Модуляция света гелеобразным рельефным носителем тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

п г г Л П МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

г ! о V ч

ям.М.В.ЛОМОНОСОВА - ^ п д ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи

КАРГАШОВ ВЛАДИМИР ШГАЯ10ВИЧ

МОДШЩИН СВЕТА ГЕДЕОЕРАЗЕШ ШШ1 ЖХЖЕЯИ1

ОТ.04-.03. - РАДИОФИЗИКА

ч

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учено® степени кандидата физико-математических наук

Москва 199*1 г.

Работа выполнена в Московском государственном институте радиотехники, электроники и автоматики (техническом университете).

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор В.П.Гущо Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук Е.А.Черкасов, ' .

кандидат физико-математических наук, доцент В.И.Балакший

Ведущая организация: Физический институт им.П.Н.Лебедева Российской Академии наук

Защита состоится "/^2»" О^кггч^рЯ 199^ г. на заседании Сйюааализированного совета К.053.05.92 физического факультета ИГУ по адресу: 119099, Москва, Ленинские горы, МГУ, Физический факультет, ауд. 5-1% £ ЦОС ' С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУ.

.автореферат разослан "2/2г НОЛ^угЛь. 199_^ г.

Ученый секретарь Спеаиализироанного совета, к.ф.-ш.н.

Лебедева И.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Исследование различных методов модуляции светового потока уже много лет остается актуальной задачей теоретической фигики. Важность этой задачи определяется широким применением пространственно-временных модуляторов света для обработки. регистрации и отображения информации. Обширную группу образуют рельефографическиэ методы фазовой модуляции света, з которых информация представляется з виде рельефа поверхности прозрачного или отражающего деформируемого носителя. Рельефяую запись воспроизводят затем путем преобразования фазовых изменений считывавшего излучения в амплитудные с помотаю щелевой оптики. К наиболее существенным достоинствам всех рельефографи-ческих методов модуляции света следует отнести применение носителя, яе поглощзшего излучения, возможность многократной записи и стирания информации, получение изображения в реальном масштабе времени, отсутствие проявлявших запись веществ, возможность применения для пространственной фильтрации, голографии, преобразования спектра оптических сигналов и др.

к настоящему времени рельефография оформилась в новую научно-техническую дисциплину прикладной физики. В ней можно выделить четыре направления: рельефография на масляных, термопластических, мембранных и гелеобразных слоях. Несмотря на то, что первые два направления были доведена до серийного произвол-., ства либо до внедрения, необходимость применения громоздких и дорогостоящих вакуумных, зарядных и тепловых устройств существенно сдерживает их широкое применение. Мембранные модуляторы

света имеют сложную технологию изготовления и не очень высокое разрешение. В сбое очередь, это стимулировало усиленный интерес к методам модуляции света гелеобразным рельефным носителем. Они не треоуют использования вакуумных и тепловых устройств и. отличается от других рельефографкческих методов более высокими быстродействием, сроком службы, плотностью записи к более широким диапазоном рабочих температур.

Если ранее изготовление рельефографических модуляторов света (ШС) с гелеобразнкм носителем сдерживалось технологическими проблемами, то в настоящее время эти ограничения в значительной мере сняты. Их совершенствованию сейчас препятствует главным образом отсутствие завершенной теории прохождения сигнала е ВЮ на отдельных этапах к в целом. Интенсивные работы в этом направлении ведутся в научных центрах России, Швейцарии, Германии, США, Франции к Голландии, в тем числе такими фирмами, как General Electric, Gretag, а в нашей стране - рядом организаций Москвы и.Санкт-Петербурга. Среди малоизученных явлений, оказнваших существенное влияние на работу многих РМС с гелеобразным носителем, - процессы натекания объемного и поверхностного электрического заряда в слоях РЫС, а также геометрические н-эффбкты. Последние заключаются в том, что геометрический рельеф поверхности гелеобразного носителя, образушийся под действием вондеромоторных сил, сам влияет на эти силы.

Таким образом, актуальность тещ определяется перспективностью применения РМС с гелеооразным носителем для целей регистрации, обработки и отображения информации е реальном масштабе времени к отсутствием обобщащих работ, б которых делалась бы попытка разработать научные основы РЫС этого направления.

