïëåíêà, 6 – ãðàíèöà äîìåííîé ïàðû.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 2, 2008
39
(à) (á)
(â)
Ðèñ. 2. Âèçóàëèçàöèÿ ñïóòíèêà-äåôåêòà â ÆÊÌË ñ ãîìåîòðîïíîé îðèåíòàöèåé. à – ñ îäíîðîäíîé íà÷àëüíîé îðèåíòàöèåé (ðèñ. 1à), á – ñ ÌÄ ñòðóêòóðîé òèïà “ãèáðèä–ãîìåîòðîï” (ðèñ. 1á), â – ñ ÌÄ ñòðóêòóðîé òèïà “ãèáðèä–ãîìåîòðîï” (ðèñ. 1â).
Äåôîðìàöèÿ, âûçâàííàÿ èì, ïðèâîäèò ê íàðóøåíèþ ñèììåòðèè è ïîÿâëåíèþ àáåððàöèé è àñòèãìàòèçìà ó ìèêðîëèíç. Êðîìå òîãî, â ðåçóëüòàòå âîçäåéñòâèÿ ýòîãî äåôåêòà êðèâèçíà ïðàâîé è ëåâîé âåòâåé ôàçîâîãî ïðîôèëÿ ñòàíîâèòñÿ ðàçëè÷íîé [2] è ïîëîæåíèå ñïóòíèêà-äåôåêòà íå êîíòðîëèðóåòñÿ. Ýòî ïðèâîäèò ê âîçðàñòàíèþ âçàèìíîãî âëèÿíèÿ ìèêðîëèíç äðóã íà äðóãà â ðàñòðàõ.
Ïðîâåäåíû èññëåäîâàíèÿ, íàïðàâëåííûå íà ïîèñê ñïîñîáîâ óìåíüøåíèÿ âëèÿíèÿ ñïóòíèêà-äåôåêòà íà ãîìåîòðîïíûå ÆÊÌË. Ðàçðàáîòàí ìåòîä, îñíîâàííûé íà ïðèìåíåíèè ÌÄ ñòðóêòóðû, ïîçâîëÿþùèé çàêëþ÷èòü ìèêðîëèíçó â äèñêëèíàöèîííîå êîëüöî. Íà îñíîâå ýòîãî ìåòîäà ïðåäëîæåíû è ðåàëèçîâàíû äâå êîíñòðóêöèè ÆÊÌË ñ ÌÄ ñòðóêòóðîé òèïà “ãîìåîòðîï–ãèáðèä”.  ïåðâîé êîíñòðóêöèè ïîëîæåíèå ãðàíèöû ìåæäó äîìåíàìè ñîâïàäàåò ñ îòâåðñòèåì íà óïðàâëÿþùåì ýëåêòðîäå (ðèñ. 1á). Âî âòîðîé – ãðàíèöà ìåæäó äîìåíàìè óäàëåíà îò îòâåðñòèÿ âãëóáü ÿ÷åéêè (ðèñ. 1â). Íà ðèñ. 2á, 2â ïîêàçàíû èíòåðôåðåíöèîííûå êàðòèíû, íàáëþäàåìûå ïðè ïåðåîðèåíòàöèè ìîëåêóë ÆÊ â ãîìåîòðîïíîé ìèêðîëèíçå ñ ÌÄ ñòðóêòóðàìè. Âèäíî, ÷òî õàðàêòåð ïåðåîðèåíòàöèè íåìàòèêà â îáëàñòè îòâåðñòèÿ àíàëîãè÷åí ïåðåîðèåíòàöèè â ãîìåîòðîïíîé ìèêðîëèíçå ñ îäíîðîäíîé îðèåíòàöèåé ìîëåêóë. Ðàçíèöà ñîñòîèò â òîì, ÷òî ñïóòíèê-äåôåêò ëîêàëèçîâàí íà ãðàíèöå ìåæäó ãîìåîòðîïíîé è ãèáðèäíîé îðèåíòàöèÿìè. Óñòàíîâëåíî, ÷òî ïðè óâåëè÷åíèè äèàìåòðà ãîìåîòðîïíîé îáëàñòè íà 10% ïî îòíîøåíèþ ê äèàìåòðó îòâåðñòèÿ âëèÿíèå ñïóòíèêà-äåôåêòà áóäåò íåçíà÷èòåëüíûì. Ïðèìåíåíèå ÌÄ ñòðóêòóð â íåñèììåòðè÷íûõ ÆÊÌË ñ ãîìåîòðîïíîé îðèåíòàöèåé (ðèñ. 1á, 1â) ïîçâîëèëî óìåíüøèòü äåôåêòíîñòü ìèêðîëèíç, óìåíüøèòü îáëàñòü ïåðåîðèåíòàöèè ÆÊ çà ãðàíèöåé ìèêðîëèíç, èñêëþ÷èòü âçàèìíîå âëèÿíèå ìèêðîëèíç â ìàññèâå è óìåíüøèòü ïðåäåëüíîå ðàññòîÿíèå ìåæäó íèìè.
