Розробка оптоелектронних пристроїв для переміщення оптичного випромінювання на основі закручених структур

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний університет “Львівська політехніка”

УДК 537.62;621.372.8;666.655

Розробка оптоелектронних пристроїв для переміщення оптичного випромінювання на основі закручених структур

05.27.01 - Твердотільна електроніка

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Даланбаяр Болормаа

Львів 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі електронних приладів Національного університету “Львівська політехніка” Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: доктор фізико-математичних наук Микитюк Зіновій Матвійович Національний університет “Львівська політехніка”, професор кафедри електронних приладів.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, Сорокін Віктор Михайлович Інститут фізики напівпровідниківНАН України завідувач відділу рідких кристалів.

доктор технічних наук, професор Ціж Богдан Романович Львівська державна академія ветеринарної медицини ім. С.Г. Гжицького завідувач кафедри загальнотехнічних дисциплін.

Провідна організація - Чернівецький Національний університет ім. Юрія Федьковича МОН України.

Захист дисертації відбудеться “ 12 ”_ березня _2004 р. о 14³⁰ год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д35.052.12 у Національному університеті “Львівська політехніка”. (79013, м.Львів-13, вул. С.Бандери, 12).

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національного університету “Львівська політехніка” (79013, м.Львів-13, вул. Професорська, 1).

Автореферат розісланий “11“ лютого 2004 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Заячук Д.М.

рідкокристалічний оптоелектронний випромінювання

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В сучасній електронній техніці широко застосовується оптичне (лазерне) випромінювання для технологічних, метрологічних, діагностичних та інших цілей. Однією з найважливіших проблем використання такого випромінювання є його прецизійне переміщення, з метою чого використовуються різного роду пристрої для сканування, модуляції, перетворення, селекції тощо.

В сучасних умовах такі пристрої базуються на основі оптоелектроніки з використанням в якості оптично активного матеріалу твердих речовин. Рідкокристалічні речовини як оптично активне середовище мають ряд суттєвих переваг, а саме, високі функціональні можливості, низьке енергоспоживання, можливість інтегрального виконання. Тому вони можуть конкурувати з твердими матеріалами.

Різноманіття термо- та електрооптичних ефектів у рідких кристалах (РК) і широкий діапазон показників заломлення та величини наведеного електричним полем двозаломлення широко використовуються в інтегрально-оптичних елементах і вузлах оптичної обробки інформації. Як відомо, діапазон показників заломлення РК дозволяє комбінувати їх у світловодних структурах з багатьма відомими матеріалами від стекол типу “крон” і кварцу до тяжких флінтів та миш'якових стекол. До того ж, технологічно простіше стикувати різні світловодні елементи, якщо одне з середовищ є рідиною. Рідкокристалічні матеріали можуть використовуватись у світловодах як середовище, по якому розповсюджується випромінювання, чи як одне з зовнішніх середовищ.

Використовуючи планарні діелектричні світловоди та рідкі кристали, можна керувати оптичними хвилями в тонкоплівкових структурах, таких як модулятори, дефлектори, оптичні перемикачі тощо.

Рідкі кристали поєднують у собі властивості рідини і твердого тіла, тобто характеризуються текучістю, молекулярною впорядкованістю, діелектричною та оптичною анізотропією одночасно. Існують різні види рідкокристалічних систем, серед них система з просторовою надмолекулярною структурою. Холестеричні і смектичні С* рідкі кристали утворюють таку просторову закручену структуру, тобто вони є хіральними речовинами. Такі структури не мають дзеркальної симетрії і характеризуються ліво- або правостороннім закручуванням. Крім того, просторову надмолекулярну структуру можна індукувати, додаючи оптично активні добавки в нематичні та смектичні рідкі кристали.

Хіральні рідкокристалічні структури характеризуються аномальними оптичними властивостями, такими як селективне відбивання світла, унікально велике обертання площини поляризації світла в тонких шарах, залежність забарвлення зразка від температури та кута спостереження тощо. Фізичною причиною таких аномалій оптичних властивостей є дифракція світла на їх просторовій періодичній структурі. У зв'язку з цим актуальною є проблема вивчення оптичних та електрооптичних характеристик хіральних рідкокристалічних систем для використання таких РК структур в оптоелектронних пристроях для переміщення оптичного випромінювання у просторі.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами. Дослідження дисертаційної роботи проводились у відповідності з тематичними планами науково-дослідних держбюджетних і госпдоговірних робіт у Національному університеті “Львівська політехніка” з 1999 до 2002 року:

“Дослідження та розробка активних феримагнітних та рідкокристалічних середовищ для елементів електронної техніки” (номер ДР 0198U002344);

“Розробка нових структур та сенсорів фізичних величин на основі рідкокристалічних та магнітних матеріалів” (номер ДР 0100U000486).