— Т —

Даль работы. Настоящая диссертационная работа посвятена исследованию модуляции света гелеобразным рельеф™ носителем. Основное внимание уделено влиянию электрического заряда з гела и геометрических н-эффектов на процесс проявления и стирания рельефа поверхности носителя, а также записи входного изображения при оптическом управлении рельефом. Целые работы было изучение перечисленных явлений и построение на этой основе обией теории процесса проявления и стирания рельефа при модуляции света гелеобразным рельефным носителем, а такая поиск путей повышения эффективности пространственно-временных модуляторов света с гелеобразным носителем.

В связи с вышеизложенным решались следующие задачи:

1. Построение электромеханической теории модуляции света гелеобразным рельефным носителем с учетом геометрических й-эф-ктсв и электрического заряда в гэле.

2. Оптимизация процесса записи входного сигнала при оптическом управлении модуляцией света гелеобразным носителем.

3. Проведение теоретических и экспериментальных исследований процесса натекания заряда при модуляции света гелеобразным рельефным носителем.

4. Разработка новых модуляторов света с гелеобразным носителем и поиск путей повышения эффективности и качества их работы.

"Научная новизна. Основные научные результата могут быть сформулированы в виде следующих положений, еыносимых на защиту.

1. Развита электромеханическая теория модуляции света гелеобразным рельефным носителем с учетом геометрических Я-эффектов и электрического заряда в геле. На основе этой тео-

паи предложены методы расчета парамзтров систем модуляции света с гелеооразвым носителем, при которых отсутствуют искажения, обусловленные геометрическими Л-эффектами к о&ьемаык зарядом.

2. Экспериментально обнаружен и исследован новый эффект при электродном управлении модуляцией света е системах' с воздушным зазором, заюшчапцийся в том, что относительное приращение амплитуды рельефа гелеооразного носителя вследствие натека-ния электрического заряда не зависит от величины напряжения смешения и амплитуды импульсов за электродах управления в случае, если £Гсм » С^- На основе этого эффекта с помощью электромеханической теории разраОотан метод вычисления воадушого зазора по выходным оптическим характеристикам, позволявший оптимизировать конструктивные параметры РКС с электродным управлением.

3. Экспериментально обнаружено и исследовано новое явление при электродном управлении модуляцией света в системах с воздушным зазором, заключающееся в том, что при поступлении на электроды управления скачка напряжения величиной « постоянная времени натекания эффективного поверхностного заряда уменьшается на два порядка в процессе проявления рельефа. Дано объяснение этого явления на основе электромеханической теории в предположении, что проводимость геля возрастает с увеличением напряженности электрического поля.

4. На основе теоретических исследований предсказан эффект уменьшения паразитных переходных процессов, обусловленных перезарядкой распределенных емкостей слоев в система с оптическим управлением модуляцией света гелеобразным рельефным носителем, при выборе фазы опорного напряжения в моменты изменения интен-

сивности входного потока света равной оптимальному значению. Использование этого эффекта позволяет повысить быстродействие РМС с оптическим управлением.

Достоверность результатов исследования обеспечивается тем, что теория построена на основа известных экспериментальных ис-. следований, -а. ее новые результаты проверены экспериментально самим автором. Новым эффектам, обнаруженным в ходе экспериментов, также дано объяснение в рамках электромеханической теории.

Практическая ценность полученных результатов обусловлена перспективностью широкого использования ИС с гелеобразным носителем для регистрации, обработки и отображения информации. Нз основе разработанной теории предложены методы расчета РМС с гелеобразным носителем, позволяющие устранить искажения из-за влияния геометрических R-эффектов и объемного заряда в геле. Разработана программа расчета на ЭВМ информационных характеристик РМС с гелеобразным носителем. По результатам теоретических и экспериментальных исследований предложено 5 новых FNC с гелеобразным носителем о улучшенными характеристиками. Предложена методика расчета оптимальных параметров РМС с оптическим управлением, позволяющая повысить быстродействие устройства. Предло-зен метод вычисления воздушного зазора в РМС с электродным управлением, позволяыций оптимизировать конструктивные параметры устройства. Предложен новый способ изготовления рабочей поверх- -ности гелеобразного носителя, позволявший автоматизировать изготовление последнего при промышленном производстве РНС.

Апробация. Результаты работы доложены на кафедре "Основ радиосхемотехники" МИРЗА в 1983 г., на Международной конференции "Электрография-91" в 1991 г., э также на 42-й и 43-й науч-

- б -

но-технических конференциях в ЫИРЭА в 1993 и 1994 годах, на кафедре "газики колебаний" МГУ в 1994 г.

