Оптическое устройство

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 12.10.70 (21)1 1479054/18-10 (511 .Ч. Кл. 6 02Ь 5/14 с присоединением заявки № 1625401/18-10

Государственный комитву

Совета Министров СС59 но делам иэо0ретщинВ и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 14.06.75. Бюллетень № 22

Дата опубликования описания 28.10.76 (53) УДК 535.813 (088.8) (72) Авторы изобретения М. Е. Перельман, Г. М. Рубинштейн, В. В. Чавчанидзе и В. С. Чагулов

Институт кибернетики АН Грузинской ССР (71) Заявитель

Изобретение относится к световодным устройствам.

Известны оптические устройства, состоящие из кюветы с жидкой средой и систем возбуждения в этой среде гармонических колебаний, каждая из которых содержит источник энергии, монохроматор, излучатель и резонатор.

Описываемое устройство отличается от известных тем, что жидкая среда составлена нз компонентов с несовпадающими оптическими характеристиками, отражающие поверхности резонаторов системы возбуждения параллельны напра|влению распространения светового потока, а выходы монохроматоров синхронизованы между собой с заданной величиной запаздывания. Компоненты жидкой среды могут иметь неодинаковые удельные плотности, а системы возбуждения могут быть выполнены в виде генераторов ультразвуковых колебаний Компоненты жидKOH среды могут иметь неодинаковые величины дипольных моментов, а системы возбуждения могут быть выполнены в виде генераторов электромагнитных колебаний, жидкая среда может быть доведена до затвердевания и один из компонентов жидкой среды может быть электропроводен.

Такое выполнение устройства обеспечивает регулирование формы, количества и положения световедущих каналов в нем.

На чертеже схематически изображено описываемое устройство, содержащее кювету 1 с жидкой средой, излучатели 2 гармонических (ультразвуковых илн электромагнитных) колебаний с монохроматорамн н отражатели 3 резонаторов.

При включении генераторов на длинах волн, соответствующих режимам стоячих волн вданных резонаторах, в кювете 1 возбуждаются две взаимно перпендикулярные системы стоячих волн, образующие систему световодов, пропускающую световой поток в направлении, перпендикулярном плоскости чертежа. Изменение длин волн, генерируемых излучателями, меняет поперечные размеры световодов, а из15 мененне расположения и (или) формы излучателей и резонаторов, добавление новых излучателей меняет геометрию световодных каналов, их размеры, кривизну и топологию.

Количество излучателей может быть произ20 вольным (не менее двух) и зависит от требуемых конфигураций и количества световодов в системе.

Несовпадение (запаздыванне по времени) моментов включения двух и более систем излу25 чателей приводит и динамическому (т. е. зависящему от времени) изменению геометрии световодной системы. Полное откл1очение системы .какого-либо из излучателей равносильно за паздыванию, равному бесконечности.

30 Стоячая УЗ-волна вызывает в веществе, ра473974 нее о..(породном, периодическое изменение !ав;1(.I! «51, П РО!10J)ЦИ0113/! ЫIО КОТОРОМУ М С:I я TСЯ плотность, а следовательно, в соот»етствин с формулой Лорептц-<Лоре(!ца возникает периодическое «дог(ь l!! Jll!» раснрвстра пения УЗволн изменение показателя преломлеппя. Одиноч !ая УЗ-волна соответствует образованию слоистых световодных систем. 11ало>кение таких волн приводит к образованию с»етоводов.

Показатель преломления внутри таких свето- 10 водов меняется по гармоническому закону.

П))п 03»учиlгапни смеси ?кидкосте!1, Ооразу!Ощих эмульсию (с эмульгаторох! нлн без него), коагуляцпя диспсрсныx частиц происходит в !

1!> 3 IC CT051!ICII BO;Ill bl В За»ИСИМОстп от плотности дисперсной фа ы по сравнению с плот!«сс!! !О дисперсионной ())азы (масла в и> !с и керосине, керосина в «оде п т. п.).

