Однако испол/ьзование обычных фотоэмульсионных материалов ограничивается рядом неудобств. Во-первых, требуется кропотливая и относительно продолжительная их обработка (например, проявление, фиксация, сушка и т. п.). Во-вторых, однажды обработанная фотопленка или иное фотоэмульсиониое изделие, как правило, не могут быть использованы вторично и не позволяют в случае необходимости заменять информацию, так как фотопроцесс необратим. Разрешающая способность обычных фотоэмульсий, кроме того, ограничивается размерами кристаллов серебра, в лучшем случае имеющих сечение порядка микрона, что в ряде случаев недостаточно.

Фоточувствительные материалы на основе фотохромных соединений лишены указанных недостатков. Они не требуют проявления и фиксации, позволяют оптическими методами (иногда также нагреванием) многократно стирать старую, а затем записывать любую новую информацию. Разрешающая способность этих материалов соизмерима с размерами молекул.

Интерес к оптическим методам записи, хранения и считывания информации при использовании фоточувствительных материалов типа фотохромных исключительно широк. Обратимость фотохромного Процесса и малые значения времени фотопереходов делают фотохромные соединения особенно привлекательными для использования их Б устройствах и схемах оптико-электроники, в первую очередь в запоминающих устройствах цифровых вычислительных машии, а также устройствах индикации и отображения.

При построении систем записи, считывания, индикации и отображения информации с использованием фоточувствительных материалов весьма существенной является проблема модуляции, сканирования и точного координатного отклонения светового пучка. Неслучайно поэтому фотохромные материалы считают наиболее подходящими для использования их в простых быстродействующих запоминающих устройствах большой емкости и практически неограниченного срока службы, а электрооптические кристаллы - для развертки и координатного отклонения светового пучка при записи и считывании информации. Плотность размещения информации на фотохромном носителе оценивается величиной порядка 10* двоичных единиц на квадратный сантиметр, а достигнутая в настоящее время скорость двоичного переключения направления луча света с модуляторами на электрооптических кристаллах дигидрофосфата калия состав "яет частоту 1-2 Мгц.

Остановимся подробнее на явлении фотохромии, а также рассмотрим способы и средства модуляции световых потоков.

Фотохромные материалы. Фотохромными химическими соединениями называют-такие вещества, которые при определенных условиях обратимо изменяют свой цвет при поглощении света определенной длины волны. Упрощенная схема фотохимической реакции имеет вид:

А -*В.

где j4 - исходное состояние (исходная фотоформа);

В - иидуцированиое состояние (индуцированная фотоформа).

Спектры поглощения, характерные для исходной и индуцированной фотоформ, показаны на рис. 24. В ряде случаев фотохромное

Рис. 24. Спектры поглощения фо-тохромного соединения.

А - спектр исходной фотоформы; В - спектр индуцированной фотоформы: Д - оптическая плотность.

соединение из состояния В может перейти в фотохимически необратимое состояние, что, как правило, является нежелательным для практического использования. Состояние В может быть очень коротким или, наоборот, достаточно длительным и устойчивым во времени (несколько часов или даже месяцев).

Известны различные механизмы фотохромных превращений (фотоперегруппировка, фотоприсоедииеиие, фотодиссоциация и др.). Все

фотохромные реакции, несмотря на разные механизмы, приводят к бистабильным состояниям Л и В с возможностью взаимного перехода. При этом изменяются атомные, электронные или молекулярные связи. Как правило, наблюдаемые при этом спектральные сдвиги лежат в пределах между ультрафиолетовой и видимой областями спектра.

Больщинство из фотохромных соединений (таких, как спиропираиы, анилиды, инди-гоиды) являются органическими соединениями. Неорганические фотохромные соединения встречаются значительно реже. Свойства и характеристики фотохромных систем в значительной мере зависят от растворителя, температуры, концентрации. Ряд соединений проявляет фотохромные свойства, будучи введенным тем или иным способом в различные полимерные пленки или пластины. Другие обладают фотохромными свойствами только в виде жидких растворов. В последнем случае для практических целей возможно изготовление пластины, содержащей мелкие прозрачные капсулы с раствором фотохромного соединения.

