Оптические и динамические характеристики жидкокристаллических и биологических сред тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

Симоненко Георгий Валентинович

Оптические и динамические характеристики жидкокристаллических и

биологических сред

01.04.05-оптика 03.01.02-биофизика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

-7 ОКТ 2010

Саратов 2010

004609891

Работа выполнена в ГОУ «Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского» на кафедре оптики и биофотоники и на кафедре биомедицинской физики

Научные консультанты: доктор физико-математических наук, профессор

Зимняков Д.А.,

доктор физико-математических наук, профессор Тучин В.В.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук профессор

Названов В.Ф.

доктор физико-математических наук профессор Каманина Н.В.

доктор технических наук профессор Волков Ю.П.

Ведущая организация: Санкт - Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики г. Санкт- Петербург

Защита состоится 14 октября 2010 г. в 15-30 на заседании диссертационного совета Д.212.243.01 при Саратовском государственном университете им. Н.Г. Чернышевского по адресу: 410012, г. Саратов, ул. Астраханская, 83

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Саратовского государственного университета.

Автореферат разослан ^ _ 0 1 О С О

Ученый секретарь

Диссертационного совета Аникин В.М

Актуальность темы и современное состояние проблемы. В настоящий момент времени в физике уделяется очень большое внимание двум разнородным по своей природе, но очень схожим по оптическим свойствам классам сред: жидким кристаллам (ЖК) и биологическим тканям (биотканям). ЖК являются анизотропными жидкостями, а биоткани это в простейшем случае двухкомпонентная смесь. Вместе с этим оба класса веществ имеют большое светорассеяние и одновременно обладают оптической анизотропией. Оптическими свойствами этих сред можно достаточно просто управлять: ЖК легко изменяют свои оптические свойства под действием внешних электрических полей, а оптические свойства биотканей можно изменять с помощью иммерсионной технологии. Изучение оптических свойств ЖК в первую очередь связано с техническими приложениями (а именно с использованием ЖК в системах отображения информации), в то время как исследование оптических свойств биотканей связано, прежде всего, с медицинской диагностикой различных патологий в человеческом организме. Поэтому для описания оптических свойств обоих классов можно использовать идентичные методы и подходы, основанные на аналогичных моделях, а также применять одинаковые принципы исследования динамики изменений оптических свойств ЖК или биоткани при внешних воздействиях. В силу этого при исследовании оптических свойств этих классов веществ возникают похожие задачи, поиску решений которых посвящена данная работа.

Изменение оптических свойств ЖК под действием внешнего электрического поля носят название электрооптического эффекта. Оптические характеристики различных электрооптических эффектов в ЖК являются следствием физической анизотропии молекул и упорядоченной структуры ЖК. Большинство электрооптических эффектов, которые нашли широкое применение в технике отображения информации, основано на изменении оптической анизотропии ЖК под действием электрического ноля. Это определяет ту уникальную роль, которую играют ЖК в электрооптике. Современный уровень исследования в области электрооптики ЖК требует не только физического осмысления и качественного описания наблюдаемых эффектов, но и построения наиболее адекватных эксперименту количественных моделей, анализируя которые можно было бы указать геометрию опыта и параметры ЖК, обеспечивающие требуемые на практике электрооптические характеристики.

В связи со сказанным выше нам представляется, что актуальной является задача теоретического исследования характеристик электрооптических эффектов в ЖК, включая разработку соответствующих моделей и математических методов для их количественного описания и выявления особенностей их протекания. При проектировании и изготовлении ЖК - устройств отображения информации кроме технологических трудностей возникают существенные проблемы, связанные не только со сложной картиной распространения света в ЖК, но и с большим количеством физических и конструктивных параметров, оказывающих существенное влияние на электрооптические и оптические характеристики ЖК-устройства, что в свою очередь требует разработки специальных прикладных

программных средств для моделирования и оптимизации электрооптических и оптических характеристик этих сложных систем.

Как известно, моделирование характеристик электрооптических эффектов в ЖК и ЖК - устройств отображения информации производится в несколько последовательно выполняемых этапов, которые различны по физике протекающих процессов, и как следствие по математическим методам их описания. На первом этапе моделирования вычисляются конфигурации поля (распределения углов ориентации) директора ЖК в электрическом поле, а на втором с использованием результатов вычислений первого этапа рассчитываются оптические характеристики всего устройства в целом. На третьем этапе вычисляются динамические характеристики ориентации дирректора ЖК, и в качестве последнего, четвертого этапа моделирование - вычисление динамики оптического отклика устройства на данное управляющее электрическое напряжение.

Для решения задачи первого этапа моделирования применяются либо подходы в предположении симметричности граничных условий, либо неустойчивые алгоритмы, для любого вида граничных условий, которые требуют больших вычислительных затрат и для использования в компьютерной системе мало пригодны. Поэтому актуальной является задача о разработке устойчивого и быстрого метода расчета углов ориентации директора ЖК в электрическом поле при произвольных граничных условиях.

При решении чадам второго и четвертого этапов моделирования, расчета оптических характеристик электрооптических эффектов в ЖК и ЖК - устройств отображения информации, широко используются различные методы матричной оптики. Наиболее востребованным в настоящее время является метод комплексных матриц 4x4, более известный под названием метода Берремана [1]. Как известно этот метод позволяет точно учитывать специфику распространения света в слоистых анизотропных средах. Следует отметить, что достаточно большой вклад в развитие этого метода внесли В.И Цой [2] и \Vohler [3], которые предложили быстродействующие методики вычисления матриц распространения для анизотропных слоистых систем. В 2001 г. С. П. Палто [4] предложил быстродействующую методику вычисления матриц распространения, аналогичную методике Цоя, для двуосных анизотропных слоистых систем. Отметим, что подавляющее большинство ЖК - материалов являются локально одноосными и для описания их оптических свойств достаточно использовать методику, предложенную Цоем. Кроме того в 1992 г. в работе Сидорова Н.К.[5] приведены аналитические выражения для нахождения направлений распространения и показателей преломления для света, который распространяется в двуосном кристалле в произвольном направлении. Эти простые формулы могут быть использованы для нахождения матриц распространения, характеризующих оптические свойства неоднородных двуосных слоистых сред. Однако применение метода Берремана в целях компьютерного моделирования оптических характеристик ЖК - устройств ограничено тем, чго этот формализм описывает распространение монохроматических волн и, следовательно, только когерентные

взаимодействия между распространяющимися волнами в слоистой структуре ЖК. Поэтому последовательное применение метода Берремана встречается с некоторыми трудностями, связанными в первую очередь с огромными вычислительными затратами. Дальнейшее развитие метода Берремана на случай квазимонохроматического излучения для анизотропных слоистых сред было выполнено Яковлевым Д.А. [6] Однако и этот метод, как и метод Берремана, требует большого числа вычислений. Другим матричным методом, который часто используется для моделирования оптических характеристик ЖК - устройств отображения информации, является метод матриц Джонса [7]. Отметим, что, как правило, при использовании матричного метода Джонса рассматривается только нормальное падение света на устройство. В этой связи перед нами встала вторая задача но разработке иного подхода к расчету оптических характеристик, учитывающего специфику распространения света в сложной слоистой анизотропной среде при любых углах падения света на ЖК - ячейку. Кроме этого следует отметить, что большинство авторов при решении задачи о распротранении световой волны через слоистые неоднородные анизотропные структуры используют только какой - либо один матричный формализм, что не всегда является наилчшим выбором как с точки зрения точности вычислений, так и с точки зрения вычислительных затрат.

При решении задачи о расчете динамики изменения углов ориентации директора ЖК при переключении управляющих напряжений между двумя рабочими состояниями использовался подход, разработанный Цоем В.И. [В], на основе которого были разработаны соответствующие программные средства.

В настоящее время существуют несколько компьютерных систем для моделирования характеристик электрооптических эффектов в ЖК, например, DIMOS или Mouse - LCD, но эти системы ориентированы на использование операционных систем семейства Windows, что существенным образом ограничивает применение этих систем в России или научных группах, которые используют другие операционные системы. Поэтому актуальной является задача по модернизации разработанного ранее универсального отечественного высокоэффективного комплекса программ по моделированию характеристик электрооптических эффектов в ЖК и ЖК - устройств отображения информации различного типа, которые работают на основе различных электроопгических эффектов ЖК.

Существенной проблемой при разработке ЖК - систем отображения информации, является относительно малое быстродействие электрооптических эффектов в ЖК. В этой связи актуальной задачей является комплексное исследование влияния рабочих напряжений на времена оптического отклика различных устройств и установление аналитической связи между значениями рабочих напряжений и временем срабатывания устройства, а также получение простой аналитической связи между временем реакции и крутизной вольт -контрастной характеристики пассивного матричного ЖК-дисплея.

Как отмечалось выше, биоткань по своим оптическим свойствам (высокий коэффициент рассеяния и анизотропия показателя преломления) близка к ЖК, и

при этом этими свойствами можно управлять, используя технологию иммерсионною просветления биотканей. В первую очередь интерес представляет исследование оптических свойств различных типов соединительной ткани таких как мышечная, хрящевая и костная ткани. Управление оптическими свойствами биоткани очень важно для различных медицинских приложений. Например, возможность селективного просветления наружных слоев биоткани очень полезна для оптических методов реконструкции строения глазного яблока и обнаружения локальных неоднородностей в сильно рассеивающей среде методом низкокогерентной томографии. Динамика изменения оптических характеристик при иммерсионном просветлении биоткани может быть использована для определения коэффициента диффузии различных жидкостей в различные образцы, что особенно важно, например, для хрящевой ткани, так как весь обмен веществ в этой ткани происходит только за счет диффузионных явлений. Поэтому исследование динамики процесса иммерсионного просветления соединительных тканей оптическими методами является весьма актальным.

В настоящее время существует большое число, в которых описаны методы расчета оптических характеристик биотканей, но в этих работах, как правило, не учитывается анизотропия показателей преломления биотканей, хотя это явление играет существенную роль в поляризационно - чувствительной томографии. Недавно вышел обзор, посвященный математическому описанию распространения света в рассеивающих анизотропных средах, однако в этой работе не уделено достаточного внимания современным матричным способам моделирования оптических характеристик таких сред. В настоящее время известно достаточно большое число работ, посвященных этому вопросу, среди которых следует выделить работы Н.Г. Хлебцова [9], А.Г. Ушенко [10], Д.А. Зимнякова [11]. Однако в этих работах не учитывается такая характеристика среды как степень деполяризации оптического излучения, распространяющегося сквозь нее. Между тем деполяризация излучения при распространении сквозь неоднородную среду играет важную роль при исследовании взаимодействия света с такой системой. В связи с этим весьма актуальным является разработка простых методик расчета оптических характеристик неоднородных сред, включая биоткани, с учетом их анизотропных и деполяризующих свойств. Кроме этого при использовании технологии иммерсионного просветления биотканей возникает вопрос об исследовании динамики их иммерсионного просветления и построении теоретических моделей этого процесса. При этом, как и в случае моделирования оптических характеристик ЖК - устройств отображения информации, в случае исследования динамики иммерсионного просветления биоткани моделирование должно быть выполнено поэтапно. Поэтому цели настоящей работы состоят в следующем:

1) развитие матричных методик для расчета характеристик пропускания и отражения неоднородных анизотропных сред, включая биологические среды;

2) развитие программного комплекса для моделирования электрооптических характеристик устройств отображения информации на жидких кристаллах и выработка принципов построения подобных программных комплексов;

3) исследование различных устройств отображения информации на жидких кристаллах и выработка принципов, позволяющих улучшить характеристики этих устройств;

4) исследование динамических характеристик жидкокристаллических устройств отображения информации при различных управляющих напряжениях;

5) построение различных моделей описания оптических характеристик биологических тканей с учетом их анизотропных и рассеивающих свойств;

6) экспериментальное и теоретическое исследование динамики процесса иммерсионного просветления биологических тканей;

Научная новизна полученных в работе результатов заключается в следующем:

1. Методом математического моделирования показано, что для нормального падения света на ЖК - устройство отображения информации матричные методы Берремана и Джонса имеют одинаковую точность расчета оптических характеристик индикатора.

2. Экспериментально и теоретически показано, что для описания оптических характеристик неоднородной анизотропной среды (например, деформированного электрическим полем слоя ЖК), при нормальном падении света на структуру и в условиях наблюдения интерференции поляризованных лучей, оптимально использовать мегод матриц Джонса и матриц когерентности. Более того этот метод пригоден для описания оптических характеристик таких систем при углах падения света на структуру не превышающих 45°. Для оптических систем с поглощением метод матриц Джонса и матриц когерентности пригоден и для углов падения света на систему вплоть до 60°.

3. Разработан оригинальный подход к моделированию оптических характеристик ЖК - устройств отображения информации, который основан на комбинировании матричных методов Джонса, Абелеса и Берремана. При этом метод матриц Джонса и Абелеса предлагается использовать для расчета оптических характеристик изотропных элементов, а матричный метод Берремана может быть использован только для вычисления оптических характеристик сложных анизотропных элементов системы.

4. Разработаны комплексы программ для моделирования характеристик различных электрооптических эффектов в ЖК, которые ориентированы на использование различных операционных систем. Комплексы разработаны так, что позволяют использовать отдельные программные модули, которые требуются для решения отдельных прикладных задач. Разработанные комплексы программ, в отличие от других аналогичных программных

средств, могут быть использованы при работе в различных операционных системах.

5. Показано, что принцип фазовой компенсации для устройств отображения информации на жидких кристаллах, которые используют эффект «гость -хозяин» в различных ЖК - структурах может использоваться как в поляроидных пак и безполяроидных конструкциях индикатора, в то время как для ЖК - индикаторов интерференционного типа принцип фазовой компенсации пригоден только для поляроидных конструкций. Кроме этого установлено, что предел для значений электрооптических характеристик для систем с фазовым компенсатором ограничивается френелевскими потерями на границах раздела рабочей ЖК-ячейки.

6. Показано, что для расчета времен оптического отклика можно использовать известную аналитическую формулу для зависимости деформационного времени реакции от управляющего напряжения, которая получена для случая малых деформаций ЖК. Показано, что это аналитическое выражение количественно верно описывает зависимость времени реакции оптического отклика от управляющего напряжения для случая малых, средних и больших значений управляющих напряжений.

7. Предложена простая феноменологическая модель для расчета спектров коллимированного пропускания образцов биологических тканей при распространении сквозь них излучения с различной поляризацией. Предложенная модель обеспечивает удовлетворительное количественное совпадение между экспериментальными и расчетными данными и может быть использована для теоретического исследования в поляризационно-чувствительной оптической томографии.

8. Предложена модификация сравнительного метода для измерения анизотропии показателей преломления биоткани и с его помощью произведена оценка величины оптической анизотропии для тканей глаза.

9. Разработана новая комплексная модель, количественно описывающая процесс иммерсионного просветления образца биоткани. Процедура вычисления, состоящая из трех последовательно выполняемых друг за другом этапов, представляет собой комплексную трехшаговую модель для расчета оптических характеристик и динамики иммерсионного просветления биоткани с учетом анизотропных и деполяризующих свойств среды. В предлагаемой трехшаговой модели первым шагом является вычисление пространственно - временного распределения концентрации иммерсионного агента. На основе этого распределения на втором шаге моделирования с применением скалярной модели для вычисления изотропных спектров пропускания вычисляется оптическая плотность среды для каждого момента времени, и на основе этого шага выполняется последний третий этап моделирования оптических характеристик биотканей - вычисление поляризованных спектров пропускания образца с учетом деполяризующих и анизотропных свойств среды, базирующейся на

векторной модели с использованием матричного формализма Мюллера и векторов Стокса.

10. Показано, что аналитическая зависимость дисперсии степени деполяризации световой волны, прошедшей слой биоткани, хорошо аппроксимируется степенной функцией с показателем, равным 4 и остаточным членом.

11. Установлено, что дисперсионная зависимость макроскопической оптической анизотропии биоткани носит аномальный характер вдали от полос поглощения.

12. Проведено экспериментальное исследование иммерсионного просветление биологических тканей, которое позволяет разделить их по скорости просветления на 3 типа: высокая скорость просветления (до 20 минут); средняя скорость просветления (до 3 часов); медленная скорость просветления (более 3 часов). Предложен набор параметров, характеризующий процесс иммерсионного просветления биологических тканей.

Достоверность представленных научных результатов обусловлена тем, что они получены на основе апробированных методов расчета и измерений. Достоверность результатов подтверждается воспроизводимостью расчетных и экспериментальных данных, а также их соответствием результатам, полученным другими авторами. Вместе с этим достоверность полученных результатов подтверждается хорошим количественным согласием между расчетными и экспериментальными данными. Кроме этого достоверность полученных автором результатов подтверждается успешным использованием разработанных численных методов и комплексов для моделирования ЖК - устройств отображения информации на промышленных предприятиях, производящих ЖК -индикаторы (НИИ «ВОЛГА» г. Саратов) и ЖК - вещества (НИОПиК г. Москва).

Практическая ценность полученных в работе результатов заключается в том, что: 1) разработанные в работе численные методики и комплексы программ для моделирования электрооптических и оптических характеристик ЖК -устройств отображения информации использовались при конструировании и в производстве индикаторной техники (в НИИ «ВОЛГА») и ЖК - материалов (в НИИОПиК). В результате этого были спроектированы новые индикаторы и индикаторы с улучшенными характеристиками; 2) разработанные вычислительные методы и комплексы программ могут быть использованы при синтезе новых ЖК - веществ с заданными физическими параметрами, необходимыми для реализации ЖК - устройств отображения информации с оптимальными характеристиками. Кроме этого, модели, описывающие оптические характеристики биотканей, могут быть использованы для улучшения разрешения и глубины зондирования поляризационно - чувствительной томографии. Модели, описывающие динамику иммерсионного просветления биологических образцов, могут быть применены для лабораторных и

клинических исследований с целью изучения диффузии лекарственных веществ в различных биотканях.

На защиту выносятся следующие положения и результаты:

1. При разделении жидкокристаллической системы отображения информации на отдельные изотропные и анизотропные элементы и осуществлении выборочного учета многолучевой интерференции в ее отдельных элементах решение прямой задачи о распространении света в такой системе можно осуществлять на основе гибридного метода, использующего одновременно формализмы матриц когерентности, Джонса, Абелеса и Берремана. В этом случае моделирование спектрально-угловых характеристик ЖК - системы выполняется без увеличения вычислительных затрат и с обеспечением точности совпадения экспериментальных и расчетных данных, находящейся в пределах ошибок измерений для любого угла падения света на систему.

2. Решение прямой задачи о распространении светового излучения в жидкокристаллической системе, работающей на основе эффекта управляемого электрическим полем дихроизма, может быть получено с использованием двухволнового приближения и матричного формализма Джонса или Мюллера с обеспечением точности совпадения экспериментальных и расчетных данных, находящейся в пределах ошибок измерений для любого угла падения света на систему.

3. Описание временных, электрооптических и оптических характеристик устройств отображения информации на жидких кристаллах, полученное с помощью комплексов программ «ЭЛЕКТРООПТИКА-М» и «MOUSE-LCD», обеспечивает совпадение экспериментальных и расчетных данных в пределах ошибок измерений. Данные комплексы программ в отличие от других подобных программных средств могут использоваться при работе в различных операционных системах.

4. Решение прямой задачи о распространении поляризованного излучения в пространственно-неоднородных слоях биоткани в процессе нестационарного переноса иммерсионных агентов в объем ткани может быть осуществлено путем разделения на решение задачи о переносе неполяризованного излучения в случайно-неоднородном слое с меняющимися по глубине транспортными характеристиками и на решение задачи о распространении поляризованного света в оптически прозрачной анизотропно-слоистой структуре. При этом распределения транспортных характеристик и оптической анизотропии по глубине слоя биоткани в условиях ввода иммерсионного агента в биоткань восстанавливаются на основе решения двумерной нестационарной диффузионной задачи.

5. Для слоев биотканей с оптической толщиной, существенно меньшей транспортной длины, в условиях иммерсионного просветления зависимость деполяризации прошедшего через слой поляризованного излучения от длины волны в видимом диапазоне может быть представлена в виде суммы степенной функции с показателем, равным -4, и постоянного слагаемого.

6. Для оптически тонких слоев фиброзных тканей в видимом диапазоне имеет место аномальная дисперсия эффективной оптической анизотропии, обусловленная различным поведением зависимостей элементов (S, (Я)),{S,(Я)) амплитудной матрицы рассеяния фибрилл вблизи «особой точки» (5,(Я)) = (5,(Я)) в спектральных зависимостях матричных элементов.