40
Èñïîëüçîâàíèå ÌÄ ñòðóêòóð â ÆÊÌË ñ ïëàíàðíîé îðèåíòàöèåé
Îñíîâíûì íåäîñòàòêîì íåñèììåòðè÷íûõ ÆÊÌË ñ ïëàíàðíîé îðèåíòàöèåé ÿâëÿåòñÿ îáðàçîâàíèå äèñêëèíàöèè [3, 4], óõóäøàþùåé åå îïòè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè. Íàìè ïðîâåäåíû èññëåäîâàíèÿ âëèÿíèÿ ïðåäíàêëîíà ìîëåêóë ÆÊ â íåñèììåòðè÷íûõ ìèêðîëèíçàõ íà ïðîöåññ âîçíèêíîâåíèÿ è äèíàìèêó ïîâåäåíèÿ äèñêëèíàöèè. Ïëàíàðíàÿ îðèåíòàöèÿ ìîëåêóë íåìàòèêà äîñòèãàëàñü ïðåäâàðèòåëüíûì íàòèðàíèåì ïîäëîæåê, ïîêðûòûõ ñëîåì ïîëèèìèäà. Óãîë íà÷àëüíîãî ïðåäíàêëîíà ìîëåêóë íåìàòèêà íà ïîâåðõíîñòè ïîäëîæêè ñîñòàâëÿë 4°–5°.Îöåíêà óãëà ïðåäíàêëîíà äèðåêòîðà, ïðåäëîæåííàÿ íàìè ðàíåå, îïèñàíà â ðàáîòå [5]. Áûëè èçãîòîâëåíû äâà òèïà ïëàíàðíûõ ÆÊ-ÿ÷ååê ñ ðàçëè÷íûì âçàèìíûì ðàñïîëîæåíèåì ìîëåêóë íà ïîäëîæêàõ.  ñëó÷àå ïàðàëëåëüíîé ñáîðêè ÿ÷åéêè äèñêëèíàöèÿ ïîÿâëÿåòñÿ íà ýòàïå ôîðìèðîâàíèÿ ìèêðîëèíçû è ÿâëÿåò-
1
2
3
4
Ðèñ. 3. Êîíñòðóêöèÿ ÆÊÌË ñ ìàëûì âðåìåíåì ïåðåõîäíîãî ïðîöåññà íà îñíîâå ÌÄ ñòðóêòóðû. 1 – íåïðîçðà÷íîå õðîìîâîå ïîêðûòèå, 2 – äîìåí ñ ïëàíàðíîé îðèåíòàöèåé, 3 – äîìåí ñ ãèáðèäíîé îðèåíòàöèåé, 4 – ïðîçðà÷íîå ITO-ïîêðûòèå.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 2, 2008
(à) (á) (â) (ã)
Ðèñ. 4. Èíòåðôåðåíöèîííûå êàðòèíû, íàáëþäàåìûå â ïëàíàðíîé íåñèììåòðè÷íîé ÆÊÌË (äèàìåòð 200 ìêì) ñ ÌÄ ñòðóêòóðîé ïðè ïîäà÷å óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ ÷àñòîòîé 2 êÃö è àìïëèòóäîé 7,5  ÷åðåç 1 (à), 10 (á), 20 (â) è 40 ñ (ã).