Мета і задача досліджень. Метою роботи є розробка рідкокристалічних оптоелектронних пристроїв для координатного переміщення оптичного випромінювання на основі досліджених РК матеріалів зі спіральною структурою. Основними завданнями дослідження, які необхідно було вирішити для досягнення поставленої мети були:

- теоретичне та експериментальне дослідження текстурного та фазового переходу в сегнетоелектричних смектичних РК для практичного використання в РК пристроях координатного переміщення оптичного випромінювання;

- вивчення динаміки процесу розкручування гелікоїда за наявності температурного градієнта, електричного та магнітного полів;

- створення математичних моделей переміщення оптичного випромінювання в середовищі з градієнтом показника заломлення;

- розробка нових РК оптоелектронних пристроїв для переміщення світлового випромінювання, що переносить оптичну інформацію.

Об'єкт дослідження. Термо-, електро- та магнітооптичні ефекти в закручених РК системах та процеси переміщення оптичного випромінювання.

Предмет дослідження. Індуковані холестеричні рідкі кристали і сегнетоелектричні смектичні рідкі кристали та прилади оптоелектроніки на їх основі: дефлектори, модулятори, розгалужувачі та селектори.

Методи дослідження. Інфрачервона спектроскопія, мікроскопічні дослідження РК матеріалів, аналіз одержаних термо-, електро- та магнітооптичних характеристик.

Наукова новизна одержаних результатів:

виявлені закономірності розсіювання світла при переорієнтації осі спіралі в гелікоїдальних рідких кристалах під дією температурних, електричних та магнітних полів, які покладені в основу функціонування пристроїв електронної техніки, а саме, тонкоплівкових елементів, в яких оптичний сигнал (оптичне випромінювання) можна каналізувати, модулювати, відхиляти, селектувати або випромінювати у простір, тобто створювати оптоелектронні пристрої переміщення оптичного випромінювання;

вперше досліджено магнітооптичні ефекти в сегнетоелектричних смектичних рідких кристалах, виявлені закономірності в зміні інтенсивності розсіювання світла від величини та напрямку індукції магнітного поля та оптичної пам'яті для створення магнітокерованих хвилеводів та перемикачів;

розроблено новий метод керування переміщенням оптичного випромінювання в основу якого покладено дію теплового, електричного чи магнітного поля на сегнетоелектричний рідкий кристал, що призводить до контрольованої переорієнтації осі спіралі.

виявлено закономірності термо-, електро- та магнітооптичних властивостей нових закручених рідкокристалічних матеріалів, встановлені при цьому залежності покладено в основу створення пристроїв електронної техніки: планарних діелектричних хвилеводів, модуляторів, оптичних розгалужувачів, дефлекторів, селекторів довжин хвиль тощо;

методом математичного моделювання встановлено закономірності впливу розподілу поля та конфігурації електродів у рідкокристалічних комірках на процес поширення оптичного випромінювання через них, показана можливість електричного керування переміщенням оптичного випромінювання;

розроблено математичну модель, поширення оптичного випромінювання через багатошарові тонкоплівкові структури на основі планарних світловодів з хіральним рідким кристалом з урахуванням параметрів окремих шарів. Селективне відбивання світла холестеричним рідким кристалом у таких структурах покладене в основу створення елементів оптоелектронної техніки, а саме - селекторів довжин хвиль випромінювання.

Практичне значення одержаних результатів:

- створено пристрої для модуляції, відхилення, розгалуження та селектування оптичного випромінювання;

- на основі аналізу процесів розсіювання світла в смектичних С* рідких кристалах запропоновано шляхи покращення характеристик оптичних модуляторів;

- створено математичні моделі поширення світла в РК з урахуванням градієнта показника заломлення та поширення світла в багатошаровому середовищі з урахуванням межі розділення повітря - світловод - РК;

- розроблено ряд пристроїв оптоелектроніки, в яких конструктивно-технологічними методами здійснюється переміщення світлового випромінювання, яке переносить оптичну інформацію. Новизна практичних розробок захищена патентами та заявками на винаходи.

Особистий вклад здобувача. Теоретичні і практичні дослідження, проведені в роботі, виконані автором особисто та за його безпосередньою участю. Автором виявлене дифракційне відбивання, яке супроводжується інтерференцією світла у видимій області спектра в області аномальної поведінки залежності кроку спіралі від температури. Вперше експериментально досліджено дію магнітного поля на смектичний С* рідкий кристал. Досліджена також динаміка процесу розкручування спіралі за наявності градієнта температури, електричного та магнітного полів [1,2]. Розроблено конструкції візуалізатора ІЧ випромінювання, багатофункціонального сенсора, спектрального селектора [3,4,6,7,10], оптичного розгалужувача на основі РК структур. Ці результати лягли в основу наукових публікацій та деклараційних патентів України.