Научная значимость. Как представляется автору, совокупность результатов проведенных в работе исследований можно квалифицировать как решение крупной научной задачи - создание методов расчета оптических и динамических характеристик ЖК - систем и биологических объектов с учетом их основных физических параметров. Кроме этого в работе представлены новые фундаментальные знания об оптических свойствах жидкокристаллических и биологических структур. Автором разработан комплекс методов для моделирования электрооптических и оптических характеристик различных электрооптических эффектов в жидких кристаллах. Автором предложен подход к описанию распространения частично поляризованного света в биологических средах в условиях иммерсионного просветления. Кроме этого автором получены закономерности, описывающие дисперсионные зависимости оптических характеристик двухкомпонентных биологических сред.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на следующих Международных и Российских конференциях: 3-ий Всесоюзный семинар «Оптические свойства жидких кристаллов и их применение», Москва, 19ВЗ; Всесоюзное совещание «Электрооптика границы раздела жидкий кристалл -твердое тело» Москва, 1985; 5-ая Всесоюзная конференция «Жидкие кристаллы и их практическое использование», Иваново, 1985; Всесоюзный семинар «Оптика жидких кристаллов», Москва, 1987; 6-ая Всесоюзная конференция «Жидкие кристаллы и практическое использование», Чернигов, 1988; Всесоюзный семинар «Оптика жидких кристаллов», Красноярск, 1989; 2. Berliner Optiktage. Berlin, 1991; The 14th International Liquid Crystal Conference. Italy, 1992; European Conference on Liquid Crystal. 1993, Flims, Swizerland; The 15th International Liquid Crystal Conference. Hungary, Budapest, 1994; Asia Display - 95. 5th International Display Research Conference. Japan, 1995; The 18th International Displays Research Conference. Asia Display-98. Seoul. Korea; International Display Workshop - 99. Japan. Sen-dai. 1999; Asia Socienty Iformation Display 2000. Xian. China. 2000; International Display Workshop - 01. Nagoya, Japan. 2001; Laser - Tissue Interaction XII: Photochemical, Photothermal, and Photomechanical (San Jose, USA, 2001); Laser - Tissue Interaction XIII: Photochemical, Photothermal, and Photomechanical (San Jose, USA, 2002); Международный оптический конгресс «Оптика 21-ый век» (Санкт - Петербург, 2004); Socienty Iformation Display. 2004; Optical Technologies in Biophysics and Medicine "SFM -2005" (Саратов, 2005); Лазеры для медицины, биологии и экологии (Санкт - Петербург, 2006); Optical Technologies in Biophysics and Medicine "SFM -2006" (Саратов, 2006); Лазеры. Измерение. Информация (Санкт - Петербург, 2007); Лазеры. Измерение. Информация (Санкт - Петербург, 2008); 2nd Topical Meeting on Optical Sensing and Artificial Vision (OSAV' 2008)

(Санкт - Петербург, 2008; Лазеры. Измерение. Информация (Санкт - Петербург, 2009).

Личный вклад соискателя. Методика и алгоритм вычисления комплексных матриц передачи для анизотропных сред разработан к.ф.-м.н. доцентом Цоем Валерием Ивановичем. Программные средства, использующие эту методику расчета, разработаны автором диссертации. Кроме этого В.И. Цоем предложена оригинальная методика вычисления динамических характеристик ЖК - слоев, помещенных в электрическое поле, а соответствующие программные средства разработаны автором диссертации. Первая версия программного комплекса для моделирования электрооптических эффектов в ЖК разработана при участии к.ф. - м.н. Яковлева Д.А. Все остальные результаты, представленные в работе, получены автором самостоятельно.

Публикации. По материалам исследований, выполненных в рамках диссертационной работы, опубликована 81 научная работа, 40 из которых в журналах рекомендованных ВАК.

Структура и содержание работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка используемой литературы и Приложения.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обоснована актуальность решаемых задач, сформулирована цель работы, её научная новизна, научно-практическая значимость, основные результаты и положения, выносимые на защиту.

В первой главе диссертации описаны оригинальные методы моделирования электрооптических характеристик устройств отображения информации, работающих на основе эффектов управляемым электрическим полем интерференции поляризованных лучей и дихроизма (эффект гость -хозяин), наблюдаемых в различных структурах ЖК. Процесс моделирования разделен на несколько этапов. На первом этапе решается задача о нахождении одномерного и двумерного распределения углов ориентации директора ЖК во внешнем электрическом поле при произвольных граничных условиях. В этом разделе описаны оригинальные методы решения этой задачи и приведены некоторые результаты моделирования. На втором этапе моделирования решается задача о вычислении оптического отклика ЖК - устройства на данное управляющее напряжение. В этом разделе описаны оригинальные матричные методики, основанные на комплексных 2x2 матрицах Джонса и когерентности и на комплексных матрицах 4x4 Берремана. Проведено сравнение двух вычислительных метдов и отмечены их достоинства и недостатки. Далее на основе описанных методик предлагаются 2 комплекса программ для моделирования электрооптических и оптических характеристик устройств отображения информации, работающих на основе различных электрооптических эффектах в ЖК. Показано, что для электрооптического эффекта управляемого дихроизма в ЖК двухволновая модель, использующая матричный метод Джонса (или Мюллера), обеспечивает точность совпадения экспериментальных и расчетных данных в пределах измерительной ошибки для любых углов падения

света на систему. В этой же главе представлено сравнение рассчитанных с помощью программных комплексов электрооптических и оптических характеристик с экспериментальными данными (рис. 1), которое показывает совпадение данных в пределах ошибки измерений. Кроме этого в главе диссертации изложен разработанный автором комплексный подход к моделированию оптических характеристик ЖК - устройств отображения информации, основанный на одновременном использовании нескольких матричных формализмов, и который обеспечивает высокую точность вычислений без увеличения их объема для любых углов падения света на систему.

Рис. 1 Сравнение результатов расчета с помощью модифицированного метода матриц Берремаиа (сплошная линия) и с помощью метода матриц Джонса (пунктирная линия) между собой и с экспериментальными данными (звездочки)

Во второй главе диссертации представлены результаты исследования оптических характеристик различных устройств отображения информации, работающих на эффектах интерференции поляризованных лучей и гость - хозяин в различных ЖК - структурах. В этой глгве предложена усовершенствованная конструкция ЖК - затвора из двух тс- ячеек, отличающаяся единой центральной стеклянной пластиной, что обеспечило повышенное в 1.5 раза пропускание, в 2 - 3 раза повышенный контраст и увеличенный угол обзора. Проведенное теоретическое исследование оптических характеристик ЖК - затвора показало, что контраст устройства может быть существенно повышен путем использования дублированных поляроидов и оптимизированием значений физических параметров ориентирующих и проводящих слоев. Теоретически показано, что идеальной фазовой компенсации в таких системах достичь невозможно из - за присутствия многократно отраженных волн в ЖК- ячейках. Далее в главе методом компьютерного моделирования проведено сравнение электрооптических характеристик различных конструкций отражательных 8ТМ-дисплеев с одним и двумя поляризаторами. Показано, что однополяроидная конструкция отражательного БТМ-дисплея, благодаря наличию фазового компенсатора, по сравнению с двухполяроидной (при равных наборах физических параметров дисплеев) кроме высоких уровней светлоты, имеет большую крутизну зависимости среднего по спектру отражения от управляющего напряжения. При этом цветовые характеристики дисплеев обоих типов одинаковы для состояний "выключено" и "включено". В результате проведенных исследований найден простой способ увеличения углов обзора отражательного 8ТМ- дисплея с одним поляроидом и фазовым компенсатором. Следовательно, в условиях сильной внешней засветки и одновременно высоких уровнях требуемого среднего по

13

спектру контраста (К > 100), предпочтение следует отдать двух поляроидной конструкции, и наоборот когда внешняя освещенность невелика и требуемый уровень контраста изображения не превышает 100, одно поляроидная конструкция отражательного БТЫ-дисплея с точки зрения оптических характеристик более выгодна, чем двухполяроидная система. Далее нами проведено компьютерное исследование характеристики нового комбинированного отражательного ЖК-дисплея, одновременно работающего в одно поляроидном и двух поляроидном режимах. В качестве второго поляроида предлагается использовать стандартную ячейку "гость-хозяин" с дихроичным черным красителем с очень высоким дихроичным отношением. Предлагаемое устройство может одновременно работать как в условиях сильной внешней засветки, так при малых уровнях внешней освещенности. В обеих рабочих модах отражательный БТЫ ЖК-дисплей имеет хорошие электрооптические и оптические характеристики и может быть выполнен на основе простых стандартных ЖК -элементов с использованием простой технологии изготовления ЖК - индикаторов типа 8ТМ-дисплеев и ячеек "гость-хозяин". В этой же главе диссертации выполнено численное моделирование оптических характеристик одно поляроидных ЖК - индикаторов "гость-хозяин", которое показало: а) в планарных ЖК - ячейках "гость-хозяин" изменение толщины ЖК слоя играет роль только когда постоянной остается концентрация красителя, в то время как в твист -ячейках "гость-хозяин" одновременное пропорциональное уменьшение концентрации красителя и увеличение толщины ЖК - слоя во столько же раз приводит к росту контраста изображения, оставляя постоянным пропускание в состоянии "включено". При этом увеличение толщины ЖК - слоя в твист - ячейке ограничено только увеличением времен переключения между состояниями "выключено" и "включено" и обратно; б) при одинаковых технологических параметрах и при толщинах ЖК - слоя меньших чем 10 мкм, планарные ЖК -ячейки гость имеют более высокий контраст изображения, чем ячейки "гость-хозяин" на твист - структуре, при толщинах ЖК - слоя больших, чем 10 мкм и прочих равных технологических параметрах твист - структуры имеют более высокий контраст; в) при постоянной концентрации дихроичного красителя как твист - структура, гак и планарная структура ЖК имеют оптимальное значение толщины ячейки, которое определяется требуемым уровнем контраста изображения и приемлемым уровнем значения пропускания в состоянии "включено". Это значение зависит также и от требуемых времен переключения между состояниями "выключено" и "включено" и обратно; г) индикатрисы контраста с увеличением толщины слоя ЖК как для планарной, так и для твист -структуры приобретают более направленный характер, при этом планарные ЖК -ячейки имеют более широкую индикатрису контраста, чем твист - ячейки "гость-хозяин". В этой же главе методом компьютерного моделирования проведено исследование улучшенной конструкции отражательного 8ТЫ ЖК-дисплея гость-хозяин с фазовым компенсатором. Показано, что путем подбора параметров фазовой пластинки, спектра красителя и угла закрутки структуры ЖК можно получить одновременно высокие значения отражения, контраста изображения, а

так же высокую степень мультиплексирования. С точки зрения эргономических характеристик устройства оптимальной является структура ЖК с углом закрутки 250°, для которой степень мультиплексирования дисплея может превышать значение 100:1. При этом значение отражения дисплея в состоянии включено имеет величину не менее чем 21 % и контраст изображения не ниже 5:1 для черно-белого красителя. Для цветного красителя типа КД-б или КД-10 возможно увеличение контраста изображения на длине волны максимума поглощения красителя до 10:1. В заключении второй главы диссертации обсуждается принцип фазовой компенсации для улучшения элекгрооптических и оптических характеристик ЖК - устройств отображения информации, использующих эффект интерференции поляризованных волн и эффект «гость - хозяин». Здесь же показано, что ограничение контраста изображения в устройствах с фазовым компенсатором, которые используют интерференцию поляризованных лучей в ЖК-системе, связано с френелевскими потерями на границах раздела слоистой структуры ЖК-ячейки.

В третьей главе диссертации кратко описана методика вычисления динамических характеристик устройств отображения информации и представлены результаты исследования зависимости быстродействия эффекта интерференции поляризованных лучей в STN- структурах от параметров ЖК и ЖК - ячейки, а также проведено сравнение экспериментальных и расчетных данных (рис. 2).

В этой главе показано, что время реакции оптического отклика подчиняется той же самой аналитической зависимости от разницы управляющих напряжений в состояниях включено и выключено, что и время реакции деформационного отклика. Аналитическая зависимость времени реакции оптического отклика ЖК -структуры от разницы управляющих напряжений верна для любых управляющих напряжений, а именно, как для управляющих напряжений вблизи порога Фредерикса, так и превышающих пороговые значения во много раз. Далее в третьей главе диссертации методом компьютерного моделирования проведено исследование динамики оптического отклика ЖК-индикатора при высоких управляющих напряжениях в зависимости от конструктивных параметров устройства. Показано, что при высоких управляющих напряжениях динамика оптического отклика при переключении управляющего напряжения из состояния «включено» в состояние «выключено» сильно зависит от угла закрутки ЖК -структуры. Установлено, что при высоких управляющих напряжениях у ЖК -дисплея, использующего эффект интерференции поляризованных лучей в ЖК -структуре с углом закрутки 180°, оптический отклик характеризуется временем задержки относительно деформационного отклика. С точки зрения оптического отклика эту временную задержку можно трактовать как кратковременную память. Выяснено влияние конструктивных параметров дисплея на величину кратковременной памяти. Установлено, что изменяя основные конструктивные параметры ЖК - дисплея (толщина, шаг спирали хиралышй добавки) можно изменять не только времена реакции и релаксации такого устройства, но и влиять на величину времени памяти. Кроме этого в этой главе методом компьютерного

моделирования проведено исследование динамики оптического отклика ЖК-индикатора при высоких управляющих напряжениях в зависимости от конструктивных параметров устройства. Выяснено влияние конструктивных параметров дисплея на величину кратковременной памяти. Показано, что основными физическими параметрами, которые существенным образом влияют на времена включения, выключения и памяти, являются отношения постоянных упругости ЖК к]/к22 и ки/кц. Требуемые величины времен выключения и памяти для ЖК - экрана использующего интерференцию поляризованных лучей в ЖК -структуре с углом закрутки 180° можно выбирать, исходя из значений для напряжения деформационного порога Фредерикса. На основе эффекта кратковременной памяти в ЖК - структуре с углом закрутки 180° предложен новый способ управления пассивным ЖК - дисплеем.

Рис. 2. Сравнение 'экспериментальных и расчетных данных т0„ - текущее время реакции ЖК - дисплея; т'4оп - время реакции ЖК - дисплея при управляющем напряжении 14 Вольт

Улрмпвомм мащмжвнм*. ВОР»'

В четвертой главе диссертации приведены результаты исследования оптических характеристик биологических тканей, которые проявляют свойства оптической анизотропии. В этой главе кратко дан обзор основным методам описания оптических характеристик биотканей и предложена простая слосто-неоднородная анизотропная модель биоткани и оригинальная методика расчета ее оптических характеристик, а также представлены результаты сравнения расчетных и экспериментальных данных (рис. 3), которые показывают их количественное согласие. В этой главе модифицированным методом сравнения (с использованием нематических ЖК - ячеек) измерена величина оптической анизотропии просветленного образца склеры Лпг = 0.001, обусловленной анизотропией формы. На основе сравнения экспериментальных и теоретических спектров поляризованного пропускания получены величина оптической анизотропии и зависимость степени деполяризации для фиброзной ткани от длины волны излучения падающего на образец. В этой главе диссертации теоретический анализ распространения света в образце биологической ткани основан на использовании матричного формализма Мюллера и векгоров Стокса и рассмотрена двух - шаговая модель распространения света сквозь образец биоткани. На первом шаге на основе теории рассеяния света с учетом физических и геометрических параметров рассчитывается спектральная зависимость оптической плотности биоткани. На втором шаге с помощью матриц Мюллера и вектора Стокса вычисляются спектры коллимированного пропускания света, прошедшего через образец биоткани, с учетом свойств анизотропии образца и степени деполяризации падающего на него света. Показано, что для некоторых

16

образцов биоткани большую роль в определении величины сечения рассеяния играет рассеяние света на флуктуациях ориентации структурных элементов биоткани. В результате применения модели получено хорошее количественное согласие между расчетными и экспериментальными спектрами коллимированного пропускания образцом биоткани, которое говорит об адекватности предложенной модели для описания распространения света сквозь биоткань. Кроме этого показано, что для количественно верного описания являения интерференции поляризованных лучей в биологических образцах, находящихся в условиях иммерсионного просветления, необходимо учитывать деполяризацию излучения биотканью. При этом для количественого описания деполяризации излучения используется понятие степени деполяризации излучения и среды. С помощью компьютерного моделирования показано, что степень деполяризации биологической среды в видимом дипазоне длин волн монотонно убывает с ростом длины волны. При этом установлено, что дисперсионная зависимость степени деполяризации света, прошедшего через слой биоткани хорошо аппроксимируется следующей функцией:

dW^+4, (1)

где постоянные А; и А: определяются типом биоткани.

Предположение о степенной зависимости степени деполяризации от длины волны света объясняется тем, что определяющую роль в остаточном рассеянии света играет релеевский закон рассеяния. В то же время присутствие в уравнении (1), члена, не зависящего от длины волны света, связано с наличием случайного изменения фазовых набегов волны, которые обусловлены различной ориентацией волокон коллагена по толщине слоя биоткани.

Следует отметить, что особый интерес представляет дисперсионная зависимость оптической анизотропии биоткани. Различие показателей преломления этих элементов биоткани приводит не только к рассеянию света, но и является причиной возникновения оптической анизотропии у таких образцов. Анизотропия показателей преломления образца биоткани (Ап = (п„ -п1), п/л rtj -и показатели преломления биоткани для случаев, когда вектор электрического поля распространяющейся в среде линейно поляризованной монохроматической электромагнитной волны с единичной амплитудой ориентирован параллельно или перпендикулярно волокнам коллагена), в целом определяется геометрическим фактором и разницей показателей преломления коллагеновых волокон и базового вещества. Если использовать двухкомпонентную модель, и коллагеновые волокна представить в виде длинных цилиндров, то оптическая анизотропия определяется выражением:

Д„ = („„-„)=--,'" , 2)

СП«о. + U ~ СРтт

где с - объемная концентрация коллагеновых волокон, пК1„, пмат - показатель преломления коллагена и базового вещества.

На рис. 4 представлены зависимость оптической анизотропии от длины волны зондирующего излучения видимого диапазона для различных типов ткани. Эта зависимость была получена с помощью выражения (2) и данных по дисперсии показателей преломления коллагена и базового вещества, полученным при решении прямой задачи о арспространении света через биоткань. Как видно из этого рисунка дисперсия оптической анизотропии хрящевой биоткани носит аномальный характер, хотя структурные элементы биоткани имеют нормальную дисперсионную зависимость. Таким образом, для фиброзных тканей, находящихся в условиях малократного рассеяния наблюдается эффект аномальной дисперсии для макроскопической оптической анизотропии биоткани вдали от полос поглощения. Это объясняется различным спектральным поведением элементов матрицы рассеяния двухкомпонентной среды в случае однократного рассеяния и является фундаментальным свойством систем непоглощающих цилиндрических рассеивателей.

В этой же главе методом компьютерного моделирования проведено исследование оптических характеристик слоистой анизотропной среды со случайной ориентацией оптических осей структурных элементов. Найдено, что при определенном наборе физических параметров образца, существует область селективного отражения такой среды, ширина которой может быть равна всему видимому диапазону длин волн света. Ширина области селективного отражения и положение максимума отражения в основном определяется толщиной слоистой анизотропной среды со случайной ориентацией оптических осей структурных элементов. Кроме этого показано, что анизотропная среда с плоскопараллельно расположенными слоями с хаотической ориентацией оптических осей ее компонентов обладает анизотропными свойствами даже при нормальном падении света на структуру.

о««

■ расчет 0ля анизотропного слоя риогкани - эгсшрАмнг:----1-----:----------

3

Рис. 3 Сравнение экспериментальных и расчетных спектров пропускания мышечной ткани, расположенной между двумя скрещенными поляризаторами

Рис. 4 Дисперсионная зависимость макроскопической оптической анизотропии для различных образцов биоткани 1 - хрящевая ткань; 2- костная ткань; 3 -мышечная ткань

В пятой главе диссертации представлены результаты исследования динамики управления оптическими свойствами биоткани с помощью иммерсионной технологии. В этой главе показано существенное различие в скоростях иммерсионного просветления у различных типов биотканей. Предлагается разделить биоткани но скорости иммерсионного просветления на три группы: с высокой скоростью просветления (время иммерсионного просветления до 10 минут), средней скоростью просветления (время иммерсионного просветления от 10 минут до 2 часов) и низкой скоростью просветления (время иммерсионного просветления более 2 часов). Предложена простая аппроксимационная формула для зависимости контраста изображения от времени просветления биологического образца. В этой главе диссертации введены три параметра, с помощью которых можно описать характер иммерсионного просветления биологических тканей. В качестве таких параметров мы предлагаем использовать следующие: время задержки />, время насыщения о и уровень насыщения Ттах просветления.

В этой же главе предложена новая трехшаговая модель для описания динамики оптического отклика биоткани в условиях иммерсионного просветления с учетом анизотропных свойств биологических образцов. На рис . 5 представлены результаты сравнения экспериментальных и расчетных зависимостей среднего по спектру пропускания от времени иммерсионного просветления, которые получены с использованием разработанной модели. Таким образом, можно сказать, что предложенная нами математическая модель иммерсионного просветления биоткани количественно верно описывает динамику процесса и может быть использована для целей оптической томографии применяющей технологию иммерсионного просветления биоткани.

Рис. 5 Сравнение расчетных и экспериментальных данных по динамике иммерсионного просветления склеры. Сплошная кривая - расчет, точки -экспериментальные данные

В заключении представлены основные результаты, которые были получены при проведении исследований.

В приложениях представлены исходные тексты программного комплекса для моделирования электрооптических и оптических характеристик устройств отображения информации на основе жидких кристаллов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ В результате выполненной работы получены следующие результаты:

0.1Г!!

«.ОМ I 11<Ч5 ■

0.(125 0,01? '

0

1. Разработаны оригинальные методики вычисления оптических характеристик ЖК - устройств отображения информации, основанные на матричных методах Джонса и Берремана.