ñÿ óñòîé÷èâîé.  ñëó÷àå ÿ÷åéêè ñ àíòèïàðàëëåëüíîé ñáîðêîé ïðîöåññ ôîðìèðîâàíèÿ ìèêðîëèíç ñîïðîâîæäàåòñÿ ïîÿâëåíèåì äèñêëèíàöèè, êîòîðàÿ ÷åðåç íåáîëüøîé ïðîìåæóòîê âðåìåíè èñ÷åçàåò. Ïîñëå çàâåðøåíèÿ ïðîöåññà ôîðìèðîâàíèÿ ìèêðîëèíçû ëþáîå èçìåíåíèå óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ íå ïðèâîäèò ê åå ïîâòîðíîìó âîçíèêíîâåíèþ, èñêëþ÷àÿ ñëó÷àé âîçâðàùåíèÿ ÆÊ ê ïåðâîíà÷àëüíîé ïëàíàðíîé îðèåíòàöèè. Âðåìÿ ôîðìèðîâàíèÿ τ ìèêðîëèíçû ñ àíòèïàðàëëåëüíîé ñáîðêîé çàâèñèò îò îòíîøåíèÿ Í/d (H – äèàìåòð ëèíçû, d – òîëùèíà ñëîÿ ÆÊ) è óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ. Ñ óâåëè÷åíèåì ýòèõ ïàðàìåòðîâ íàáëþäàåòñÿ ðîñò τ.  ëó÷øåì ñëó÷àå âðåìÿ âîññòàíîâëåíèÿ ÆÊÌË äèàìåòðîì 200 ìêì ñîñòàâëÿëî 3–5 ìèí, à äèàìåòðîì 400 ìêì – 10–15 ìèí. Äëÿ óìåíüøåíèÿ âðåìåíè âûõîäà â áåçäèñêëèíàöèîííûé ðåæèì èñïîëüçîâàíà ÌÄ ñòðóêòóðà (ðèñ. 3). Íà ãðàíèöå ìèêðîëèíçû, ãäå ôîðìèðóåòñÿ äèñêëèíàöèÿ, ñîçäàåòñÿ êëèíîîáðàçíàÿ îáëàñòü ñ ãèáðèäíîé îðèåíòàöèåé. Íàëè÷èå ÌÄ ñòðóêòóðû ìåíÿåò õàðàêòåð ïåðåîðèåíòàöèè ìîëåêóë ÆÊ â ìèêðîëèíçå. Êàê ïîêàçàíî íà ðèñ. 4, ïðè ïîäà÷å óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ îáðàçóþòñÿ äâå äèñêëèíàöèîííûå îáëàñòè, êîòîðûå ÷åðåç ìàëûé ïðîìåæóòîê âðåìåíè èñ÷åçàþò. Äëÿ óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ 4,5  âðåìÿ ôîðìèðîâàíèÿ ìèêðîëèíçû ñîñòàâëÿåò 15 ñ, à äëÿ 7,5  – 40 ñ.
r = nλf , ãäå f – ôîêóñíîå ðàññòîÿíèå, λ – äëèíà âîëíû ïàäàþùåãî ñâåòà. Òàêàÿ êîíñòðóêöèÿ ïîçâîëÿåò ôîðìèðîâàòü ëèíçó â îáëàñòè âçàèìíîãî ïåðåêðûòèÿ óïðàâëÿþùèõ ýëåêòðîäîâ, ÷òî èñêëþ÷àåò ñîçäàíèå ñëîæíîé òîïîëîãèè ïðîâîäÿùèõ ñëîåâ. Êî âñåì çîíàì Ôðåíåëÿ ïðèëîæåíî îäíî óïðàâëÿþùåå íàïðÿæåíèå. Îòñóòñòâèå ìåæýëåêòðîäíûõ çàçîðîâ îáåñïå÷èâàåò îòñóòñòâèå íåóïðàâëÿåìûõ îáëàñòåé.  êà÷åñòâå ïðèìåðà ðàññìîòðèì ïðèìåíåíèå ñòðóêòóðû òèïà “ãèáðèä–ïëàíàð” íà îñíîâå ÆÊ ñ ïîëîæèòåëüíîé äèýëåêòðè÷åñêîé àíèçîòðîïèåé. Ïðè ïîäà÷å óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ íà ýëåêòðîäû äîìåíû áóäóò íàõîäèòüñÿ â îäíîðîäíîì ýëåêòðè÷åñêîì ïîëå. Ïîñêîëüêó ãèáðèäíûé è ïëàíàðíûé äîìåíû îáëàäàþò ðàçëè÷íîé âîëüò-ôàçîâîé õàðàêòåðèñòèêîé, òî ïðè èçìåíåíèè óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ U áóäåò ìåíÿòüñÿ ðàçíîñòü ôàç δ ìåæäó çîíàìè Ôðåíåëÿ, êàê ïîêàçàíî íà ðèñ. 6 (U0 – ïîðîãîâîå íàïðÿæåíèå).
