Фоторефрактивные кристаллы в когерентной оптике - Петров М.П.
Скачать (прямая ссылка):
Здесь мы ограничимся упрощенной процедурой вычисления стационарной амплитуды решетки, записываемой резонансной бегущей
¦€2
интерференционной картиной [4.31 ]. Дело в том, что при резонансном возбуждении стационарная амплитуда ЕЦ равна произведению характерного времени ее релаксации т„с (4.31) на скорость ее записи. Последняя при Еа = 0 и условии больших дрейфовых длин (4.29) из (4.13) равна
(4-36)
у Перемножение указанных величин приводит к следующей амплитуде стационарной голограммы, записываемой резонансным образом:
E%**-imE0 (4-36)
1 + FL
D
т. е. записываемая в указанных условиях голограмма оказывается смещенного типа и достигает своего максимального (при заданном Е0). значения
Е\Ы-1тЕ0ф- (4.37);
при оптимальной пространственной частоте К — Lb1. Более подробный анализ, проведенный в указанных выше работах, с учетом насыщения ловушечных уровней показывает, что ] ЕЦ | и в этом случае не может превышать по модулю величину тЕд. Прямым следствием этого является то, что максимальное (при заданном Е0)
Lp
2(L'% + L?y
при оптимальной пространственной частоте
Kopt ------L' , (4.39).
Ld/ r* + io
где характерная длина V = kBT/eE0 (« 0.025 мкм при Е0 = = 10 кВ-см'1), a Lb—дебаевская длина экранирования (4.21).
Таким образом, в кристаллах с достаточно большой диффузионной длиной переноса фотоэлектронов
ld>2]A,S + 4)2 (4-40>
имеется возможность записывать резонансные бегущие голограммы смещенного типа с амплитудой, большей стандартной величины обычной дрейфовой решетки (ж тЕ0). Последнее, однако, не означает возможности записи решетки с амплитудой, большей величины внешнего поля ?0, ведь теоретический анализ выполняется нами в линейном по малому параметру т 1 приближении.
Не вдаваясь в детали, отметим, что экспериментально бегущий характер голограмм в процессе их оптического стирания во внешнем постоянном поле наблюдался в кристаллах BSO [4.31, 4.37], замедление скорости их оптического стирания — в [4.31, 4.38]. Запись движущихся резонансным образом интерференционных картин для
10,отн.ед. 2 i+
Рис. 4.4. Экспериментальные зависимости характерного времени tsC от Е0 (а), стационарной дифракционной эффективности голограммы г] от скорости движения записывающей интерференционной картины v (б), а также резонансной скорости ;
5 10
Е0, кВ/см
от Е0 и /„ (в, соответственно 1 к 2), полу-для ФРК BSO.
?о ~ 9 кВ/см,
ченные в [4.31
А — 514 нм, А ~ 2.5 мкм,
V0 ^ 1 МКМ/С.
увеличения эффективности записи смещенных фазовых решеток в этих кристаллах исследовалась в [4.8, 4.31, 4.33, 4.35, 4.39].
Типичные кривые замедления скорости стиранияг зависимости r|st от скорости движения записывающей интерференционной картины, а также зависимости резонансной скорости vsc от интенсивности света и величины поля ?0, полученные в [4.31 ] для BSO, приведены «а рис. 4.4. Методика записи движущихся интерференционных картин во внешнем постоянном поле использовалась также и в кубических ФРК GaAs [4.40].
Помимо рассмотренной выше записи бегущей интерференционной картины, существует также и другой вариант ее синхронизации
*64
о,
Е a
С
б -
1ц V ^
Рис. 4.5. Знакопеременные электрические поля, используемые для нестационарной голо-графической записи. а — прямоуголвное (меандр), б — синусоидальное.
у: голограммой, а именно «остановка» голограммы. Достигнуто это может быть путем записи во внешнем знакопеременном поле (рис. 4.5) с периодом изменения т^,, гораздо меньшим характерного времени т8С формирования голограммы [4.35,
4.41, 4.42]. При этом голограмма,
сдвигаясь в противоположные стороны в течение двух последующих полупериодов колебания поля, в среднем остается неподвижной и, таким образом, синхронизируется с записывающей стационарной интерференционной картиной.
Рассматриваемый нестационарный механизм записи во внешнем знакопеременном поле в определенном смысле можно рассматривать так же, как некоторый аналог или дальнейшее развитие диффузионного механизма записи. Действительно, в обоих случаях происходит абсолютно симметричное «расплывание» заряда фотоиндуцированных электронов относительно максимумов интерференционной картины. Однако если при диффузионном механизме записи основной причиной симметричного «расплывания» фотоэлектронов является обычная тепловая диффузия, то при рассматриваемой нестационарной записи —• гораздо более эффективный дрейф фотоэлектронов во внешнем электрическом поле.
Не останавливаясь на подробностях теоретического анализа [4.35], укажем, что для знакопеременного поля прямоугольной формы (рис. 4.5, а) максимальная амплитуда стационарной голограммы и оптимальная пространственная частота /С°р{ также описываются теоретическими соотношениями (4.36), (4.39). Синусоидальное знакопеременное поле (рис. 4.5, б) оказывается несколько менее эффективным, и даже при больших дрейфовых длинах (4.29) амплитуда записываемой смещенной голограммы не превосходит амплитуды стандартной дрейфовой голограммы (тЕ0).
Типичные полевые зависимости стационарных амплитуд голограмм, записываемых в кристалле ВТО во внешних знакопеременных полях указанной формы, приведены на рис. 4.6 [4.35]. Помимо ВТО, высокоэффективная голографическая запись смещенных фазовых решеток в знакопеременном поле к настоящему времени исследовалась и в BSO [4.35, 4.43], а также в GaAs [4.44].