2. Разработаны оригинальные методики вычисления одномерных и двумерных распределений углов ориентации ЖК в электрическом поле.

3. На базе принципа блочного построения компьютерных систем разработаны три оригинальных программных комплекса для моделирования электрооптических и оптических характеристик устройств отображения информации. Все программные комплексы обеспечивают хорошее количественное совпадение экспериментальных и расчетных данных и обладают универсальностью применения.

4. Разработан комбинированный подход, заключающейся в одновременном использовании матричных методов Берремана, Джонса и Абелеса для слоистых неоднородных систем, состоящих из плоскопараллельных изотропных и анизотропных слоев. Подобный подход позволяет избежать нежелательного эффекта «интерферометра Фабри - Перо» в анизотропных толстых слоях и учесть его наличие в анизотропных тонких слоях.

5. Для нормального падения света на ЖК - устройство отображения информации разработанные матричные методики моделирования оптических характеристик ЖК - устройств отображения информации разработанные оригинальные методики на основе матричных методов Джонса и Берремана дают одинаковое расхождение между расчетными и экспериментальными данными, которое не превышает 5%. Таким образом, для описания оптических характеристик ЖК -устройств отображения наблюдаемых в нормальном направлении достаточно использовать двух волновую модель распространения света в анизотропной неоднородной среде, основанной на распространении обыкновенных и необыкновенных волн распространяющихся в прямом направлении. Двух волновая модель распространения света в анизотропной неоднородной среде дает расхождение между экспериментальными и расчетными значениями оптических характеристик для ЖК - индикаторов, использующих эффект интерференции поляризованных лучей, не более 20% для угла падения света на устройство 45° . Эта же модель дает расхождение между экспериментальными и расчетными значениями оптических характеристик для ЖК - индикаторов, использующих эффект гость - хозяин, не более 6% для угла падения света на устройство 45°.

6. Предложена усовершенствованная конструкция ЖК- затвора из двух я- ячеек, отличающаяся единой центральной стеклянной пластиной, что обеспечило повышенное в 1.5 раза пропускание, в 2 - 3 раза повышенный контраст и увеличенный угол обзора. Проведенное теоретическое исследование оптических характеристик ЖК- затвора показало, что контраст устройства может быть существенно повышен путем использования дублированных поляроидов и оптимизированием значений физических параметров ориентирующих и проводящих слоев. Теоретически показано, что идеальной

фазовой компенсации в таких системах достичь невозможно из - за присутствия многократно отраженных волн в ЖК- ячейках.

7. Методом компьютерного моделирования проведено сравнение электрооитических характеристик различных конструкций отражательных БТЫ-дисплеев с одним и двумя поляризаторами. Показано, что однополяроидная конструкция отражательного БТЫ-дисплея, благодаря наличию фазового компенсатора, по сравнению с двухполяроидной (при равных наборах физических параметров дисплеев) кроме высоких уровней светлоты, имеет большую крутизну зависимости среднего по спектру отражения от управляющего напряжения. При этом цветовые характеристики дисплеев обоих типов одинаковы для состояний "выключено" и "включено". В результате проведенных исследований найден простой способ увеличения углов обзора отражательного БТМ- дисплея с одним поляроидом и фазовым компенсатором. Следовательно, в условиях сильной внешней засветки и одновременно высоких уровнях требуемого среднего по спектру контраста (К > 100), предпочтение следует отдать двух поляроидной конструкции, и наоборот когда внешняя освещенность невелика и требуемый уровень контраста изображения не превышает 100, одно поляроидная конструкция отражательного 5ТК-дисплея с точки зрения оптических характеристик более выгодна, чем двухполяроидная система.

8. Нами проведено компьютерное исследование характеристики нового комбинированного отражательного ЖК-дисплея, одновременно работающего в одно поляроидном и двух поляроидном режимах. В качестве второго поляроида предлагается использовать стандартную ячейку "гость-хозяин" с дихроичным черным красителем с очень высоким дихроичным отношением. Предлагаемое устройство может одновременно работать как в условиях сильной внешней засветки, так при малых уровнях внешней освещенности. В обеих рабочих модах отражательный БТЫ ЖК-дисплей имеет хорошие электрооптические и оптические характеристики и может быть выполнен на основе простых стандартных ЖК -элементов с использованием простой технологии изготовления ЖК - индикаторов типа БТЫ-дисплеев и ячеек "гость-хозяин".

9. Численное моделирование оптических характеристик одно иоляроидных ЖК -индикаторов "гость-хозяин" показало: а) в планарных ЖК - ячейках "гость-хозяин" изменение толщины ЖК слоя играет роль только когда постоянной остается концентрация красителя, в то время как в твист - ячейках "гость-хозяин" одновременное пропорциональное уменьшение концентрации красителя и увеличение толщины ЖК - слоя во столько же раз приводит к росту контраста изображения, оставляя постоянным пропускание в состоянии "включено". При этом увеличение толщины ЖК - слоя в твист - ячейке ограничено только увеличением времен переключения между состояниями "выключено" и "включено" и обратно; б) при одинаковых технологических параметрах и при толщинах ЖК - слоя меньших чем 10 мкм, пленарные ЖК -ячейки гость имеют более высокий контраст изображения, чем ячейки "гость-хозяин" на твист - структуре, при толщинах ЖК - слоя больших, чем 10 мкм и

прочих равных технологических параметрах твист - структуры имеют более высокий контраст; в) при постоянной концентрации дихроичного красителя как твист - структура, так и пленарная структура ЖК имеют оптимальное значение толщины ячейки, которое определяется требуемым уровнем контраста изображения и приемлемым уровнем значения пропускания в состоянии "включено". Это значение зависит также и от требуемых времен переключения между состояниями "выключено" и "включено" и обратно; г) индикатрисы контраста с увеличением толщины слоя ЖК как для планарной, так и для твист - структуры приобретают более направленный характер, при этом пленарные ЖК - ячейки имеют более широкую индикатрису контраста, чем твист - ячейки "гость-хозяин".

10. Методом компьютерного моделирования проведено исследование улучшенной конструкции отражательного БТЫ ЖК-дисплея гость-хозяин с фазовым компенсатором. Показано, что путем подбора параметров фазовой пластинки, спектра красителя и угла закрутки структуры ЖК можно получить одновременно высокие значения отражения, контраста изображения, а так же высокую степень мультиплексирования. С точки зрения эргономических характеристик устройства оптимальной является структура ЖК с углом закрутки 250°, для которой степень мультиплексирования дисплея может превышать значение 100:1. При этом значение отражения дисплея в состоянии включено имеет величину не менее чем 21 % и контраст изображения не ниже 5:1 для черно-белого красителя. Для цветного красителя типа КД-6 или КД-10 возможно увеличение контраста изображения на длине волны максимума поглощения красителя до 10:1.

11. Фазовый компенсатор в ЖК - устройствах отображения информации, использующих эффект «гость - хозяин», может применяться в как в однополяроидной, так и безполяроидной конструкциях дисплея, что является кардинальным отличием от использования фазового компенсатора в ЖК -индикаторах, использующих эффект интерференции поляризованных лучей. При этом в безполяроидных устройствах типа «гость - хозяин» фазовый компенсатор должен располагаться только за ЖК - ячейкой, в то время как в ЖК - индикаторах на эффекте интерференции поляризованных лучей фазовый компенсатор может располагаться как за ячейкой, так и перед ней. Таким образом, принцип фазовой компенсации в ЖК - устройствах типа «гость -хозяин» может использоваться как в поляроидных так и безполяроидных конструкциях, в то время как в ЖК - индикаторах интерференционного типа, этот принцип может использоваться только в поляроидных конструкциях.

12. Время реакции оптического отклика подчиняется той же самой аналитической зависимости от разницы управляющих напряжений в состояниях включено и выключено (23), что и время реакции деформационного отклика. Аналитическая зависимость времени реакции оптического отклика ЖК - структуры от разницы управляющих напряжений верна для любых управляющих напряжений, а именно, как для управляющих напряжений вблизи порога Фредерикса, так и превышающих пороговые значения во много раз.

13. Методом компьютерного моделирования проведено исследование динамики оптического отклика ЖК-индикатора при высоких управляющих напряжениях в зависимости от конструктивных параметров устройства. Показано, что при высоких управляющих напряжениях динамика оптического отклика при переключении управляющего напряжения из состояния «включено» в состояние «выключено» сильно зависит от угла закрутки ЖК - структуры. Установлено, что при высоких управляющих напряжениях у ЖК - дисплея, использующего эффект интерференции поляризованных лучей в ЖК -структуре с углом закрутки 180°, оптический отклик характеризуется временем задержки относительно деформационного отклика. С точки зрения оптического отклика эту временную задержку можно трактовать как кратковременную память. Выяснено влияние конструктивных параметров дисплея на величину кратковременной памяти. Установлено, что изменяя основные конструктивные параметры ЖК - дисплея (толщина, шаг спирали хиральной добавки) можно изменять не только времена реакции и релаксации такого устройства, но и влиять на величину времени памяти.

14. Методом компьютерного моделирования проведено исследование динамики оптического отклика ЖК-индикатора при высоких управляющих напряжениях в зависимости от конструктивных параметров устройства. Выяснено влияние конструктивных параметров дисплея на величину кратковременной памяти. Показано, что основными физическими параметрами, которые существенным образом влияют на времена включения, выключения и памяти, являются отношения постоянных упругости ЖК к33/к?2 и к33/кц. Требуемые величины времен выключения и памяти для ЖК — экрана использующего интерференцию поляризованных лучей в ЖК - структуре с углом закрутки 180° можно выбирать, иоодя из значений для напряжения деформационного порога Фредерикса. На основе эффекта кратковременной памяти в ЖК - структуре с углом закрутки 180° предложен новый способ управления пассивным ЖК -дисплеем.

15. Получена простая формула, связывающая степень мультиплексирования со временем реакции на переключение управляющего напряжения пассивного ЖК

- устройства отображения информации, согласно которой время реакции ЖК -устройства прямо пропорционально корню квадратному из степени мультиплексирования. Следовательно, невозможно получить одновременно высокий уровень мультиплексирования и малое время реакции.

16. Методом компьютерного моделирования показано, что зависимость суммарного времени оптического отклика ЖК - дисплея от крутизны вольт -контрастной характеристики для конкретных физических параметров ЖК и ЖК

- дисплея имеет минимум. Это говорит о наличие оптимального значения крутизны вольт - контрастной, для которой суммарное время оптического отклика ЖК — дисплея минимально. Однако следует отметить тот факт, что минимум зависимости г= r(S) находится в области малых значений крутизны, а при высоких значениях S суммарное время оптического отклика будет практически совпадать со временем реакции. Заметим, что в зависимости

суммарного времени оптического отклика от напряжения порога Фредерикса так же существует оптимальное значение этого напряжения, а это значит, что выбором ЖК - материала можно для одного и того же значения крутизны вольт - контрастной кривой достичь минимального значения суммарного времени оптического отклика.

17. Методом компьютерного моделирования проведено исследование оптических характеристик слоистой анизотропной среды со случайной ориентацией оптических осей структурных элементов. Найдено, что при определенном наборе физических параметров образца, существует область селективного отражения такой среды, ширина которой может быть равна всему видимому диапазону длин волн света. Ширина области селективного отражения и положение максимума отражения в основном определяется толщиной слоистой анизотропной среды со случайной ориентацией оптических осей структурных элементов. Кроме этого показано, что анизотропная среда с плоскопараллельно расположенными слоями с хаотической ориентацией оптических осей ее компонентов обладает анизотропными свойствами даже при нормальном падении света на структуру.

18. Для измерения величины анизотропии показателя преломления биоткани разработана модификация метода сравнения, который основан на использовании нематических ЖК - ячеек и программного комплекса MOUSE -LCD. С помощью этого метода определена величина оптической анизотропии просветленного образца склеры Ans = 0.001, обусловленной анизотропией формы.

19. Предложена простая феноменологическая модель для расчета спектров поляризованного коллимированного пропускания образцов биологических тканей, которая дает удовлетворительное количественное описание оптических характеристик и может быть использована для теоретического исследования в поляризационно-чувствительной оптической томографии. Кроме этого, на основе сравнения экспериментальных и теоретических спектров поляризованного пропускания, получена величина оптической анизотропии фиброзной ткани и произведена оценка зависимости степени деполяризации мышечной ткани от длины волны, падающего на образец излучения.

20 Показано, что для количественного описания интерференции поляризованных лучей в биоткани, находящейся в условиях иммерсионного просветления, необходимо учитывать деполяризацию излучения распространяющегося через образец. При этом деполяризация излучения связана с остаточным рассеянием света в среде и разорентацией структурных элементов среды. Спектральная зависимость степени деполяризации определяется сумой степенной функцией с показателем степени равным -4, связанной с релеевским рассеянием света в биоткани, и постоянного, не зависящего от длины волны света члена. Второе слагаемое, независящее от длины волны света, связано со случайным изменением фазы проходящей волны из - за неупорядоченного расположения волокон коллагена и определяется типом биоткани.

21. Показано наличие аномальной дисперсии для макроскопической оптической анизотропии биоткани, которая объясняется двухкомпонентным составом и различиями в поведении зависимостей энергии электромагнитных полей в объеме, занимаемом модельным рассеивающим центром, ^/("а-/."«.",/;/)/^ 11 от Л при взаимодействии и р - поляризованных электромагнитных волн с эффективными рассеивающими центрами.

22. Предложено разделить биоткани по скорости иммерсионного просветления на три группы: с высокой скоростью просветления (время иммерсионного просветления до 10 минут), средней скоростью просветления (время иммерсионного просветления от 10 минут до 2 часов) и низкой скоростью просветления (время иммерсионного просветления более 2 часов). Введены три параметра, с помощью которых можно описать характер иммерсионного просветления биологических тканей.

23. Разработана комплексная модель для процесса иммерсионного просветления образца биоткани. Процедура вычисления, состоящая из трех последовательно выполняемых друг за другом этапов, основана на комплексной трехшаговой модели для расчета оптических характеристик и динамики иммерсионного просветления биоткани с учетом анизотропных и деполяризующих свойств среды. В предлагаемой трехшаговой модели первым шагом является вычисление пространственно - временного распределения концентрации иммерсионного агента. На основе этого распределения на втором шаге моделирования с помощью скалярной модели вычисляются спектры пропускания и оптическая плотность среды для каждого момента времени. После этого шага выполняется последний третий этап моделирования оптических характеристик биотканей - вычисление поляризованных спектров пропускания образца с учетом деполяризующих и анизотропных свойств среды, базирующейся на векторной модели с использованием матричного формализма Мюллера и векторов Стокса.

Список цитируемой литературы:

1. Berreman D.W. Numerical Modelling of Twisted Nematic Devices //Phil. Trans. R. Soc. 1983. V. A309. P. 203

2. Цой В.И. Методика расчета оптических свойств жидкокристаллических индикаторов, работающих на основе двулучепреломлеиия закрученных структур // Тез. Докл. 5-й конф. Социалистических стран по жидким кристаллам, Одесса, 10 - 15 октября 1983 г., 1983.- Т. 1.-Ч.2.-С. 84.

3. Wohler G., Haas H., Fritsch M. et all Faster 4 * 4 matrix method for uniaxial ¡[¡homogeneous media//J. Opt. Soc. Amer. 1988. V. A5. No 9. P.1554 - 1557

4. Палто С.П. Алгоритм решения оптической задачи для слоистых анизотропных // ЖЭТФ. 2001. Т. 119. К> 4. С. 638 - 684.

5. Сидоров Н.К. Простые выражения для расчета индикатрисы показателей преломления при генерации второй гармоники в двуосных кристаллах // Квантовая электроника. 1992. Т. 22. №9. С. 818-819.

6. Яковлев Д.А. Метод расчета матриц Мюллера отражения и пропускания квазимонохроматического света планарной структурой состоящей из «тонких» и «толстых» слоев // Опт. и спектр. 1988. Т.64. №3. С. 51 60.

7. Lien A. J. The general and simplified Jones matrix representations for the high pretilt twisted nematic cell // Appl. Phys. 1990. V. 67. No 6. P 2853

8. Цой В.И. Численное решение уравнений ориентационной динамики жидкокристаллического слоя в электрическом поле // Тез. Всесоюз. семинара "Оптика жидких кристаллов". Л. ,1987. С. 93 - 94.

9. Хлебцов Н.Г. Ослабление и рассеяние света в дисперсных системах с неупорядоченными, ориентированными и фрактальными частицами. Теория и эксперимент. Диссертация на соискание ученой степени д-ра физ.-мат.наук:01.04.05 / Н. Г. Хлебцов. - Саратов. 1996.

10. Ушенко А.Г. Лазерная диагностика биофракталов // Квантовая электроника. 1999. Т. 29. № 12. С. 239-245.

11. Зимняков Д.А., Синичкин Ю.П., Ушакова О.В. Оптическая анизотропия фиброзных биотканей: анализ влияния структурных характеристик // Квантовая электроника. 2007. Т. 37. №8. С. 777 -783.

Основные результаты диссертационной работы изложены в следующих публикациях:

Работы, опубликованные в ведущих научных журналах.

1. Симоненко Г.В., Финкель А.Г., Цой В.И., Бурханов А.И. Пространственные оптические характеристики жидкокристаллических индикаторов, работающих на основе эффекта «гость-хозяин» //Электронная техника. Сер. 4. Электровакуумные и газоразрядные приборы. 1985. Вып. 2(107). С. 64 - 68.

2. Симоненко Г.В., Финкель А.Г., Цой В.И., Буланов В.М., Бурханов А.И., Сухариер А.С„ Липатова Т.А. Численное моделирование жидкокристаллических индикаторов на твист -эффекте // Электронная техника. Сер. 4. Электровакуумные и газоразрядные приборы. 1985. Вып. 3(108). С. 50-54.

3. Симоненко Г.В., Финкель А.Г., Цой В.И., Яковлев Д.А., Татаринов С.И. Электрооптические характеристики жидкокристаллических индикаторов, работающих на основе эффекта «гость - хозяин» //Электронная техника. Сер. 4. Электровакуумные и газоразрядные приборы.1988. Вып. 1(120). С. 43 - 47.

4. Симоненко Г.В., Финкель А.Г., Цой В.И., Яковлев Д А., Мельникова Г.И. Моделирование жидкокристаллических индикаторов на основе матриц когерентности и Джонса //Электронная техника. Сер. 4. Электровакуумные и газоразрядные приборы.1988. Вып. 2(121). С. 36-41.

5. Сухариер A.C., Симоненко Г.В., Куйбарова В.А. Влияние параметров поляроидов на электрооптические характеристики и параметры ЖКИ на твист-эффекте // Электронная техника. Сер. 4. Электровакуумные и газоразрядные приборы.1989. Вып. 2(127). С. 28 -30.

6. Симоненко Г.В., Финкель А.Г., Цой В.И., Яковлев Д.А., Мельникова Г.И. Влияние физических параметров ЖК на степень мультиплексирования и распределение директора в устройствах на эффекте супертвист // Электронная техника. Сер. 4. Электровакуумные и газоразрядные приборы. 1990. Вып. 1(128). С. 59- 62.

7. Сухариер A.C., Цой В.И., Липатова Т.А., Симоненко Г.В. Особенности параметров быстродействия и их зависимость от параметров ЖК и ЖК - структуры в ЖК - ячейках на супергвисте // Электронная техника. Сер. 4. Электровакуумные и газоразрядные

' приборы. 1991. Вып.4(135).С. 59-64

8. Симоненко Г.В. Характеристики STN - дисплея при различных условиях ориентации жидкого кристалла на подложках // Электронная техника. Сер. 4. Электровакуумные и газоразрядные приборы. 1992. Вып. 1(136). С. 13

9. Сухариер A.C..Симоненко Г.В., Цой В.И., Яковлев Д А. Новый пакет вычислительных программ для решения исследовательских и инженерных задач в технике ЖКИ. Особенности и примеры // Электронная техника. Сер. 4. Электровакуумные и газоразрядные приборы.1992. Вып. 1(136). С. 14

10. Сухариер А.С., Линькова И.С., Цой В.И., Симоненко Г.В. Особенности динамических характеристик ЖК-ячеек па STN' - структуре // Электронная техника. Сер. 4. Электровакуумные и газоразрядные приборы.1992. Вып. 2(137). С. 9

11. Tsoi V.I., Simonenko G.V., Chigrinov V.G. Dielcctric stripes in pretilled supcrtwisted layers // Liquid Crystal. 1993. Vol. 13. No 2. P. 227 231

12. Симоненко Г.В. Сравнение характеристик просветных ЖК STN-экранов // Оптический журнал. 1995. Т. 62. № 2. С. 60 - 65.

13. Симоненко Г.В. Повышение цветового контраста в DSTN - дисплеях // Оптический журнал. 1995. Т. 62. № 3. С. 53 - 56.

14. Чигринов В.Г., Симоненко Г.В., Яковлев Д.А., Цой В.И., Хохлов Н.А., Подъячев Ю.Б. Универсальный комплекс ЭВМ программ для оптимизации проектирования жидкокристаллических дисплеев // Информат. Сер. Средства отображения информации./ ВНИИ межотрас. Инф. 1993. X» 2. С. 90 - 94.