Дисертантом проведено розрахунок процесу поширення світла в багатошарових структурах з використанням селективного відбивання світла в холестериках [13,16], створено конструкцію спектрального селектора [5,10] та здійснено математичне моделювання процесу проходження світла через багатошарові структури [12,5]. Автор брала участь у підготовці та проведенні експериментів з розсіювання світла на конфокальних доменах індукованих холестерика і смектика С* [1,11,14,]. Дисертантом створена математична модель поширення світла в середовищі з наявністю градієнта показника заломлення [17] і конструкція розгалужувача оптичного випромінювання [8]. У всіх роботах разом зі співавторами проведено обговорення експериментальних результатів, аналіз виявлених закономірностей, підготовку статей до друку.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідались та обговорювались на: 4-му Міжнародному симпозіумі з мікроелектроніки та мікросистем (Німеччина, Цвікау, 2000); Міжнародній конференції з оптоелектронної інформаційної технології „Оптоелектронна інформація - енергетична технологія” (Україна, Вінниця, 2001), 6-ій Європейській конференції з рідких кристалів (Німеччина, Галле, 2001); 5-му

Міжнародному симпозіумі з мікроелектроніки та мікросистем (Румунія. Бухарест, 2001); Міжнародній конференції з модуляції та симуляції AMSE і MS'2001 (Україна, Львів, 2001); 14-ій конференції з рідких кристалів - Хімія, фізика та використання (Польща, Закопане, 2001); 21-ій науковій конференції з дисплеїв спільно з 8-им міжнародним дисплейним семінаром (Японія, Нагоя, 2001).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 17 робіт, з них 2 патенти, 1 заявка на винахід і 5 статей в українських і зарубіжних виданнях.

Структура і об'єм дисертації. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаної літератури та додатку. Основний зміст викладено на 157 сторінках друкованого тексту, ілюстрованого 62 рисунками та світлинами і 3 таблицями. Список літератури містить 97 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, вказано мету, сформульовано наукову новизну, практичну цінність роботи і положення, що виносяться на захист. Коротко викладено зміст дисертації.

Перший розділ має оглядово-аналітичний характер. В цьому розділі зроблено огляд оптоелектронних пристроїв, які використовуються для модуляції, переміщення, розгалуження та селектування оптичного випромінювання. Розглянуто механізм утворення закручених РК структур і теоретичні моделі та підходи, запропоновані кількома авторами, які описують спіральне закручування. Закручена структура відповідає умові мінімальності густини вільної енергії в таких структурах і в залежності від розміщення хірального атома утворюється право- або лівозакручена спіраль.

Внаслідок надмолекулярного закручування в хіральних РК орієнтація головних осей молекул змінюється в міру просування вздовж осі гелікоїда, тобто присутня періодичність або крок спіралі. Розглянуто оптичні властивості різних закручених РК фаз окремо і зроблено порівняльні оцінки їх оптичних характеристик. Хіральні РК характеризуються селективним відбиванням світла певної поляризації та певної довжини хвилі, унікально великим обертанням площини поляризації світла. Природа особливостей оптичних властивостей хіральних РК структур зумовлена їх періодичною структурою. Фізичною причиною цих особливостей є дифракція світла на їх просторовій періодичній структурі, період якої звичайно знаходиться в області довжин хвиль оптичного діапазону.

Зміна кроку спіральної структури викликає зміну оптичних властивостей, що робить можливим керування ними. Отже, змінюючи крок спіралі за рахунок дії різних факторів, можна керувати світловими променями, змінюючи їх інтенсивність, колір та напрямок.

Показано, що розкручування гелікоїда під впливом електричного або магнітного полів створює принципову можливість керування оптичним пропусканням смектика С* в широкому інтервалі інтенсивності.

Зроблено теоретичний аналіз існуючих оптоелектронних пристроїв з використанням закручених РК структур, що відрізняються від інших традиційних електрооптичних матеріалів високими функціональними можливостями, низьким енергоспоживанням, можливістю інтегрального виконання та кращими функціональними характеристиками.

У другому розділі наведене обґрунтування вибору об'єкта досліджень та методика виготовлення експериментального зразка.