Публикации. По материалам работы опубликовано 12 печатных . работ, lis них 9 статей в академических журналах, два авторских свидетельства СССР, доклад на Международной конференции, а также получено положительное решение о выдаче патенте Российской Федерации я поданы три заявки на патенты РФ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы в приложений. Общий объем составляет 321 страницу, включая 76 рисунков. Список литературы включает 171 наименование.

СОДЕШШЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, дана общая характеристика работы ж рассматриваемых в ней задач и приведены основные научные результаты, сформулированные в виде положений, выносимых на защиту.

Ь первой главе проведен сравнительный анализ современных методов модуляции света по типу промежуточного носителя (Ш). Показано» что в целом модуляция света гелеобразным рельефным лем характеризуется простотой конструкции и управления, широким спектром применения и по совокупности параметров (температурный диапазон, контраст, электрочувствительность) вполне конкурентоспособна с другими методами модуляции света.

В первой главе проведен также краткий обзор основных теоретических и экспериментальных исследований модуляции света гелеобразным рельефным носителем и сформулированы проблемы иссле-

дсвзеия. Теоретический анализ модуляции света гелеобразным рельефным носителем мозат быть проведен на основе модели рис.1. Например, при электроднем управлении модуляцией света в системах с вездушым зазором: 1 - это плоскость электродов управления (или активной матрицы) с заданным распределением потенциала П(х), 2 - воздушный зазор, з - свободная поверхность гэлеобраз-ного деформируемого слоя, 4 - гель, 5 - яреводянка прозрачный слой с нулевым потенциалом. При оптическом управлении в системах типа светочувствительного конденсатора назначение слоев то же, но плоскость 1 - это свободная поверхность фотопрсводнико-вего слоя, расположенного в области г > I. При зарядовом управлении также применима модель рис.1, однако вначале необходимо сделать промежуточное преобразование рельефа заряда а рельеф потенциала на управляющей плоскости.

Обобщенный функциональный оператор прохождения сигнала в модели рис.1 представлен на рис.2. На первом этапе зходвой сигнал в виде распределения освещенности Ер (при оптическом управлении) либо заряда (при зарядовом управлении) преобразуется в распределение потенциала П(х) в плоскости 1 на рис.1. При электродном управлении модуляцией езета этот этап отсутствует, так как распределение потенциала является непосредственно входным сигналом. На втором этапе потенциал и преобразуется в распределение напряженности электрического поля 3. На третьем этапе на~ пряженность поля Е преобразуется з плотность сил Р на поверхности и в объеме деформируемого слоя. В зависимости от конструкции РМС я диэлектрических свойств слоя существенное влияние на § и Р оказывают объемный р и поверхностный 5 электрические заряды, находяЕиеея з этом слое (показано пз рис.2 сверху пунк-

X

Рнс.1

Рас.2

тиром). Четвертый этап представляет собой преобразование плотности поверхностных и объемных сил в геометрический рельеф поверхности деформируемого слоя С- Образующийся рельеф, в свою очередь, изменяет пространственное распределение потенциала в системе (геометрические Л-эффектн), что можно интерпретировать как обратную-связь (нижняя пунктирная стрелка на рис.2). На последнем, пятом, этапе постоянный световой поток Г0 от источника света модулируется по фазе рельефом С- Визуализирующая оптическая система, входящая в состав ГМС. преобразует изменения фазы волнового фронта в изменения амплитуды и, следовательно, интенсивности I света на экране.

Во второй главе рассмотрена теория отдельных этапов прохождения сигнала при модуляции света гелеобразным рельефным носителем с учетом геометрических И-эф&зктов и электрического заряда в геле.

Для анализа влияния геометрических К-эффектов на плотность поверхностных сил (2-й и 3-й этапы на рис.2) поставлена и решена граничная задача на основе уравнения Лапласа для электрических потенциалов в модели рис.1 с учетом амплитуды гармонического рельефа А как малого параметра. Затем вычислены напряженность поля £ и показатели натекания и релаксации электрического заряда на границе раздела. После этого с помощью формул Макс-Еелла найдена плотность поверхностных сил и ее изменение во времени.

В результате получено, что при модуляции света гелеобразным рельефным носителем в общем случае существует ю составляющих первой гармоники деформирующих сил. Четыре из них (пропорциональные ио171, <¡¿1^, 5о51) не зависят от геомет-

рического рельефа, а остальные шесть появляются только при его наличии (пропорциональны UJ"t, АА60Г0, as,У, ) и соответствуют разным типам, геометрических R-зффектов : потенш-альному, зарядовому и комбинационному. Анализ влияния этих слагаемых Еа велич1шу деформирующих сил показал, что при заданном к оно возрастает с увеличением пространственной частоты и при gd = 10 доходит до юж и более. Полученные результаты позволяют более точно рассчитать лропесс проявления и стирания рельефа при модуляции света гелеобразным релъе£ным носителем.

