Фоторефрактивные кристаллы в когерентной оптике - Петров М.П.
Скачать (прямая ссылка):
Органический полимер полипараксилилен удачно сочетает в себе ряд свойств, которые необходимы для использования в модуляторе ПРОМ. Он имеет вакуумную технологию нанесения, позволяющую получать тонкие однородные слои, хорошую адгезию к поверхности кристалла, прозрачен в широкой области спектра, имеет высокое пробивное напряжение и малые диэлектрические потери, эластичен* что важно, так как из-за пьезоэлектрических свойств во время работы модулятора кристаллическая пластина деформируется. К недостаткам этого диэлектрика можно отнести невысокую устойчивость к ультрафиолетовому освещению и воздействию паров воды, которые уменьшают пробивное напряжение [8.101.
Кроме парилена, в качестве изолирующих слоев в модуляторах типа ПРОМ использовались и другие диэлектрики. Например, в
а б
Рис. 8.2. Конструкция модулятора ПРОМ с изолятором из оптического клея (а)
и из слюдяных .пластин (б).
/ — кубический ФРК, 2 — прозрачные электроды, 3 — оптический клей, 4 — стеклянная! пластина, 5 — пластина слюды, 6 — компенсатор оптической активности.
162
[010]
Рис. 8.3. Взаимная ориентация направления поляризации считывающего света ARt осей кристалла и оси анализатора поляризации.
Э — угол поворота поляризации за счет оптической активности кристалла, — ампли-
туда света за анализатором, 1 — свет распространяется через участок кристалла, в котором внешнее поле экранировано; 2 — внешнее поле не экранировано,
[8,8] исследован модулятор с кристаллом Bi13GeO20, в котором изолирующие слои изготавливались из стеклянных пластин. В [8.11] в качестве диэлектрика применялся оптический клей, с помощью которого к ФРК приклеивались стеклянные пластины с нанесенными на них прозрачными электродами (рис. 8.2, а). В [8.12, 8.13] для изоляции электродов от кристалла использовалась слюда (рис. 8.2, б). Поскольку она является двулучепреломляющим материалом, модулятор изготавливался с двумя изолирующими прослойками равной толщины, оптические оси которых развернуты на 90°. Это позволяло компенсировать их двулучепреломление.
Работа модулятора ПРОМ строится по циклам. Цикл состоит из этапов записи изображения, считывания и стирания. Для записи на электрод модулятора подается напряжение 1—2 кВ. Записываемое изображение проектируется на модулятор синим или фиолетовым светом (А, = 400-^-470 нм), который обеспечивает возникновение фотопроводимости в кристалле BSO. Так как эквивалентная электрическая емкость кристаллической пластины в несколько десятков раз меньше емкости слоев диэлектрика, первоначально практически все приложенное к электродам напряжение падает на кристалле. В освещенных участках кристалла генерируются свободные носители электрического заряда, которые дрейфуют во внешнем электрическом поле и захватываются на ловушки как в объеме кристалла, так и на его поверхности. В результате в кристалле создается неоднородное распределение электрического заряда, которое соответствует распределению интенсивности записывающего света. Процесс формирования фотоиндуцироваиного заряда в кристаллах типа BSO при продольном внешнем электрическом поле рассмотрен в разделе 7.1.
Записанное изображение обычно считывают линейно поляризованным светом, направление поляризации которого совпадает с осью кристалла типа [100] (рис. 8.3). Расположенный за модулятором
и
163
анализатбр ориентируют так, чтобы в исходном состоянии до записи изображения, когда напряжение еще не подано на модулятор, его пропускание было минимальным. Анализатор превращает модуляцию считывающего света по состоянию поляризации в амплитудную. В светлых частях записываемого изображения, где внешнее поле экранируется в объеме кристалла фотоиндуцированным зарядом, после записи изображения двулучепреломление и, следовательно, пропускание анализатора оказывается минимальным. Таким образом, модулятор воспроизводит негатив записываемого изображения. Кристалл BSO обладает активностью [8.14], т. е. поворачивают плоскость поляризации света, проходящего через кристалл, на определенный угол, величина которого пропорциональна толщине кристаллической пластины. На этот угол (15-Ь20° в зависимости от толщины пластины, из которой сделан модулятор) ориентация анализатора отличается от ортогональной к направлению исходной поляризации считывающего света.
Фотопроводимость кристалла BSO уменьшается при переходе из синей области спектра в красную на несколько порядков. В красной области, кроме того, меньше поглощение. Поэтому считывание при работе с модулятором ПРОМ производят желтым или красным светом, что предотвращает быстрое стирание изображения. Энергия считывающего света, который может быть пропущен через модулятор до того, как запись будет стерта, на 3—4 порядка больше, чем величина экспозиции записывающего света.
Стирают изображение после считывания, равномерно освещая модулятор светом, который обеспечивает необходимую генерацию свободных носителей в кристалле. Для этого чаще всего используют ксеноновые лампы. Электрическая энергия, которую необходимо подать на такую лампу для полного стирания изображения в модуляторе, порядка 0.1 Дж. Электроды перед освещением модулятора стирающим импульсом света закорачиваются, или к ним прикладывается напряжение обратной полярности по отношению к напряжению, которое подается при записи. При воздействии стирающего света поле полностью и равномерно во всех частях кристалла компенсируется, т. е. изображение стирается. Если при стирании прикладывалось напряжение обратной полярности, то при записи изображения в следующем цикле поле в кристалле оказывается в два раза больше, чем в случае стирания при закороченных электродах, так как поле компенсирующего заряда, накопленного при стирании, складывается с внешним электрическим полем. За счет этого чувствительность и дифракционная эффективность модулятора, которые увеличиваются с увеличением напряжения, оказываются выше, чем в случае стирания при закороченных электродах [8.6].