15. Мухина Е.Г., Симоненко Г.В., Степанов В.М., Ануфриева Т.В., Крнвоножкина Т.К. Оптимизация конструкции цветного TSTN ЖК экрана для компьютерных проекционных систем //Электронная промышленность. 1995. №8. С. 12 - 13

16. Sevostianov V.P., Simonenko G.V., Studetsov S.A.. Brezhnev V.A., Yakovlev D.A. Experimental and theoretical study of optical characteristics of LC shutter on я ■ cells // Photonics and Optoelectronics. 1997. Vol. 4. No 4. P. 139 - 146.

17. Симоненко Г.В., Чигринов В.Г., Брежнев B.A., Студенцов С.А. Влияние физических и конструктивных параметров жидкокристаллических устройств отображения информации типа «гость - хозяин» на их характеристики // Оптический журнал. 1999. Т. 66. № 6. С. 92 - 96

18. Симоненко Г.В. Жидкокристаллические устройства отображения информации типа «гость хозяин» с фазовым компенсатором // Оптический журнал. 1999. Т. 66. № 6. С. 97 -99

19. Финкель А.Г., Цой В.И., Симоненко Г.В., Яковлев Д А. Проектирование ЖК - устройств отображения информации // Электронная промышленность 2000. № 2. С. 11 16

20. Симоненко Г.В., Лакодина Н.А., Тучин В.В. Измерение оптической анизотропии биотканей с помощью ячейки с нематическим жидким кристаллом // Оптический журнал. 2000. Т. 67. № 6. С. 70 - 73

21. Симоненко Г.В., Чигринов В.Г., Квок Х.С. Сравнительный анализ характеристик отражательных жидкокристаллических STN - дисплеев с одним и двумя поляризаторами // Оптический журнал. 2000. Т. 67. № 10. С. 40 - 43

22. Симоненко Г.В.. Никитин А.В. Компьютерное моделирование жидкокристаллического комбинированного отражательного дисплея // Оптический журнал. 2000. Т. 67. № 12. С. 37 - 41

23. Chigrinov V.G., Simonenko G.V., Yakovlev D.A., Podjachev Yu.B The optimization of LCD electrooptical behavior using MOUSE - LCD software. //Mol. Crys. Liq. Crys. 2000. Vol. 351. P. 17» 25

24 Chigrinov V.G., Simonenko G.V. Optimization of "guest host" liquid crystal display. // Mol. Crys. Liq. Crys 2000. Vol. 351. P. 51 - 59

25. Симоненко Г.В., Чигринов В.Г., Квок Х.С. Оптические характеристики отражательною дисплея типа гость - хозяин без поляроида с фазовым компенсатором // Оптический журнал. 2001. Т. 68. N .3 р. 63-69

26. Симоненко Г.В., Чигринов В.Г., Квок Х.С Высококонтрастный отражательный ЖК дисплей типа гость хозяин без поляризатора // Оптический журнал. 2001. Vol. 68. N I р. 60-63

27. Зимняков Д.А., Симоненко Г.В., Башкатов АН. Генина Э.А. Лакодина Н.А. Тучин В.В. Компьютеризированный микрофотометр - визуали затор для измерения диаметра и оптических параметров волос // Приборы и техника жсперимента. 2001. №5. С 154

28. Симоненко Г.В., Цой В.И., Яковлев Д.А. Метод вычисления углов ориентации оптической оси жидкого кристалла, находящегося во внешнем электрическом поле // Компьютерная оптика, 2001. Вып. 21. С. 88 - 99

29. Симоненко Г.В., Чигринов В.Г., Квок Х.С. Оптические характеристики отражательного жидкокристаллического дисплея типа гость - хозяин с фазовым компенсатором и положительным контрастом изображения // Оптический журнал. 2002. Т. 69. № 2 С. 65 70

30. Симоненко Г.В., Студенцов С.А., Брежнев В.А. Компьютерное моделирование оптического отклика жидкокристаллического дисплея при высоких управляющих напряжениях. Часть 1 Динамика оптического отклика в зависимости от конструктивных параметров дисплея // Оптический журнал. 2003. Т. 70. №7. С. 42 - 45.

31. Симоненко Г.В., Студенцов С.А., Брежнев В.А. Компьютерное моделирование оптического отклика жидкокристаллического дисплея при высоких управляющих напряжениях. Часть 2. Влияние параметров жидкокристаллического материала на динамику оптического отклика // Оптический журнал. 2003. Т. 70. №7. С. 46 - 49.

32. Брежнев. В.А., Ежов В.А., Симоненко Г.В., Студенцов С.А. Пассивно-матричный жидкокристаллический экран и способ управления данным экраном // Патент № 2001110750/09(071740) Россия. 24.04.2001.

33. Симоненко Г.В., Папаев A.B., Тучин В.В. Простая модель для расчета спектра пропускания поляризованного света образцом биологической ткани. // Оптический журнал. 2004. Т. 71. №5. С. 3- 6

34. Chigrinov V., Hoi Sing Kwok, Yakovlev D., Tsoi V., Simonenko G. LCD optimization and modeling.//J. Soc. Inf. Display, 2004,Vol. 12. P. 183-187

35. Симоненко Г.В., Папаев A.B., Тучин B.B. Оптическая анизотропия биоткани в условиях иммерсионного просветления и без него // Оптика и спектроскопия. 2006. Т. 101. № 1.С. 50-57

36. Симоненко Г.В., Миронов A.A. Оптический отклик твист - индикатора при двумерной упругой деформации жидкого кристалла, вызванной электрическим полем, в зависимости от физических и конструктивных параметров устройства // Компьютерная оптика. 2006. Вып. 30. С. 74 - 80

37. Симоненко Г.В., Моренко P.A., Тучин В.В. Спектры пропускания и отражения анизотропной среды с хаотической ориентацией оптических осей ее элементов // Оптический журнал. 2007. Т. 74. № 9. С. 16 - 19

38. Симоненко Г.В., Папаев A.B., Тучин В.В. Двухшаговая модель распространения света в биотканях // Оптический журнал. 2007. Т. 74. № 10. С. 36 - 40

39. Симоненко Г.В., Кириллова Е.С., Тучин В.В. Математическая модель подавления рассеяния лазерного излучения в биотканях с помощью метода иммерсионного просветления // Успехи современной радиоэлектроники. 2008. № 9. С. 48 - 52.

40. Simonenko G.V., Kirillova E.S., Tuchin V.V. Mathematical model of describing of kinetics of tissue optical clearing // Opyical Memory and Neural Networks (Information Optics). 2009. Vol. 18. N2. pp. 129-133

Работы в других изданиях.

1. Финкель А.Г., Цой В.И., Симоненко Г.В., Яковлев Д А., Мельникова Г.И. Комплекс программ для математического моделирования оптических и электрооптических характеристик жидкокристаллических устройств отображения информации // Информационный листок № 210-89. Саратов. Саратовский межотраслевой территориальный центр научно-технической информации. 1989

2. Финкель А.Г., Цой В.И., Симоненко Г.В., Яковлев Д.А. Пакет программ «ЭЛЕКТРООПТИКА-М» для моделирования электрооптических и оптических характеристик устройств отображения информации на жидких кристаллах // Информационный листок JV° 62-91. Саратов. Саратовский межотраслевой территориальный центр научно-технической ииформации. 1991.

28

3. Финкель А.Г., Цой В.И., Симоненко Г.В., Яковлев Д.А., Мельникова Г.И., Меркулова Т.Г. Численное моделирование характеристик отражательных ЖК - устройств // Нелинейная оптика и спектроскопия. Саратов. Из-во СГУ. 1991. Вып. 5. Часть 1. С. 51 -60.

4. Chigrinov V.G., Simonenko C.V. Supertwisted - Nematic - Based Projection Liquid Crystal Screen // SPIE. 1995. Vol. 2407. P.291 - 305

5. Simonenko G.V., Yakovlev D.A., Tsoi V.l., Chigrinov V.G., Khokhlov N.A., Podjachev Yu.B Computer modeling of liquid crystal electrooptics by universal system (MOUSE - LCD) // SPIE. 1994. Vol.2372. P.312-316

6. Simonenko G.V., Yakovlev D.A., Tsoi V.l., Chigrinov V.G., Khokhlov N.A., Podjachev Yu.B Computer modeling of liquid crystal electrooptics bv universal system (MOUSE - LCD) // SPIE. 1995. Vol. 2407. P.241 -251

7. Yakovlev D.A., Simonenko G.V. New optical technique for determining director field configuration in inhomogeneous LC layers // SPIE. 1996. Vol. 2731. P. 40 - 45.

8. Yakovlev D.A., Simonenko G.V. Symmetry technique for measuring anchoring energy of nematic liquid crystal // SPIE. 1996. Vol. 2731. P. 35 - 39.

9. Chigrinov V.G., Simonenko G.V., Yakovlev D.A., Khokhlov N.A., Podjachev Yu.B Application of universal computer modeling system for development of LCSs with high contrast and wide viewing angles // SPIE. 1996. Vol. 2650. P. 160 - 172.

10. Chigrinov V.G., Simonenko G.V., Yakovlev D.A., Khokhlov N.A., Podjachev Yu.B Computer universal system of LC electrooptics: MOUSE - LCD // Asia Display - 95. Proc. Of 5th International Display Research Conference. Japan 1995. P. 159 - 162

И. Симоненко Г.В. Моделирование электрооптических эффектов в жидких кристаллах // Проблемы оптической физики. Из - во СГУ. Саратов. 1997. С. 91 ~ 96

12. Chigrinov V.G., Simonenko G.V., Yakovlev D.A., Podjachev Yu.B Computer optimization of liquid crystal displays using MOUSE - LCD system // Proc. Of The 18th International Displays Research Conference. Asia Display-98. Seoul. Korea. 1998. P. 565 - 568

13. Chigrinov V.G., Simonenko G.V., Kwok H.S. Guest - host LCD with a phase retardation plate // Proc. Of IDW - 99. apan. Sen-dai. 1999. P. 1089 - 1090

14. Симоненко Г.В., Брежнев B.A., Студенцов C.A Твист индикатор со сложной структурой электродов // Проблемы оптической физики. Из - во СГУ. Саратов. 1999. С. 167- 169

15. Simonenko G.V., Lakodina N.A., Denisova Т.Р., Tuchin V.V. Measurement of an optical anisotropy ofbiotissues // SPIE. 2000. Vol. 3915. P. 152 157.

16. Chigrinov V.G., Simonenko G.V., Ng Wan Wah, Hoi Sing Kwok Optimization of "guest -host" LCD with a phase retardation plate // IDRC 2000. Palm Beach. Di-gest. P. 257 260

17. Chigrinov V.G., Simonenko G.V., Yakovlev D.A., H.S. Kwok, Podjachev Yu.B LCD modeling and optimization on system MOUSE - LCD // ASID 2000. Xian. China. 2000. Digest. P. 244 -246

18. Tuchin V.V, Bashkatov A.N., Sinichkin Yu.P., Maksimova I.L., Simonenko G.V., Genina E.A., Lakodina N.A.Eye tissue study // Proc. SPIE 2001. Vol. 4427. p. 57 - 62

19. Tuchin V.V., Simonenko G.V., Denisova. T.P., Lakodina N.A., Papaev A.V. Optical anisotropy ofbiotissues // Proc. SPIE. 2001. Vol. 4257. p. 201 205

20. Tuchin V.V., Zimnyakov D.A., Simonenko G.V., Bashkatov A.N., Genina E.A., Lakodina N.A., Altshuler G.B. Special resolved microspectrometry for hair optical and geometry studies //Proc. SPIE 2001. Vol. 4244. p. 122-128

21. Chigrinov V.G., Simonenko G.V., Kwok H.S. Non-polarizer guest-hosl reflective LCD based on nematic-cholesteric transition // IDW 01. Nagoya, Japan. 2001. p. 285-289

22. Tuchin V.V., Bashkatov A.N., Sinichkin Yu.P., Simonenko G.V., Lakodina N.A., Korovina I. In vivo and in vitro study of immersion clearing dynamics // Proc. SPIE. 2001. Vol. 4432. p. 56 - 63

23. Chigrinov V.G., Simonenko G.V., Yakovlev D.A., Tsoi V.l., Khokhlov N.A., Podyachev Yu. B. LCD- design: universal system for computer simulation and optimization of electrooptical devices on the base of liquid crystal // Proc. SPIE 2002. Vol. 4705. p.255-263

24. Simonenko G.V., Tuchin V.V,, Denisova T.P., Papaev A.V, Lakodina N.A. Polarization technology for tissue study // Proc. SPIE. 2002. Vol. 4617. p.189-296

25. Chigrinov V.G., Simonenko G.V., Yakovlev D.A., Kwok U.S. LCD modeling optimization using MOUSE-LCD software// IDMC 2003.p. 583 - 585

26. Chigrinov V., Hoi Sing Kwok, Yakovlev D., Tsoi V., Simonenko G. LCD Optimization and Modeling. // SID Symposium Digest. 2004. Vol. 35. P. 982

27. Simonenko G.V., Papaev A.V., Tuchin V.V. Optical anisotropy of biological tissues. // Proc. Inter. Topical Meeting on optical sensing and artificial vision (OSAV 2004) S.- Peterburg. 2004. P. 358 -366

28. A.A. Миронов, A.C. Пужляков, Г.В. Симоненко Зависимость двумерной упругой деформации жидкого кристалла в электрическом поле от физических и контру к гивных параметров. // Проблемы оптической физики.Саратов. Из-во: Сателлит. 2006. с. 111 - 128

29. A.A. Миронов, A.C. Пужляков, Г.В. Симоненко Оптические свойства твист - индикатора при двумерной деформации жидкого кристалла в зависимости от физических и контруктивных параметров устройства. // Проблемы оптической физики.Саратов. Из-во: Сателлит. 2006. с. 137- 142

30. Simonenko G.V., Papev A.V., Tuchin V.V. Optical anisotropy studies of biological tissues // Book of Abstract. 15th International Laser Physics Woorkshop. 2006, Lausanne, Switzerland. P. 200

31. Симоненко Г.В., Папаев A.B., Тучин B.B. Оптические характеристики биотканей // Тезисы док. конференции «Лазеры для медицины, биологии и экологии» Санкт -Петербург, 2006. С 12

32. Симоненко Г.В., Моренко P.A., Тучин В.В. Оптические свойства среды с хаотической ориентацией оптических осей составляющих ее элементов // Тезисы док. конференции «Лазеры для медицины, биологии и экологии» Санкт - Петербург, 2006. С 32

33. Симоненко Г.В., Малинова Л.И., Папаев A.B., Кириллова Е.С., Тучин В.В. Структура динамики иммерсионного просветления биоткани // Проблемы оптической физики. SFM - 2006. Саратов. Из - во «Новый ветер». 2007. стр.56 - 61

34. Симоненко Г.В., Миронов A.A. Влияние на двумерную упругую деформацию жидкого кристалла, вызванную электрическим полем, конструктивных параметров твист -индикатора // Проблемы оптической физики. SFM - 2006. Саратов. Из - во «Новый ветер». 2007. стр.135 - 140

35. Миронов A.A., Пужляков A.C., Симоненко Г.В. Оценка максимального разрешения жидкокристаллического модулятора света // Тезисы докладов конференции «Лазеры. Измерения. Информация » Под ред. проф. В.Е. Привалова. 2006. С. 70 - 71.

36. Симоненко Г.В., Папаев A.B., Малинова Л.И., Кириллова Е С., Тучин В.В. Использование оптических методов исследования диффузии веществ в'различных биологических тканях // Лазеры. Измерение. Информация. Тезисы докладов конференции. 5-7 июня 2007 г. Санкт - Петербург. Стр. 77 - 78.

37. Симоненко Г.В., Миронов A.A. Моделирование оптических свойств жидкокристаллических модуляторов света // Лазеры. Измерение. Информация. Тезисы докладов конференции. 5-7 июня 2007 г. Санкт - Петербург. Стр. 79

38. Симоненко Г.В., Миронов A.A. Моделирование оптических свойств жидкокристаллических модуляторов лазерного излучения // Вестник СПбО АИН 2007. Т. 3 С. 310-319

39. Симоненко Г.В.. Папаев A.B., Малинова Л И., Кириллова Е.С., Тучин В.В. Использование оптических методов исследования диффузии веществ в различных биологических тканях // Вестник Академии инженерных наук. 2007. № 3 С. 448 - 455

40. Симоненко Г.В , Кириллова Е С . Тучин В В. Математическая модель иммерсионного ослабления рассеяния лазерного излучения в биотканях //Вестник СПбО АИН. 2008. Т 4. С. 312-324

41. Симоненко Г.В Особенности использования различных'матричных методов для расчета оптических характеристик слоистых анизотропных неоднородных сред. // Вестник СПбО АИН. 2008. Т. 7. С. 5-14

СИМОНЕНКО Георгий Валентинович

Оптические и динамические характеристики жидкокристаллических и биологических сред

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико - математических наук

Ответственный за выпуск профессор, д.ф, - м.н. Ульянов С.С

Подписано в печат ь

Тираж 100 экз. Объем 1 5 печ. листа

Введение

Глава 1. Моделирование электрооптических эффектов в жидких кристаллах

1.1 Метод вычисления одномерного распределения углов ориентации директора 21 жидкого кристалла, находящегося во внешнем электрическом поле

1.2 Расчет углов ориентации директора ЖК при двумерной упругой 27 деформации, вызванной электрическим полем

1.2.1 Методика и алгоритм расчета

1.2.2 Некоторые результаты моделирования и их обсуждение

1.3 Расчет оптического пропускания ЖК - ячейки для различных 33 электр о оптических эффектов

1.3.1 Модель ЖК - ячейки

1.3.2 Метод расчета оптических характеристик электрооптических эффектов, 35 наблюдаемых в ЖК - ячейках

1.4 Использование метода комплексных матриц 4x4 для расчета оптических характеристик электрооптических эффектов в ЖК- ячейках

1.4.1 Методика расчета матрицы распространения неоднородного 41 анизотропного слоя ЖК

1.4.2 Модификация матричного метода Берремана и результаты расчета 44 оптических характеристик электрооптических эффектов в ЖК - ячейках, полученных с помощью различных вычислительных методов

1.5 Сравнение экспериментальных и рассчитанных оптических характеристик 51 электрооптических эффектов в ЖК-ячейках

1.6 Система компьютерного моделирования электрооптических и 54 оптических характеристик ЖК - устройств отображения информации, работающих на основе различных электрооптических эффектов

1.6.1 Компьютерное моделирование характеристик электрооптических эффектов и устройств отображения информации на их основе

1.7 Выводы

Глава 2' Использование фазовых компенсаторов для улучшения 64 электрооптических характеристик устройств отображения информации на жидких кристаллах.

2.1 Экспериментальное и теоретическое исследование оптических 64 характеристик ЖК - модулятора на п- ячейках

2Л.1 Экспериментальное и теоретическое исследование оптических 66 характеристик ЖК - затвора

2.2 Сравнительный анализ характеристик 73 отражательных 8Т1Ч-дисплеев с одним и двумя поляризаторами

2.2.1 Конструкция отражательного дисплея и принцип ее работы

2.2.2 Метод поиска оптимальных параметров конструкции дисплея

2.2.3 Результаты моделирования характеристик ЖК - дисплея, работающего в 75 режиме ОМ

2.3 Жидкокристаллический дисплей одновременно использующий эффект 79 интерференции поляризованных лучей в сверхзакрученных структурах жидкого кристалла и эффект "гость-хозяин

2.3.1 Характеристики ЖК-дисплея. ВО

2.3.2 Конструкция ЖК-дисплея

2.3.3 Результаты моделирования комбинированного дисплея

2.4 Характеристики жидкокристаллических устройств отображения 85 информации на основе эффекта "гость-хозяин"

2.4.1 Характеристики ЖК-устройств отображения информации типа "гость-хозяин".

2.4.2 Результаты компьютерного моделирования и их обсуждение.

