Лазеры сверхкоротких световых импульсов - Херман Й.
Скачать (прямая ссылка):
2.5. ВОЛНОВОДНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
ГОЛОГРАФИЧЕСКОГО ТИПА
Важная роль голографии в оптических информационных устройствах и системах обусловила интерес к попыткам перенесения голографи-ческих принципов в интегральную оптику. Переход от объемных оптических систем к элементам и функциональным узлам на основе волноводов сопровождается появлением нового направления — волноводной голографии [35], которая открывает широкие перспективы для использования голографических принципов в системах связи и вычислительных комплексах. Волиоводная голограмма представляет собой сложную апериодическую дифракционно-решетчатую структуру.
Использование методов интегральной оптики в волноводиой голографии позволит уменьшить требования по точности установки и юстировки оптических элементов, уменьшить влияние внешних воздействий на предельное разрешение голограмм, снизить фоновую засветку изображения, ослабить эффект затенения объектом волноводного пучка.
Применение методов волноводной оптики в голографии развивается по двум направлениям. Первое из них связано с использованием волноводов для передачи предметного и опорного пучков, а во втором получение голограмм осуществляется как объемными внешними волнами, так и волноводными пучками в светочувствительных средах, которые либо сами каналируют излучение, либо входят в состав многослойных волноводных структур. Успешное применение волноводов как передающих сред для предметных и опорных пучков при записи голограмм показало возможность создания ряда новых приборов, позволяющих лолучать голограммы объектов, недоступных прямому обзору снаружи, причем излучение в них может передаваться как по волоконному световоду, так и пла-нарному волноводу.
Качество восстановленного изображения с голограммы существенно зависит от диаметра используемого ВС из-за различного периода спекл-структуры
49 волнового фронта излучения, выходящего из торца ВС. Это накладывает определенные ограничения на условия записи и восстановления информации. Чем меньше диаметр сердцевины ВС, тем сильнее- сказывается неоднородность волнового фронта, тем больше потери информации в восстановленном изображении. Если, например, при использовании ВС с диаметрам сердцевины 250 мкм удается записать и считать IO4 бит информации с площади голограммы 1 ммг при отношении сигнал-шум в восстановленном изображении не менее 10, то при диаметре сердцевины 25 мкм уже происходит существенная потеря информации. Решение проблемы записи высокоинформативных фурье-голограмм при использовании оптических ВС малых диаметров оказалось достаточно простым — поместить между торцом ВС и голограммой диффузный рассеиватель. Используя при создании голографических систем памяти ВС с параболическим профилем показателя преломления, можно достичь плотности записи информации до IO5 бит/мм2 [107].
Очевидно, что сочетание быстродействующих и компактных комбинированных ОИС и ВС с голографическими устройствами позволит создать принципиально новые системы оптической обработки и хранения информации. Такая система реализована и показано, что возможна запись и реконструкция фурье-голограмм с плотностью записи информации IO4 бит/мм2 при использовании волноводного тракта «планарный волновод — ВС» с узлом их стыковки [108].
Следует иметь в виду, что в рассматриваемых схемах голограмма является внешней по отношению ко всей системе, что предъявляет довольно жесткие требования к точности ее позиционирования. Данный недостаток полностью устраняется в чисто волноводных голографических устройствах.
Волноводные голограммы можно условно разделить иа три типа: а) периодические структуры, сформированные внешними пучками; б) волноводные голограммы, записанные внешним объектным и волноводиым опорным пучками (полуволноводный режим записи); в) голограммы, записанные волиоводными пучками (волноводный режим записи). Большинство работ по волноводной го-, лографии посвящено голограммам, записанным внешними пучками и в полувол-новодном режиме. На основе таких голограмм создаются элементы ввода-вы-вода излучения из волновода, устройства согласования элементов волоконной и интегральной оптики, элементы запоминающих устройств.
Использование полуволноводного режима записи позволяет получать изображения двумерных объектов, ио не позволяет реализовать все преимущества интегральной оптики — проводить операции обработки информации непосредственно в объеме самого волновода. Дифракционная эффективность волноводных фурье-голограмм, записанных в полуволиоводном режиме, составляет 10...20%; а плотность записи информации достигает порядка IO5 бит/мм2.
При переходе от объемных и полуволноводных систем к полностью ИО-системам теряется возможность обработки двумерных «-массивов данных, в то время как для разработки и создания ИО-аналоговых устройств обработки оптических сигналов прежде всего необходимо решить задачи ввода и передачи видеоинформации в плаиариых OB.
У большинства волноводных оптических систем их апертуру можно представить в виде набора щелей, число которых соответствует числу мод, а пространственное расположение относительно друг друга обусловлено профилем показателя преломления OB. Протяженность каждой щели определяется размером области свизи в направлении, перпендикулярном направлению распространения
