TEMA BROJA

Pripremio: A.Ž.

TEČNI KRISTALI

Modulatori
Izučavanje atmosferskih promena

Turbulenciju u Zemljinoj atmosferi uzrokuju promene temperature i pritiska koje utiču na promene indeksa prelamanja odnosno refrakcije vazduha, i prostorno i vremenski. Obzirom da se optički talasi šire kroz atmosferu, ove refrakcije stvaraju distorziju talasa. Distorzije mogu da imaju negativan uticaj na mnoge optičke sisteme komunikacija i vizualizacije kao i na lasersko oružje.Tokom poslednjih sto godina, modelovanje posledica turbulencija bilo je predmet velike pažnje i u centru statističkog modeliranja iz čega su proistekle neke korisne teorije. Statističke analize su neophodne jer je inače nemoguće opisati indeks refrakcije za sve pozicije u svemiru i za sva vremena - prevelik je broj slučajnih ponašanja i varijabli da bi se moglo doći do zatvorenog rešenja. Najprihvaćenija teorija je ona koju je predstavio A.N. Kolmogorov 1941. godine.

Uticaj na vojne laserske sisteme

Ukoliko se ne kompenzuju efekti atmosferskih turbulencija, one bi mogle imati katastrofalne posledice po većinu uređaja, posebno po vojne laserske sisteme. Još od vremena Isaka Njutna poznate su posledice po aplikaciju vizualizacije kroz atmosferu. Od ranih osamdesetih godina, Ministarstvo odbrane SAD ulaže u adaptivno-optičku tehnologiju radi rešavanja ovog problema. Za visoko energetske laserske sisteme, glavni efekti su “džiter” snop (kratkotrajna nestabilnost amplitude ili faze signala) i širenje snopa. Ovi efekti smanjuju prosečnu isporučenu snagu i time povećavaju vreme potrebno za postizanje željenog efekta ili eventualno eliminisanje samog efekta. Za lasersku komunikaciju u slobodnom prostoru, to može da prouzrokuje da signal bledi sa pomeranjem snopa. Dokazano je da korišćenje mehanizma za kompenziranje atmosferskih distorzija, kao što je modulator SLM, omogućava uspešno izvršenje ovih misija.

Modulatori sa tečnim kristalima

Modulator SLM

Modulator SLM sa faznom modulacijom sastoji se od osnovice sa tečnim kristalom na silikonu (LCOS) i pokrivnog staklenog sloja sa providnom elektrodom. Osnovica predstavlja varijabilno polje aluminijumskih piksela, koji služe i kao reflektivna ogledala i elektrode. Svaka elektroda ima piksele i nezavisno se kontroliše, što omogućava stvaranje polja visoke rezolucije sa faznom modulacijom. Optička modulacije se postiže dejstvom napona preko sloja tečnih kristala sa piksela na osnovici na providnu elektrodu na pokrovnom staklu. Svetlo ulazi u sloj tečnog kristala, polarizovano duž vanredne ose, odlaže se ili se faza prebacuje. Količina prebacivanja faze zavisi uglavnom od tri faktora: indeksa materijala tečnih kristala, debljine sloja tečnih kristala i talasne dužina ulazne svetlosti.

Emuliranje turbulencija

Studenti na Institutu AFIT su proučavali metode emulacije optičkih efekata atmosferskih turbulencija u laboratorijskim uslovima. Emulacija turbulencija je potrebna radi testiranja učinka adaptivno-optičkih sistema u kontrolisanom okruženju. Na Institutu su korišćena dva pristupa. Prvi je da se atmosfera tretira kao skup turbulentnih slojeva. Drugi je da se atmosfera tretira kao jedinstven medij.

Prvi pristup je dugo u primeni i koristi statične ploče kao fazne turbulentne slojeve. Ove ploče mogu da se rotiraju i stvore dinamički emulator turbulencija. U ovom pristupu, snaga, lokacija i ugaona brzina turbulencije svakog faznog ekrana može da se menja radi praćenja i modeliranja željenih atmosferskih parametara. Odnedavno, u nekim laboratorijama se, umesto faznih ploča, koriste modulatori SLM sa tečnim kristalima. Prostorni modulatori svetlosti imaju prednost što su dinamični, moguće ih je kontrolisati i ponavljati bez premeštanja delova. Studenti na Institutu AFIT su proučavali ovaj pristup uz korišćenje dva modulatora SLM, pri čemu je svaki predstavljao po jedan sloj turbulencije.

Drugi pristup je nov i o njemu nema izveštaja u stručnoj literaturi. Tu je jedini cilj da se predstavi optičko polje nakon što je već prošlo kroz turbulenciju. Na primer, može da se uradi simulacija talasne optike na kraju memorisane turbulentne putanje. Nakon toga može da se koristi sistem emulacije turbulencije kojim se u laboratoriji stvara i ponavlja isto optičko polje.

Kontrola talasnog fronta

U tipičnom slučaju, ogledala koja mogu da se deformišu (DM) se koriste kao korektori talasnog fronta u adaptivno-optičkim sistemima. Korist od DM ogledala je što ona mogu da obrade nepolarizovano svetlo širokog pojasa i imaju vreme odgovora manje od milisekunde. Međutim, DM ogledala su skupa i imaju nisku rezoluciju. Za razliku od toga, modulatori SLM imaju brojne prednosti. Modulatori SLM imaju i određene nedostatke, na primer smanjenu efikasnost defrakcije, sporije vreme odgovora, polarizaciju zavisnosti i zavisnost od talasne dužine. Za neke od ovih nedostataka postoje rešenja. Kada se novi tečni kristali kombinuju sa osnovnom pločom nešto višeg napona, napravljen je modulator koji, prema izveštajima, ima potrebno vreme reagovanja ispod milisekunde.

Obzirom da optička modulacija nije direktno zavisna od korišćene pozadinske ploče, već zavisi od tipa tečnih kristala i debljine sloja tečnih kristala, ista ploča može da se koristi za brojne namene. Ovakav modularni dizajn omogućava da se SLM modulator višestruko koristi za različite tehnologije: na primer, optičke korelacije, usmerivače snopa, optičku manipulaciju, projektore, holografsko pohranjivanje, oblikovanje pulsa.

A.Ž.