Фоторефрактивные кристаллы в когерентной оптике - Петров М.П.
Скачать (прямая ссылка):
Было показано [8.65], что величина дифракционной эффективности зависит от пространственной частоты и направления волнового вектора записываемой решетки относительно осей кристалла. В случае BSO она описывается кривыми с максимумами, характерными для ПВМС ПРИЗ. Причем т} (0) = 0, а максимум определяется условиями записи и лежит в диапазоне 1-^-Ю лин/мм. Максимальная величина т} не превышала 0.1%. Это позволяет сделать вывод, что величина периодического смещения кристалла не превышает 70 А. На рис. 8.18 показаны зависимости т} от направления волнового вектора записываемой решетки. Симметрия этих кривых свидетельствует о том, что деформация поверхности кристалла обусловлена в основном поперечными компонентами внутреннего электрического поля, поскольку продольное поле давало бы изотропные ориентационные зависимости.
186
Принципиальное отличие в характере проявления фотоиндуци-рованного пьезоэффекта и электрооптического эффекта в ПВМС , ПРИЗ заключается в том, что величина смещения данной точки по-
^ верхности в общем случае зависит от значения поля механических
деформаций во всем объеме кристалла и от условий на его границах. Изменение же двулучепреломления за счет электрооптического эффекта является локальным, т. е. с достаточной степенью точности не зависящим от значений поля в других точках. Поэтому, например, ориентационные зависимости т} (К) в таких случаях существенно различаются, несмотря на идентичность тензоров пьезоэлектрического и электрооптического эффектов. Дальнейшие исследования показали [8.66], что при интенсивных засветках модулятора записывающим светом наблюдаются дополнительные деформации поверх-ности кристалла, вызванные разогревом кристалла фототоком. В этом случае деформации связаны с неоднородным тепловым расширением кристалла. Эффективность дифракции на формируемой таким образом фазовой решетке в кристалле BSO может достигать | нескольких процентов.
Приведем основные параметры ПВМС ПРИЗ, изготовленного из фоторефрактивного кристалла BSO:
: Длина волны записывающего света, нм — 400-^500
: Чувствительность (на г| = 1% при 3 лин/мм), мкДж/см2 —5
; Длина волны считывающего света, нм — >550
•' Разрешение, лин/мм:
I при SHD =1% — 15
|; при SHD = 10% — 30
й Максимальная дифракционная эффективность, % — 1
I, . Площадь рабочей поверхности, см2 — До 10
1‘ Быстродействие, цикл/с — 30
I',
I Параметры были измерены в циклическом режиме работы.
I Отметим, что конструкция ПВМС ПРИЗ с ВОП, допускающая s стыковку с усилителем яркости записываемых изображений, позво-
ляет увеличить чувствительность на несколько порядков и расширить ! спектральный диапазон чувствительности вплоть до ближней ИК-
области. При этом сохраняется одно из важнейших преимуществ ПРИЗа — низкий уровень собственных шумов.
Расчеты показывают, что приведенные выше параметры близки ; к теоретически предельным для модуляторов на основе кристаллов
> с данной величиной электрооптического эффекта и диэлектрической
? проницаемостью. Это определяется высокой эффективностью про-
i цессов формирования фотоиндуцированного заряда в кристалле
BSO, обусловленной высокой квантовой эффективностью и большой длиной дрейфа электронов. Кроме того, важно, что в ПВМС ПРИЗ используется поперечный электрооптический эффект, который обес-[ печивает наиболее эффективную модуляцию считывающего света
I при объемном фотоиндуцированном заряде. Низкий уровень шумов
[ модулятора во многом определяется технологичностью выращивания
| кристаллов типа BSO и простотой конструкции ПВМС ПРИЗ. Все
это позволяет считать ПРИЗ одним из наиболее перспективных ПВМС для систем когерентно-оптической обработки информации.
187
8.3. ПВМС титус и фототитус
В этих ПВМС в качестве элемента, осуществляющего модуляцию считывающего света, используется пластина электрооптического кристалла ДКДР (дейтерированный дигидрофосфат). Они имеют различные конструкцию и области применения, однако использование в них одного электрооптического кристалла позволяет рассматривать их совместно.
8.3.1. Конструкция титуса
Модулятор электрически управляемый [8.67—8.69], в нем пространственный заряд создается на поверхности кристалла сфокусированным электронным лучом, который сканирует его поверхность, образуя растр, как в обычной приемной телевизионной трубке. Управляющий электрический сигнал изменяет ток электронного луча. В результате после сканирования на поверхности кристалла создается пространственно неоднородный заряд, соответствующий управляющему электрическому сигналу.
На рис. 8.19 показаны конструкции двух электронно-лучевых трубок с электрооптическим кристаллом в качестве мишени — ПВМС типа титус. В приборе, конструкция которого показана на рис. 8.19, а, управляющий электрический сигнал подается на электрод, с помощью которого модулируется ток электронного луча, производящего запись изображения. Энергия электронов в записывающем луче равна 6 кВ. При этом коэффициент вторичной эмиссии кристалла ДКДР меньше единицы, и, следовательно, поверхность кристалла заряжается отрицательно. Стирание записанной информации производится с помощью специального источника электронов, которым вся поверхность кристалла облучается одновременно и равномерно. Ускоряющее напряжение в этом источнике составляет 500-Ь 1000 В; при таких энергиях электронов коэффициент вторичной эмиссии больше единицы, и поверхность кристалла, теряя электроны, заряжается положительно. Происходит выравнивание потенциала поверхности, т. е. стирание информации, после чего модулятор готов к записи нового изображения.