Ïðåäëîæåííûé ìåòîä ìîæíî èñïîëüçîâàòü ïðè ñîçäàíèè ôàçîâûõ äèôðàêöèîííûõ ðåøåòîê. Â ðàáîòå [6] ôàçèðîâàíèå çîí îñóùåñòâëÿåòñÿ ñ ïîìî-
43
Ïðèìåíåíèå ÌÄ ñòðóêòóð â óïðàâëÿåìûõ ôàçîâûõ ïëàñòèíêàõ Ôðåíåëÿ
Ïðåäëîæåí ïðîñòîé ñïîñîá ôîðìèðîâàíèÿ ÆÊëèíç ñ èñïîëüçîâàíèåì ÌÄ ñòðóêòóð, áàçèðóþùèéñÿ íà ïðèìåíåíèè ôàçîâûõ ïëàñòèíîê Ôðåíåëÿ áåç èñïîëüçîâàíèÿ ñëîæíîé êîíôèãóðàöèè ýëåêòðîäîâ. Ñ ïîìîùüþ îáëàñòåé ñ ðàçëè÷íîé îðèåíòàöèåé ìîëåêóë ÆÊ ñîçäàþòñÿ êîëüöåâûå çîíû Ôðåíåëÿ. Íà ðèñ. 5 èçîáðàæåíà ëèíçà ñ èñïîëüçîâàíèåì ìóëüòèäîìåííîé ñòðóêòóðû òèïà “ïëàíàð–ãèáðèä”. Ðàäèóñû ãðàíèö çîí ìåíÿþòñÿ ïðîïîðöèîíàëüíî êîðíþ êâàäðàòíîìó èç ïîñëåäîâàòåëüíîñòè öåëûõ ÷èñåë n:
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 2, 2008
1 2
1 3
Ðèñ. 5. Êîíñòðóêöèÿ ÆÊ-ëèíçû íà îñíîâå ôàçîâîé ïëàñòèíêè Ôðåíåëÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì ÌÄ ñòðóêòóðû òèïà “ïëàíàð–ãèáðèä”. 1 – ïðîêëàäêè, ðåãóëèðóþùèå òîëùèíó ÆÊ, 2 – ÌÄ ñòðóêòóðà, 3 – ñïëîøíîé ïðîâîäÿùèé ITO-ñëîé, 4 – ìåæäîìåííàÿ ãðàíèöà.
41
δ 2π
3
2
1
0 2 4 U/U0
Ðèñ. 6. Èçìåíåíèå ðàçíîñòè ôàç ìåæäó çîíàìè Ôðåíåëÿ â çàâèñèìîñòè îò óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ äëÿ ÆÊ-ëèíçû ñ ÌÄ ñòðóêòóðîé òèïà “ïëàíàð–ãèáðèä” (òîëùèíà ÆÊ-ñëîÿ 50 ìêì, ÆÊÌ1282).
