Фоторефрактивные кристаллы в когерентной оптике - Петров М.П.
Скачать (прямая ссылка):
р (х) = р [cos kx х cos kx (x+ L0)]. (1.11)
При малых длинах дрейфа kxL0 1 поле от такой решетки в со-
ответствии с (1.5)
?sc (х) да L0c°s&* (*+ ~) . (1.12)
11
Как ^идно изч( 1.12), в данном случае поле решетки практически совпадает по фазе (несмещенная решетка) с решеткой записывающего света, и его амплитуда не зависит от kx, но в то же время зависит от длины дрейфа. В другом предельном случае (kx 1) решетка отрицательного заряда фактически не формируется, так как электроны «размываются» равномерно по кристаллу. Остается лишь решетка р+ (х) = р (cos kxx + 1), которая, согласно (1.5), дает решетку поля, смещенную на я/2 относительно решетки света с амплитудой, пропорциональной l/fex.
При больших экспозициях записи, когда режим записи приобретает стационарный характер, амплитуда поля решетки достигает своего максимально возможного значения. Для обсуждения процесса выхода решетки на этот режим требуется уже более сложный анализ, который будет сделан в дальнейшем. Сейчас лишь заметим, что предельное значение поля решетки при дрейфовом механизме ограничено либо величиной внешнего поля Е0, либо истощением доноров или ловушек (характерная величина поля в этом случае обозначается Eg). Поле Eq определим как максимальную амплитуду поля синусоидальной решетки, когда наступает истощение либо доноров, либо ловушек. Таким образом, Eq ограничивается минимальной из двух величин: концентрацией доноров ND или концентрацией ловушек Na. Если это наименьшее значение концентрации обозначить
¦^min> ТО
Поскольку Е0 и Eq могут быть значительно больше, чем ED, то и эффективность дрейфового механизма будет существенно выше.
Дрейфовый механизм допускает большое разнообразие условий записи. Внешнее поле может прикладываться перпендикулярно к штрихам решетки или в другом направлении, быть постоянным или переменным, контакты у кристалла с электродами могут иметь омический или барьерный характер, кристалл может быть отделен от электродов диэлектриком и т. д. Все эти факторы влияют на эффективность записи.
Важным с практической точки зрения примером является запись информации, когда электрическое поле приложено вдоль оси z и запись проводится светом, падающим на одну поверхность кристалла, перпендикулярную к оси г. Такая геометрия характерна для записи изображений в так называемых пространственных модуляторах света. При этом формируется решетка заряда конечной толщины вдоль оси г. В линейном режиме (до тех пор пока поле самой решетки не оказывает влияния на дрейф электронов) толщина решетки порядка дрейфовой длины L0. В зависимости от конкретных условий протекания тока через образец при засветке записывающим светом преобладающую роль может играть либо решетка положительного заряда, либо решетка отрицательного заряда. В силу того что решетка заряда имеют конечную толщину, ненулевые значения поля оказываются не только вдоль оси х, но и вдоль оси г. Причем
12
решетка составляющей поля Ех (х) всегда сдвинута на я/2 относительно интерференционной картины, а решетка Ez (х) совпадает •с ней по фазе. Зависимость решеток Ех (х) и Ег (х) от пространственной частоты также оказывается различной. В последующих главах эти и другие особенности дрейфового механизма будут рассматриваться подробно.
Дрейфовый механизм может иметь место не только в присутствии внешнего электрического поля, но также за счет упоминавшихся к.%ыше фотовольтаических эффектов.
С формальной точки зрения движение электронов за счет фото-вольтаической ЭДС при m 1 можно описывать как движение электронов в некотором эффективном внешнем поле, и поэтому дрейфовый механизм записи информации за счет фотовольтаических эффектов практически эквивалентен процессу во внешнем поле.
1.3. Электрооптические эффекты
1.3.1. Продольный и поперечные эффекты
Когда в ФРК образуется неоднородное распределение заряда и электрического поля, то как следствие возникает и изменение показателей преломления благодаря электрооптическому эффекту.
В настоящем разделе будут приведены некоторые общие сведения по электрооптическим явлениям и сделан ряд комментариев, с тем чтобы подчеркнуть специфику анализа этих эффектов в фоторефрактивных кристаллах. Более подробные данные и расчеты будут производиться в дальнейших главах применительно к конкретным примерам.
Исходно фоторефрактивные кристаллы могут быть как оптически изотропными, так и анизотропными. В изотропном кристалле диэлектрическая проницаемость е® является скалярной величиной, а показатель преломления {п =yreffl) и скорость распространения света не зависят ни от направления распространения световой волны, ни от направления или характера ее поляризации. Оптическую активность сейчас не учитываем. В анизотропном кристалле
— тензор 1. Скорость распространения световой волны, так же как показатель преломления, будет в общем случае зависеть как от направления распространения, так и от поляризации этой волны. Тем не менее в кристалле может быть одно или два направления, при распространении вдоль которых скорость распространения и показатель преломления света не зависят от поляризации волны. Эти направления называются оптическими осями.
