Фоторефрактивные кристаллы в когерентной оптике - Петров М.П.
Скачать (прямая ссылка):
а
Рис. 9.25. Схема эксперимента по оконтуриванию бинарных изображений (а) и типичные примеры оконтуренных изображений, полученные в [9.135] с использованием кристаллов BSO (б, в).
J —- входная плоскость, 2 — образец ФРК, 3 — светоделитель, 4 — выходная плоскость.
17s
259
приложенного к образцу, уменьшается, так как Е0 ос (Ts, -f Tr1 + -f /д2)-1 « Is\ (х, у). В результате эффективность доминирующего дрейфового механизма записи оказывается сильно ослабленной, а соответственно и интенсивность данного участка восстановленного изображения.
Впоследствии аналогичные эксперименты по оконтуриванию изображений были выполнены и с использованием ФРК ВаТЮ3 [9.136, 9.137]. Однако голографическая запись в этом случае выполнялась в отсутствие внешнего электрического поля, т. е. за счет диффузионного механизма. Для объяснения эффекта оконтуривания авторами привлекается иной механизм нелинейности, весьма характерный для большинства известных ФРК, а именно отсутствие зависимости дифракционной эффективности голограммы от суммарной интенсивности записывающих световых пучков.
Известно, что последнее является справедливым для стационарного режима голографической записи в том случае, когда можно пренебречь темновой проводимостью ФРК по сравнению с фотоиндуци-рованной проводимостью. Амплитуда электрического поля голограммы при этом оказывается пропорциональной контрасту записывающей интерференционной картины, т. е.
2/7777
|?sc|oc|/n| = , • (9.35)
IRi + ,sl
При обычном режиме голографической записи интенсивность сигнального пучка, как правило, выбирается гораздо меньшей интенсивности опорного (Isl <С Ыд- В соответствии с (9.35) это обеспечивает линейный режим записи голограммы, при котором амплитуда голограммы пропорциональна амплитуде сигнальной волны( Евс ос ос /sf). В противоположном случае при большей амплитуде сигнального пучка (ISl /«,) амплитуда голограммы в ФРК, наоборот, обратно пропорциональна амплитуде сигнальной волны (I ?sc | ос 7s1/2). Таким образом, части восстановленного изображения, отвечающие ярко освещенным областям записывающего пучка, также оказываются затемненными, что и приводит к его оконтуриванию [9.136, 9.137].
9.9.2. Инверсия яркости изображения
Описанные выше эксперименты на основе нелинейности записи в ФРК типа (9.35) носили, скорее, качественный характер. Переход на количественный уровень нелинейной обработки полутоновых изображений сделан в работе [9.138], где был продемонстрирован инвертор когерентных изображений на основе кристалла Bi12GeO20. Авторами приведенной работы также была использована стандартная схема записи голограмм сфокусированного изображения с плоским опорным пучком низкой интенсивности (/д, IsJ. В результате в объеме ФРК формировалась голограмма, амплитуда которой оказывалась обратно пропорциональной амплитуде сигнального светового-
260
пучка в данной точке обрабатываемого изображения. При ее считывании встречным опорным пучком в восстановленном изображении наблюдалась инверсия яркости изображения. Отметим, что на эксперименте авторами [9.138] была продемонстрирована достаточно точная инверсия яркости в пределах более чем двух порядков изменения интенсивности сигнального пучка.
Аналогичные эксперименты по инверсии интенсивности когерентных изображений были выполнены и в работе [9.139] на основе ФРК
Bi12GeO20.
9.9.3. Оптические логические элементы на основе ФРК
Еще один пример нелинейной обработки в плоскости изображений, который мы рассмотрим в этом разделе, — это реализация оптической цифровой логики. Отметим, что на начальном этапе исследований использование ФРК для подобных целей основывалось на известной ранее идее когерентного вычитания изображений [9.140]. Голограммы вычитаемых изображений последовательно записывались на одном и том же участке фоточувствительной среды при одновременном дополнительном фазовом сдвиге опорного пучка на 180° во время второй экспозиции.
Подобные эксперименты по когерентному вычитанию и оптической логике в ФРК [9.141—9.145] по существу основаны на использовании линейного режима голографической записи. Заметного последующего развития они не получили в первую очередь из-за высокой чувствительности к случайным фазовым сдвигам в плечах схемы записи, ужесточающей требования к качеству используемых оптических элементов и виброзащищенности установки. Указанный недостаток в определенной степени может быть преодолен путем использования специальных схем компенсации фазовых искажений с помощью ОВФ-зеркал на основе ФРК [9.146].
Увеличение интереса к оптическим логическим схемам на основе ФРК, наблюдаемое в последнее время, связано с использованием нелинейных режимов энергообмена на динамических решетках. Отметим, что впервые нелинейный режим двухволнового взаимодействия в фоторефрактивном LiNb03 : Fe для вычитания бинарных изображений был предложен в [9.147]. Хотя в данной работе был применен механизм нестационарного двухволнового энергообмена, для выполнения этой процедуры с успехом может использоваться также и стационарный энергообмен на смещенной фазовой решетке, подробно рассмотренный в разделе 6.2.
