Фоторефрактивные кристаллы в когерентной оптике - Петров М.П.
Скачать (прямая ссылка):
Известно, что максимальной фоточувствительностью обладают кубические ФРК Bi12SiO20. На примере этого кристалла была подробно исследована другая методика увеличения широкополосное™-ФРК дефлектора [9.108—9.110]. Последнее достигается одновременным изменением угла наклона объемной фазовой решетки, компенсирующим уход из брэгговских условий считывания голограммы-в результате изменения ее периода А. Для этого непосредственна перед ФРК помещается высокоэффективная голографическая ре~
>-
±дх-
—
щ’
246
щетка (рис. 9.18, б), обеспечивающая необходимое изменение углов падения записывающих световых пучков при изменении их длины .волны.
В частности, в работе [9.110] была экспериментально продемонстрирована возможность реализации на этом принципе фоторефрактивного дефлектора с числом разрешенных точек до 200. В образце BSO толщиной d да 2.7 мм при использовании диффузионного механизма записи (А да 1 мкм) наблюдалась дифракционная эффективность г| ~ 10~2. Запись решеток с переменным шагом осуществлялась лазером на красителях (Х да 530-^570 нм), считывание — полупроводниковым лазером (Я = 840 нм). Экспериментально достигнутая скорость переключения дефлектора составила около 0.1 с при интенсивности записывающего излучения порядка 10 мВт-см-2 (А, = 550 нм).
Для фоторефрактивного дефлектора на основе кубического кристалла Bi12SiO20 была предложена также и другая методика увеличения широкополосности [9.110], основанная на методе записи комбинационных голограмм [9.93—9.95, 9.115]. Последний заключается в том, что в нелинейном режиме записи в ФРК при одновременном освещении образца двумя интерференционными картинами с волновыми векторами К' и К" в его объеме будет одновременно сформирован дискретный набор комбинационных голограмм с волновыми векторами
Кцпг = «К' + тК". (9.25)
Здесь пят — любые целые числа.
Не останавливаясь на обсуждении конкретных результатов, полученных в [9.110, 9.115], отметим, что для рассматриваемого фоторефрактивного дефлектора максимальная широкополосность (9.23) может быть достигнута, очевидно, в схеме, представленной на рис. 9.19. Ее характерной особенностью является то, что отклоняемый пучок дифрагирует на решетке с разностным вектором Ki-i = = К'—К"- При этом один из решеточных векторов, например К", предполагается неизменным, а второй — 1C изменяет свою длину вследствие изменения длины волны записывающего данную решетку света. Схема выбрана так, что в результате этих изменений разностный вектор скользит вдоль касательной к соответствующей поверхности волновых векторов считывающего света, аналогично тому, как это происходит в классической геометрии широкополосной анизотропной а кустооптической дифракции (рис. 5.12, а).
9.7.3. Усиление световых пучков, отраженных от пространственно-временных модуляторов света
Этот метод сканирования, предложенный в [9.116], фактически основан на усилении света, отраженного от того или иного участка поверхности ПВМС (рис. 9.20). Усиление в данном случае осуществляется за счет двухволнового (или четырехволнового) взаимодействия на смещенной фазовой решетке в ФРК- При этом желателен нелинейный режим процесса, что в принципе при больших про-
247
I
А — Z
а. : ^
<т~: \ ‘
^ S1
; ^ r —
Рис. 9.19. Векторная диаграмма, иллюстрирующая метод увеличения угла сканирования фоторефрактивного дефлектора с помощью нелинейной записи комбинационной голограммы. Кд g ” волновые векторы записывающих световых пучков с изменяемой длиной волны, К' — волновой вектор вспомогательной решетки, K.R' и К$' — волновые векторы считывающей и продифрагировавшей (отклоненной) световых воли.
Рис. 9.20. Переключение лазерного пучка на основе эффекта двухволнового энергообмена в ФРК [9.116].
1 — матрица пьезозеркал, 2 — образец ФРК.
изведениях Td позволяет осуществить практически полное переключение интенсивности пучка накачки в сигнальный световой пучок нужного направления.
В работе [9.116] была экспериментально продемонстрирована двухволновая реализация такого дефлектора на основе ФРК ВаТЮ3. В качестве ПВМС использовалась матрица 4x4 пьезокерамических столбиков с наклеенными зеркалами. При этом на все столбики (за исключением одного) подавалось осциллирующее напряжение, которое приводило к эффективному подавлению двухволнового усиления соответствующего отраженного светового пучка. В результате усиливался только пучок, отраженный от неподвижного зеркала, в который удавалось перекачивать до 10% энергии-пучка накачки. Характерное время переключения данного дефлектора при интенсивности /0 0.5 Вт-см-2 на поверхности ФРК
(Я = 514 нм) составило приблизительно 2.5 с.
9.8. Спектральный и корреляционный анализ изображений
В этом разделе будут даны примеры использования ФРК в когерентно-оптических спектроанализаторах и корреляторах. Основные принципы спектрального анализа, выполняемого когерентно-оптическими системами, и требования к параметрам ПВМС как устройствам ввода информации в такие системы обсуждались в разделе 2.3.
9.8.1. Когерентно-оптический коррелятор
Рассмотрим, как с помощью оптической системы может выполняться корреляционный анализ. Пусть имеется два изображения: Тт (х, у) и Тг (х, у). Функция их корреляции
