Фоторефрактивные кристаллы в когерентной оптике - Петров М.П.
Скачать (прямая ссылка):
2 кВ оптимальной толщиной кристалла будет d = 150-М80 мкм.
8.2.4. Собственные шумы
Как показали измерения [8.48], ПРИЗ имеет чрезвычайно низкий уровень собственных шумов, по-видимому, рекордно низкий среди известных ПВМС. Этому способствует простота конструкции ПРИЗа, а также то, что фоторефрактивные кристаллы типа BSO, из которых изготавливается ПРИЗ, могут быть получены достаточно высокого качества как по оптическим, так и по фотоэлектрическим характеристикам. В связи с этим собственные шумы модулятора' ПРИЗ, как правило, меньше суммарных шумов других элементов оптических систем, в которых он может использоваться.
Кроме низких собственных шумов, ПРИЗ обладает еще одним важным достоинством: при его использовании совместно с анализатором поляризации можно автоматически и в наибольшей для элект-рооптических ПВМС степени подавить шумы других оптических элементов. Как это обсуждалось в разделе 7.6, такое подавление в максимальной степени имеет место, когда среднее по рабочей поверхности модулятора двулучепреломление равно нулю. Для ПРИЗа, в котором модуляция считывающего света осуществляется за счет поперечного электрооптического эффекта при продольном внешнем поле, приведенное условие выполняется автоматически при записи любого изображения. В этом отношении ПРИЗ выгодно отличается от ПВМС с продольным электрооптическим эффектом, для которого необходимо принять специальные меры, чтобы компенсировать среднее по рабочей поверхности модулятора двулучепреломление. Это можно сделать, например, с помощью компенсатора двулуче-преломления [8.49] или подбором напряжения на электродах ПВМС при считывании [8.6]. Определенные сложности создает то, что среднее двулучепреломление зависит от вида записывающего изображения, поскольку для таких ПВМС и (0) Ф 0.
Рис. 8.13 демонстрирует улучшение отношения сигнал/шум в^ когерентно-оптическом спектроанализаторе, в котором ПРИЗ служил устройством ввода. На рис. 8.13, а показан исходный объект
12 М. П. Петров и др.
177'
Рис. 8.13. Демонстрация улучшения отношения сигнал/шум в когерентном оптическом спектроанализаторе.
а — изображение исходного объекта; б — фурье-спектр, полученный в результате освещения .«сходного объекта когерентным светом; в — изображение после записи на ПРИЗ; d — фурье-спектр изображения, считанного с ПРИЗа.
(винт), на рис. 8.13, б — фурье-спектр этого объекта, полученный при его освещении когерентным светом. Вблизи нулевого порядка отношение сигнал/шум мало за счет шумов рассеяния на дефектах оптики ?и низкочастотные компоненты спектра не различаются. Рис. 8.13, в представляет изображение после записи на ПВМС ПРИЗ. Видно, что при считывании с ПВМС ПРИЗ происходит выделение контуров исходного изображения, что связано с подавлением нулевой компоненты спектра изображения (к (0) = 0). При этом фотография спектра изображения (рис. 8.13, а) демонстрирует увеличение отношения сигнал/шум, особенно заметное в низкочастотной части спектра.
Таким образом, низкий уровень собственных шумов ПВМС ПРИЗ, а также возможность эффективного подавления шумов других элементов оптической системы позволяет получить большой динамический диапазон на выходе когерентно-оптического спектроанализатора, несмотря на невысокую дифракционную эффективность модулятора ПРИЗ, не превышающую 1%. Измерения показывают, что при записи синусоидального теста в спектральной плоскости отношение сигнал/шум достигает 60 дБ.
8.2.5. Фазовые искажения
Для ПВМС ПРИЗ проблема устранения фазовых искажений волнового фронта считывающего света сводится к изготовлению пластин ФРК с плоскими поверхностями большой площади при
178
достаточно малой толщине (0.3-f-0.6 мм). На практике это сводится к резкому увеличению трудоемкости изготовления модулятора при увеличении площади его рабочей поверхности. Из кристалла BSO удается изготовить ПВМС с рабочей поверхностью диаметром 20-ь
4-40 мм, на которой фазовые искажения не превосходят %/А.
8.2.6. Быстродействие
Оно определяется двумя факторами: минимальной длительностью единичного цикла работы ПВМС и возможностями отвода тепла, выделяющегося в ПВМС при его работе за счет протекания тока и поглощения записывающего и стирающего света. Оценки величины тепловыделения показывают, что ПВМС ПРИЗ может не испытывать существенного разогрева при тактовой частоте работы, достигающей 103 Гц. Как известно, цикл работы ПВМС ПРИЗ состоит из этапов записи, считывания и стирания. В случае достаточно большой мощности записывающего света время его воздействия на модулятор может составлять единицы наносекунд. При столь коротких импульсах записывающего света изображение в считывающем свете появляется не сразу, необходимо время для разделения возбужденного в объеме кристалла заряда. Это время соизмеримо с временем пролета электрона через пластину кристалла и составляет для кристалла BSO величину порядка 10 мкс.
Время считывания изображения определяется внешними по отношению к модулятору факторами: интенсивностью считывающего света,- чувствительностью и быстродействием приемника изображений. После считывания изображение должно быть стерто. Длительность стирания импульсом света может быть достаточно короткой. Его энергия на порядок величины больше, чем энергия записывающего импульса. Поэтому после воздействия стирающего импульса и компенсации внутреннего поля в кристалле необходимо некоторое время на релаксацию свободного заряда перед тем, как подать напряжение на модулятор для записи нового изображения. Экспериментально было выяснено, что это время существенно изменяется от одного образца кристалла к другому. Для исследуемых кристаллов оно лежало в пределах от единиц до сотен миллисекунд. Это может существенно ограничивать быстродействие ПВМС. Было сказано, что образцы модуляторов, изготовленных из кристаллов с малыми временами релаксации, могут работать по крайней мере со скоростью 30 цикл/с.