Вибір матеріалів електронної техніки для дослідження закручених структур проводився за такими критеріями:

- існування смектичної або холестеричної мезофаз у широкому температурному діапазоні, включаючи кімнатні температури;

- існування фазового переходу SmASmC*;

- слабкі смуги поглинання у видимому та ІЧ діапазонах хвиль;

- висока закручувальна здатність.

Матеріалом для дослідження вибрана серійна суміш FLC-408A з широким температурним інтервалом існування SmC*-фази.

Дослідження термо-, електро- та магнітооптичних характеристик закручених РК структур проводились у комірках типу „сандвіч” з різною товщиною РК шару. Для орієнтації молекул РК використовували прозорі плівки товщиною 1…2 мкм, отримані зі спиртового розчину (3% маси) полівінілпіролідону, які характеризуються хорошою адгезією.

Хіральний смектичний РК вводився в кювети при температурі існування ізотропної фази для запобігання утворенню різних структурних дефектів і повільно охолоджувався до температури SmA. При такому методі смектик С* орієнтується планарно, тобто молекули розміщуються паралельно до поверхні, і складають з нормаллю до шару деякий кут . Будь-яка обробка поверхні впливає тільки на орієнтацію молекул. Орієнтація шарів досягається у SmA-фазі зовнішнім електричним полем, після чого зразок охолоджується в смектичну С*-фазу. Для фіксації орієнтації шарів на комірку подавали імпульс прямокутної форми амплітудою 10В.

В розділі наведені установки для дослідження термо-, електро- та магнітооптичних характеристик, а також для мікроскопічних досліджень цих процесів. Для дослідження параметрів текстурного та фазового переходів використовували установку, яка дозволяє одержати вольт-контрастні характеристики (ВКХ) в широкому інтервалі температур та тривалості керуючих імпульсів.

В третьому розділі наведені та проаналізовані результати експериментальних досліджень термо-, електро- та магнітооптичних характеристик текстурного і фазового переходів у хіральних РК структурах для створення пристроїв переміщення оптичного випромінювання.

Проведені дослідження показали, що температурна залежність кроку спіралі р(Т) зростає монотонно зі збільшенням температури. При температурі приблизно на 5^о нижчій від точки переходу SmASmC* починається різке зменшення кроку гелікоїда. Температурна залежність кроку гелікоїда наведена на рис.1. Температурну залежність кроку г гелікоїда можна розділити на дві ділянки: перша - ділянка монотонного зростання кроку гелікоїда р, друга - ділянка аномальної поведінки.

Крок досліджуваного матеріалу, який лежить в області довжин хвиль ближньої ІЧ області спектра, за рахунок теплової дії деформується, і при цьому в області аномальної поведінки переходить у довжини хвиль видимої ділянки спектра.

Контраст інтерференційної картини погіршується при охолодженні комірки від ізотропного стану в SmC* порівняно з нагріванням.

Значення критичного поля, при якому гелікоїд розкручується, залежить від товщини шару, а також від сили поверхневого зчеплення. Показано, що сила поверхневого зчеплення також впливає на пропускання світла. Для комірки товщиною 10 мкм інтенсивність світла, яке пройшло через неї, менша, ніж для комірки товщиною 20 мкм (рис.2).

Показано, що залежність оптичного пропускання від величин прикладеного поля має немонотонний характер і зменшується зі збільшенням частоти сигналу. Крім того, контраст також зменшується зі збільшенням частоти сигналу (рис.3).

У відповідності з переорієнтацією директора в зразку змінюється показник заломлення і виникає двозаломлення в схрещених поляризаторах, наведене електричним полем. Двозаломлення існує аж до повного розкручування гелікоїда.

В сильних полях, коли вісь майже розкручена, час повернення гелікоїда в початковий стан значно зростає і реалізується структурна та оптична пам'ять. Отже, електрооптичне пропускання світла смектичним С* рідким кристалом має складний характер внаслідок розсіювання світла як на деформованих спіралях, так і на доменних стінках.

Виявлено, що у випадку, коли магнітне поле діє паралельно до осі спіралі у вихідному положенні, дипольні моменти молекул перпендикулярні до напрямку магнітної індукції. Зі збільшенням поля дипольні моменти змінюють орієнтацію і стають паралельними до напрямку магнітної індукції. В цьому положенні кут повороту дипольного моменту дорівнює .

Показано, що в магнітному полі також утворюється структурна та оптична пам'ять, яка зберігається протягом тривалого часу. Залежність оптичного пропускання від величини магнітної індукції показана на рис.4.

В четвертому розділі описані розроблені нові оптоелектронні пристрої для переміщення лазерного випромінювання у просторі, в тому числі їх будова, принципи роботи та технологія виготовлення.

