Фоторефрактивные кристаллы в когерентной оптике - Петров М.П.
Скачать (прямая ссылка):
6
W'-ются в полярных кристаллах. Величина фотовольтаической ЭДС Щ в диэлектрических кристаллах типа LiNb03 может достигать 104— В/см.
Вообще говоря, существуют эффекты фотоЭДС и в неполярных кристаллах. Здесь имеются в виду кристаллы, не обладающие цент-г ром инверсии, в которых наблюдаются линейные или циркулярные фотогальванические эффекты [1.18], В этих случаях выделенное направление в пространстве задается направлением линейной и циркулярной поляризации света. Однако эффекты такой природы обычно малы, хотя возможны и исключения, если число центров, ответственных за фотогальванические эффекты, будет намного превосходить число центров, ответственных за фотовольтаическую ЭДС.
В фоторефрактивных кристаллах возможна как запись изображений, так и голограмм. Для любого из этих случаев будем употреблять также термин «запись информации». В зависимости от решаемой задачи для записи используется либо обычный некогерентный свет, либо лазерное излучение. Однако для чисто исследовательских целей при изучении свойств самих кристаллов преимущественно (но не всегда) используют запись простых синусоидальных решеток, полученных с помощью интерференции двух когерентных лучей. Такая техника исследований приобрела высокую популярность не случайно. И основывается она на постулате о том, что запись информации в фоторефрактивном кристалле является линейным процессом. Дело в том, что сколь угодно сложную картину трехмерного распределения интенсивности записывающего света 1 (х, г/, z) можно представить в виде суперпозиции косинусоидальных и синусоидальных картин (решеток) типа / (k) cos kr, / (к) sin кг или в общем случае в виде экспонент / (k) е1кг. Здесь / (к) — коэффициент (амплитуда) в разложении интенсивности света по пространственным решеткам, kr = 2п (vx + ?г/ + vz), к — волновой вектор решетки с проекциями kx = 2itv, ky = 2л%, kz = 2лу. Величины v, ?, 7 называются пространственными частотами v = 1/Яж, ? = 1/Я^, у = 1Д2, где %х, %у, %z — период решетки в направлении х, у, г соответственно. Заметим, что в литературе по фоторефрактивным средам сложилась традиция, когда пространственными частотами называют также и проекции волнового вектора kx, ky, kz. К недоразумениям это не приводит.
Таким образом, интенсивность записывающего света можно представить в виде интеграла Фурье
1.2. Механизмы оптической записи информации
1.2.1. Линейное приближение
I (х, у, г) = /0 [ [ f m(v, I, у) е‘2л (vx+ly+yz) dvd\dy. (1.1)
7
Здесь /0'— среднее значение интенсивности, т (у, у) — относительная спектральная (пространственная) плотность интенсивности. В частных случаях возможно разложение в ряд Фурье по Синусам или косинусам. Тогда при тех же обозначениях под т (v, |, у) понимается уже относительная спектральная амплитуда или коэффициент пространственной модуляции интенсивности света. Точно так же можно разложить в ряд или интеграл Фурье реакцию кристалла, т. е. возникающее в кристалле пространственное распределение величины показателя преломления Ап (х, у, г).
Если допустить, что механизм записи является линейным (спра-1 ведлив принцип суперпозиции), то запись каждой из синусоидальных картин (решеток), составляющих сложное изображение, будет происходить независимо от наличия других синусоидальных решеток, причем одна синусоидальная решетка интенсивности света будет порождать лишь одну решетку показателя преломления.
Для того чтобы правильно представлять характеристики кристалла при записи сложных картин, достаточно знать, как происходит запись отдельных синусоидальных решеток, отличающихся одна от другой лишь пространственной частотой. Сами же синусоидальные решетки легко формировать с помощью интерференции двух когерентных плоских волн. Поэтому в дальнейшем все процессы записи мы будем анализировать на примере простых синусоидальных решеток. В настоящем рассмотрении целью является нахождение зависимости амплитуды и фазы записываемой решетки показателя преломления от пространственных частот.
В принципе возможен и другой подход, полностью эквивалентный уже рассмотренному с точки зрения теории линейных пространственно инвариантных систем, — это изучение реакции кристалла на запись точки (6-функции), т. е. изучение импульсного отклика. В рамках теории линейных систем первое и второе описания формально эквивалентны, так как связаны между собой фурье-преобразованием. Однако фактически, с экспериментальной точки зрения, удобнее изучать дифракцию света на решетке показателя преломления, чем анализировать детали профиля импульсного отклика. Поэтому в дальнейшем почти всегда анализ будет производиться в терминах «элементарных решеток». Причем слово «решетка» употребляется для описания синусоидального распределения заряда, электрического поля, показателя преломления и т. п. Заметим, что, хотя линейное приближение является очень мощным способом исследования, реально в ФРК оно не всегда справедливо, и на это будет указано в дальнейшем в соответствующих разделах.
Перейдем теперь непосредственно к механизмам оптической записи информации в ФРК- В данном разделе ограничимся рассмотрением формирования неоднородного объемного заряда и электрического поля. Связь распределения электрического поля в кристалле с распределением показателя преломления будет обсуждаться в следующем параграфе.
