Фоторефрактивные кристаллы в когерентной оптике - Петров М.П.
Скачать (прямая ссылка):
В-третьих, это существенная нелокальность отклика фоторефрак-тивной среды на воздействие в виде записывающего света. Нелокальность в первую очередь связана с электростатическими причинами —
27
наличие заряда в данной точке приводит к возникновению электри-' ческого поля и, следовательно, к изменению показателя преломления на расстояниях много больших, чем длина волны света. Результатом нелокальности отклика является не только ограниченная разрешающая способность фоторефрактивных сред, но и в ряде случаев смещение решетки показателя преломления относительно интерференционной картины записывающего света. На это уже была обращено внимание в разделе 2.1 при рассмотрении диффузионного механизма записи. Смещение решетки приводит к весьма интересному результату — так называемому энергообмену.
Эффект заключается в том, что при соблюдении определенного сдвига решетки относительно интерференционной картины возможно сложение в фазе или в противофазе продифрагировавшего луча одной волны с нулевым порядком (непродифрагироававшим лучом) другой волны. Отсюда возникает перекачка энергии из одной волны в другую. Наиболее эффективно это перекачка происходит, когда сдвиг положения интерференционной картины равен четверти периода решетки показателя преломления.
ч В фоторефрактивных кристаллах возможно обеспечить заданный сдвиг на четверть периода (например, за счет диффузионного механизма записи) и автоматически поддерживать величину сдвига за счет динамического характера записи голограммы. Причем это выполняется не только для простых решеток, но и для любых сложных голограмм. Здесь не требуется обеспечивать стабильности положения голограммы или интерференционной картины. При случайном рассогласовании в какой-то момент времени (изменение на величину, отличающуюся на четверть периода) произойдет стирание существовавшей голограммы, и одновременно голограмма автоматически перезапишется так, что требуемый для энергообмена сдвиг сохранится. Он обеспечивается самим механизмом записи. Поэтому, хотя явление энергообмена не является специфическим свойством фоторефрактивных сред (оно для простых решеток может иметь место в любой фазовой голограмме), динамический и нелокальный характер записи, обеспечивающий стабильность процесса энергообмена,, является весьма важной особенностью фоторефрактивных сред.
Все упомянутые свойства — анизотропия дифракции, нелокальный и динамический характер записи голограмм — являются очень интересными в научном отношении и весьма ценными для практических применений, так как, в частности, позволяют усилить слабые изображения с помощью более мощного когерентного луча, обеспечивать высокие значения (больше 1) коэффициента отражения для обращенной волны, производить запись и считывание голограмм на различных длинах волн света и т. д.
2.3. Когерентно-оптические системы обработки информации
Типичными примерами таких систем являются фурье-процессоры,. устройства пространственной фильтрации изображений, корреляторы [2.81. Они представляют собой аналоговые вычислительные
28
устройства, в которых используется явление дифракции света. Поэтому решаемые этими системами задачи описываются теми же уравнениями, что и процессы дифракции. Упомянутые задачи, вообще говоря, могут с тем или иным успехом решаться и в некогерентном свете, однако с помощью когерентно-оптического излучения это может быть достигнуто весьма изящным и простым (с теоретической точки зрения) способом. Рассматриваемые когерентные системы являются линейными по отношению к амплитуде света.
Простейшим, но очень важным примером когерентно-оптической системы является фурье-процессор. Он представляет интерес* и как самостоятельное устройство, но также как базовый блок, который используется для создания других когерентно-оптическж систем. На рис. 2.3 показана одна из наиболее типичных схем фурьЬ-процес-сора. Во входной плоскости (передняя фокальная плоскость линзы) располагается транспарант (слайд), коэффициент пропускания которого по амплитуде считывающего света Т (х, у) описывает входной, массив информации, подлежащий обработке. Если осветить входной транспорант плоской волной, то в выходной плоскости распределение амплитуды света 40Ut (v, ?) будет описываться двумерным фурье-преобразованием от Т (х, у):
Aout (V, I) = j j T (x, у) ei2n dx dy. (2.18)
Здесь Aln — амплитуда считывающего света на входе; v = x'/XF, \ = y’frF, где х , у' — координаты в выходной плоскости, F — фокусное расстояние линзы.
Если последовательно расположить два блока фурье-процессоров,, то получим оптическую систему, формирующую изображение [2.10]. Фурье-преобразование, повторенное дважды, дает исходную функцию, но в перевернутой системе координат, т. е. Т (—л:, —у). Линейная пространственно инвариантная система, формирующая изображение, описывается интегралом суперпозиции
40ut (*", У") = ^in j j Т (х, у) О (х" —х, у" — у) dxdy, (2.19)
где О (х"—л:, у"—у) — импульсный отклик системы, 'т. е. вид выходного сцгнала, если на вход подано изображение в виде двумерной 6-функции. х", у" — система координат в выходной плоскости (инвертирована относительно системы координат во входной плоскости).
