Электрооптический модулятор света

Принципы построения светомодулирующих устройств записи фотографических фонограмм. Электромеханические, электрооптические, акустооптические модуляторы света. Лазерное светомодулирующее устройство для записи фонограмм.

 

Светомодулирующие устройства для записи фотографических фонограмм выполняют две функции. Первая – формирование в плоскости киноплёнки записывающего элемента с заданной освещенностью, определенных размер формы. Вторая – изменение (модуляция) одного из параметров записывающего элемента (освещенности, размеров, пространственного расположения и т.д.) по закону записываемого сигнала.

Первая задача решается с помощью источника светового поток оптических элементов. Конкретные форма, размеры и освещенности записывающего элемента зависят от вида получаемой фонограммы и используемого способа записи и требуемых качественных парами звукопередачи. Например, запись фонограммы переменной ширины традиционном варианте осуществляется узким световым штрихом, w которого изменяется (модулируется) по закону звукового сигнала. Альтернативным способом является запись сканирующим по ширине дорожки записи световым пятном. Размеры и освещенность записывающих элементов, как и сами устройства записи, в этих двух способах существенно отличаются.

Вторая задача – изменение (модуляция) параметров записывают элемента по закону записываемого сигнала осуществляется с помощью специальных устройств. Требования, предъявляемые к этим устройствам зависят от способа записи и различаются при аналоговой и цифровой форме сигнала.

Традиционно до недавнего времени для записи фотографических фонограмм переменной ширины использовались исключительно светомодулирующие устройства электромеханического типа: зеркальные гальванометры, ленточные осциллографы и т.д. В основе подобных модуляторов лежит принцип модуляции светового штриха при помощи той или иной колебательной механической системы, колебания которая осуществляются под воздействием подводимого звукового сигнала.

На рисунке приведена схема зеркального гальванометра петлевого тина, применяемого в электромеханических светомодулирующих устройствах (СМУ) электродинамического типа, используемого для записи фотографических (аналоговых) фонограмм.

В зазоре постоянного магнита 1 расположена натянутая, закрепленная на концах, петля 2 из проволочки с укрепленным на ней небольшим зеркальцем 3 (0,6 х 2 мм). При прохождений звукового тока по проволочке возникает переменное магнитное поле вокруг нее, которое взаимодействует с полем постоянного магнита. Так как ток по обеим сторонам проволочки протекает в противоположных направлениях, то создаваемые им механические силы вызывают вращательный момент петли, пропорциональный силе тока и его направлению, что создает угловое отклонение модуляционного зеркальца, а следовательно, и отклонение отраженного зеркальцем светового потока Ф.

 

 

Оптическая схема светомодулирующего устройства с зеркальным гальванометром представлена на рис. 2 А.

Вырез маски 3, имеющий определенную (традиционно М-образную) форму, освещается источником света 1 и изображается линзой 4 в плоскости диафрагмы со щелью 7. Объектив 8 изображает освещенную щель в плоскости движущейся кинопленки 10, образуя записывающий световой штрих 9. Равномерную освещенность пишущего штриха и уменьшение световых потерь обеспечивают конденсоры 2 и 6.

Положение изображения маски относительно щели определяется поворотом зеркальца 5 гальванометра в соответствии со звуковым сигналом. При этом изображение маски колеблется в направлении, перпендикулярном длинной стороне щели (рис. 2 Б). Соответственно изменяется длина освещенного участка щели и ее изображения - пишущего светового штриха: (для 35-мм кинопленки ширина и длина светового штриха соответствует 0,006 мм и 1,9 мм; освещенность штриха примерно 5.10⁵ -5 Л О⁶ лк). Для пишущего штриха определяет ширину фонограммы на киноплёнке. Изменение длины освещенной части штриха, а следовательно ширины фонограммы определило название данного типа фонограммы - фонограмма переменной ширины.

 

 

Электрооптический модулятор света

Основу модулятора составляет фазовая ячейка, представляющая собой оптически анизотропный (одноосный) двухлучепреломляющий кристалл материала с электрооптическим эффектом.

В отсутствие электрического поля молекулы кристалла ориентированны хаотическим образом, поэтому он в целом ведет себя как изотропная среда коэффициенты преломления света одинаковы во всех направления кристалле. Под воздействием электрического поля молекулы поворачиваются определенным образом и кристалл приобретает свойства анизотропного одноосного кристалла с оптической осью, ориентированной вдоль поля.

Модулятор света для записи фотографических фонограмм (рис. состоит из лазера 1, поляризатора 2, анизотропного электрооптического кристалла 3 и второго поляризатора, называемого анализатором. Направления поляризации поляризатора и анализатора взаимно перпендикулярны.

Свет лазера, линейно поляризованный входным поляризато распадается в анизотропном кристалле на две компоненты, поляризованные двух взаимно перпендикулярных направлениях:

на обыкновенный Ро и необыкновенный Ре лучи, при этом поляризация последнего из них совпадает с направлением прикладываемого электрического поля.

При отсутствии электрического поля среда кристалла однородна и лучи распространяются в кристалле с одинаковой скоростью. В этом случае выходящий луч имеет такую же поляризацию, что и входящий следовательно, не проходит через анализатор.

Если к кристаллу приложить электрическое поле, то от его величина будет зависеть коэффициент преломления луча Ре, совпадающего по направлению с полем. При этом скорость распространения светового колебаний в направлении электрического поля начинает превышать скорость распространения световых колебаний в перпендикулярном направлении, и возникает фазовый сдвиг между этими колебаниями, пропорциональный величине приложенного к кристаллу напряжения.

На выходе кристалла компоненты Ро и Ре объединяются в один поток (интерферируют). При этом из-за приобретенного сдвига фаз между компонентами поляризация выходного луча меняется и становится эллиптической. Анализатор 4 вырезает из эллиптически поляризованной волны компонент, поляризация которого задана анализатором. Интенсивность этой компоненты пропорциональна косинусу удвоенного фазового сдвига и максимальна при сдвиге –п/2.