Для учета объемного заряда поставлена и решена граничная задача на основе уравнения Пуассона для гармонических распределений поверхностного и объемного зарядов в модели рис.1. По изложенной выше методике получены общие формулы для нормальных и тангенциальных составляющих поверхностных и объемных сил. На их основе проЕедек анализ влияния объемного. заряда на формирование плотности сил в системах модуляции света с воздушным зазором. Для этого поставлена и решена граничная задача на основе уравнения Пуассона и распределения Больцмана для свободных носителей заряда в геле в модели рис л при {3 = 0. Показано, что для типовых параметров систем с воздушным зазором эффективная толщина слоя объемного заряда у поверхности геля на два-три порядка меньше толщины деформируемого слоя ci, воздушного зазора I и 'пространственного периода ?.. Это позволило получить упрошенные расчетные формулы для плотности, поверхностных и объемных сил. Их анализ показал, что приповерхностный объемный заряд оказывает существенное влияние на формирование плотности сил, и sro необходимо учитывать при расчете рельефа поверхности деформируемого слоя. Экспериментальные исследования подтвердили наличие

слоя приповерхностного объемного заряда и его существенное влияние на модуляцию света в системах с воздушным зазором.

Во второй главе также развита теория преобразования плотности сил в рельеф поверхности упруговязкого носителя (4-й этап на рис.2). Этот вопрос занимает центральное место в сбаей теории всех рельефе графических методов модуляшш света и рассматривался еще со времен Стокса и Фогта многими отечественными и зарубежными исследователями. Анализ известных работ показал, что ранее теория механики деформаций поверхности носителя была разработана преимущественно -для поверхностных сил. а диссертации впервые проведен анализ общего решения задачи Фогта методами теории функций комплексного переменного и получено упрощенное выражение для рельефа поверхности упруговязкого слоя конечной толщины с учетом объемных сил. Его можно использовать для знализа влияния объемных сил на модуляцию света не только геле-сбразным, но и масляным, и термопластическим носителями, а также в других прикладных гидродинамических задачах.

В третьей главе рассмотрена электромеханическая теория модуляции света гелеобразным рельефным носителем. Она охватывает те же этапы прохождения сигнала, что были исследованы во 2-й главе {П - É - Р - - см.рис.2). Однако вследствие обратного злияния рельефа на распределение электрического потенциала в системе (геометрические я-эффекты) плотность сил зависит от геометрического рельефа Q. Поэтому нельзя просто объединить расчетные формула прохождения сигнала на отдельных этапах, а необходимо разработать теорию преобразования электрического потенциала ¡7 з механический рельеф С с учетом упомянутой обратной связи.

С помощью электромеханической теории показано, что при проявлении рельефа геометрические й-эффсг.-Ы всегда действуют как положительная обратная связь. Образугаийся рельеф изменяет электрическое поле таким образом, что поверхностные силы возрастают. В результате повышается чувствительность систем модуляции света, но во столько же раз уменьшается их быстродействие. Аналогичным образом влияют геометрические л-эффекты и при стирании рельефа, то есть замедляют этот процесс. Исключение составляют системы с воздушным зазором при их работе в первом динамическом режиме (Па * оопа^. В атом случае при малых С0 при стирании рельефа действует преимущественно зарядовый геометрический н-эффект, который при 1/а * 1 (рис.!) проявляется как отрицательная обратная связь (ускоряет стирание рельефа).

На основе проделанных расчетов предложен метод определения параметров систем модуляции света с гелеобразным носителем, при хоторых отсутствуют искажения, обусловленные геометрическими й-эффектами. Для этого необходимо вычислить безразмерную величину 1 = + к, + + + н4 + на), где п., к. -функции первичных параметров системы модуляции света. Если £ « 1» то геометрическими й-эффектами можно пренебречь, если же { » 1, то при выбранных параметрах система будет неработоспособна. Экспериментально подтверждено нарушение работоспособности модуляторов света типа "Рельеф" вследствие геометрических и-эффектов в диапазонах параметров, рассчитанных этим методом.

