Inhaltsverzeichnis
Werbung
OptiXplorer
I
THEORETISCHE GRUNDLAGEN
2
Vorbemerkungen
Für den OptiXplorer wurden sechs Experimente ausgewählt, die sehr verschiedene
Themenbereiche der Optik berühren. Dies beinhalten den optischen Aufbau eines
Projektors, die Polarisationseigenschaften des Lichtes, die optischen Eigenschaften von
Flüssigkristallzellen, die Phasen- und Amplitudenmodulation, sowie Polarisationsänderung
von Lichtfeldern, die Beugung von Licht an dynamisch veränderlichen Strukturen,
diffraktive optische Elemente (DOEs) und Interferometrie.
In diesem einführenden Kapitel soll insbesondere auf die Themenbereiche vertiefend
eingegangen werden, die nach unserer Auffassung in vorhandenen Fachbüchern nicht in
ähnlicher Weise oder nicht unter Herstellung bestimmter, für die Experimente als
besonders wichtig erachteten Zusammenhänge betrachtet werden. An den meisten
Stellen, an denen eine Lektüre existierender Fachbüchern bereits ohne weiteres für die
Durchführung der Experimente ausreichend ist, wird auf ebendiese verwiesen, an
mancher Stelle wird zur Herstellung von Zusammenhängen innerhalb dieser Einführung
eine Dopplung der Darstellung mit existierenden Fachbüchern in Kauf genommen.
3
Elektrooptische
Flüssigkristallzellen
Flüssigkristalle sind eine Phase der Materie, deren Ordnung zwischen der einer Flüssigkeit
und der eines Kristalls liegt. Sie haben wie Kristalle eine langreichweitige Ordnung ihrer
Orientierung, was in der Regel eine Anisotropie bestimmter Eigenschaften, zu denen die
dielektrischen und elektrooptischen Eigenschaften zählen, zur Folge hat. Sie weisen aber
gleichzeitig ein für Flüssigkeiten typisches Fließverhalten auf und haben keine stabile
Positionierung ihrer einzelnen Moleküle.
Flüssigkristalle, die in LCDs verwendet werden, lassen sich durch das Anlegen eines
elektrischen Feldes reversibel bezüglich der Orientierung ihrer Moleküle beeinflussen
(dielektrische Anisotropie). Durch die längliche Form dieser Moleküle und ihre insgesamt
geordnete Orientierung hat ein einzelnes LCD-Element doppelbrechende Eigenschaften,
weist also unterschiedliche Brechungsindizes für bestimmte Polarisationsrichtungen eines
einfallenden Lichtwellenfeldes auf (optische Anisotropie). Somit ist es mit einem LCD-
Element möglich, durch das Anlegen einer definierten Spannung den Polarisationszustand
eines solchen Wellenfeldes gezielt zu verändern.
Es gibt verschiedene Typen von Flüssigkristallen, unter denen die nematischen und die
smektischen Flüssigkristalle zu den wichtigsten zählen. Nematische Flüssigkristalle
weisen eine charakteristische lineare Ausrichtung der Moleküle auf, sie haben also eine
Ordnung bezüglich der Orientierung ihrer Molekülachse, aber eine zufällige Verteilung der
Molekülzentren. Smektische Flüssigkristalle formen zusätzlich Schichten, die zueinander
verschiedene Orientierungen der Molekülachse aufweisen, sie besitzen also eine Ordnung
bezüglich Orientierung und Translation.
In LCDs sind die Flüssigkristalle in einzelnen Zellen mit sorgfältig gewählten
geometrischen Abmaßen angeordnet. Die optischen Eigenschaften jeder einzelnen Zelle
können durch das Anlegen eines externen elektrischen Feldes modifiziert werden. Das
elektrische Feld verändert hierbei reversibel die Orientierung der Moleküle. Durch die
langreichweitige Ordnung ihrer Orientierung kommt es in den Zellen zu einer
feldabhängigen Veränderung der Doppelbrechung.
Die einzelnen Flüssigkristallzellen sind durch „Zellenwände" getrennt, welche neben der
tatsächlichen Abtrennung des LC-Materials noch zur Aufnahme der elektrischen
Leitungen dienen, welche eine individuelle Einstellung der Spannung (d. h. des
elektrischen Feldes) an jeder Zelle ermöglichen. Da die Zellen in Form eines zwei-
dimensionalen
Arrays
10
Eigenschaften
angeordnet
sind,
stellen
die
Zellenseparatoren
von
für
Werbung
Inhaltsverzeichnis