Фотохромные материалы можно характеризовать следующими параметрами: спектральными характеристиками и оптической плотностью, скоростью прямого и обратного фотопереходов, степенью обратимости и условиями, обеспечивающими длительный или, наоборот, быстрый обратный переход. Следует особенно подчеркнуть влияние температуры на скорость переходов. В целом ряд случаев переход из одного состояния в другое возможен в результате нагревания (охлаждения). Это явление, называемое термохромией, может быть также использовано при построении тех или иных устоойств.

Максимумы поглощения обеих фотоформ, щирина и форма полос поглощения для различных веществ определяются их спектральными характеристиками. Для одних соединений, например спиропиранов, исходная фотоформа лежит в ультрафиолетовой, а индуцированная в видимой области, для других (индигоиды) исходная фотоформа лежит, наоборот, в более длинноволновой области.

Оптическая плотность изделия из фотохромного соединения определяется формулой £=1дФо/Ф1, где Фо-падающий, а Ф1-прошедший световой поток. Величина Ь сильно зависит от концентрации фотохромного соединения, а также от температуры.

Принцип работы фотохромного изделия при построении различных схем заключается в том, что воздействующее излучение с длИ

ной волны Я,1 (см. рис. 24) переводит его в состояние с максимумом поглощения на длине волны 2 и наоборот. При построении оптической оперативной или полупостоянной памяти особое значение имеют скорости прямого и обратного переходов. Динамика переходов (кроме применяемого типа фотохромного соединения, его температуры и концентрации) сильно зависит от мощности воздействующего светового излучения. Чем выше мощность излучения, тем быстрее протекает реакция.

Существенной проблемой является «усталость» фотохромных изделий. Это явление проявляется в том, что либо с течением времени, либо с увеличением числа прямых и обратных переходов наблюдается ослабление фотохромного свойства. По-видимому, это связано с протеканием каких-либо необратимых сопутствующих реакций. На указанное обстоятельство необходимо обращать серьезное внимание. Для устройств и схем длительного применения, например для оперативных запоминающих устройств цифровых вычислительных машин и динамических систем отображения, фотохромные соединения, проявляющие «усталость», в принципе непригодны.

Модуляторы света. Для преобразования светового потока того или иного источника света в носителя информации в цифровых вычислительных машинах или устройствах cязи необходимо управление определенными параметрами светово! о пучка. Такими параметрами могут быть частота, интенсивность, направление в пространстве и т. п. Управление световым пучком может осуществляться в процессе его генерации в активном веществе оптического квантового генератора, а также после того, как пучок вышел из него. В первом случае модуляция называется внутренней, а во втором внешней. Как уже упоминалось, в полупроводниковых источниках света возможна достаточно эффективная внутренняя модуляция. Для других типов генераторов, как правило, применяется внешняя модуляция.

Внешняя модуляция может быть осуществлена различными способами: изменением поглощения свободными носителями в полупроводниках; вращением плоскости поляризации светового излучения под воздействием магнитного поля (магнитооптический эффект Фарадея) либо под воздействием электрического поля (линейный электрооптический эффект Поккельса или квадратичный электрооптический эффект Керра) и др.

Для получения достаточно большой глубины модуляции с помощью магнитооптического эффекта Фарадея, как правило, требуются очень сильные магнитные поля. Наиболее перспективными для модуляции, а также для отклонения световых пучков оказались э.пектрооптические устройства.

Рассмотрим основные принципы построения такого вида модуляторов и устройств дискретного отклонения на основе кристаллов дигидрофосфата калия,обладающих продольным электрооптическим эффектом Поккельса.

Указанный эффект проявляется в следующем (рис. 25). При нормальном падении линейно поляризованного пучка на прозрачный кристалл, разрезанный перпендикулярно оптической оси, пу1ЮК расщепляется в направлении кристаллографических осей л: и у. Оптическая длина пути в кристалле у обеих компонент одинакова. Поэтому после выхода из кристалла они снова объединяются в пучок, пспяридованный в первоначальном направлении.

41290 37