Для электродного управления модуляцией света в системах с воздушным зазором впервые рассчитан процесс проявления рельефа под действием скачка входного напряжения с учетом натекания поверхностного заряда. Например, в случае отсутствия геометричес-

ких R-эффектов (f « 1 ) в первом динамическом режиме процесс проявления рельефа описывается выражением:

f -o n Г -о П Г -о г»

A(t) = ад1 - е " J + аД1 - е 1 J + АД1 - е J +

A4(I - е""0*] (l - е'"1*] . (15

Во втором динамическом режиме :

k(t) = (а, + a3)(l - e4^] + (аа + a„)[l - е"^']. (2)

где АШ - амплитуда гармонического рельефа Ç(x,t) = ifiJcos^r; ai" a2' аз* К ~ с-"10*™9 функции входного сигнала U(x) = ïïa + U^aoefix, a также первичных параметров системы: р, <2. i. е1, в2, б0, <51 .(риси); ш0 и - показатели натекания нулевой зо и первой SjCospx гармоник поверхностного заряда.

Проведена экспериментальная проверка (1) и (2) по выходным оптическим характеристикам. В результате подтверждено наличие нескольких участков на переходных характеристиках (1) и (2) (рис.3): участка 1 быстрого "механического" проявления рельефа с постоянной времени = ш^* ~ 50 мкс под действием скачка потенциала, участка 2 проявления рельефа с постоянной времени \ = о"1 ~ 0,1 с » тм на стадии натекания элективного поверхностного заряда и участка 3 с постоянной времени то = ш;1 ~ (1-Ю) с » т на стадии натекания объемного заряда. Подтверждены экспериментально и результаты численного анализа (1) и (г), из которых следует, что за счет натекания электрического заряда амплитуда рельефа в первом динамическом режиме увеличивается в 5-ю раз, а во втором динамическом рожже -примерно в 1,5 раза по сравнению с амплитудой ао при чисто механическом проявлении.

4 А

0 .-Ь

а) Первый динамический режим.работы

лА /Г

3'{з«епер.)

-•Г

О

<?; Второй динамический режим работы

Рис.з. Переходные характеристики при электродном управлении модуляцией света в системах с воздушным зазором.

Проведен анализ влияния объемного заряда на электромеханический процесс в системах модуляции света с воздушным зазором. Определены диапазоны параметров, при которых отсутствуют искажения, обусловленные этим зарядом. Условия отсутствия искажений имея? зид:

E I (3)

• g-^- « min [1. фи"1],

2 см

где е = 1,бмо"19 Кл - элементарный заряд, k = 1,38• 1 cf ** Дж/К - постоянная Больцмана, т - абсолютная температура, - постоянное напряжение смещения, - амплитуда управляпцах импульсов напряжения (С7ем ~ UB + Ut/2; » i^/2). Первое из условий (3) означает отсутствие натекаяия дополнительного заряда на поверхность носителя из его объема. Второе условие означает, что эффективная толшдна слоя объемного заряда у поверхности геля мала по сравнению с периодом рельефа X = 2%/р и шириной воздушного зазора I. Экспериментальная проверка подтвердила отсутствие искажений, вызванных объемным зарядом, при выполнении условий (3).

Проведен анализ процесса проявления рельефа при электродном управлении модуляцией света в системах с регистрацией сигналов со стороны подложки ( в этом случае на рис.1 слой геля расположен в области (0,1), причем d - Подтверждены полученные ранее экспериментальные данные, свидетельствувгие о появлений наряду со второй еще и первой гармоники реяье£а вследствие натекания заряда. Обнаружена двухполосность пространствеа-но-частотной характеристики амплитуды первой гармоники рельефа. Предложен способ подавления первой гармоники путем выбора пространственной частоты равной критическому значении. Показано, что влиянием геометрических й-э4фектов на работу систем гтего типа можно пронзбречь.

В качестве примера практического применен;:?. резработэпясй электромеханической теории в 3-й главе сформулированы сСзя г«-

ражения, ошсывавдие процесс прохождения сигнала от входа к выходу при использовании в оптической системе идеальных щелевых диафрагм. На основе этих выражений предложен алгоритм и разработана программа на ЭВМ, поззолязздие рассчитать профиль рельефа, распределение интенсивности света на экране, а также информационные характеристики РМС с гелеобразным носителем. На основе этой программа предложены методики расчета и рассчитаны выходные информационные характеристики РМС с электродным управлением: градационная ) и пространственно-частотная pipdj, -для различных типов FMC, величин воздушного зазора I, модуля упругости о, эффективного поверхностного натяжения ам (в случае э^астомерно-мембранного носителя) и др. Рассчитаны также профиль рельефа и распределение интенсивности света на экране.

