Schnelle adaptive optische Linsen und Strahlableiter mit hoher Effizienz
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im vorliegenden Abschlussbericht zum Projekt "Schnelle adaptive optische Linsen und Strahlablenker mit hoher Effizienz" sind die erzielten Resultate des dritten Projektjahres zusammengestellt. Auf die Resultate der ersten beiden Projektjahre wird auf den Zwischenbericht verwiesen. Die Zielsetzungen des vorliegenden Projekts waren die Verbesserung bestehender und Entwicklung neuer Methoden zur Reduzierung von Ausschaltzeiten von Phasenmodulatoren aus nematischen Flüssigkristallen, sowie die Entwicklung und Vermessung schaltzeitoptimierter adaptiver Elemente. Im Rahmen der ersten beiden Projektjahre wurde die Optimierung der Schaltzeit mittels Ausnutzung des Temperatur- und Dual-Frequency-Effekts realisiert. Die Temperatur beeinflusst die Rotationsviskosität der Nematen, wodurch die Schaltzeit verbessert werden kann. Dazu wurden spezielle Elektroden auf die Zelle integriert, um elektrisch die Temperatur zu regulieren. Des Weiteren wurde der Dual-Frequency-Effekt, welcher die Frequenzabhängigkeit der dielektrischen Anisotropie ausnutzt, untersucht. Durch die beiden Effekte konnten jeweils Schaltzeitreduzierungen um den Faktor drei bis fünf erreicht werden [1]. Im letzten Projektjahr wurde das Schaltverhalten der Nematen in Hostnetzwerken untersucht. Durch die Erhöhung der Randanbindung mittels Einbettung der Flüssigkristall- Moleküle in sog. Domänen aus Polymeren {PSLC: Polymer Stabilized Liquid Crystals bzw. FN: Filled Nematics) und anschließender einheitlicher Orientierung konnte die Ausschaltzeit erheblich reduziert werden. Dabei wurde der Einfluss der Konzentration der verwendeten Komponenten, sowie der UV-Dosis und Temperatur während der Aushärtung auf die Schaltzeit untersucht. Zur Vororientierung wurden elektrische, magnetische, sowie mechanische Methoden entwikkelt, wobei letzte die besten Ergebnisse lieferte. Durch die mechanische Methode konnte eine Ausschaltzeit von unter 15 ms für eine Phasenverzögerung von 671 bei X = 633 nm erzielt werden. Das entspricht einer Reduzierung um einen Faktor größer als 27 gegenüber einer herkömmlichen Flüssigkristall-Zelle. Durch alle drei Methoden konnten Verbesserungen gegenüber konventionellen Methoden erreicht werden. Die Gesamtphasenverzögerung kann durch die Verwendung von dickeren Zellen weiter erhöht werden, ohne dabei die Schaltzeit wesentlich zu beeinflussen. Die während dieser Arbeit entwickelten Methoden zur Schaltzeitreduzierung wurde in adaptiven optischen Elementen zur Strahlablenkung und Fokussierung angewandt. Die Ausschaltzeit einer CLC-Linse [12] konnte mit dem Temperatur-Effekt um Faktor drei auf 500 ms, sowie die eines refraktiven Strahlablenkers um den Faktor 60 auf unter 16 ms reduziert werden. Die im Rahmen dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse können dazu beitragen, die phasenmodulierende Eigenschaft der nematischen Flüssigkristalle effizient und kostengünstig für ein breiteres technisches Anwendungsspektrum zu erschließen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- S. Somalingam, K. Dressbach, M. Hain, S. Stankovic, T. Tschudi, J. Knittel and H. Richter, Effective spherical aberration compensation by use of a nematic liquid crystal device, Appl. Opt. 43 (2004) 2722-2729
- S. Somalingam, M. Hain, T. Tschudi, J. Knittel and H. Richter, Aberration Compensation Using Nematic Liquid Crystals, 102. Springer Proceedings in Physics, Springer Verlag (2005) ISBN-3-540-23978-2
