1. Recent Studies of Optical
Limiting, Image Processing and
Near-Infrared Nonlinear Optics
with Nematic Liquid Crystals
I. C. Khoo, J. Ding, A. Diaz, Y. Zhang, K. Chen
Przegląd artykułu przez
Mikołaja Olszewskiego

2. Plan prezentacji
 Wstęp
 Mechanizmy zmiany współczynnika
załamania
 Porównanie z urządzeniami
optoelektronicznymi
 Optyczne ograniczenie
 Wykrywanie krawędzi
 Optyczna nieliniowość dla 1,55 μm
 Podsumowanie
2

3. Zawartość
 Mechanizmy optycznej zmiany współczynnika
załamania w NLCs
 Zastosowanie w optycznym ograniczeniu i
przetwarzaniu obrazów
 Optyczna nieliniowość w NLCs dla III okna
transmisyjnego
 Zastosowanie niewielkich mocy i cienkich
materiałów
3

4. Zastosowania NLCs
 Unikalna charakterystyka:
Reorientacja pod wpływem zewnętrznego pola
 Szerokopasmowa dwójłomność i przezroczystość

 Wszechstronne zastosowania
 Wielka nieliniowość – małe moce laserów
Konwersja obrazów
 Formowanie solitonów
 Fourierowskie przetwarzanie obrazów
 Całkowicie optyczne przełączanie polaryzacyjne
 Optyczne ograniczenie

4

5. Plan prezentacji
 Wstęp
 Mechanizmy zmiany współczynnika
załamania
 Porównanie z urządzeniami
optoelektronicznymi
 Optyczne ograniczenie
 Wykrywanie krawędzi
 Optyczna nieliniowość dla 1,55 μm
 Podsumowanie
5

6. Zmiana directora
d 2θ
dθ
µ 2 + γ1
+ M el + M f = Γappl
dt
dt
 Oświetlenie materiału
 Kilka równoczesnych procesów
6

7. Procesy
 Czysty, nieabsorbujący nematyk
*

 Γ = ( ∆ε 8π ) n • E n × E
ˆ
ˆ
opt
 Domieszkowany barwnikiem (czerwień metylowa)
(

)(
)
Γmole = ζΓopt ζ ≤ 100
Międzycząsteczkowe oddziaływania
 Super-nieliniowość n2 ≈ 10 cm2 / W

 Domieszkowany związkami produkującymi
fotoładunki (fullerenC60) 
*


(
)(
ˆ
ˆ
Γdc = ( ∆ε dc 8π ) n • Eint n × Eint
)
Pole ładunku przestrzennego – procesy
elektrodynamiczne
7

8. Plan prezentacji
 Wstęp
 Mechanizmy zmiany współczynnika
załamania
 Porównanie z urządzeniami
optoelektronicznymi
 Optyczne ograniczenie
 Wykrywanie krawędzi
 Optyczna nieliniowość dla 1,55 μm
 Podsumowanie
8

9. OA-LCSLM
 Działanie przy niskich




natężeniach
Optically Addressed
Liquid Crystal Spatial
Light Modulator
Rozkład światła ->
rozkład ładunku
Zmiana fazy o π przy
0,5 mW / cm2
n2 ≈ 10 cm2 / W
9

10. Porównanie
 Podobna super-nieliniowość
 Kosztowność OA-LCSLM
 Ograniczenie do 2D przetwarzania obrazów
 Niepotrzebne elektrody dla NLCs
 Tanie domieszkowanie
 Szerokie zastosowania
Przetwarzanie w czasie rzeczywistym
 Elementy nieliniowe

10

11. Plan prezentacji
 Wstęp
 Mechanizmy zmiany współczynnika
załamania
 Porównanie z urządzeniami
optoelektronicznymi
 Optyczne ograniczenie
 Wykrywanie krawędzi
 Optyczna nieliniowość dla 1,55 μm
 Podsumowanie
11

12. Optyczne ograniczenie
 Ograniczenie mocy wyjściowej
 Mechanizmy:
samo-rozogniskowanie
 nieliniowa absorpcja
 nieliniowe rozpraszanie

 Duża zależność od natężenia światła
 Nieefektywność dla małych mocy
12

13. Ograniczanie z NLCs
 Duży zakres dynamiki
 Małe moce –
adiabatyczna zmiana
polaryzacji – całkowite
przejście światła
 Duże moce –
reorientacja directora –
zmniejszenie mocy
przez skrzyżowane
polaryzatory
13

14. Wyniki
14

15. Plan prezentacji
 Wstęp
 Mechanizmy zmiany współczynnika
załamania
 Porównanie z urządzeniami
optoelektronicznymi
 Optyczne ograniczenie
 Wykrywanie krawędzi
 Optyczna nieliniowość dla 1,55 μm
 Podsumowanie
15

16. Urządzenie
Całkowicie optyczne wykrywanie krawędzi
Wykorzystanie optycznego ograniczenia
Procesor 4f
Duże natężenie częstości przestrzennych niskiego rzędu
– wycięcie
 Małe natężenie częstości przestrzennych wysokiego
16
rzędu – krawędzie – przepuszczenie





17. Przykład
 Wykorzystanie domieszkowania czerwienią metylową
 Podobnie dodawanie i odejmowanie obrazów
17

18. Plan prezentacji
 Wstęp
 Mechanizmy zmiany współczynnika
załamania
 Porównanie z urządzeniami
optoelektronicznymi
 Optyczne ograniczenie
 Wykrywanie krawędzi
 Optyczna nieliniowość dla 1,55 μm
 Podsumowanie
18

19. Badania
 Szeroki zakres





nieliniowości: UV – IR
Badanie dla 1,55 μm
Laser o mocy 7 mW
Samo modulacja fazy
Czytający laser He-Ne
Wyniki podobne jak dla
obszaru widzialnego
Φ = 2π λ ⋅ ∆n ⋅ L
Φ = Nπ
19

20. Materiały
20

21. Plan prezentacji
 Wstęp
 Mechanizmy zmiany współczynnika
załamania
 Porównanie z urządzeniami
optoelektronicznymi
 Optyczne ograniczenie
 Wykrywanie krawędzi
 Optyczna nieliniowość dla 1,55 μm
 Podsumowanie
21

22. Podsumowanie
 Szeroki zakres nieliniowości dla NLCs
domieszkowanych barwnikiem
 Efektywność zmian współczynnika załamania
taka, jak w urządzeniach optoelektronicznych
 Wszechstronność zastosowań
 Zakres pracy tak samo dobry w IR jak i w Vis
 Niskie koszty
 Badania wspierane przez wojsko
22

23. Recent Studies of Optical
Limiting, Image Processing and
Near-Infrared Nonlinear Optics
with Nematic Liquid Crystals
I. C. Khoo, J. Ding, A. Diaz, Y. Zhang, K. Chen
Dziękuję za uwagę!