Экспериментальная проверка подтвердила резонансный характер рассчитакнет на ЭВМ пространственно-частотных характеристик с учетом натекания заряда. Как и в теории, максимум модуляционной эффективности (светоотдачи) р соответствует периоду рельефа, примерно вдвое большему толщины деформируемого слоя. Соответствуют экспериментам и другие результаты расчета, например, рост чувствительности №С с электродным управлением ко входному сигналу вследствие натекания заряда, а также.с уменьшением L, С, и а .

Четвертая глава посЕящена экспериментальным ■ исследованиям динамики натекания заряда при модуляции света гелеобразным носителем. Дано описание экспериментальной установки для изучения электромеханических процессов при модуляции сгета.

Были снята переходные характеристики при воздействии оди-ксчнпх управляющих импульсов напряжения, а также при всздейст-

вии последовательности импульсов с переменным периодом и постоянной длительностью. С помощью электромеханической теории получены шрвжвтя для различных экспериментальных параметров, определяемых по этим характеристикам. Например, для отношения приращения светового потока к начальному скачку, для постоянной времени натекания заряда, для угла наклона зависимостей максимального светового потока от коэффициента заполнения импульсной последовательности. Сопоставление экспершентальных параметров с рассчитанными теоретическими подтвердило правильность теории.

В ходе экспериментальных исследований обнаружен новый эффект, заключалцийся в том, что при электродном управлении модуляцией света в системах с воздушным зазором относительное приращение АА/ка амплитуда рельефа гелесбразного носителя вследствие натекания электрического заряда не зависит от величины напряжения смещения СГсм 2 амплитуда шпульсоз на электродах управления в случае, если Иск » 1Г™ (рис.3,6). В рамках электромеханической теории этот аффект объясняется тем, что при £Гси » СГ^ средняя плотность ео эффективного поверхностного заряда и средняя составляшая !70 «> и распределения потенциала в плоскости электродов остаются поетеяшкет. при включении и выключении импульсов напряжения. В этем случае как начальный скачок амплитуды рельефа а0, так и ее пртсаяегг^й Да вследствие натекания заряда прямо пропорциональна произведен;:!: ¡7 • 17™*. Поэтому отнопение Шк не заЕ".1сз:т ж: от V , нз от

см упр О <гм

а определяется только первичными параметрами скстеки: р, й, X, е,, е2 (риси).

. На основе этого эффекта к электромеханической тэср" печена формула для вычисления шгрины воздуоногэ зазера 1 по

шенив ДА/ао, определяемому из выходных оптических характеристик. Экспериментальная проверка подтвердила работоспособность этого метода вычисления ширины зазора, и он позволяет оптимизи-розать конструктивные параметры FMC с электродным управлением.

При исследовании переходных характеристик во втором _динамическом режиме » ) обнаружено новое явление. ■ Эксперимент показал, что переходная характеристика в этом случае состоит не из двух, как следует из электромеханической теории (формула (2)), а из трех участков (рис.3,6): двух быстрых 1, 2 и одного медленного - 3', который ранее исследован не был. Это означает, что б процессе проявления рельефа постоянная Бремени натекаяия с-ффективного поверхностного заряда уменьшается на деа порядка (в силу условия СГси » iT^ натекаяие дополнительного заряда из объема пренебрежимо мало).

Расхождение с теорией удалось объяснить', введя предположение о зависимости проводимости геля от напряженности электрического поля. При этом участок 1 на рис.3,0 соответствует меха-наческому процессу проявления рельефа после скачка потенциала, а участки 2 и 3' - увеличения амплитуда рельефа вследствие на-текания электрического заряда. Различие же постоянных времени проявления рельефа на участках 2 и 3* объясняется тем, что на участке 2 напряженность электрического поля у поверхности геле-образного деформируемого сдоя больше, чем на участке з', поэтому больше проводимость гелл и меньше время натекания заряда. Возможными причинами увеличения проводимости геля с ростом на-пряжекности поля могут быть, например, дополнительная диссоциация слабссвязанзцх ионных пар (низкомолекулярных примесей), ли-Сл увеличе-зге подвижности носителей заряда. В последнем случае

зависимость проводимости от нвпряжэйности поля в области сильных полей описывается известными формулами Пула либо Пулз-Сренкеля для ионной и электронной проводимостей соответствешга. Учет этого явления позволил уточнить метод вычисления ширины воздушного зазора.