Розроблено селектор оптичного випромінювання, який одночасно може використовуватись як візуалізатор ІЧ випромінювання, принцип роботи якого ґрунтується на термооптичному ефекті, зумовленому інтерференцією світла у видимій області спектра, що дозволяє реєструвати теплові поля. Запропоновано використовувати цей селектор для створення візуалізатора ІЧ випромінювання з роздільною здатністю 0,1^оС. За часом виникнення інтерференційної картини внаслідок дифракційного відбивання у видимій області можна оцінювати інтенсивність поля.

Запропоновано магнітокерований оптичний хвилевід в якому накладанням поля можна змінювати показник заломлення. При цьому магнітне поле діє перпендикулярно до гелікоїдальної осі спіралі планарно орієнтованого сегнетоелектричного рідкого кристала, спіраль розкручується як і під дією електричного поля.

Магнітооптичний хвилевід може використовуватись як сенсор магнітного поля, який дозволяє не лише виміряти величину магнітного поля, а й визначити напрямок магнітної індукції, оскільки оптичне пропускання РК- комірки залежить від величини та напрямку магнітної індукції.

Саму комірку можна використовувати як переносний первинний перетворювач, оскільки смектичний С* рідкий кристал має довготривалу пам'ять. Такий чутливий елемент здатний виміряти магнітне поле до 600-650 мТл.

Також розроблено вторинний перетворювач, який інформацію у вигляді фотоструму, виміряного вище вказаним пристроєм, перетворює в напруженість магнітного поля і виводить на індикатор (рис.5).

При цьому операційний підсилювач LM324 підсилює сигнал фотоприймача і в АЦП MAX186 перетворюється в цифровий сигнал. Спочатку в мікроконтролер вводяться значення напруженості магнітного поля, що відповідають певному значенню струму, вимірюваний струм перевіряється за допомогою Serial EEPROM, і на індикатор виводиться нормоване значення напруженості магнітного поля.

Накладанням зовнішнього електричного поля на ХРК у них легко можна сформувати фазові та амплітудні решітки, які можна використовувати для побудови дифракційних дефлекторів. При деяких співвідношеннях (де d - товщина РК комірки) можна одержати текстуру “відбитків пальців”. Прикладання керуючої напруги призводить до зміни кроку і, відповідно, періоду дифракційної структури, внаслідок чого змінюється кут відхилення оптичного випромінювання. Крім цього, кут відхилення першого дифракційного максимуму залежить від частоти керуючого сигналу.

В РК спостерігається ефект керованого полем двозаломлення зі зміною напруженості поля. Створена математична модель поширення світла в РК з урахуванням наявності градієнта показника заломлення. За цим принципом, об'єднуючи деякі дефлектори на клиновидній деформації в одну матрицю, можна створити матрично керований РК розгалужувач оптичного випромінювання, здатний плавно відхиляти промені одночасно в різні боки. Конструкція розгалужувача (рис.6.а) та залежність кута відхилення першого дифракційного максимуму на спіральній структурі на основі індукованого холестерика - суміш азоксиз'єднань і 40% 8СВ з домішками холестерилпропіанатунаведена на рис.6.б. Розгалужувач оптичного випромінювання містить планарну рідкокристалічну комірку з рідким кристалом, в якій на підкладках комірки сформовані періодичні смугові взаємно ортогональні електроди, які при певній комбінації керуючої напруги утворюють середовище зі змінним показником заломлення. Кожна пара перетинів взаємно ортогональних електродів утворює “призму”, вздовж однієї грані якої плавно змінюється показник заломлення рідкого кристала. Світловий промінь, проходячи через таку “призму”, відхиляється в певному напрямку, причому кут відхилення можна регулювати, змінюючи величину прикладеної напруги або її полярність.

На основі аналізу математичної моделі оптимізовано як геометричні розміри електродів, так і величини потенціалу, які необхідно подавати на них. Побудований розподіл напруженості електричного поля в міжелектродних проміжках дає можливість вибирати їх оптимальну конфігурацію.

В тонкоплівкових світловодних структурах світло можна каналізувати, модулювати, відхиляти, селектувати, випромінювати в простір або генерувати. Об'єднуючи ці властивості з селективним відбиванням світла хіральними РК, розроблено спектральний селектор. Такий селектор довжин хвиль випромінювання містить як елемент плоского світловода рідкокристалічну комірку, причому таких світловодів, розташованих один над одним, може бути декілька. Введення таких світловодів дозволяє здійснити селекцію довжин хвиль випромінювання, оскільки вздовж кожного плоского світловода може поширюватися випромінювання тільки з певним значенням довжини хвилі, що забезпечується величиною кроку холестеричної спіралі суміші в рідкокристалічній комірці. Зміщення рідкокристалічних комірок одна відносно одної забезпечує почергове введення випромінювання певної довжини хвилі в плоский світловод.