2.5 Оптические характеристики отражательного жидкокристаллического 92 дисплея типа гость-хозяин без поляроида с фазовым компенсатором

2.5.1 Конструкция ЖК - дисплея и принцип его действия

2.5.2 Оптические характеристики отражательного ЖК-дисплея 96 типа гость-хозяин без поляроида

2.6 Фазовая компенсация и ограничение значения максимального контраста 103 устройства

2.7 Выводы

Глава 3 Исследование динамических характеристик эффекта двойного 108 лучепреломления в различных структурах ЖК

3.1 Особенности метода решения задачи

3.2 Динамика оптического отклика жидкокристаллического индикатора при средних управляющих напряжениях

3.3 Динамика оптического отклика жидкокристаллического индикатора при 114 высоких управляющих напряжениях

3.3.1 Результаты компьютерного моделирования

3.3.2 Динамика оптического отклика ЖК-дисплея, работающего на основе 117 структур с различными углами закрутки

3.3.3 Влияние параметров ЖК- вещества на время памяти экрана, работающего 121 на основе эффекта двулучепреломлешш в ЖК -структуре с углом закрутки 180°

3.4 Быстродействие пассивных ЖК - устройств отображения информации с 126 высоким уровнем мультиплексирования

3.5 Выводы

Глава 4 Моделирование оптических характеристик биологических сред и 131 слоистых сред с хаотической ориентацией оптических осей с учетом анизотропии показателей преломления

4.1 Основные сведения об оптических свойствах биотканей

4.2 Скалярные математические модели для описания оптических свойств 134 биоткани

4.3 Матричный способ описания оптических характеристик биоткани

4.4 Методика измерения оптической анизотропии биотканей

4.4.1 Экспериментальная установка

4.4.2 Анизотропия просветленной биоткани

4.5 Простая модель для расчета спектра пропускания поляризованного света 144 образцом биологической ткани

4.5.1 Модель образца биологической ткани

4.5.2 Сравнение экспериментальных и расчетных спектров

4.6 Оптическая анизотропия биоткани в условиях иммерсионного просветления 153 и без него

4.6.1 Двухшаговая модель распространения света в биотканях

4.6.2 Экспериментальные и расчетные спектры пропускания

4.7 Спектры пропускания и отражения слоистой анизотропной среды со случайной ориентацией оптических осей ее элементов

4.7.1 Метод расчета оптических характеристик

4.7.2 Результаты расчетов оптических характеристик анизотропной среды с 167 хаотической ориентацией оптических осей ее элементов

4.8 Выводы

Глава 5. Динамика иммерсионного подавления рассеяния света в различных биотканях

5.1 Методика иммерсионного просветления биотканей

5.2 Экспериментальная установка и методика исследования динамики иммерсионного просветления различных биотканей

5.3 Результата исследований динамики иммерсионного просветления

5.4 Математическая модель подавления рассеяния излучения в биотканях с помощью метода иммерсионного просветления 133 5.4.1 Математическая модель и этапы моделирования процесса иммерсионного 184 просветления образца биоткани

5.4.2. Результаты и обсуждение

5.5 Выводы 191 Заключение 194 Список литературы 202 Приложение 1. Программа для вычисления одномерного распределения директора ЖК по толщине слоя в зависимости от управляющего напряжения для произвольных граничных условий DEFORM - S для комплекса "ЭЛЕКТРООПТИКА - М"

Актуальность темы и современное состояние проблемы. В настоящий момент времени в физике уделяется очень большое внимание двум разнородным по своей природе, но очень схожим по оптическим свойствам классам материалов: жидким кристаллам (ЖК) и биологическим тканям (биотканям). ЖК являются анизотропными жидкостями, а биоткани это в простейшем случае двухкомпонентная смесь. Вместе с этим оба класса веществ имеют большое светорассеяние и одновременно обладают оптической анизотропией. Кроме этого оптическими свойствами этих классов можно достаточно просто управлять: ЖК легко изменяют свои оптические свойства под действием внешних электрических полей [1], а оптические свойства биотканей можно изменять с помощью иммерсионной технологии [2]. Изучение оптических свойств ЖК в первую очередь связано с техническими приложениями (а именно с использованием ЖК в системах отображения информации [1, 3, 4]), в то время как исследование оптических свойств биотканей связано, прежде всего, с медицинской диагностикой различных патологий в человеческом организме [2, 5, 6]. Кроме этого для описания оптических свойств обоих классов можно использовать идентичные методы и подходы, основанные на аналогичных моделях, а также применять одинаковые принципы исследования динамики изменений оптических свойств ЖК или биоткани при внешних воздействиях. Поэтому при исследовании оптических свойств этих классов веществ возникают похожие задачи, поиску решений которых посвящена данная работа.

Изменение оптических свойств ЖК под действием внешнего электрического поля носят название электрооптического эффекта. Оптические характеристики различных электрооптических эффектов в ЖК являются следствием физической анизотропии молекул и упорядоченной структуры ЖК. Большинство электрооптических эффектов, которые нашли широкое применение в технике отображения информации, основано на изменении оптической анизотропии ЖК под действием электрического поля. Это определяет ту уникальную роль, которую играют ЖК в электрооптике. Существуют три принципиальных способа использования переориентации директора ЖК для управления светопередачей. Первый заключается в изменении вектора поляризации света, прошедшего через материал с двойным лучепреломлением. В системах на основе данного явления ЖК помещается между двумя поляризаторами таким образом, чтобы одна ориентация директора допускала прохождение исходного поляризованного света через второй поляроид, тогда как другая ориентация директора дает свет, не проходящий анализатор. Любое из этих двух состояний создается приложением внешнего электрического поля, а противоположное состояние имеет место в отсутствие поля. Данный принцип используется в эффектах двойного лучепреломления в незакрученных, закрученных и сверхзакрученных структурах ЖК и в твист - эффекте. Вторым явлением, используемым для контроля светопередачи, является рассеяние, создаваемое гидродинамическими структурами, или турбулентность, которая приводит к сильному и произвольному преломлению света, проходящего через ЖК. Третий принцип основан на использовании ЖК для создания однородной ориентации молекулам дихроичного красителя, растворенного в ЖК. Поглощение такого красителя зависит от соотношения направлений молекулярных осей красителя и локального электрического поля. В этом случае изменить общее поглощение можно за счет изменения ориентации ЖК относительно входящего света. Этот принцип реализован в эффекте "гость - хозяин" и его можно наблюдать с помощью одного поляризатора или вообще без него. При этом современный уровень исследования в области электрооптики ЖК требует не только физического осмысления и качественного описания наблюдаемых эффектов, но и построения наиболее адекватных эксперименту количественных моделей, анализируя которые с помощью персонального компьютера, можно было бы указать геометрию опыта и параметры ЖК, обеспечивающие требуемые на практике электрооптические характеристики. Такой анализ является залогом успешной целенаправленной работы большого числа как специалистов в области ЖК-материалов, так и специалистов в области электронного обеспечения и технологии электрооптических устройств с использованием ЖК.

В связи со сказанным выше нам представляется, что актуальной является задача теоретического исследования характеристик электрооптических эффектов в ЖК, включая разработку соответствующих моделей и математических методов для их количественного описания и выявления особенностей их протекания. Кроме этого важным является связь этих характеристик с физическими параметрами ЖК и геометрией опыта, а также выявление возможностей получения требуемых на практике "рабочих" характеристик, соответствующих электрооптических устройств отображения информации. Отметим, что при проектировании и изготовлении ЖК - устройств отображения информации кроме технологических трудностей возникают существенные проблемы, связанные со сложной картиной распространения света в ЖК и большим количеством физических и конструктивных параметров, оказывающих большое влияние на электрооптические и оптические характеристики ЖК- устройства, что в свою очередь требует разработки специальных прикладных программных средств для моделирования и оптимизации электрооптических и оптических характеристик этих сложных систем. Заметим, что в связи с предполагаемым использованием программного обеспечения при проектировании реальных систем отображения информации в промышленном производстве необходимо, чтобы это программное обеспечение обладало следующими преимуществами: высоким быстродействием, простотой в использовании и количественным соответствием между расчетными и экспериментальными данными.

Как известно, [1, 4, 7] моделирование характеристик электрооптических эффектов в ЖК и ЖК - устройств отображения информации производится в несколько последовательно выполняемых этапа, которые абсолютно различны как по физике протекающих процессов так и по математическим методам их описания. На первом этапе моделирования вычисляются конфигурации поля (распределения углов ориентации) директора ЖК в электрическом поле, а на втором с использованием результатов вычислений первого этапа рассчитываются оптические характеристики всего устройства в целом. На третьем этапе вычисляются динамические характеристики ориентации дирректора ЖК, и в качестве последнего, четвертого этапа моделирование - вычисление динамики оптического отклика устройства на данное управляющее электрическое напряжение. Следует отметить, что четвертый этап моделирования по сути решения заадачи ничем не отличается от вторго этапа, так как в первом случае распределение углов ориентации директора зависит от времнени при заданном управляющем напряжении, а во втором случае распределение углов ориентации директора изменяются в зависимости от управляющего напряжения. В силу этого необходимо решать только задачи, которые связаны с первым, вторым и третьем этапами моделирования электрооптических эффектов в жидких кристаллах.

Для решения задачи первого этапа моделирования применяются либо подходы van Doom [8], Deuling [9], Scheffer [10] в предположении симметричности граничных условий, либо неустойчивые алгоритмы, для любого вида граничных условий [11], которые требуют больших вычислительных затрат и для использования в компьютерной системе мало пригодны. Поэтому перед нами в этой связи встал вопрос о разработке устойчивого и быстрого метода расчета конфигурации поля директора ЖК в электрическом поле при произвольных граничных условиях.

При решении задач второго этапа моделирования, расчета оптических характеристик электрооптических эффектов в ЖК и ЖК - устройств отображения информации, широко используются различные методы матричной оптики. Наиболее востребованным в настоящее время является метод комплексных матриц 4x4, более известный под названием метода Берремана [11, 12]. Как известно этот метод позволяет точно учитывать специфику распространения света в слоистых анизотропных средах. Следует отметить, что достаточно большой вклад в развитие этого метода внесли В.И Цой [13] и Wohler [14], которые предложили быстродействующие методики вычисления матриц распространения для анизотропных слоистых систем. В 2001 г. С. П. Палто [15] предложил быстродействующую методику вычисления матриц распространения, аналогичную методике Цоя, для двуосных анизотропных слоистых систем. Отметим, что подавляющее большинство ЖК - материалов являются локально одноосными и для описания их оптических свойств достаточно использовать методику, предложенную Цоем. Кроме того в 1992 г. в работе Сидорова Н.К. [16] приведены аналитические выражения для нахождения направлений распространения и показателей преломления для света, который распространяется в двуосном кристалле в произвольном направлении. Эти простые формулы могут быть использованы для нахождения матриц распространения, характеризующих оптические свойства неоднородных двуосных слоистых сред. Однако применение метода Берремана в целях компьютерного моделирования оптических характеристик ЖК - устройств ограничено тем, что этот формализм описывает распространение монохроматических волн и, следовательно, только когерентные взаимодействия между распространяющимися волнами в слоистой структуре ЖК. Поэтому последовательное применение метода Берремана встречается с некоторыми трудностями, связанными в первую очередь с огромными вычислительными затратами. Дальнейшее развитие метода Берремана на случай квазимонохроматического излучения для анизотропных слоистых сред было выполнено Яковлевым Д.А. [17]. Однако и этот метод, как и метод Берремана, требует большого числа вычислений. Другим матричным методом, который часто используется для моделирования оптических характеристик ЖК — устройств отображения информации, является метод матриц Джонса [18 - 21]. Отметим, что, как правило, при использовании матричного, метода Джонса рассматривается только нормальное падение света на устройство. В этой связи перед нами встала вторая задача по разработке иного подхода к расчету оптических характеристик, учитывающего специфику распространения света в сложной слоистой анизотропной среде при любых углах падения света на ЖК - ячейку. Кроме этого следует отметить, что большинство авторов при решении задачи о распротранении световой волны через слоистые неоднородные анизотропные структуры используют только какой - либо один матричный формализм, что не всегда является наилчшим выбором как с точки зрения точности вычислений, так и с точки зрения вычислительных затрат.

Затем перед нами встал вопрос о разработке адекватной модели ЖК - ячейки, которая бы позволяла при соответствующих методах расчета количественно верно описывать оптические характеристики ЖК - устройств отображения информации, так как модель ЖК -ячейки, которая обычно использовалась в расчетах, не учитывала ее реальную конструкцию и как следствие не давала количественно верного описания.

При решении задачи о расчете динамики изменения углов ориентации директора ЖК при переключении управляющих напряжений между двумя рабочими состояниями использовался подход разработанный Цоем В.И. [22], на основе которого были разработаны соответствующие программные средства.

Далее заметим, что в настоящее время хотя и существуют несколько компьютерных систем моделирования характеристик электрооптических эффектов в ЖК и ЖК- устройств отображения информации, например, DIMOS или Mouse - LCD [11, 23], но эти системы ориентированы на использование операционных систем семейства Windows, что существенным образом сказывается на применение этих систем в России или научных группах, которые используют другие операционные системы. Поэтому перед нами встала задача по модернизации разработанного ранее универсального отечественного высокоэффективного комплекса программ по моделированию характеристик электрооптических эффектов в ЖК и ЖК - устройств отображения информации различного типа, которые работают на основе различных электрооптических эффектов ЖК [24].

Следует заметить, что современные системы отображения информации на ЖК в своей конструкции используют различные электрооптические эффекты в ЖК [1], поэтому возникает вопрос о принципе, на основе которого существенным образом улучшить оптические характеристики индикаторов. В связи с этим в работе проведено исследование всевозможных конструкций индикаторов [25- 27] и способы улучшения их характеристик [22, 28].

Еще одна проблема, которую приходится решать при разработке ЖК - систем отображения информации, связана с быстродействием этих эффектов. Известно большое количество работ, в которых проводится исследование влияния параметров ЖК и ЖК - ячейки на быстродействие эффектов [1]. Однако во всех предыдущих исследованиях временные характеристики рассматривались в отрыве от крутизны вольт - контрастной кривой эффекта. В то же время, как известно, для устройств отображения информации одновременно важными являются как крутизна вольт - контрастной кривой, так и времена переключения между двумя "рабочими" состояниями. В этой связи нами выполнено исследование влияния рабочих напряжений на времена оптического отклика различных устройств и установлена аналитическая связь между значениями рабочих напряжений и временем срабатывания устройства, а также получена простая аналитическая связь между временем реакции и степенью мультиплексирования пассивного матричного ЖК - дисплея.

Как отмечалось выше, биоткань по своим оптическим свойствам (высокий коэффициент рассеяния и анизотропия показателя преломления) близка к ЖК, и при этом этими свойствами можно управлять, используя технологию иммерсионного просветления биотканей [2]. Управление оптическими свойствами биоткани очень важно для различных медицинских приложений. Например, возможность селективного просветления наружных слоев биоткани очень полезна для оптических методов реконструкции строения глазного яблока и обнаружения локальных неоднородностей в сильно рассеивающей среде методом низкокогерентной томографии [5, 6]. Динамика изменения оптических характеристик при иммерсионном просветлении биоткани может быть использована для определения коэффициента диффузии различных жидкостей в различные образцы. Также следует отметить, что в настоящее время существует большое число, в которых описаны методы расчета оптических характеристик биотканей [2], но в этих работах, как правило, не учитывается анизотропия показателей преломления биотканей, хотя это явление играет существенную роль в поляризационно - чувствительной томографии[б]. Недавно вышел обзор [29], посвященный математическому описанию распространения света в рассеивающих анизотропных средах, однако в этой работе не уделено достаточного внимания современным матричным способам моделирования оптических характеристик таких сред. Между тем известно достаточно большое число работ, посвященных этому вопросу, среди которых следует выделить работы Н.Г. Хлебцова [30], А.Г. Ушенко [31 - 33], O.A. Афонина [34], Зимнякова [35]. Однако в этих работах не учитывается такая характеристика среды как степень деполяризации оптического излучения, распространяющегося сквозь нее. Между тем деполяризация излучения при распространении сквозь неоднородную среду играет важную роль при исследовании взаимодействия света с такой системой. В связи с этим весьма актуальным является разработка простых методик расчета оптических характеристик неоднородных сред, включая биоткани, с учетом их анизотропных и деполяризующих свойств. Кроме этого при использовании технологии иммерсионного просветления биотканей возникает вопрос об исследовании динамики их иммерсионного просветления и построении теоретических моделей этого процесса. При этом, как и в случае моделирования оптических характеристик ЖК - устройств отображения информации [36], в случае исследования динамики иммерсионного просветления биоткани моделирование должно быть выполнено поэтапно. Поэтому цели настоящей работы состоят в следующем:

1) развитие матричных методик расчета характеристик пропускания и отражения неоднородных анизотропных сред, включая биологические среды;

2) развитие программного комплекса для моделирования электрооптических характеристик устройств отображения информации на жидких кристаллах и выработка принципов построения подобных программных комплексов;

3) исследование различных устройств отображения информации на жидких кристаллах и выработка принципов, позволяющих улучшить характеристики этих устройств;

4) исследование динамических характеристик жидкокристаллических устройств отображения информации при различных управляющих напряжениях;

5) построение различных моделей описания оптических характеристик биологических тканей с учетом их анизотропных и рассеивающих свойств;

6) экспериментальное и теоретическое исследование динамики процесса иммерсионного просветления биологических тканей;

Научная новизна полученных в работе результатов заключается в следующем:

1. Методом Математического моделирования показано, что для нормального падения света на ЖК - устройство отображения информации матричные методы Берремана и Джонса имеют одинаковую точность расчета оптических характеристик индикатора.

2. Экспериментально и теоретически показано, что для описания оптических характеристик неоднородной анизотропной среды (например, деформированного электрическим полем слоя ЖК), при нормальном падении света на структуру и в условиях наблюдения интерференции поляризованных лучей, оптимально использовать метод матриц Джонса и матриц когерентности. Более того этот метод пригоден для описания оптических характеристик таких систем при углах падения света на структуру не превышающих 45°. Для оптических систем с поглощением метод матриц Джонса и матриц когерентности пригоден и для углов падения света на систему вплоть до 60°.

3. Разработан оригинальный подход к моделированию оптических характеристик ЖК -устройств отображения информации, который основан на комбинировании матричных методов Джонса, Абелеса и Берремана. При этом метод матриц Джонса и Абелеса предлагается использовать для расчета оптических характеристик изотропных элементов, а матричный метод Берремана может быть использован только для вычисления оптических характеристик сложных анизотропных элементов системы.

4. Разработаны комплексы программ для моделирования характеристик различных электрооптических эффектов в ЖК, которые ориентированы на использование операционной системы FREE DOS. Комплексы разработаны так, что позволяют использовать отдельные программные модули, которые требуются для решения отдельных прикладных задач. Разработанные комплексы программ, в отличие от других аналогичных программных средств, могут быть использованы при работе в различных операционных системах.

5. Показано, что принцип фазовой компенсации для устройств отображения информации на жидких кристаллах, которые используют эффект «гость - хозяин» в различных ЖК - структурах может использоваться как в поляроидных так и безполяроидных конструкциях индикатора, в то время как для ЖК — индикаторов интерференционного типа принцип фазовой компенсации пригоден только для поляроидных конструкций.

6. Показано, что для расчета времен оптического отклика можно использовать известную аналитическую формулу для зависимости деформационного времени реакции от управляющего напряжения, которая получена для случая малых деформаций ЖК. Показано, что это аналитическое выражение количественно верно описывает зависимость времени реакции оптического отклика от управляющего напряжения для случая малых, средних и больших значений управляющих напряжений.

7. Предложена простая феноменологическая модель для расчета спектров коллимированного пропускания образцов биологических тканей при распространении сквозь них излучения с различной поляризацией. Предложенная модель обеспечивает удовлетворительное количественное совпадение между экспериментальными и расчетными данными и может быть использована для теоретического исследования в поляризационно-чувствительной оптической томографии.

8. Предложена модификация сравнительного метода измерения анизотропии показателей преломления биоткани и с его помощью произведена оценка величины оптической анизотропии для тканей глаза.

9. Разработана новая комплексная модель, количественно описывающая процесс иммерсионного просветления образца биоткани. Процедура вычисления, состоящая' из трех последовательно выполняемых друг за другом этапов, представляет собой комплексную трехшаговую модель для расчета оптических характеристик и динамики иммерсионного просветления биоткани с учетом анизотропных и деполяризующих свойств среды. В предлагаемой трехшаговой модели первым шагом является вычисление пространственно - временного распределения концентрации иммерсионного агента. На основе этого распределения на втором шаге моделирования с применением скалярной модели для вычисления изотропных спектров пропускания вычисляется оптическая плотность среды для каждого момента времени, и на основе этого шага выполняется последний третий этап моделирования оптических характеристик биотканей - вычисление поляризованных спектров пропускания образца с учетом деполяризующих и анизотропных свойств среды, базирующейся на векторной модели с использованием матричного формализма Мюллера и векторов Стокса.

10. Показано, что для количественно верного описания явления интерференции поляризованных лучей в тонких срезах биологических образцов, находящихся в условиях иммерсионного просветления, необходимо учитывать деполяризующие свойства среды и их спектральную зависимость. Установлена аналитическая зависимость дисперсии степени деполяризации световой волны, прошедшей слой биоткани.

11. Установлено, что дисперсионная зависимость макроскопической оптической анизотропии биоткани носит аномальный характер вдали от полос поглощения.

12. Проведено экспериментальное исследование иммерсионного просветление биологических тканей, которое позволяет разделить их по скорости просветления на 3 типа: высокая скорость просветления (до 20 минут); средняя скорость просветления (до 3 часов); медленная скорость просветления (более 3 часов). Предложен набор параметров, характеризующий процесс иммерсионного просветления биологических тканей.

Достоверность представленных научных результатов обусловлена тем, что они получены на основе апробированных методов расчета и измерений. Достоверность результатов подтверждается воспроизводимостью расчетных и экспериментальных данных, а также их соответствием результатам, полученным другими авторами. Вместе с этим достоверность полученных результатов подтверждается хорошим количественным согласием между расчетными и экспериментальными данными. Кроме этого достоверность полученных автором результатов подтверждается успешным использованием разработанных численных методов и комплексов для моделирования ЖК - устройств отображения информации на промышленных предприятиях, производящих ЖК - индикаторы (НИИ «ВОЛГА» г. Саратов) и ЖК - вещества (НИОПиК г. Москва).