Важным практическим результатом экспериментальных исследований является новый способ изготовления рабочей поверхности гелеобразного носителя, разработанный автором совместно со специалистами ИНЗОС РАН. Способ позволяет при сохранении высокой плоскостности поверхности (на порядок выше, чем у стекла ПК) повысить в четыре раза процент выхода годных слоев по сравнении с известными ранее способами и довести его до 95-1ОСЯ. Применение этого способа дает возможность автоматизировать изготовление гелеобразннх носителей при' промышленном производстве РКО рассматриваемого направления, добиться высокого качества и повторяемости их характеристик.

В пятой главе -рассмотрен вопрос оптимизации процесса запаси входного сигнала при оптическом управлении модуляцией света гелеобразным рельефным носителем.

Существенное влияние на этот процесс оказывают переходите процессы, возникавшие при' изменении интенсивности входного потока света. Их можно разделить на два типа. Процесса первого типа протекают в фотопроводниковом слое и связаны с изменением постоянной времени светочувствительной структуры, которая зависит от сопротивления слоя, изменяющегося в зависимости ст интенсивности падавшего света. Переходные процессы второго тлг.э обуусловленн тем, что Есе слои системы модуляции света о£льдггт распределенными емкостными свойствами, и при изменении

тенсивности света происходит перераспределение заряда этих емкостей.

Е пятой главе проведен' теоретический анализ переходных процессов второго типа в двухслойной системе модуляции света типа Гамма-Рутикон с источником гармонического опорного напряжения. Для одномерной электрической схемы замещения (равномерное освещение) найдена аналитическая связь между паршетраш входного оптического сигнала, источника опорного напряжения и электрическими и геометрическими параметрами системы. Детально исследовано поведение напряжения нз геле при переключении света от трех параметров: фазы источника опорного напряжения в момент переключения света, частоты источника и удельной объемной проводимости фотопроводника.

. В результате обнаружен эффект исчезновения паразитных переходных процессов, обусловленных перезарядкой распределенных емкостей слоев, при выборе фазы опорного напряжены в моменты изменения интенсивности входного потока света равной оптималь-' ному значению. Так как оптимальная фаза зависит от интенсивности света до и после переключения, то данный эффект можно использовать лишь при двухтоновой пространственной модуляции света. При этом на краях линий изображения амплитуда переходных процессов нз будет уменьшаться до нуля. Показано, что в случае металлизированной поверхности носителя искажения, вносимые этими "краевыми" переходными процессами, малы и устранимы оптическими методами.

Нз основе обнаруженного эффекта предложен новый РМС с оптическим управлением, обладающий повышенным быстродействием, и предложена методика расчета его оптимальных параметров.

ЗаКЛЕЧЕЯИЕ

1. Развита электромеханическая теория модуляции света ге-леооразным рельефным носителем с учетом геометрических Р.-эффектов и электрического заряда в геле. Показано, что при проявлении рельефа геометрические н-эффекты всегда действуют как положительная обратная связь: возрастает чувствительность систем модуляции света, но во столько же раз уменьшается их быстродействие. Проведен анализ влияния объемного заряда на модуляцию СЕетз гелеооразным рельефным носителем в системах с воздушным зазором. На основе электромеханической теории предложены методы расчета параметров систем модуляции света с гелеобразным носителем, при которых отсутствуют искажения, обусловленные геометрическими и-эффектами и объемным зарядом.

2. Развита теория механики деформаций поверхности упруго-вязкого слоя конечной толщины с учетом объемной плотности сил.

3. На основе электромеханической теории разработана программа расчета на ЗВМ информационных характеристик РМС с гелеобразным носителем и предложены методики расчёта информационных характеристик с помощью этой программы.

4. Впервые проведены экспериментальные исследования динамики натекания заряда при модуляции света гелеобразным рельефным носителем. Выполнен теоретико-расчетный анализ экспериментальных результатов на основе электромеханической теории, подтвердивший основные ее положения.