Розроблена також математична модель проходження світла через такі структури, яка дає можливість розрахувати як коефіцієнт пропускання системи, так і інтенсивність вихідного випромінювання.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ І ВИСНОВКИ

1. Виявлені нові закономірності при дослідженні електрооптичних ефектів у РК з закрученою структурою (холестеричні та сегнетоелектричні смектичні рідкі кристали) вперше запропоновано використати при створенні оптоелектронних пристроїв переміщення оптичного випромінювання, параметри яких визначаються дією теплових електричних та магнітних полів.

2. Виявлено ефект інтерференції світла у видимій області спектра на гелікоїдальній структурі який проявляється на ділянці аномальної поведінки температурної залежності кроку спіралі. Цей ефект покладено в основу створення селектора оптичного випромінювання. Показано можливість його одночасного використання як візуалізатора полів ІЧ випромінювання з роздільною здатністю 0,1^о на основі термооптичного ефекту в SmC* рідкому кристалі.

3. Запропонована математична модель поширення світла в РК з урахуванням наявності градієнта показника заломлення. На основі цієї моделі розроблені пристрої для переміщення оптичного випромінювання у просторі, а саме, дефлектори, розгалужувачі оптичного випромінювання. Розраховано розподіл електричного поля в зазорі з різними конфігураціями електродів, за допомогою яких відбувається переміщення випромінювання.

4. Запропоновано математичну модель поширення світла в багатошарових структурах. Використання рідкокристалічних комірок з холестеричним рідким кристалом як елемента планарного світловода, а також їх здатність селективного відбивання світла дозволяє використовувати закручені РК як елементи фільтрації за спектром довжин хвиль.

5. Створено безполяроїдні модулятори оптичного випромінювання на SmC* рідких кристалах з регульованим контрастом на основі аналізу ефекту розсіювання світла. Розсіювання, яке спостерігається як на деформованій спіралі, так і на доменах розміром 2…10 мкм, зумовлене переорієнтацією спіралей в сегнетоелектричному смектичному рідкому кристалі. При цьому залежність оптичного пропускання від величини електричного поля в товстих зразках смектика С* має значно більшу крутизну, ніж у тонких зразках смектика С* і ХРК.

6. Досліджено оптичні властивості РК комірки з сегнетоелектричним рідким кристалом для магнітокерованого оптичного світловода та чутливого елемента сенсорів з пам'яттю для вимірювання параметрів магнітного поля. Показано, що оптичне характеристики залежить як від величини, так і від напрямку прикладеного магнітного поля.

7. Створені оптоелектронні пристрої для переміщення оптичного випромінювання в просторі забезпечують модулювання випромінювання магнітними полями з індукцією до 650мТл і електричними полями напруженістю до 2,5·10⁶В/мкм; дозволяють відхиляти лазерний промінь на 25є; селектувати за довжинами хвилю від 0,4 до 0,7 мкм.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В РОБОТАХ

1. Микитюк З.М., Сушинський О.Є., Черпак В.В, Іваницький В. Г., Даланбаяр Б. Розсіювання світла на конфокальних доменах в індукованих холестериках //Вісник НУ “Львівська політехніка”. Сер.” Електроніка ”.-2000.- №397.-С. 70-77.

Дисертант брала участь у підготовці та проведенні експериментів по розсіюванню світла на конфокальних доменах індукованих холестериків та обговоренні результатів експерименту.

2. Z.Mykytyuk, I.Lopatynskiy, O.Gotra, B.Dalanbayar. Liquid crystal using in optical sensors. // Proc. SPIE. -2000.-Vol. 4425.- Р.472-477.

Дисертант брала участь у проведенні експериментів та провела математичну і комп'ютерну обробку експериментальних даних.

3. Микитюк З.М., Готра О. З., Сушинський О.Є., Черпак В.В, Іваницький В. Г., Даланбаяр Б. Багатофункціональний рідкокристалічний сенсор// Вісник НУ “Львівська політехніка”. Сер.” Елементи і теорія твердотільної електроніки ”.- 2001.- №427.- C.143-149.

Дисертант брала участь у проведенні дослідження впливу зовнішніх факторів на вихідні характеристики сенсора та підготовці статті до друку.

4. Z.Mykytyuk, V.Ivanytskyy, V.Cherpak, D.Bolormaa, A.Fechan. Liquid crystals as active elements of sensors based on planar waveguide// Opto - Electronics Review.- 2002.- Vol. 10(1), P. 79-82.