ùüþ íàáîðà ïðîçðà÷íûõ ýëåêòðîäîâ. Òàêàÿ êîíñòðóêöèÿ îáëàäàåò âñåìè íåäîñòàòêàìè ðàññìîòðåííûõ âûøå ëèíç ñ íàáîðîì ýëåêòðîäîâ èíäèâèäóàëüíîé àäðåñàöèè. Ïðè èñïîëüçîâàíèè ïðåäëîæåííîãî ìåòîäà ìîæíî èñêëþ÷èòü ñëîæíóþ êîíñòðóêöèþ ýëåêòðîäîâ è äîáèòüñÿ ðåçêîé ãðàíèöû ìåæäó çîíàìè Ôðåíåëÿ.
Çàêëþ÷åíèå Ïðåäëîæåíû è ðåàëèçîâàíû äâå êîíñòðóêöèè íåñèììåòðè÷íûõ ãîìåîòðîïíûõ ìèêðîëèíç ñ ïðèìåíåíèåì ÌÄ ñòðóêòóðû òèïà “ãîìåîòðîï–ãèáðèä”. Ýòî ïîçâîëèëî çíà÷èòåëüíî îãðàíè÷èòü ðàçìåðû
ñïóòíèêà-äåôåêòà è óìåíüøèòü åãî âëèÿíèå íà ìèêðîëèíçó. Ïîäîáðàíà íàèáîëåå îïòèìàëüíàÿ êîíñòðóêöèÿ òàêîé ìèêðîëèíçû. Ïðåäëîæåí è ðåàëèçîâàí ñïîñîá áûñòðîãî ôîðìèðîâàíèÿ íåñèììåòðè÷íîé ÆÊÌË ñ ïëàíàðíîé îðèåíòàöèåé ïðè ïîäà÷å óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ. Îí îñíîâàí íà ïðèìåíåíèè ÌÄ ñòðóêòóðû òèïà “ãèáðèä–ïëàíàð”.
Ïðåäëîæåíà êîíñòðóêöèÿ ÆÊÌË íà îñíîâå ôàçîâûõ ïëàñòèíîê Ôðåíåëÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì ÌÄ ñòðóêòóð. Äîñòîèíñòâîì òàêîé êîíñòðóêöèè ÿâëÿåòñÿ îòñóòñòâèå ñëîæíîãî òîïîëîãè÷åñêîãî ðèñóíêà ïðîâîäÿùèõ ñëîåâ è íåêîíòðîëèðóåìûõ îáëàñòåé ÆÊ â ìåæýëåêòðîäíûõ çàçîðàõ.
ËÈÒÅÐÀÒÓÐÀ
11. Gvozdarev A., Nevskaya G.E. Optical properties of homeotropical aligned liquid crystal microlens // Mol. Cryst. Liq. Cryst. 1997. V. 304. P. 423–429.
12. Ãâîçäàðåâ À.Þ., Íåâñêàÿ Ã.Å. Îïòè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ÆÊ ìèêðîëèíç ñ ãîìåîòðîïíîé îðèåíòàöèåé // Îïòè÷åñêèé æóðíàë. 2001. Ò. 68. ¹ 9. Ñ. 61–65.
13. Nose T., Sato S. Optical properties of liquid crystal microlens // Proc. SPIE. 1990. V. 1230. P. 17–20.
14. Ãâîçäàðåâ À.Þ., Íåâñêàÿ Ã.Å. Ïåðåñòðàèâàåìûå æèäêîêðèñòàëëè÷åñêèå ìèêðîëèíçû ñ ãîìåîïëàíàðíîé îðèåíòàöèåé // Îïòè÷åñêèé æóðíàë. 2001. Ò. 68. ¹ 9. Ñ. 55–60.
15. Ìîðîçîâ À.Â. Ìåòîäèêà îöåíêè óãëà ïðåäíàêëîíà äèðåêòîðà íåìàòèêà íà îïîðíûõ ïîâåðõíîñòÿõ // Òð. 5-é Ìåæäóíàð. íàó÷íî-òåõí. êîíô. “Àêòóàëüíûå ïðîáëåìû ýëåêòðîííîãî ïðèáîðîñòðîåíèÿ”. 2000. Ò. 3. Ñ. 99–101.
16. Kowel T., Cleverly S., Kornreich G. Focusing by electrical modulation of refraction in liquid crystal cell // Appl. Opt. 1984. V. 23. ¹ 2. P. 278–289.
42 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 2, 2008