При таком расслоении в поле двух перпендикулярных cJ!cTcxl получаются световоды, окр)жсп(»1е 000,!О! с иным показа 1 с !ем пре ломлспия. Д/!51 этого берется жидкая смесь, COCTO5fLLI3Я ПЗ ТРЕХ ВСЩЕСТВ, ПЛОТНОСТИ КОТО()ЫХ удовлетворяют одному пз нej)3«el;cTB:

Р((j)g 1>3, f0l () > O РЗ.

Г1срвое н второе »ещества оптически прозрачны, 3 показатель преломления первого вещества больше показателя прелом !cf!1!s!» 1орого вещества.

Если в жидкость (одно- плп )яногокомпонептную) помещены тонкие эмульсии непрозрачных веществ, то вещества расслаиваются так, что между световодами образуются нспрозра

1ocrb (например, cнлав Ву.(3» бромбспзол("5 илп тстрахлорэтане).

ЕС.I JI жп (1(OCT«> 13 1(оторой >> CT< l!OÂ,ICJ! 3 Сflстема стоя Ilfx волн, доводят до отвер (сваипя, тo расслоение сохраняется п H твердом теле, т. с. получается «заморожен«<151» свето«0;(п351 .10

CXCÌ3.

Например, сила» Вуда расслаивается B тс(р;)хлорэтанс 110;I, действием стоячих УЗ-»О ill.

По 1п Iej)f!33 II II5I прО«од»ТСЯ Оез Bl>if(ИОЧ(.1!

<3-поля Il получается гoTo«oc c»åòîâoä»îñ 41> стройство. Области с достаточной копцентраи1;сй сплава Вуда образуют электропроводящие участки световодиой системы.

Если жидкость не доводить Lo OT«ej)девання, го ирп снятии УЗ-ноля восстапа»ливается гомогснная структура (коагуляцня предотвращается добавлением слабого электролита пли другого антнкоагулянта), и в том же веществе может быть создана иная cxexf3, определяемая с< рас!юло>кением внешних излучателей, Ilx мощ1l0c1ью If частотой. Например, это свойство мо

?кет быть применено при построении дефлектора и затвора УЗ-ячейки, в которой создается спсгсма динамических световодов. Ход лучей через ячейку регулируется I!pl! этом вне(пиим

УЗ-нолем, создающим световоды заданной конфигурации (именно B иих и происходит смещение лучей на необходимые углы или расстояние). Под действием УЗ-волн среда, запол)10 l!!ая «епрозрачнымп частицами, может 6. сгать прозрачной в определенном направле11пп, т. с. такая динамическая световодиая система может осуществлять функц>1И затвора.

Если в рабочем объеме создана устойчивая

cJfcIcx13 бег) щих волн такая, что скорость перс м сщefl JIB нуч !!Осте)! где /. — длина волны, а т, — наибольшее

».)смя релаксации расслоения жидкости, то таf(0c устройство может быть использовано для скаппроваии)1 изображения. Такое сканироваIIII(. мо>кст быть получено заданным изменением llo вреxlellll частоты внешних излучателей. (пош(шснпсм шггспсивиостп УЗ-волн в жидкости «узлах стоячих волн скаплигаются каВптацпоппыс п>зы)>ьк)1, коfoj)bl(> xlol т даже образовывать сверкающие зоны, т. с. создавагь оболочки с ме1ьшим показателем преломления, так как Они заполнены паром. Прп этом пзмспсннсм поля мож!!0 добиться, чтобы pa,(!!ye пузырько» A был меньше /., т. е. чтобы опп Образовали достаточно гладкую для отра>J(eIlIf5I светя по»срхпость. ,) c/10!31!(. f f

/. где / — 01 а 11!!ecl(oc дав,!el!)le в жидкОс1 и;

n — коэффициент 110»cj)x!JocT натяжения.