Дисертантом розроблено модель процесу проходження світла через середовище планарний світловод - рідкий кристал та підготовлено статтю до друку.

5. Z.Mykytyuk, B.Dalanbayar. Electrooptical devices based on the structure of planar waveguide - smectic C* - planar waveguide// Вісник НУ “Львівська політехніка”. Сер.”Елементи і теорія твердотільної електроніки”.-2002.- №458.- С. 203-209.

Дисертантом розроблено модель поширення світла через смектичний рідкий кристал та структуру планарний світловод - смектичний рідкий кристал.

6. №48576 А.//Микитюк З.М., Сушинський О.Є., Черпак В.В., Іваницький В.Г., Даланбаяр Б. Селектор довжин хвиль випромінювання, 15.08.2002, бюл.№8.

Дисертантом запропоновано конструкцію спектрального рідкокристалічного селектора, проведено математичний розрахунок переміщення світла в середовищі повітря - планарний світловод - холестеричний рідкий кристал.

7. №48577 А.// Микитюк З.М., Сушинський О.Є., Черпак В.В., Іваницький В.Г., Даланбаяр Б. Світловодний рідкокристалічний дисплей, 15.08.2002, бюл.№8.

Дисертант зробила розрахунок системи хвилевід - чвертьхвильова пластина та впливу селективного дзеркала, яке розташоване між рідкокристалічною коміркою і розсіювальним шаром.

8. Заявка №С52127.// Микитюк З.М., Даланбаяр Б. Рідкокристалічний розгалужувач оптичного випромінювання, 27.02.2003.

Дисертантом розроблено модель поширення світла в РК з урахуванням наявності градієнта показника заломлення, і на основі даної моделі запропоновані пристрої для переміщення лазерного випромінювання у просторі.

9. Z.Mykytyuk B.Dalanbayar V.Cherpak V.Ivanytskyy. Frequency-amplitude transformer on LC cells for frequency indicators. // Proc. of International Simposium on Microelectronics Technology and Microsystems, Zwickau, Germany.- 2000.-P.56-61.

Дисертант брала участь у проведенні експериментів з дослідження частотної залежності розсіювання світла індукованими холестериками та підготовці статті до друк.

10. I.Lopatynskyy, V.Cherpak, B.Dalanbayar. Magnetic fibreoptic selector. // Abstracts of International Conference on Optoelectronic Informational Technologies “ Optoelectronic Information - Energy Technologies”, Vinnytsia, Ukraine.-2001.-P.131.

Дисертантом проведено дослідження впливу магнітного поля на оптичні характеристики селектора та підготовлено статтю до друк.

11. Z.Mykytyuk, V.Cherpak, V.Ivanytskyy, B.Dalanbayar. Light Scattering on Domain Structures in Induced Cholesterics. // Abstracts of 6^th European Conference on Liquid Crystals, Halle, Germany.-2001.- P2-P.29.

Дисертантом досліджено вплив орієнтуючих плівок на створення стійкої розсіювальної текстури індукованих холестериків.

12. Z.Mykytyuk, O.Gotra, Y.Semenova, V.Ivanytskyy, B.Dalanbayar, V.Cherpak. Mode switching by using the LC cell. // Proc. of 5^th International Symposium on Microelectronics Technologies and Microsystems, Pitesti, Romania.-2001.-P.47-50.

Дисертантом розроблено принцип перемикання мод з використанням хіральних рідких кристалів.

13. Z.Mykytyuk, W. Kalita, O.Hotra, B.Dalanbayar, V.Cherpak. Waveguide spectral selector on base of liquid crystal. // Proc. of International Conference on Modeling & Simulation, MS'2001, Lviv, Ukraine.-2001.- Р. 174-175.

Дисертантом запропоновано конструкцію спектрального рідкокристалічного селектора та розраховано його характеристики та вплив на них межі розділення повітря - світловод.

14. Z.Mykytyuk, B.Dalanbayar, O.Sushynskyy, J.Semenova. Light scattering in induced cholesterics: the roles of scattering on domains and selective scattering. // Proc. XIV Conference on Liquid Crystal (Chemestry, Physics and Applications), Zakopane, Poland.-2001.-B.12.

Дисертантом проведено дослідження електрооптичних залежностей розсіювання світла з урахуванням впливу початкової орієнтації рідких кристалів.

15. Z.Mykytyuk, B.Dalanbayar, V.Cherpak, V.Ivanytskyy. Waveguide spectral selector on base of liquid crystal. // Proc. of 21^th International Display Research Conference in conjunction with the 8^th International Display Workshops, Nagoya, Japan.-2001.- P.105-108.