Практическая ценность полученных в работе результатов заключается в том, что: 1) разработанные в работе численные методики и комплексы программ для моделирования электрооптических и оптических характеристик ЖК - устройств отображения информации использовались при конструировании и при производстве индикаторной техники (в НИИ «ВОЛГА») и ЖК - материалов (в НИИОПиК) и в результате этого были спроектированы новые индикаторы и индикаторы с улучшенными характеристиками; 2) разработанные вычислительные методы и комплексы программ могут быть использованы при синтезе новых ЖК - веществ с заданными физическими параметрами, необходимыми для реализации ЖК устройств отображения информации с оптимальными характеристиками. Кроме этого, модели описывающие оптические характеристики биотканей могут быть использованы для улучшения разрешения и глубины зондирования поляризационно - чувствительной томографии. Модели, описывающие динамику иммерсионного просветления биологических образцов, могут применены для лабораторных и клинических исследований с целью изучения диффузии лекарственных веществ в различных биотканях.

На защиту выносятся следующие положения и результаты:

1. При разделении жидкокристаллической системы отображения информации на отдельные изотропные и анизотропные элементы и осуществлении выборочного учета многолучевой интерференции в ее отдельных элементах решение прямой задачи о распространении света в такой системе можно осуществлять на основе гибридного метода, использующего одновременно формализмы матриц когерентности, Джонса, Абелеса и Берремана. В этом случае моделирование спектрально-угловых характеристик ЖК - системы выполняется без увеличения вычислительных затрат и с обеспечением точности совпадения экспериментальных и расчетных данных, находящейся в пределах ошибок измерений для любого угла падения света на систему.

2. Решение прямой задачи о распространении светового излучения в жидкокристаллической системе, работающей на основе эффекта управляемого электрическим полем дихроизма, может быть получено с использованием двухволнового приближения и матричного формализма Джонса или Мюллера с обеспечением точности совпадения экспериментальных и расчетных данных, находящейся в пределах ошибок измерений для любого угла падения света на систему.

3. Описание временных, электрооптических и оптических характеристик устройств отображения информации на жидких кристаллах, полученное с помощью комплексов программ «ЭЛЕКТРООПТИКА-М» и «MOUSE-LCD», обеспечивает совпадение экспериментальных и расчетных данных в пределах ошибок измерений. Данные комплексы программ в отличие от других подобных программных средств могут использоваться при работе в различных операционных системах.

4. Решение прямой задачи о распространении поляризованного излучения в пространственно-неоднородных слоях биоткани в процессе нестационарного переноса иммерсионных агентов в объем ткани может быть осуществлено путем разделения на решение задачи о переносе неполяризованного излучения в случайно-неоднородном слое с меняющимися по глубине транспортными характеристиками и на решение задачи о распространении поляризованного света в оптически прозрачной анизотропно-слоистой структуре. При этом распределения транспортных характеристик и оптической анизотропии по глубине слоя биоткани в условиях ввода иммерсионного агента в биоткань восстанавливаются на основе решения двумерной нестационарной диффузионной задачи.

5. Для слоев биотканей с оптической толщиной, существенно меньшей транспортной длины, в условиях иммерсионного просветления зависимость деполяризации прошедшего через слой поляризованного излучения от длины волны в видимом диапазоне может быть представлена в виде суммы степенной функции с показателем, равным —4, и постоянного слагаемого.

Для оптически тонких слоев фиброзных тканей в видимом диапазоне имеет место аномальная дисперсия эффективной оптической анизотропии, обусловленная различным поведением зависимостей элементов (S, (Я)),<52 (Я)) амплитудной матрицы рассеяния фибрилл вблизи «особой точки» <5, (А)) = (S2 (Ä)) в спектральных зависимостях матричных элементов.

Апробация работы.

Основные результаты диссертации докладывались на следующих Международных и Российских конференциях:

1. 3-ий Всесоюзный семинар «Оптические свойства жидких кристаллов и их применение», Москва, 1983.

2. Всесоюзное совещание «Электрооптика границы раздела жидкий кристалл - твердое тело» Москва, 1985.

3. 5-ая Всесоюзная конференция «Жидкие кристаллы и их практическое использование», Иваново, 1985.

4. Всесоюзный семинар «Оптика жидких кристаллов», Москва, 1987.

5. 6-ая Всесоюзная конференция «Жидкие кристаллы и практическое использование», Чернигов, 1988.

6. Всесоюзный семинар «Оптика жидких кристаллов», Красноярск, 1989.

7. 2. Berliner Optiktage. Berlin, 1991.

8. The 14th International Liquid Crystal Conference. Italy, 1992.

9. European Conference on Liquid Crystal. 1993, Flims, Swizerland.

10. The 15th International Liquid Crystal Conference. Hungary, Budapest, 1994.

11. Asia Display - 95. 5th International Display Research Conference. Japan, 1995.

12. The 18th International Displays Research Conference. Asia Display-98. Seoul. Korea.

13. International Display Workshop - 99. Japan. Sen-dai. 1999

14. Asia Socienty Iformation Display 2000. Xian. China. 2000

15. International Display Workshop - 01. Nagoya, Japan. 2001

16. Laser - Tissue Interaction XII: Photochemical, Photothermal, and Photomechanical (San Jose, USA, 2001)

17. Laser - Tissue Interaction XIII: Photochemical, Photothermal, and Photomechanical (San Jose, USA, 2002)

18. Международный оптический конгресс «Оптика 21-ый век» (Санкт - Петербург, 2004)

19. Socienty Iformation Display. 2004

20. Optical Technologies in Biophysics and Medicine "SFM -2005" (Саратов, 2005)

21. Лазеры для медицины, биологии и экологии (Санкт - Петербург, 2006)

22. Optical Technologies in Biophysics and Medicine "SFM -2006" (Саратов, 2006)

23.Лазеры. Измерение. Информация (Санкт-Петербург, 2007)

24. Лазеры. Измерение. Информация (Санкт-Петербург, 2008)

25.2nd Topical Meeting on Optical Sensing and Artificial Vision (OSAV' 2008) (Санкт

Петербург, 2008 26. Лазеры. Измерение. Информация (Санкт-Петербург, 2009).

Личный вклад соискателя. Методика и алгоритм вычисления комплексных матриц передачи для анизотропных сред разработан к.ф.-м.н. доцентом Цоем Валерием Ивановичем. Программные средства, использующие эту методику расчета, разработаны автором диссертации. Кроме этого В.И. Цоем предложена оригинальная методика вычисления динамических характеристик ЖК - слоев, помещенных в электрическое поле, а соответствующие программные средства разработаны автором диссертации. Первая версия программного комплекса для моделирования электрооптических эффектов в ЖК разработана при участии к.ф. - м.н. Яковлева Д.А. Все остальные результаты, представленные в работе, получены автором самостоятельно.

Публикации. По материалам исследований, выполненных в рамках диссертационной работы, опубликована 81 научная работа, 40 из которых в журналах рекомендованных ВАК.

Структура и содержание работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка используемой литературы и Приложения.

5.5 Выводы

Таким образом, по результатам, приведенным в данной главе диссертации, можно сделать следующие выводы.

1. Показано существенное различие в скоростях иммерсионного просветления у различных типов .биотканей. Предлагается разделить биоткани по скорости иммерсионного просветления на три группы: с высокой скоростью просветления время иммерсионного просветления до 10 минут), средней скоростью просветления (время иммерсионного просветления от 10 минут до 2 часов) и низкой скоростью просветления (время иммерсионного просветления более 2 часов). Предложена простая аппроксимационная формула для зависимости контраста изображения от времени просветления биологического образца.

Рис. 78 Сравнение расчетных и экспериментальных данных по динамике иммерсионного просветления биоткани (склера) без учета осцилляций. Сплошная кривая - расчет, точки - экспериментальные данные т

0,075 0,065 0,055 0.045 0.035 0,025 0,015 0,005

У --

Г 1 1 д

10 15 20 25 30 35 40 45 I 0

10

20

30

50 А) Б)

Рис. 79 Сравнение расчетных и экспериментальных данных по динамике иммерсионного просветления биоткани (склера(А), мениск (Б)) с учетом осцилляций. Сплошная кривая - расчет, точки экспериментальные данные

2. Введены три параметра, с помощью которых можно описать характер иммерсионного просветления биологических тканей. В качестве таких параметров мы предлагаем использовать следующие: время задержки ¿у, время насыщения Ь и уровень насыщения Ттах просветления.

3. Разработана комплексная модель для процесса иммерсионного просветления образца биоткани. Процедура вычисления, состоящая из трех последовательно выполняемых друг за другом этапов, представляет собой комплексную трехшаговую модель для расчета оптических характеристик и динамики иммерсионного просветления биоткани с учетом анизотропных и деполяризующих свойств среды. В предлагаемой трехшаговой модели первым шагом является вычисление пространственно -временного распределения концентрации иммерсионного агента. На основе этого распределения на втором шаге моделирования с применением скалярной модели для вычисления изотропных спектров пропускания вычисляется оптическая плотность среды для каждого момента времени, и на основе этого шага выполняется последний третий этап моделирования оптических характеристик биотканей - вычисление поляризованных спектров пропускания образца с учетом деполяризующих и анизотропных свойств среды, базирующейся на векторной модели с использованием матричного формализма Мюллера и векторов Стокса.

Заключение

В результате выполненной работы получены следующие результаты:

1. Разработаны оригинальные методики вычисления оптических характеристик ЖК -устройств отображения информации, основанные на матричных методах Джонса и Берремана.

2. Разработаны оригинальные методики вычисления одномерных и двумерных распределений углов ориентации ЖК в электрическом поле.

3. На базе принципа блочного построения компьютерных систем разработаны, три оригинальных программных комплекса для моделирования^ электрооптических и оптических характеристик устройств отображения информации. Все программные комплексы обеспечивают хорошее количественное совпадение экспериментальных и расчетных данных и обладают универсальнотью применения.

4. Разработан, комбинированный подход, заключающейся в одновременном использовании матричного метода Берремана и матричного метода Джонса для слоистых неоднородных систем, состоящих из плоскопараллельных изотропных и анизотропных слоев. Подобный подход позволяет избежать нежелательного эффекта «интерферометра Фабри - Перо» в анизотропных толстых слоях и учесть его наличие в анизотропных тонких слоях.

5. Для нормального падения света на ЖК - устройство отображения информации разработанные матричные методики моделирования оптических характеристик' ЖК -устройств отображения информации разработанные оригинальные методики на основе матричных методов Джонса и Берремана! дают одинаковое: расхождение между расчетными и экспериментальными данными, которое не превышает 5%. Таким образом, для описания оптических характеристик ЖК - устройств отображения наблюдаемых в нормальном направлении достаточно использовать, двух волновую модель распространения света в анизотропной неоднородной среде, основанной на распространении обыкновенных и необыкновенных волн распространяющихся8 в прямом направлении. Двух волновая, модель распространения света в анизотропной неоднородной среде дает расхождение между экспериментальными и расчетными значениями оптических характеристик для ЖК — индикаторов, использующих эффект интерференции поляризованных лучей, не более 20% для угла падения света на устройство 45° . Эта же модель дает расхождение между экспериментальными и расчетными значениями оптических характеристик для ЖК - индикаторов, использующих эффект гость - хозяин, не более 6% для угла падения света на устройство 45°.

6. Предложена усовершенствованная конструкция ЖК- затвора из двух тг- ячеек, отличающаяся единой центральной стеклянной пластиной, что обеспечило повышенное в 1.5 раза пропускание, в 2 - 3 раза повышенный контраст и увеличенный угол обзора. Проведенное теоретическое исследование оптических характеристик ЖК-затвора показало, что контраст устройства может быть существенно повышен путем использования дублированных поляроидов и оптимизированием значений физических параметров ориентирующих и проводящих слоев. Теоретически показано, что идеальной фазовой компенсации в таких системах достичь невозможно из - за присутствия многократно отраженных волн в ЖК- ячейках. ,

7. Методом компьютерного моделирования проведено сравнение электрооптических характеристик различных конструкций отражательных ЭТЫ-дисплеев с одним и двумя" поляризаторами. Показано, что однополяроидная конструкция отражательного БТЫ-дисплея, благодаря наличию фазового компенсатора, по сравнению с двухполяроидной (при равных наборах физических параметров дисплеев) кроме высоких уровней» светлоты, имеет большую крутизну зависимости среднего по спектру отражения от управляющего напряжения. При этом цветовые характеристики дисплеев обоих типов одинаковы для состояний "выключено" и "включено". В результате проведенных исследований найден простой способ увеличения углов обзора отражательного ЭТК-дисплея с одним поляроидом и фазовым компенсатором. Следовательно, в условиях сильной' внешней засветки и одновременно высоких уровнях требуемого среднего по спектру контраста (К > 100), предпочтение следует отдать двух поляроидной конструкции, и наоборот когда внешняя освещенность невелика и требуемый уровень контраста изображения не превышает 100, одно поляроидная конструкция отражательного БТЫ-дисплея с точки зрения оптических характеристик более выгодна, чем двухполяроидная система.

8. Нами проведено компьютерное исследование характеристики нового комбинированного отражательного ЖК-дисплея, одновременно работающего в одно поляроидном и двух поляроидном режимах. В качестве второго поляроида предлагается использовать стандартную ячейку "гость-хозяин" с дихроичным черным красителем с очень высоким дихроичным отношением. Предлагаемое устройство может одновременно работать как в условиях сильной внешней засветки, так при малых уровнях внешней освещенности. В обеих рабочих модах отражательный STN ЖК-дисплей имеет хорошие электрооптические и оптические характеристики и может быть выполнен на основе простых стандартных ЖК -элементов с использованием простой технологии изготовления ЖК - индикаторов типа STN-дисплеев и ячеек "гость-хозяин".

9. Численное моделирование оптических характеристик одно поляроидных ЖК -индикаторов "гость-хозяин" показало: а) в планарных ЖК - ячейках "гость-хозяин" изменение толщины ЖК слоя играет роль только когда постоянной остается концентрация красителя, в то время как в твист - ячейках "гость-хозяин" одновременное пропорциональное уменьшение концентрации красителя и увеличение толщины ЖК - слоя во столько же раз приводит к росту контраста изображения, оставляя постоянным пропускание в состоянии "включено". При этом увеличение толщины ЖК - слоя в твист - ячейке ограничено только увеличением времен переключения между состояниями "выключено" и "включено" и обратно; б) при одинаковых технологических параметрах и при толщинах ЖК - слоя меньших чем 10 мкм, планарные ЖК - ячейки гость имеют более высокий контраст изображения, чем ячейки "гость-хозяин" на твист - структуре, при толщинах ЖК - слоя больших, чем 10 мкм и прочих равных технологических параметрах твист - структуры имеют более высокий контраст; в) при постоянной концентрации дихроичного красителя как твист -структура, так и планарная структура ЖК имеют оптимальное значение толщины ячейки, которое определяется требуемым уровнем контраста изображения и приемлемым уровнем значения пропускания в состоянии "включено". Это значение зависит также и от требуемых времен переключения между состояниями "выключено" и "включено" и обратно; г) индикатрисы контраста с увеличением толщины слоя ЖК как для планарной, так и для твист - структуры приобретают более направленный характер, при этом планарные ЖК - ячейки имеют более широкую индикатрису контраста, чем твист - ячейки "гость-хозяин".

10. Методом компьютерного моделирования проведено исследование улучшенной конструкции отражательного STN ЖК-дисплея гость-хозяин с фазовым компенсатором. Показано, что путем подбора параметров фазовой пластинки, спектра красителя и угла закрутки структуры ЖК можно получить одновременно высокие значения отражения, контраста изображения, а так же высокую степень мультиплексирования. С точки зрения эргономических характеристик устройства оптимальной является структура ЖК с углом закрутки 250°, для которой степень мультиплексирования дисплея может превышать значение 100:1. При этом значение отражения дисплея в состоянии включено имеет величину не менее чем 21 % и контраст изображения не ниже 5:1 для черно-белого красителя. Для цветного красителя типа КД-б или КД-10 возможно увеличение контраста изображения на длине волны максимума поглощения красителя до 10:1.

11. Фазовый компенсатор в ЖК - устройствах отображения информации, использующих эффект «гость - хозяин», может применяться в как в однополяроидной, так и безполяроидной конструкциях дисплея, что является кардинальным отличием от использования фазового компенсатора в ЖК — индикаторах, использующих эффект интерференции поляризованных лучей. При этом в безполяроидных устройствах типа «гость - хозяин» фазовый компенсатор должен располагаться только за ЖК - ячейкой, в то время как в ЖК — индикаторах на эффекте интерференции поляризованных лучей фазовый компенсатор может располагаться как за ячейкой, так и перед ней: Таким образом, принцип фазовой компенсации в ЖК - устройствах типа «гость - хозяин» может использоваться как в поляроидных так и безполяроидных конструкциях, в то время как в ЖК - индикаторах интерференционного типа, этот принцип может использоваться только в поляроидных конструкциях. При этом максимально достижимое значение контраста изображения в устройствах с фазовыми компенсаторами, работающих на основе двойного лучепреломления, ограничено френелевскими отражениями внутри слоистой структуры рабочей ЖК- ячейки.

12. Время реакции оптического отклика подчиняется' той же самой аналитической зависимости от разницы управляющих напряжений в состояниях включено и выключено (23), что и время реакции деформационного отклика. Аналитическая зависимость времени реакции оптического отклика ЖК - структуры от разницы управляющих напряжений верна для любых управляющих напряжений, а именно, как для управляющих напряжений вблизи порога Фредерикса, так и превышающих пороговые значения во много раз.

13. Методом компьютерного моделирования проведено исследование динамики оптического отклика ЖК-индикатора при высоких управляющих напряжениях в зависимости от конструктивных параметров устройства. Показано, что при высоких управляющих напряжениях динамика оптического отклика при переключении управляющего напряжения из состояния «включено» в состояние «выключено» сильно зависит от угла закрутки ЖК - структуры. Установлено, что при высоких управляющих напряжениях у ЖК - дисплея, использующего эффект интерференции поляризованных лучей в ЖК - структуре с углом закрутки 180°, оптический отклик характеризуется временем задержки относительно деформационного отклика. С точки зрения оптического отклика эту временную задержку можно трактовать как кратковременную память. Выяснено влияние конструктивных параметров дисплея на величину кратковременной памяти. Установлено, что изменяя основные конструктивные параметры ЖК - дисплея (толщина, шаг спирали хиральной добавки) можно изменять не только времена реакции и релаксации такого устройства, но и влиять на величину времени памяти.

14. Методом компьютерного моделирования проведено исследование динамики оптического отклика ЖК-инднкатора при высоких управляющих напряжениях в зависимости от конструктивных параметров устройства. Выяснено влияние конструктивных параметров дисплея на величину кратковременной памяти. Показано, что основными физическими параметрами, которые существенным образом влияют на времена включения, выключения и памяти, являются отношения постоянных упругости ЖК кзз/к,22 и кзз/кц. Требуемые величины времен выключения и памяти для ЖК - экрана использующего интерференцию поляризованных лучей в ЖК - структуре с углом закрутки 180° можно выбирать, исходя из значений для напряжения деформационного порога Фредерикса. На основе эффекта кратковременной памяти в ЖК - структуре с углом закрутки 180° предложен новый способ управления пассивным. ЖК - дисплеем.

15. Получена простая формула, связывающая степень,мультиплексирования со временем реакции* на переключение управляющего напряжения пассивного ЖК - устройства отображения информации, согласно которой время реакции ЖК — устройства прямо пропорционально корню квадратному из степени мультиплексирования. Следовательно, невозможно получить одновременно высокий уровень мультиплексирования и малое время реакции.

16. Методом компьютерного моделирования показано, что зависимость суммарного времени оптического отклика ЖК — дисплея от крутизны- вольт — контрастной характеристики для конкретных физических параметров ЖК и ЖК - дисплея имеет минимум. Это говорит о наличие оптимального значения крутизны вольт -контрастной, для которой суммарное время оптического отклика ЖК - дисплея минимально. Однако следует отметить тот факт, что минимум зависимости t=v(S) находится в области малых значений крутизны, а при высоких значениях S суммарное время оптического отклика будет практически совпадать со временем реакции. Заметим, что в зависимости суммарного времени оптического отклика от напряжения порога Фредерикса так же существует оптимальное значение этого напряжения, а это значит, что выбором ЖК - материала можно для одного и того же значения крутизны вольт - контрастной кривой достичь минимального значения суммарного времени оптического отклика.

17. Методом компьютерного моделирования проведено исследование оптических характеристик слоистой анизотропной среды со случайной ориентацией оптических осей структурных элементов. Найдено, что при определенном наборе физических параметров образца, существует область селективного отражения такой среды, ширина которой может быть равна всему видимому диапазону длин волн света. Ширина области селективного отражения и положение максимума отражения в основном определяется толщиной слоистой анизотропной среды со случайной ориентацией оптических осей структурных элементов. Кроме этого показано, что анизотропная среда с плоскопараллельно расположенными слоями с хаотической ориентацией оптических осей ее компонентов обладает анизотропными свойствами даже при нормальном падении света на структуру.

18. Для измерения величины анизотропии показателя преломления биоткани разработана модификация метода сравнения, который основан на использовании нематических ЖК — ячеек и программного комплекса MOUSE - LCD. С помощью этого метода определена величина оптической анизотропии просветленного образца склеры Ans = 0.001, обусловленной анизотропией формы.