Хорошо псс,!едоваппымн вещес)в

Б II(lcTO)I!lifo>I электрическом ш>ле благодар51 иавс:!сн«011 поляризации наблюдается движение !ю fffj)»f>fx дисперсных часпш впеполярной жидко;тп, расс Jo

I Iз«(.с «О, ITO» j)c»()JIBToj)c .)азер 1, J)360TBIOщего» псп )cj)f»IJI!(uf рсжнмс, устанавливается с)lñTñxl3 с 1 ОHч Jlx»0 1!I. БыООР двi . !1(. j)!!(>1!дпк1лярпых друг к другу резонаторов с прямо > ГО !Ь1!ЫМ I! ОТJ)3?Ка e 5UJ JI, В> 001Ц(. и ОО 13СТП КО

ТОРЫ Х ПОМ(. ЩB(. TC51 I(fo»CТ3 С НСС !СД > ЕМЫ)М ВЕществом (прозрачным как;(ля )!)АЙ-!г)/!(чснпя, так, но крайней мере, частично н для ви:(ИМОГО Jf»/1>, !!Cliff)I ), III)!I»0;11ll К СОЗДЯПИ!О ДИнам:!ческой планшайбы со свето»одамн, папаллелы;ыми обеим Отра>какпцим c!!cTexf«м резона горо«. ак, пгл)ользованне лазеров СО (/. = 10,6 м км ) приво f! Iт к образованию ил аll шайбы с д!гаметром световодов около

5 мкм, что близко к Рэлсе»скому (волновому) пределу. (, BcT0B0:Lbf большего диаметра могут быть получены при использовании излучателей миллиметровых п субмиллнметровых волн.

Так, прп помещении в поле стоячих ЭМ-волн смеси жидкостей с разными дппольиыми моментами, образующих эмульсию (с эмулыатором или без него), коагуляция дисперсных ча473974 )

25 зо

55 ьо

/стнц происходит в пучности илн узле стоячей волны в зависимости от поляриэуемостн лнсперсной фазы по сравнени!о с нолярнзуемостью дисперсионной фазы (масла в воде н керосине, керосина в воде и т. и.). Прп таком расслоении в поле двух перпендикулярных си.стем получаются световоды, окруженные оболочками с показателем преломления, отличающимся от показателя сердцевины отдельного световола.

Если в жидкость (одно- или многокомш>нентную) помещены тонкие эмульсии ненрозра IH»ix веществ с иной полярнзуемостью, то вещества расслаиваются так, что между световодами образуются зоны меньшей прозрачности, увеличивающие контрастность (напрнме,), мелкие частицы сплава Вуда в бромбензол« или тетрахлорэтане). Для этого берется смесь, .состоящая из трех веществ, дипольные моменты которых удовлетворяют одному из неравенств:

d1 (d2 (d„. И 1 И dl,) d2 ) dз.

Первое и второе вещества оптически прозрачны, а показатель преломления первого вещества больше показателя преломления второго вещества; причем в этой жидкой смсси устанавливаются системы стоячих электромагнитHhi Y 130;IH.

Если жидкость, в которой установ(ена система стоячих волн, довести до отвердевания, то расслоение сохранится и в твердом теле, т. е. будет получена «зах(ороженна)1» светопроводящая схема.

Если жидкость не доводить до отвердевания, то нрн снятии ЭМ-поля восстанавливается гомогенная структура (коагуляция предотвращается добавлением слабого электролита или другого антнкоагуля!па) н в том же веществе может быть создана иная схема, определяемая расположением внешних нзлучатсл й, нх мощностью и частотой. Например, это свойство может быть Hðíìåí Ho H)>H построен!Ill лефлектора и затвора ЭМ-ячейки, в которой создается с н с те м 21;(! 1 н а м н ч е с 1 ! х с (3 8 T o B o л О 13. Х Од л у ч е и через 5(чейку регулируется прн этом внешним

ЭМ-нолем, создающим световолы заданной конфигурации (имменно в ннх происходит смещени«лучей HB необходимые углы илн расстояние). Под действием ЭМ-волн срела, заполненная раствором, в котором имеются непрозрачные частицы, может стать прозрачной

«определенном направлении, т. е. осущсс(«ить функц.IH затвора.

