Фоторефрактивные кристаллы в когерентной оптике - Петров М.П.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 8.25. Схема записи изображений в фоторефрактивном преобразователе изображений (PICOC).
и — когерентные световые пучки, 1 s — некогерентный записывающий свет, AQ —
считывающий когерентный свет.
199
лось на кристалл через периодическую амплитудную решетку, так что записываемое изображение и изображение решетки перемножались. Это исключало необходимость применения когерентного света при записи изображения. Когерентная копия изображения наблюдалась в направлении первого дифракционного порядка решетки-растра.
Отметим, что чувствительность подобных оптически управляемых ПВМС должна быть соизмерима с чувствительностью ФРК к голографической записи на пространственной частоте vc, т. е. заметно уступать чувствительности ПВМС ПРИЗ, изготавливаемого из кристаллов того же типа.
Фундаментальные ограничения на разрешающую способность связаны с двумя факторами [8.87, 8.89]: брэгговским характером дифракции света на объемной голограмме и конечной глубиной фокусировки некогерентного изображения в объеме кристалла. Можно показать (см. раздел 5.2), что брэгговский характер дифракции ограничивает максимальную полосу пространственных частот преобразуемых изображений величиной, удовлетворяющей соотношению
ЛУп,ах<"ЩГ’ (8'8)
где п — показатель преломления кристалла; X — длина волны считывающего света; d — толщина слоя кристалла, в котором происходит запись синусоидальной решетки. Из выражения (8.8) видно, что Avmax увеличивается с уменьшением vc. Минимальная величина vc может быть определена из условия 2Avmax = vc, которое позволяет пространственно разделить спектры изображения, формируемого вокруг первого и нулевого порядков дифракции. Тогда
if ЯП
AVmax = |/ -JJ- • (8.9)
Из этого соотношения Avmax = 100 лин/мм при характерных значениях
п = 2.5, X = 0.63, d = 1 мм.
За счет ограничений, связанных с глубиной фокусировки пре-
образуемого изображения [8.89],
AnF
^vmax ос —¦2 ’ (8.10)
где F — относительное отверстие проектирующего объектива.
При F = 5, Avmax ~ 50 лин/мм [8.89] из (8.9), (8.10) видно, что
уменьшение толщины кристалла d ведет к увеличению разрешающей способности. Однако одновременно с уменьшением d будут падать чувствительность ПВМС (S-1 ос d) и дифракционная эффективность
(П ~ dа).
8.5.2. ПВМС с периодическим внешним полем
Другой вариант оптически управляемого ПВМС с поперечным внешним полем описан в [8.91]. Авторы дали ему название ЭПОС (электрооптический преобразователь оптических сигналов).
200
На рис. 8.26 схематически показана электродная система, с помощью которой в фоторефрактивном кристалле BSO создавалось внешнее поле для записи информации. Она представляет собой систему встреч-но-штыревых электродов, изю-товленных из алюминия. Ширина электрода — 30 мкм, расстояние между электродами —
300 мкм. К электродам прикладывалось напряжение до
2.5 кВ. Для предотвращения электрического пробоя к поверхности кристалла клеем с хорошими изолирующими свойствами приклеивалась стеклянная пластина.
В результате приложения напряжения к электродам в кристалле создается периодическое знакопеременное поле большой напряженности. Запись осуществляется сине-зеленым светом (X — 0.4-f--^0.5 мкм). Чувствительность при записи синусоидальной решетки с vc = 5 лин/мм S-1 = 50 мДж/см2, а максимальная дифракционная эффективность достигала нескольких процентов.
Основная специфика ПВМС ЭПОС связана с тем, что внешнее поле Е (х) является периодическим. При записи оно модулируется записываемым изображением Is (х, у), так что амплитуда считываемого изображения в линейном приближении
А (х, у) ос Is (х, у) Е (х). (8.11)
Здесь имеется аналогия с фоторефрактивным голографическим преобразователем изображений, который рассматривался выше. Там запись изображений осуществляется во внешнем поле, промодули-рованном за счет записи когерентным светом синусоидальной решетки; здесь внешнее поле оказывается также промодулированным, но за счет системы электродов на поверхности кристалла. Однако относительно низкая пространственная частота внешнего поля (vc » л: 1.5 лин/мм) практически не позволяет, по крайней мере для двумерных изображений, восстановить записанное изображение в первом порядке дифракции считывающего света на решетке внешнего поля. Чтобы это можно было сделать, желательно увеличить пространственную частоту электродной структуры. Однако глубина проникновения внешнего поля в кристалл пропорциональна расстоянию между электродами. Поэтому увеличение частоты электродной стр уктуры должно привести к уменьшению слоя кристалла, в котором происходит запись изображения, и, следовательно, к уменьшению чувствительности и дифракционной эффективности ПВМС, В работе [8.92] было предложено использовать ФРК для электрически управляемой записи информации. В простейшем варианте такая запись может быть осуществлена, например, на ПВМС ПРИЗ
Рис. 8.26. Электродная структура и ориентация осей кристалла в модуляторе ЭПОС [8.83].
201
f
Рис. 8.27. Электрически управляемая запись на ФРК.
а — одноканальная запись, б — многоканальная. I^ — луч синего света, сканирующий
