Фоторефрактивные кристаллы в когерентной оптике - Петров М.П.
Скачать (прямая ссылка):
Отметим, что ПВМС ПРОМ привлек значительное внимание ис* следователей, он был одним из первых модуляторов, позволивших в лабораторных условиях макетировать системы оптической обработки информации, работающие в реальном масштабе времени [8.23—8.30].
8.2. ПРИЗ
Основное отличие ПВМС ПРИЗ от ПРОМа и большинства других электрооптических модуляторов заключается в том, что в ПРИЗе для модуляции считывающего света используется не продольный, а поперечный электрооптический эффект [8.31—8.33].
169
8.2.1. Конструкции и работа модулятора
Обычно в этом оптически управляемом ПВМС в качестве активного элемента используются кубические ФРК типа BSO. Поперечный электрооптический эффект в таких кристаллах максимально проявляется, когда пластины кристалла имеют ориентацию (110) или (111).
На рис. 8.7 показаны две конструкции модулятора ПРИЗ. Первая аналогична конструкции модулятора ПРОМ и отличается только ориентацией кристаллической пластины. Во втором варианте диэлектрические слои, изолирующие электроды от кристалла, отсутствуют и электроды наносятся непосредственно на поверхность кристалла. В этом случае ПРИЗ имеет наиболее простую конструкцию среди всех известных ПВМС. Как правило, модуляторы изготавливаются из кристаллических пластин толщиной 3004-600 мкм. Если ПВМС с диэлектрическими слоями, то они имеют толщину 24-6 мкм и могут быть изготовлены, например, как и в случае ПРОМа, из па-рилена. Кроме кристалла BSO [8.31—8.36], в модуляторах ПРИЗ использовались кристаллы Bi12GeO20 [8.37] и Bi12TiO20 [8.38]. На рис. 8.8 приведена фотография ПРИЗа, изготовленного в Физико-техническом институте им. А. Ф. Иоффе АН СССР (ФТИ).
Как ясно из описания конструкции ПВМС ПРИЗ, с помощью электродов в ФРК создается продольное внешнее электрическое поле. В данном случае это поле не может изменить поляризацию считывающего света, так как при ориентации пластин (111) и (110) наблюдается только поперечный электрооптический эффект. Внешнее поле необходимо лишь для формирования пространственного неоднородного заряда во время действия записывающего света, т. е. для записи изображений.
Процесс формирования фотоиндуцированного заряда в ФРК при внешнем продольном поле обсуждался в разделе 7.1. После записи изображения неоднородный заряд создает в кристалле сложное
внутреннее электрическое поле, которое имеет как продольные, так и поперечные компоненты. Поперечные компоненты, определяющие пространственную модуляцию считывающего света, появляются в результате записи изображения и связаны исключительно с пространственным зарядом. Для того чтобы подчеркнуть специфику такой ситуации, можно сказать, что в ПРИЗе модуляция считывающего света осуществляется за счет внутреннего поперечного электрооптического эффекта.
r?N
3
Рис. 8.7. Конструкции модулятора ПРИЗ.
а — с изолированными электродами, б — с электродами на поверхности кристалла. 1 — кубический ФРК, 2 — прозрачные электроды, 3 — диэлектрические слои.
170
Рис. 8.8. Фотография модулятора ПРИЗ, изготовленного в ФТИ.
Использование внутреннего поперечного электрооптического эффекта определяет некоторые существенные отличия ПРИЗа от модуляторов с продольным эффектом по функциональным возможностям и параметрам. Одно из них связано с необычной для светочувствительных регистрирующих сред передаточной характеристикой. Для ПРИЗа она представляется двумерной комплексной нечетной функцией, имеющей нулевое значение в начале координат, как это обсуждалось в разделе 7.5.2 для ПВМС с поперечным электрооптическим эффектом. В результате после записи изображения воспроизводятся в преобразованном, закодированном виде с подавленной нулевой компонентой в фурье-спектре считываемого изображения. Такое преобразование оказывается весьма полезным в некоторых системах оптической обработки информации. Свойство автоматически выполнять преобразование изображений отражено в названии модулятора (ПРИЗ — аббревиатура от «преобразователь изображений»). Кроме того, в определенном режиме работы ПРИЗ имеет необычные динамические свойства — так называемый эффект динамической селекции изображений, который будет обсуждаться ниже.
Работа модулятора может быть построена по циклам. Как обычно, каждый цикл включает этапы записи, считывания и стирания. Во время записи к электродам прикладывается напряжение 1.5--нЗ кВ, считывание производится на просвет, а стирание осуществляется импульсом света, равномерно освещающим рабочую поверхность моду- , лятора при закороченных электродах.
Модуляторы ПРИЗ двух различных конструкций отличаются в основном динамическими характеристиками. При работе модулятора диэлектрические слои препятствуют инжекции электронов из
171
электродов в кристалл, в результате в 1.5—2 раза увеличиваются максимально достижимая модулятором дифракционная эффективность и время памяти [8.39]. Модуляторы с диэлектрическими слоями имеют время памяти при хранении изображения в темноте без считывания в несколько десятков минут, а модуляторы без диэлектрика — порядка одной минуты. На такие параметры, как чувствительность и разрешающая способность, наличие изолирующих слоев практически не влияет. ПРИЗ без диэлектрических слоев может работать не только в циклическом, но и в непрерывном режиме, в котором наблюдается динамическая селекция изображений. Как будет осуждаться ниже, в механизме динамической селекции существенную роль играет ток инжекции с электрода в кристалл. Поэтому в модуляторах с изолированными электродами динамическая селекция невозможна.