Если в рабочем объеме (оздана уст:„)!чн«яя сн.)темя бегущих волн, такая, что скорость не/.

)>C (LLI(11. 1)! Hk HHOCTCI! 1 = —— т. где ).— длина волны, а т» . — наибольшее время релаксации расслоения жнлкост!1, то такое устройство может быть использовано для сканирования изображения. Такое скан:«рованнс может оыть получено заданным изме1:(кием «0 «р«м(.нн частоты внешних излучателей. Все э: н изменения могут при введении ооратной связи «ынолняться нз-за взаимо:IcIlcTl3Ii5I «««то«ых потоков с самой динамической свето«олной системой.

Таким образом, описанное устройство позволяет расширить класс веществ, используемых лля созлян(гя с«сто«олных ул ройств, в частности, включить 13 этот класс жидкие смеси, Описанное устройство устраняет ряд технолог(!ческнх трулносгей. возникающих при изгоTOBE«н1!и сложных «ветоводн!!х у«гройств, нанриме;) много»олоко:11(ых. так как составноЙ характер многоволоконных устройств приво;lHT к различным нарушениям когерентности

1 l I) l l с 00 р к е, д с, 1 а (. т н )) а к т и 1 (c h H невозможным

«якуумное уплотнение устройств и, самое главное, нрнволнт к техннческон неосуществимости волоконных устройств большого диаметра.

Данно« устройство обеснечн«ает возможность ди.l«ì«÷åñко(х) управления световодной системой !3 отличи« От жестких систем, которые не позволяют нн менять разрешающую способно(ть устройства. нн изменять (немеханнческим путем) ««параметры и, тем более, ее структуру (статическая система).

Предмет изобретения

1. Оптнче«кoe устройство, солоящее нз кюветы с жидкой средой н систем возбуждения в этой среде гармоннче«кнх колебаний, каждая из которых солержнт источник энергии, монохроматор, излучатель и резонатор, отличаюи/ееея тем, что, с це/и ю регу;шрования формы, количества н положения световедущих каналов в устройлве. жидкая среда составлена нз компонентов (несовпадающими оптическим.l характер!«стнк l>IH. отражающие поверхно«г i резо!!яторов системы возбуждения паряллел»HI! H(III))LIBленнк> ряснро«транения светового потока, я выхолы монохроматоРОВ СИНХ))01(НЗОВ(111!э1 31Е>КЛ) COOOII С З(IЛЯННОЙ

Н ЕЛ И Ч И Н 0 и .:,Я 11 Я:! Л »1 «;I . 111 и .

2. Устройл во Ilo и. 1, от (и (аюи)ееся тем, что ком«о !енгы жидкой среды имеют неодинаковые улел»ные пло!Ности, я системы возбужлення выполнены в внле генераторов ультразвуков»(к колебаний.

3. Улройлво 110 II. 1, Отли(ат(ц(c .c.(тем, что, к0311(онс1!Ты il(H3I(oi())(.ль(из(еlот неодинаковые велич;(ны дннол IIII_#_ моментов, а системы возбу>клен((я выполнены г внл«генераторов элекгромягннтных колебаний.

4. Устройство но нн. 1 — 3, (>тлича(ои/ееся те>l, что жнлкяя среда доведена ло затвердевши:!я.

5. Устройл во но пн. 1 — 4, От (ичаюи ееся тем, что один нз компонентов жидкой среды элект)) 0»)>0;30zeH.

11р((орн T«T;io и. 3 !1(чн«ля !! От 01.03. 1.

473974

Составитель Г. Литвин

Техред Л. Казачкова Корректор О. Тюрина

Редактор И. Шубина

Заказ 5817 Иэд. ¹ 1639 Тираж 593 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытый

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. д. 4/5

Обл. тип. Костромского управления издательств, полиграфии и книжной торговли