Дисертантом запропоновано конструкцію та проведено математичний розрахунок переміщення світла в середовищі повітря - планарний світловод - холестеричний рідкий кристал.

16. Z. Mykytyuk, V. Ivanytskyy, B.Dalanbayar, V. Cherpak,. Concept of full-color WGLCD. // Proc. of 21^th International Display Research Conference in conjunction with the 8^th International Display Workshops, Nagoya, Japan.-2001.- Р.257-259.

Дисертант зробила розрахунок системи хвилевід - чвертьхвильова пластина та впливу селективного дзеркала, яке розташоване між рідкокристалічною коміркою і розсіювальним шаром.

17. Z.Mykytyuk, V.Ivanytskyy, B.Dalanbayar. Modelling of Pixel Electrode System of Cholesteric Liquid Crystal Display // Abs. of International Conference “Electronic Processes in Organic Materials”, Lviv, Ukraine.-2002.-P.64.

Дисертантом розроблено математичну модель впливу розподілу поля на пропускання світла холестеричними рідкими кристалами.

АНОТАЦІЯ

Даланбаяр Б. Розробка оптоелектронних пристроїв для переміщення лазерного випромінювання на основі закручених структур - рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.27.01 - твердотільна електроніка. - Національний університет „Львівська політехніка”, Львів, 2004 р.

Розроблено ряд пристроїв оптоелектроніки, в яких конструктивно-технологічними методами створено переміщення лазерного випромінювання, яке переносить оптичну інформацію. Досліджено термо-, електро- та магнітооптичні характеристики хіральних РК. Вперше досліджено процес переорієнтації спіралі в сегнетоелектричних смектичних РК і зв'язаний з ним процес розсіювання світла на цих структурах. Вперше експериментально вивчено магнітооптичні характеристики смектичного С* рідкого кристала. Методом математичного моделювання встановлено вплив розподілу поля та конфігурації електродів на процес поширення світла в РК середовищі. Методом математичного моделювання встановлено вплив границь розділення в процесі поширення світла в багатошарових структурах з використанням ефекту селективного відбивання в холестеринах. Ключові слова: оптоелектронні пристрої, хіральний рідкий кристал, термооптика, електрооптика, магнітооптика, текстурний перехід, переміщення лазерного випромінювання, селектор випромінювання.

Даланбаяр Б. Разработка оптоэлектронных устройств для перемещения лазерного излучения на основе закрученных структур. - рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.27.01 - твердотельная электроника. - Национальный Университет “Львовская Политехника”, Львов, 2004.

Разработан ряд устройств оптоэлектроники, в которых конструктивно - технологическими методами создано перемещение лазерного излучения, несущего оптическую информацию. Исследованы термо-, электро- и магнитооптические характеристики хиральных ЖК. Впервые исследован процесс переориентации спирали в сегнетоэлектрических смектических ЖК и связанный с ним процесс рассеивания света на этих структурах. Впервые экспериментально изучены магнитооптические характеристики смектического С* жидкого кристалла. Методом математического моделирования установлено влияние распределения поля и конфигурации электродов на процесс распространения света через ЖК среду. Методом математического моделирования установлено влияние границ раздела в процессе распространения света в многослойных структурах с использованием эффекта селективного отражения в холестериках.

Ключевые слова: оптоэлектронные устройства, хиральный жидкий кристалл, термооптика, электрооптика, магнитооптика, текстурный переход, перемещение лазерного излучения, спектральный селектор.

Dalanbayar B. The design of optoelectronic devices for a laser radiation shift based on twisted structures. - The thesis is a manuscript.

The thesis for Candidate degree in Technical Science on speciality 05.27.01. - Solid State Electronics, Lviv Polytechnical National University, Lviv, Ukraine, 2004.

The row of opto-electronic devices in which by using engineering and design methods obtained the laser radiation shift, which transfer the optical information. Thermo-, electro- and magnetooptical characteristics of chiral liquid crystal (LC) were investigated. For the first time were carried out investigation the process of spiral reorientation in ferroelectric smectic LC and continued light scattering process on such structures. At first experimentally studied magnetooptical characteristics of smectic С* liquid crystal. By mathematic modeling method the influence of field distributing and electrodes configuration on a light propagating on a LC medium were found. The influence of distribution border on light propagation process on a multilayer structures with a selective light scattering on cholesterics was found by using mathematic modeling method.

Key words: opto-electronic devices, chiral liquid crystal, thermooptics, electooptics, magnetooptics, texture transition, laser radiation shift, spectral selector.

Размещено на Allbest.ru

...