19. Предложена простая феноменологическая модель для расчета поляризованных спектров поляризованного коллимированного пропускания образцов биологических тканей, которая дает удовлетворительное количественное описание оптических характеристик и может быть использована для теоретического исследования в поляризационно-чувствительной оптической томографии. Кроме этого, на основе сравнения экспериментальных и теоретических поляризационных—спектров поляризованного пропускания получена величина оптической анизотропии мышечной ткани и произведена оценка зависимости степени деполяризации мышечной ткани от длины волны, падающего на образец излучения.

20. Показано, что для количественного описания интерференции поляризованных лучей в биоткани, находящейся в условиях иммерсионного просветления, необходимо учитывать деполяризацию излучения распространяющегося через образец. При этом деполяризация излучения связана с остаточным рассеянием света в среде и разорентацией структурурных элементов среды. Спектральная зависимость степени деполяризации определяется сумой степенной функцией с показателем степени равным -4, связанной с рэлеевским рассеянием света в биоткани, и постоянного, не зависящего от длины волны света члена. Второе слагаемое, независящее от длины волны света, связано со случайным изменением фазы проходящей волны из - за неупорядоченного расположения волокон коллагена и определяется типом биоткани.

21. Показано наличие аномальной дисперсии для макроскопической оптической анизотропии биоткани, которая объясняется двухкомпонентным составом и различиями в поведении зависимостей энергии электромагнитных полей в объеме, занимаемом модельным рассеивающим центром, IVп {пс>1, пЬк, пеГ11)/ п1\]аа1 и па/'пьк'пе[х.)/^шп от ^ ПРИ взаимодействии и ^-поляризованных электромагнитных волн с эффективными рассеивающими центрами. Кроме этого аномальная дисперсия макроскопической анизотропии биоткани объясняется различием в зависимостях матричных элементов Б^О) и 82(0) матрицы рассеяния двухкомпонентной среды, состоящей из жидкости и цилиндров, от длины волны рассеянного излучения.

22. Показано существенное различие в скоростях иммерсионного просветления у различных типов биотканей. Предлагается- разделить биоткани по скорости иммерсионного просветления на три группы: с высокой скоростью просветления (время иммерсионного просветления до 10 минут), средней скоростью просветления (время иммерсионного просветления от 10 минут до 2 часов) и низкой скоростью просветления (время иммерсионного просветления более 2 часов). Предложена простая аппроксимационная формула для зависимости контраста изображения от времени просветления биологического образца. Введены три параметра, с помощью которых можно описать характер иммерсионного просветления биологических тканей. В качестве таких параметров мы предлагаем использовать следующие: время задержки и, время насыщения ^ и уровень насыщения Ттах просветления.

23. Разработана комплексная модель для процесса иммерсионного просветления образца биоткани. Процедура вычисления, состоящая из трех последовательно выполняемых друг за другом этапов, представляет собой комплексную трехшаговую модель для расчета оптических характеристик и динамики иммерсионного просветления биоткани с учетом анизотропных и деполяризующих свойств среды. В предлагаемой трехшаговой модели первым шагом является вычисление пространственно — временного распределения концентрации иммерсионного агента. На основе этого распределения на втором шаге моделирования с применением скалярной модели для вычисления изотропных спектров пропускания вычисляется оптическая плотность среды для каждого момента времени, и на основе этого шага выполняется последний третий этап моделирования оптических характеристик биотканей — вычисление поляризованных спектров пропускания образца с учетом деполяризующих и анизотропных свойств среды, базирующейся на векторной модели с использованием матричного формализма Мюллера и векторов Стокса.

1. V.G. Chigrinov Liquid crystal devices. Physics and applications// Artech House. BostonLondon. 1999. 359 p.

2. Оптическая биомедицинская диагностика. Под редакцией В.В. Тучина Т. 1 //М.: Физматлит. 2007. 560 С.

3. Blinov L.M., Chigrinov V.G. Electro Optic Effects in Liquid Crystal Materials Springer -Verlag 1994

4. A.C. Сухариер Ждкокристаллические индикаторы. M.: Радио и связь. 1991. 258 с5.3имняков Д.А., Тучин В.В. Оптическая томография тканей // Квантовая электроника.2002. Т. 32. №10. С. 849 867.

5. Tuchin Valery Tissue Optics: Light Scattering Methods and Instruments for Medical Diagnostics // SPIE Bellingham, Washington. 2000. 354 P

6. Моделирование электрооптических эффектов в жидких кристаллах Симоненко Г.В. Диссертация кандидата физ. мат. наук. Саратов. 1995.

7. Van Sprang Н.А., Bredels P.A. J. Appl. Phys. 1986. V.60. No 3. P.978

8. Berreman D.W. Numerical Modelling of Twisted Nematic Devices //Phil. Trans. R. Soc. 1983. V. A309. P. 203

9. Becker M. E.; Nehring J.; Scheffer T.J. Theory of twisted nematic layers with weak boundary coupling// J. Appli. Phys. 1985. V. 57. № 10. pp.4539-4542

10. Wohler G., Haas Н., Fritsch М. et all Faster 4*4 matrix method for uniaxial inhomogeneous media//J. Opt. Soc. Amer. 1988. V. A5. No 9. P.1554 1557

11. Палто С.П. Алгоритм решения оптической задачи для слоистых анизотропных // ЖЭТФ. 2001. Т. 119. №4. С. 638-684.

12. Сидоров Н.К. Простые выражения для расчета индикатрисы показателей преломления при генерации второй гармоники в двуосных кристаллах // Квантовая электроника. 1992. Т. 22. № 9. С. 818-819.

13. Яковлев Д.А. Метод расчета матриц Мюллера отражения и пропускания квазимонохроматического света планарной структурой состоящей из «тонких» и «толстых» слоев // Опт. и спектр. 1988. Т.64. №3. С. 51 60

14. Lien A. J. The general and simplified Jones matrix representations for the high pretilt twisted nematic cell // Appl. Phys. 1990. V. 67. No 6. P 2853

15. Gharadjedaghi F. Computer simulation of a nematic guest — host display // J. Appl. Phys.1983. V. 54. No 9. P.4989

16. Ong Hiap Liew Elimination of Fabry-Perot effect in 4 x 4 propagation matrix method and its application to liquid crystal displays // Jap. J. Appl. Phys. Pt.l 1994. V. 33. № 2. P.1085 1087

17. Яковлев Д. А. Эффективный метод расчета поляризационно оптических свойств нематических слоев с одномерной деформацией поля директора // Опт. и спектр. 1991. Т. 71. №5. С. 788.

18. Chigrinov V., Hoi Sing Kwok, Yakovlev D., Simonenko G.V., Tsoi V. LCD optimization and modeling// J. Soc. Inf. Display, 2004,Vol. 12. P. 183-187

19. Финкель А.Г., Цой В.И., Симоненко Г.В., Яковлев Д.А. Проектирование ЖК -устройств отображения информации // Электронная промышленность 2000. № 2. С. 11-16

20. Симоненко Г.В. Сравнение характеристик просветных ЖК STN-экранов // Оптический журнал. 1995. Т. 62. № 2. С. 60 65.

21. Симоненко Г.В. Повышение цветового контраста в DSTN дисплеях // Оптический журнал. 1995. Т. 62. № 3. С. 53 - 56.

22. Сухариер A.C., Куйбарова В.А., Симоненко Г.В. Влияние параметров поляроидов на электрооптические характеристики и параметры ЖКИ на твист-эффекте // Электронная техника. Сер. 4. Электровакуумные и газоразрядные приборы. 1989. Вып. 2(127). С. 28-30

23. Aksenova E.V., Karetnikov A.A., Kovshik A.P. Light propagation in chiral media with large pith// JOSA. 2008. V.25. № 3. P. 600 608.

24. Хлебцов Н.Г. Ослабление и рассеяние света в дисперсных системах с неупорядоченными, ориентированными и фрактальными частицами. Теория и эксперимент. Диссертация на соискание ученой степени д-ра физ.-мат.наук:01.04.05 / Н. Г. Хлебцов. Саратов. 1996.

25. Ушенко А.Г. Лазерная диагностика биофракталов // Квантовая электроника. 1999. Т. 29. № 12: С. 239-245.

26. Ангельский О.В., Ушенко А.Г., Архелюк A.A. и др. О структуре матриц преобразования лазерного излучения биофракталами // Квантовая электроника. 1999. Т. 29. №12. С. 235 -238.

27. Ушенко А.Г., Ермоленко С.Б., Бурковец Д.Н., Ушенко Ю.А. О поляризационной микроструктуре лазерного излучения, рассеянного оптически активными биотканями // Оптика и спектр. 1999. Т.87. №. 3. С. 470 474.

28. Яковлев Д.А., Афонин O.A. Метод расчета амплитудной матрицы рассеяния для анизотропных частиц в приближении аномальной дифракции // Оптика и спектр. 1997. Т. 82. № 1.С. 86-92.

29. Зимняков Д.А., Синичкин. Ю.П., Ушакова-, О.В. Оптическая анизотропия, фиброзных биотканей:, анализ влияния структурных характеристик // Квантовая электроника. 2007. Т. 37. № 8. С. 777 783.

30. Сухариер A.C., Симоненко Г.В., Куйбарова В.А. Особенности параметров быстродействия и их зависимость от параметров ЖК и ЖК структуры в ЖК -ячейках на супертвисте // Эл. тех. Сер. 4. 1991.В. 4. С. 59-64.

31. Сухариер A.C., Линькова И.С., Цой В.И., Симоненко Г.В. Особенности динамических характеристик ЖК-ячеек на STN структуре // Эл. тех. Сер. 4' 1992. В. 4. С. 9-11.

32. Симоненко Г.В.,Татаринов С.И.,Финкель А.Г., Яковлев Д.А. Электрооптические характеристики жидкокристаллических индикаторов, работающих на основе эффекта «гость хозяин» // Эл. техн. Сер.4. 1988. B.l. С.43-47.

33. Симоненко Г.В., Яковлев Д.А., Цой В.И., Финкель А.Г., Мельникова Г.И. Моделирование жидкокристаллических индикаторов на основе матриц когерентности и Джонса// Эл. техн. Сер.4. 1988. В.2. С.Зб-41.

34. Г.В. Симоненко, В.И. Цой, Д.А. Яковлев Метод вычисления углов ориентации оптической оси жидкого кристалла, находящегося во внешнем электрическом поле // Компьютерная оптика, 2001. Вып. 21. С. 88 99

35. Simonenko G.V., Yakovlev D.A., Tsoi V.I., Chigrinov V.G., Khokhlov N.A., Podjachev Yu.B Computer modeling of liquid crystal electrooptics by universal system (MOUSE -LCD) // SPIE. 1994. Vol. 2372. P.312 316

36. Симоненко Г.В., Характеристики STN дисплея при различных условиях ориентации жидкого кристалла на подложках // Электронная техника. Сер. 4. Электровакуумные и газоразрядные приборы.1992. Вып. 1(136). С. 13

37. Пикин С.А. Структурные превращения в жидких кристаллах М.: Наука, 1981

38. Симоненко Г.В., Цой В.И. Распределение директора жидкого кристалла при нежестком сцеплении молекул с подложкой // 5-я Всесоюзная конференция «Жидкие кристаллы и их практическое использовние» -Иваново. 1985. Т.1. С. 36

39. Rapini A., Papoular М. J. Distorsion d'une lamelle nematique sous champ magnetique conditiens d'ancrage aux>parois // J. Phys. Colloq. 1969. V. 30. P.11-12

40. Scheffer Т., Nehring J. Optimisation of contrast ratio in reversed polarizer transmissive - type twisted nematic display // J. Appl. Phys. 1984. V. 56. № 4. P. 908 - 914

41. Сухариер A.C., Буланов B.M., Бурханов А.И., и др. Численное моделирование жидкокристаллических индикаторов на твист — эффекте// Эл. техн. Сер.4. 1985. В.З. С.50

42. Yakovlev D.A., Simonenko G.V. Electrooptics'4R: An effective software tool for simulation and optimization of supertwisted nematic displays //Abstr 15 th International Liquid Crystal Conference 1994. Budapest, Hungary, 1994. Vol.2. P. 945.

43. Brezhnev V.A., Studentsov S.A., Simonenko G.V. et all Design Enginering Characteristics of a high information content STNLC — screen // Abstr. Internat. School* "Advanced display technologies. Lviv. 1994. P. 57

44. Яковлев Д.А., Симоненко Г.В., Цой В.И. и др. Универсальный комплекс ЭВМ программ для оптимизации проектирования жидкокристаллических дисплеев // Информат. Сер. Средства отображения информации /ВНИИ межотрасл. инф. 1993. No 2. С. 90.

45. Yakovlev D.A., Simonenko G.V., Kozenkov V.M., et all New concept to achieve color LCD's with linearly photopolimerized'(LLP) LCD substartes // Proc. Internat. Conf. EURODISPLAY'93 Strasburg 1993. p. 17 - 20.

46. Chigrinov V.G., Yakovlev D.A, Simonenko G.V. et all Application of universal computer modeling system for development of LCSs with high contrast and wide viewing angles// SPIE, 1996. V. 2650. P. 160-172

47. Chigrinov V.G.,Simonenko G.V., Yakovlev D.A., Podjachev Yu.B The optimization of LCD electrooptical behavior using MOUSE LCD software// Mol. Crys. Liq. Crys. 2000. Vol. 351. P. 17-25

48. Sang-Ho Yoon, Suk-In Yoon, Cheol-Soo' Lee, Hyung-Jin Youn, Dae-Woo Kim, Moo-Sung Jung, Tacyong Won Three dimensional Numerical Study for Analyzing MVA Mode LC cell // IDMC - 2005. P. 618 - 621.

49. Yakovlev D.A., Tsoy V.I., Chigrinov V.G. Advanced Tools for Modeling of 2D Optics for LCDs // SID Digest. 2005. P. 59 - 61.

50. Chigrinov V.G., Yakovlev D.A. Optimization and Modeling of Liquid Crystal Displays // Mol. Cryst. Liq. Cryst. 2006. Vol. 453. P. 107 -121

51. DIMOS, Autotronic-Melchers GmbH, 2005

52. Guo-Chen Yang, Cun-Dao Wang The electrode's edge effect and the theoretical upper limit of the picture element density for liquid-crystal display // Jour. Of the SED. 2000. Vol. 8. P. 11-15.

53. Корн Т., Корн Г. Справочник по математике для научных работников и инженеров//М.: Наука. 1974. 832 С.

54. Буслов В.А., Яковлев С.А. Численные методы П. Решение уравнений. Курс лекций.//С.-Пб. Гос. Университет. Санкт-Петербург. 2001.

55. Chigrinov V., Hoi Sing Kwok, Yakovlev D., Tsoi V., Simonenko G. LCD Optimization and Modeling // SID Symposium Digest. 2004. Vol. 35. P. 982

56. Montgomery P. J. Optical properties of a liquid crystal image transducer at normal incident: State on // J. Opt. Soc. Amer. 1980. V. 70. No 3. P. 287 300

57. Сардыко В.И. Матричное преобразование плоских волн в однородных анизотропных средах // Оптика и спектр. 1984. Т. 56. № 2. С. 303 309

58. Gharadjedaghi F., Robert Comportement electro-optique d'une structure nematique en helice application a l'affichage // J. Rev. Phys. Appl. 1976. V. 11. № 4. P. 467 - 473.

59. Азам P., БашараН. Эллипсомерия и поляризованный свет М.:Мир, 1983

60. Ярив А., Юх П. Оптические волны в кристаллах. М.: Мир. 1987. 616 с.

61. Chigrinov V.G., Simonenko G.V., Yakovlev D.A., Khokhlov N.A., Podjachev Yu.B Computer universal system of LC electrooptics: MOUSE LCD // Asia Display - 95. Proc. Of 5th International Display Research Conference. Japan 1995. P. 159 - 162

62. Horn R.G. Refractive indexes and order parameter of two liquid crystal // J. Physique. 1978. V.36. P. 105-109

63. Karat P.P., Madhusudana N.V. Elastic and optical properties of some 4' n - alkyl - 4 -cyanobophenyls // Mol. Cryst. Liquid Cryst. 1976. V. P.57 - 64

64. Maze C. Determination of nematic liquid crystal elastic and dielectric-properties.from the shape of capacitance voltage curve // Mol. Cryst. Liquid Cryst. 1978. V. 48. P.273 -287

65. Мельникова Г.И., Симоненко Г.В., Цой В.И., Финкель А.Г.,Система математического моделирования устройств отображения информации на жидких кристаллах // Тез. докл. 2 Всесоюзногосем. "Оптика жидких кристаллов". Красноярск, 1990. С.244-245

66. Simonenko G.V., Yakovlev D.A., Tsoy V.I., Finkel' A.G. ELECTROOPTIC -2: An effective software tool for liquid crystal devie research and development // Abs. Summer European Liquid Crystals Conference Vilnius 1991. Vol.2. P. 165.

67. Chigrinov V.G., Simonenko G.V., Yakovlev D.A., H.S. Kwok, Podjachev Yu.B LCD modeling and optimization on system MOUSE LCD // ASID 2000. Xian. China. 2000. Digest. P. 244 - 246

68. Симоненко Г.В. Моделирование электрооптических эффектов в жидких кристаллах // Проблемы оптической физики. Из во СГУ. Саратов. 1997. С. 91 - 96

69. Thurston R. N., Berreman D. W. Equilibrium and stability of liquid-crystal configurations in an electric field // J. Appl. Phys. 1981. V. 52. P. 508-509

70. Scheffer T. J., Nehring J. Twisted nematic and supertwisted nematic mode LCDs // in B. Bahadur (editor), Liquid Crystals Applications and uses, 1, 231-274, World Scientific, Singapore (1990)

71. Tsoy V.I., Simonenko G.V., Chigrinov V.G. Dielctric stripes in pretilted supertwisted layers // Liquid Crystal 1993 V. 13. P.227

72. Чигринов В.Г. Моделирование электрооптических эффектов в жидких кристаллах. / Диссертация на соискание ученой степени доктора физ. -мат. наук. Москва. 1988.

73. Симоненко Г.В., Миронов А.А., Пужляков А.С. Зависимость двумерной упругой деформации жидкого кристалла в электрическом поле от физических и контруктивных параметров //Проблемы оптической физики. Саратов. Из во: Сателлит. 2006. с.111 - 128

74. Цой В.И. Численное решение уравнений ориентационной динамики жидкокристаллического слоя в электрическом поле // Тез. Всесоюз. семинара "Оптика жидких кристаллов". JI. ,1987. С. 93 94.

75. Roese J.A. , Khalafalla A.C. Stereoscopic viewing with PLZT- ceramics // Ferroelectrics. 1976. V. 10. №1-4. P. 47-51

76. Clark M.G., Shanks I.A. A field-sequential color CRT using a liquid crystal color switch // SID 82 Digest 1982. P. 172 174

77. Hartmann, et all A Passive Matrix Addressed Ferroelectric Liquid Crystal Video Display // Proc SID 91. 1991. V. 32. № 2. P. 21 23.

78. Bos P. J., Koehler/Beran K. R. The л-cell: A fast liquid-crystal optical-switching device // Mol. Cryst. Liq. Cryst. 1984. V. 113.P. 329-339.

79. Bos P.J., and Koehler/Beran K.R., A unique active contrast enhancement filter using liquid crystal Pi - cell technology // Proc. SID 86. N.-Y. 1986. P. 436 - 438.

80. Bos P.J., Haven T.G., Virgin L. High performance 3D viewing systems // SID 88 Digest. 1988. P. 450-453.

81. Haven T.G. True 3D Imaging Techniques and Display Technologies // SPIE 1987. V. 761. pp. 23-26

82. Bobylev Yu. P. Informatika // Information Display 1993. Issue 2. pp. 35 42. 98.Sevostianov V.P., Simonenko G.V., Brezhnev V.A., Studenchov S.A., Yakovlev D.A.,

83. Experimental and theoretical study of optical characteristics of LC shutter on n cells // Photonics and Optoelectronics. 1997. Vol. 4., Nj 4, pp. 139 - 146

84. M. Ohizumi, T. Miyashita, T. Uchida, T. Hoshino, M. Kano Optimization for-Refractive STN-LCDs with a Single Polarizer // Asia Display 98. P. 1059

85. M. Shibazaki, T. Ishinabe, T. Miyashita, T. Uchida, K. Yoshida, H. Tanaka, T. Sunaka Reflectince LCD with High Brighness and Wide Viewing Angle by Using Optically Compensated Twist-LC Cell (OCT) // SID Digest 99. P. 690.