5. Экспериментально обнаружен и исследован новый эффект при электродном управлении модуляцией света в системах с воздушным зазором, заключающийся в том, что относительное прнрпхо-

ниг амплитуда рельефа гелеобразного носителя вследствие натека-

Ш1я электрического заряда не зависит от величины напряжения

t

смещения Ucm и амплитуда СГ^ импульсов на электродах управления в. случае, если г/см » с помощью электромеханической теории дано объяснение этого эффекта и предложен метод вычис-ле.чия Бездушного зазора по выходным оптическим характеристикам, позволяющий оптимизировать конструктивные параметры РМС с Е-леятрсдным управлением. '

6. Экспериментально обнаружено и исследовано новое явление при электродном управлении модуляцией света в системах с воздушным зазором, заключающееся в том, что при поступлении на электрода управления скачка напряжения величиной « ^ постоянная времени натекания эффективного поверхностного заряда уменьшается на несколько порядков в процессе проявления рельефа. Дано объяснение этого явления в предположении, что проводимость геля возрастает с увеличением напряженности электрического поля. •

7. Разработан новый способ изготовления рабочей поверхности гелеобразного носителя, в котором процент выхода годных слоев по сравнению с известными ранее способами повышен в 4 раза и доведен до 95-юо%. Применение этого способа дает возможность автоматизировать изготовление гелеобразных носителей при промышленном производстве модуляторов света, добиться высокого качества и повторяемости их характеристик. " ' •

е. При оптическом управлении модуляцией'света гелеобразным рельефным носителем найдена аналитическая связь между параметрами входного оптического сигнала, источника опорного напряжения и электрическими и геометрическими параметрами системы. Об-

нзружено, что при переключении кадров изображения в те моменты времени, когда фаза опорного напряжения имеет оптимзльное значение, амплитуда переходных процессов, обусловленных перезарядкой распределенных емкостей слоев модуляторов, минимальна. На основе этого эффекта предложена методика расчета оптимальных параметров РМС с оптическим управлением.

9. На основе теоретических и экспериментальных исследований предложено 5 новых РМС с гелеобразным носителем, лсзеоля1ц-щкх увеличить разрешение, быстродействие, запомнить информацию, улучшить градационные, пространственно-частотные и Ерэмекн^е характеристики модуляторов света данного направления.

Основное содержание диссертации отражено в следуюппх работах:

1. Гущо D.H., Картазгав В.М. Скрытое изображение в злзктреспти-.ческом модуляторе света "Рельеф". - Журн. науч. и прикл. фотогр. и кинематографии, 1?яр, т.34. * 5, с.390-396.

2. Гущо Ю.П., Карташов В.М. Потенциальный, зарядовый и кембк-нациоЕНЫй геометрические н-эффекты в электроопткческом модуляторе света "Рельеф". - Курн. науч. и прикл. -фотогр. и кинематографии, 1990, т.35, * 2, с.145-146.

3. Гущо Ю.П., Карташов В.М. К проблеме оптимизации рельефогре-фического фотопластического модулятора света. - Журн. нзуч'. и прикл. фотогр. и кинематографии, 1990, т.35, * £. с.91-96.

4.'Гущо С.П., Карташов В.М. Теория процесса проявления и старания рельефа в электроопткчзском модуляторе csgts "Рельеф". - 1урн. науч. и прикл. фотогр. и кпнекгтсгт::^':!, 1990, Т.35. * 3, С.207-212.

5- Гущо.Ю.П., Карташов В.М. Деформирувдие силы в электрооптическом модуляторе света "Рельеф". - Журн. науч. и прикл. фОТОГрзфИИ, 1992, Т.37, JS 4, с.276-283.

6. Гущо Ю.П., Карташов В.М. Запись и стирание информации в электрооптическом модуляторе света "Рельеф". - Журн. науч. и прикл. фотографии, 1992, т.37, * б, с.433-439-

7. Гуно Ю.П., Картажсв В.М. Фотографические характеристики фототермопластической рельефогргфии. - Журн. науч. и прикл. фотографии, 1393, т.за, * з. c.i-i£.

а. Гущо Ю.П., Карташов В.М. Переходные характеристики модулятора сЕета "Рельеф". - Журн. науч. и прикл. фотографии, 1994, Т.39, 3k 2, С.24-35.

9. Гущо В.П., Карташов В.М. Влияние объемного заряда на проявление и стирание рельефа в модуляторе света "Рельеф". -Журн. науч. и прикл. фотографии, 1994, т.39, * 3, с.40-51.

ю. Гуда Ю.П., Карташов В.М. Особенности электромеханического процесса в модуляторе света "Рельеф". Тезисы докладов Международной конференции по электрографии "Электрография-91". -Москва, 1991, 4.1, с. 175-173.

П. A.c. J6 1647637 (СССР). Рельефографическсе устройство для записи информации. / Гущо Ю.П., Карташов В.М. - Опубл. 1991» Б.К. » 17.

12. A.c. Л 1656489 (СССР). Модулятор света. / Гущо Ю.П., Карта-нов В.М. - Опубл. 1991, Б.И. * 22.