86. T. Uesaka, T. Toyooka, J. DelPico Wide-Viewing-Angle Reflective TN-LCD with Single Polarizer and Hybrid Alignet Nematic Compensation Films // SID Digest 99. P. 94

87. Симоненко Г.В., Чигринов В.Г., Квок X.C. Сравнительный анализ характеристик отражательных жидкокристаллических STN дисплеев с одним и двумя поляризаторами // Оптический журнал. 2000. Т. 67. № 10. С. 40 — 43

88. М. Schadt, F. Leenhouts Electro-optical performance of a new black-white and highly multiplexable liquid crystal display // Appl. Phys. Lett. 1987. Vol. 50. No 5. P. 236 -238

89. Merck Liquid Crystal Mixtures for Electro-optic Displays. Update October 1994

90. Симоненко Г.В., Никитин A.B. Компьютерное моделирование жидкокристаллического комбинированного отражательного дисплея // Оптический журнал. 2000. Т. 67. № 12. С. 37 41

91. Gemot Slauer, Wolfram Wiener Analysis and evalution of guest-host LCD's for large area information boards // Proceedings SID 90. 1990. P. 122 - 125

92. Pirkli S., Tucek J., Ribiere P., Oswald P. Performance of phase change dichroic liquid crystal display// Proceedings SID 93. 1993. P. 297 - 300.

93. Симоненко Г.В., Финкель А.Г., Цой В.И., Бурханов А.И. Пространственные оптические характеристики жидкокриталлических индикаторов, работающих на основе эффекта "гость-хозяин" // Электронная техника. Сер. 4. 1985. №>2. С. 64 -68.

94. Ю9.Мухина Е.Г., Симоненко Г.В., Степанов В.М., Ануфриева Т.В., Кривоножкина Т.К. Оптимизация конструкции цветного TSTN ЖК экрана для, компьютерных' проекционных систем // Электронная промышленность. 1995. №8. С. 12-13

95. Сухариер A.C. Выбор конструктивного варианта ЖКИ на эффекте "гость-хозяин" // Электронная техника. Сер. 4. 1984. № 3. С. 57 62.

96. З.Яковлев Д.А., Линькова И.С. Симметрия^ распределения директора и поляризационно-оптические свойства плоскопараллельного слоя жидкого кристалла// Кристаллография . 1991. Т. 36. № 4. С. 982 986.

97. Симоненко Г.В. Жидкокристаллические устройства отображения информации типа «гость хозяин» с фазовым компенсатором // Оптический журнал. 1999. Т. 66. № 6. С. 97 - 99

98. И5.Симоненко Г.В., Чигринов В.Г., Квок Х.С. Жидкокристаллический индикатор типа «гость хозяин» с высоким уровнем контраста без поляроида с фазовым компенсатором // Оптический журнал. 2001. т. 68. № 1. с. 60 - 63

99. Симоненко Г.В., Чигринов В.Г., Квок Х.С.Оптические характеристики жидкокристаллического индикатора типа «гость хозяин» с фазовым компенсатором без поляризатора // Оптический журнал. 2001. т. 68. № 3. с. 63 - 69

100. Chigrinov V.G., Simonenko G.V., Kwok H.S. Guest host LCD with a. phase retardation plate // Proc. Of IDW - 99. Japan. Sen-dai. 1999. P. 1089 - 1090

101. Chigrinov V.G., Simonenko G.V., Ng Wan Wah, Hoi Sing Kwok Optimization of "guest host" LCD with a phase retardation plate // IDRC - 2000. Palm Beach. Di-gest. P. 257-260

102. M. Ohizumi, T. Miyashita, T. Uchida, T. Hoshino, M. Kano Optimization for Refractive STN-LCDs with a Single Polarizer // Asia Display 98. P. 1059.

103. Liquid Crystal Materials and Technologies of Organic Intermediates and Dyes Institute. Update December 1996

104. Hiap Liew Ong Electro optical properties of guest-host nematic liquid-crystal, displays // J. Appl. Phys. 1988. Vol. 63. No 4. P. 1247 - 1249.

105. Saito S., Kamihara M., Kobayashi S. Influence on the hysteresis effect of various parameters in supertwisted nematic liquid crystals // Mol. Cryst. Liq. Cryst. 1986. Vol. 139. P. 171 187.

106. Berreman D. W. Optics in stratified and anisotropic media: 4x4-matrix formulation // J. Opt. Soc. Am. 1972. V. 62. P.502-510.

107. Tsoy V.I. Freederics Transition Dynamics in a Nematic Layers with Surface Viscosity // Mol. Crys. Liq. Crys. 1995. V. 264. P. 51 56

108. Ken-ichi Yoshida, Hiroshi Kubota, Cleber Magadtras Gomes, et all The Evaluation of Multiplexability of a Supertwisted Nematic Liquid Crystal Display Device in Terms of Crosstalk Ratio // Jap. J. Appl. Phys. 1987. V. 26. № 12: P. L2059 L2060

109. Van Sprang H.A., Koopman H.C. Experimental and calculated results for the dynamics of oriented nematics with twist angles from 210° to 270° // J. Appl. Phys. 1988. V. 64. No 10. P. 4873 4878

110. Alt P.M., Pleshko P. Seaming informations of liquid crystals display // IEEE Trans, on Electron. Devices. 1974. V. ED-21. № 2. P.146 -155

111. Курчаткин С.П., Севостьянов В.П. Жидкие кристаллы в капиллярных объемах: поверхностные явления и надмолекулярная структура Саратов: СЮИ МВД, Россия, 2001.-204 с.

112. Брежнев. B.A., Ежов B.A., Симоненко Г.В., Студенцов С.А Пассивно-матричный жидкокристаллический экран и способ управления данным экраном Патент № 2001110750/09(071740) Россия. 24.04.2001.

113. Ангельский O.B., Ушенко А.Г., Архелюк А.Д., и др. Рассеяние лазерного излучения мультифрактальными биоструктурами // Опт. и спект. 2000. Т. 88. № 3. С. 495-498.

114. Кузьмин В.Л., Меглинский И.С. Обратное рассеяние света с линейной и круговой поляризациями в случайно неоднородных средах // Опт. и спектр. 2009. Т. 106. № 2. С. 294-305

115. Тучин В.В. Лазеры и волоконная оптика в, биомедицинских^ исследованиях // Саратов. Из во, Саратовского университета. 1998. 384 С.

116. Городничев Е.Е., Рогозкин Д.Б. Малоугловое многократное рассеяние света в случайно-неоднородных средах // ЖЭТФ: 1995. Т. 107. С. 209-235

117. Тучин В.В., Шубочкин Л.П. Применение лазеров в офтальмологии // М.!, ЦНИИ "Электроника", 1984. Ч. 1; 1985. 4.2.

118. Алмазов И.В., Сутулов Л. Атлас по гистологии и эмбриологии // М.: Медицина. 1978.

119. Duck F.A. Physical properties of tissue: a comprehensive reference book // L., Academic, 1990'

120. Bolin F.P., Preuss L.E., Taylor R.C., Ference R.J. Refractive index of some mammalian tissues using a fiber optic cladding method//Appl. Opt, 1989. Vol. 28: P.2297-2303.

121. Saratov Fall Meeting '99: Optical Technologies in Biophysics and Medicine // Valery V.

122. Tuchin; Dmitry A. Zimnyakov; Alexander B. Pravdin, Editors,//Proc. SPIE 4001. 2000. 144.Controlling Tissue Optical Properties: Applications in Clinical Study // Valery V. Tuchin, Editors,Proc. SPIE 4162. 2000. p. 1

123. Valery V. Bakutkin; Irina L. Maksimova; Tatjana N. Semyonova; et all Controlling optical properties of sclera// SPIE 1995. V. 2393. P. 137 141.

124. Симоненко Г.В., Лакодина H.A., Тучин В.В. Измерение оптической анизотропии биотканей с помощью ячейки с нематическим жидким кристаллом // Оптический журнал. 2000: Т. 67. № 6. С. 70 73

125. Симоненко Г.В., Папаев А.В., Тучин В.В. Простая модель для расчета спектра пропускания поляризованного света образцом биологической ткани // Оптический журнал. 2004. Т. 71. №5. С. 3- 6

126. Симоненко Г.В., Папаев А.В., Тучин В.В. Оптическая анизотропия-биоткани в условиях иммерсионного просветления и без него // Оптика и спектроскопия. 2006. Т. 101. № 1.С. 50-57

127. Симоненко Г.В., Папаев А.В., Тучин В.В. Двухшаговая модель распространения света в биотканях // Оптический журнал. 2007. Т.74. № 10. С.36 40

128. Аксенова Е.В., Вальков А.Ю., Романов В.П. Распространение и рассеяние света в слоистых средах // Оптика и спектр. 2008. Т. 104. № 3. С. 440 473.151 .Исимару А. Распространение и рассеяние волн в случайно-неоднородных средах // М., Мир, 1981.

129. Yoon G., Welch A.J., Motamedi М. et al. Development and application of three-dimensional light distribution model for laser irradiated tissue // IEEE J. Quantum Electr. 1987. Vol. 23, N 10. P. 1721-1733.

130. Bashkatov. A'.N.,,Genina E.A., Korovina I.V., Sinichkin Yu.P., Novikova.O.V., Tuchin V.V. In Vivo and in vitro study of control of rat skin optical properties by action of 40%-glucose solution// Proc. SPIE. 2001. Vol. 4241. P. 223-230.

131. Tuchin V.V., Utz S.R., Yaroslavsky I.V. Tissue optics, light distribution, and spectroscopy// Opt. Eng. 1994. Vol. 33. P. 3178-3188.

132. Терещенко C.A., Данилов A.A., Подгаецкий B.M. Уточненная' диффузионная модель для описания взаимодействия лазерного излучения с биологическими тканями // Опт. и спект. 2007. Т. 102. № 5. С. 840 845.

133. Соболь И.М. Численные методы Монте Карло // М., Наука, 1973.

134. Тучин В.В. Исследование биотканей методами светорассеяния// Успех. Физ. Наук. 1997. Т. 167. №5. С. 517-537.

135. Приезжев А.В., Тучин В.В., Шубочкин Л.П. Лазерная диагностика в биологии и медицине. М., Наука, 1989

136. Medical optical tomography: functional imaging and monitoring' /Eds G.Muller, B.Chance, R.Alfano et al. //Bellingham, SPIE, 1993. Vol. IS11.

137. Wang L.W., Cote G. L., Jacques S. L. Special section on Tissue Polarimetry // J. Biomedical Optics. 2002. Vol. 7. N 3. pp. 278-397.

138. Максимова И.Л., Тучин B.B., Шубочкин Л.П. Распространение света в анизотропных биологических объектах // Лазерные пучки. Хабаровск, Изд-во Хабаровского политехи, ин-та, 1985. С. 91-96.

139. Тучин В.В. Башкатов А.Н., Генина Э.А., и др. In vivo исследование динамики иммерсионного просветления кожи человека // Письма в ЖТФ 2001. Т. 27 №.12 С. 10-15

140. Tuchin V.V, SPIE tutorial texts in optical engineering // Bellingham, Washington, USA: SPIE Press, 2000, TT38.

141. Максимова И.Л., Зимняков Д.А., Тучин В.В. Управление оптическими свойствами биотканей: 1. Спектральные свойства склеры // Оптика и спектроскопия. 2000. Т. 89. №1. С.86 93

142. Ярославский И.В., Тучин В.В. Распространение света в многослойных рассеивающих средах. Моделирование методом Монте Карло // Опт. спектр. 1992. Т. 72. С.934-939

143. Бакуткин В.В., Максимова И.Л., Сапрыкин П.И. и др. Рассеяние света склеральной оболочкой глаза человека// ЖПС. 1987. Т. 46, № 1. С. 104-107.

144. Максимова И.Л., Тучин В.В:, Шубочкин Л.П. Поляризационные характеристики < роговой оболочки глаза// Опт. спектр. 1986. Т. 60,№ 4. С. 801-806.

145. Максимова И.Л., Тучин В.В., Шубочкин Л.П. Матрицы рассеяния света хрусталика глаза// Опт. спектр. 1988. Т. 65, № 3. С. 615-620.

146. Tuchin V.V., Maksimova I.L., Zimnyakov D.A. et al. Light propagation in tissues with controlled optical properties // J. Biomed. Opt. 1997. Vol. 2, N 4. P. 304-321.

147. Tuchin V.V., Zhestkov D.M. Tissue structure and eye lens transmission and scattering spectra // Nonlinear dynamics and structures in biology and medicine: optical and laser technologies / Ed. V.V.Tuchin. Bellingham, SPIE, 1997. Vol. 3053. P.123-128.

148. Максимова И.Л., Шубочкин Л.П. Матрица рассеяния света на плотно упакованной бинарной системе твердых сфер // Опт. спектр. 1991. Т. 70, №6. С. 1276—1281.

149. FarreIl R.A., Freund D.E., McCally R.L. Hierarchical structure and light scattering in the cornea//Mat. Res. Soc. Symp. Proc., 1992. Vol.255. P. 233-246.

150. Борен К., Хафмен Д. Поглощение и рассеяние света малыми частицами. М., Мир, 1986.

151. Bicout D., Brosseau С., Martinez A.S., Schmitt J.M. Depolarization of multiply scattering waves by spherical diffusers: influence of the size parameter // Phys. Rev. E. 1994. Vol. 49. P. 1767-1770.

152. Tuchin V.V. Tissue structure analysis at optical immersion // SPIE. 2002. V. 4916. P. 58 -67.

153. Ланкастер Дж. Теория матриц // М.: Наука, 1978. 280 с.

154. Изотова В.Ф., Максимова И.Л., Нефедов И.С. и др. Исследование анизотропии склеры // Оптика и спектроскопия. 1996. Т. 81. №6. С. 1003 1006.

155. Simonenko G.V., Denisova Т.Р., Lakodina N.A., Papaev A.V., Tuchin V.V. Optical anisotropy of biotissues //Proc. SPIE. 2001. Vol. 4257. P. 201-205

156. Грисимов B.H. Показатель преломления основного вещества дентина// Оптика и спектроскопия. 1994. Т. 77. С. 272-273.

157. Давид Р. Введение в биофизику// М.: Мир 1982.-120 с.

158. Котык А., Яначек К. Мембранный транспорт // М.: Мир.-1980-350с.

159. Vargas G., Chan Е. К., Barton J. К., Rylander III Н. G., Welch A. J. Use of a agent to reduce scattering in skin // Lasers in Surgery and Medicine. 1999. Vol. 24. P. 133 -141.

160. Kon I.L., Bakuthin V.V., Bogomolova N. V. et al. Trazograph influence on osmotic pressure and tissue structures of human sclera // Proc. SPIE.-1997.- Vol. 2971.

161. Kohl M., Cope M., Esseupreis M., Bocker D. Influence of glucose concentration on light scattering in tissue-simulating phantoms // Opt. Lett.-1994.- Vol. 19.- P. 2170-2172.

162. Liu H., Bealivolt В., Kimura M., Chance B. Dependence of tissue optical properties on solute- induced changes in refractive index and osmolality// J. Biomed. Opt.-1996.-Vol. l.-P 200-211.

163. Maier J. S., Walker S.A, Fantini S., Franceschini M., Gratton E. Possible correlation between blood glucose concentration and the reduced scattering coefficient of tissues in the near infrared // Opt. Lett- 1994-Vol. 19.-R2062-2064

164. Шишловский А.А. Прикладная физическая оптика// М.: Физматгиз 1961. -824 с.

165. Hemenger R. P. Refractive index changes in the ocular lens result from increased light scatter // J. Biomed. Optics. 1996. Vol. 1. N3. P. 268 272.

166. Rol P. O. Optics for transscleral laser applications // A dissertation for the degree of Doctor of Natural Sciences, Zurich, Switzerland 1991.

167. Джеррард А., Берч Дж. M. Введение в матричную оптику // М.: Мир. 1978. 341с.

168. Финкель А.Г., Цой В.И., Симоненко Г.В., Яковлев Д.А., Мельникова Г.И., Меркулова Т.Г. Численное моделирование характеристик отражательных ЖК -устройств // Нелинейная оптика и спектроскопия. Саратов. Из-во СГУ. 1991. Вып. 5. Часть 1.С. 51-60.

169. Кочубей В.И., Конюхова Ю.Г., Гюнсбург К.Е., Звездова Н.П. Влияние прогрева на спектральные характеристики чистых щелочно-галоидных кристаллов NaCl// Оптика и спектроскопия. 2000. Т. 89. № 4. С. 583 586

170. Де Жен П. Физика жидких кристаллов // М.: Мир. 1977. 400С.

171. Пул Ч., Оуэне Ф. Мир материалов и технологий: Нанотехнологии // М.: Техносфера. 2004. 328 с.

172. Richard P. Hemenger Refractive index changes in the ocular lens result from increased light scatter// J. Biomed. Optics. 1996. Vol. 1. N3. P. 268 272.

173. Цветков В. H. Оптическая анизотропия полужестких цепных молекул и двойное лучепреломление в потоке их растворов // ДАН СССР. 1965. Т. 165. № 2. С. 360 -363.

174. Грищенко А. Е. Механооптика полимеров // СпБ.: Из во С. - Петербургского университета. 1996. 196 с.

175. Симоненко Г.В., Моренко Р.А., Тучин В.В Спектры пропускания и отражения анизотропной среды с хаотической ориентацией оптических осей ее элементов // Оптический журнал. 2007. Т.74. № 9. С. 13 -19.

176. Воробьёв Н.С., Подгаецкий В.М., Смирнов А.В., и др. Улучшение оптического изображения объектов в сильнорассеиваюгцей среде с помощью контрастирующих красителей // Квантовая электроника 1999. Т. 29. № 12. С. 261 264.

177. Riefke В., Kai Licha, Wolfhard Semmler, et al. In vivo characterization of cyanine dyes as contrast agents for near-infrared imaging // Proc. SPIE Int. Opt. Soc. Eng., 2927, 199 (1996).

178. Zachary S. Sacks; Ron M. Kurtz M.D.; Ralph Fenn; et al. Laser spot size as a function of tissue depth and laser wavelength in human sclera.// Proc. SPIE 3255 1998. p. 67 -76.

179. Tuchin V.V., Culver J., Cheng C., et all Refractive index matching of tissue components as a new technology for correlation and diffusing-photon spectroscopy and imaging // Proc. SPIE 3598. 1999: P. Ill -120.

180. Wang R.K., Tuchin V.V., Xu X. et all Concurrent enhancement of imaging depth and contrast for optical coherence tomography by hyperosmotic agents // J. Opt. Soc. Am. B.2001.Vol. 18. № 7. 3. 948 953.

181. Bashkatov A.N., Genina E.A., KochubeyV.I. Lakodina N.A., Tuchin V.V. Osmotical liquid diffusion within sclera // Proc. SPIE. 2000. Vol. 3908. P. 266-276.

182. Bashkatov A.N., Genina E.A., Korovina I.V., Sinichkin Yu:P., Novikova O.V., Tuchin V.V. In Vivo and in vitro study of control of rat skin optical properties by action of 40%-glucose solution// Proc. SPIE. 2001. Vol. 4241. P. 223-230.

183. Tuchin V.V., Xu X., Wang R.K. Dynamic Optical Coherence Tomography in Studies of Optical Clearing, Sedimentation, and Aggregation of Immersed Blood // Appl. Opt.2002. V. 41. № l.P. 258-271.

184. Molle T.R., Brocken A. J. A Model of Solute Transport through Stratum Corneum Using Solute Capture and Release // Bulletim of Math. Biology. 2007. V. 69. P. 1887 1907.

185. Каталог цветного стекла. M.: Машиностроение. 1967. 62 е.; Стекло оптическое. ГОСТ 9411 - 60. СССР. Государственный стандарт. М. 1960. - 48 с.

186. Тейлор Дж. Введение в теорию ошибок. М.: Мир. 1985. 272 с

187. Papaev A.V., Simonenko G.V., Tuchin V.V. Optical anisotropy of biological tissues // Proc. Inter. Topical Meeting on optical sensing and artificial vision (OSAV' 2004) S.-Peterburg. 2004. P. 358 -366

188. Симоненко Г.В., Папаев А.В., Малинова Л.И. и др. Использование оптических методов исследования диффузии веществ в,различных биологических тканях // Вестник АИН. 2007. № 3 С. 448 455.

189. Симоненко Г.В., Кириллова Е.С., Тучин В.В. Математическая модель подавления рассеяния лазерного излучения в биотканях с помощью метода иммерсионного просветления // Успехи современной радиоэлектроники. 2008: № 9. С. 48 52.

190. Simonenko G.V., Kirillova E.S., Tuchin V.V. Mathematical model of describing of kinetics of tissue optical clearing // Opyical Memory and Neural Networks (Information Optics). 2009. Vol. 18. N 2. pp. 129 133

191. Chance В., Liu H., Kitai T. et al. Effects of solutes on optical properties of biological materials: models, cells and tissues // Anal. Biochem. 1995. V. 227. P. 351 362.

192. Vargas G., Chan E.K., Barton J.K., et al. Use of an agent to reduce scattering in skin // Laser. Surg. Med. 1999. V. 24. P. 138 141.

193. Tuchin V.V. Coherent optical techniques for analysis of tissue structure and dynamics // J. Biomed. Opt. 1999. V. 4. № 1. P. 106 124.

194. Башкатов А.Н. Управление оптическими свойствами биотканей при воздействии на них осмотически активными иммерсионными жидкостями: Дисс. канд. физ.-мат. наук / Сарат. ун-т, Саратов, 2002.

195. Huang Y., Meek К.М. Swelling studies on the cornea and sclera: the effects of pH and ionic strength//Biophys. J. 1999. Vol. 77. P. 1655-1665

196. Schmitt J.M., Kumar G. Optical scattering properties of soft tissue: a discrete particle model // Appl. Opt. 1998. Vol. 37. N. 13. P. 2788-2797.