Фоторефрактивные кристаллы в когерентной оптике - Петров М.П.
Скачать (прямая ссылка):
_6!_
4
|Де
пХ
(9.8)
Очевидно, что в другом предельном случае при Q т^с динамическая фазовая голограмма успевает отслеживать смещения интерференционной картины, т. е. адаптироваться к ней. Амплитуда голограммы и величина фазового сдвига между решеткой и картиной оказываются практически не зависящими от времени и совпадают со своими стационарными значениями |Деи| и ср. Если проводить аналогию с полупрозрачным зеркалом, используемым обычно для наблюдения биений между двумя лазерными пучками, то в данном случае мы имеем дело с многослойным интерференционным зеркалом.
220
Последнее, однако, обладает тем важным свойством, что положение и форма его отражающих поверхностей, отслеживая смещение полос интерференционной картины, тем самым поддерживает величину фазового сдвига между интерферирующими пучками (5 (d) и R (d)) на выходе схемы постоянной. Фактически это и приведет к тому, чта при наличии достаточно медленной фазовой модуляции в одном из входных пучков света интенсивность выходных пучков поддерживается практически на постоянном уровне.
Более подробный анализ [9.19] показывает, что при наличии: чисто релаксационного характера процесса записи-стирания фазовой голограммы передаточная характеристика подобного адаптивного, преобразователя фаза—амплитуда
Qtsc У 1 •; Ыт;,
Т. е. она совпадает с передаточной характеристикой обычной радиотехнической ЯС-цепочки с постоянной времени RC, равной т6С.. Более сложный тип передаточных характеристик следует ожидать в случае «бегущих» голограмм в ФРК с большой дрейфовой длиной переноса фотоэлектронов (см. раздел 4.5).
9.2.2. Практические приложения и экспериментальные
исследования адаптивных интерферометров на основе ФРК
Прежде всего следует указать, что рассмотренный эффект «динамической» самодифракции колеблющейся интерференционной картины представляет собой отличный способ исследований ФРК (см., например, [9.20—9.22]) и других динамических голографических сред. Он весьма прост в юстировке, не требует дополнительных считывающих пучков и позволяет определять как амплитуду решетки и угол фазового рассогласования ср, так и характерное время ее записи.
Насколько нам известно, впервые предложение по использованию динамических голограмм в ФРК для целей адаптивной интерферометрии в волоконно-оптических датчиках было сделано в [9.23]. Авторы этой работы указали, что предлагаемая методика позволяет использовать в плечах интерферометра многомодовые оптические волокна, значительно упростит юстировку выходного узла интерферометра, а также обеспечит подавление медленных изменений в интерференционной картине, связанных с изменением внешних условий. Действительно, в высокочувствительных волоконно-оптических датчиках с большой длиной плеч (102—103 м) именно медленный дрейф фазовой задержки между плечами интерферометра из-за изменений температуры или давления может достигать значительной величины (>103 рад) [9.24]. Из-за существенного нелинейного режима работы фотоприемника при указанной величине случайного фазового сдвига спектр полезного высокочастотного сигнала уширяется, что ограничивает реальную обнаружительную способность датчика. Использование динамической голограммы позволяет скомпенсировать указанный медленный дрейф фазовой задержки и про-
22!"
пустить практически без ослабления полезный сигнал в диапазоне ¦частот Q 5? tjJ. Отметим, что с практической точки зрения подобное решение этой важнейшей проблемы гораздо проще, чем традиционные методики гетеродинного детектирования [9.25] или активной стабилизации [9.24].
Адаптивный интерферометр для измерения малых механических вибраций, собранный по аналогичной схеме, был экспериментально исследован в [9.26]. В этой работе запись динамических голограмм в кристаллах SBN : Се осуществлялась с помощью гелий-кадмие-вого лазера (к = 442 нм) во внешнем постоянном электрическом поле Е0 = 3.6 кВ-см-1. При используемой мощности световых пучков (Р0 = 20 мВт) характерная частота среза /0 = (2nTsc)_1 да 10 Гц. Экспериментально достигнутый минимальный уровень регистрируемых колебаний зеркала порядка 1 А в диапазоне частот 102-н 4-105 Гц и полосе А /да 10-2/ определялся главным образом собственными шумами лазера. Такая же величина чувствительности была получена и при использовании в качестве записывающей среды кристаллов LiNb03 на длине волны к = 475 нм.
Аналогичная схема динамического энергообмена фазомодулиро-ванных световых пучков в кубических ФРК Bi12TiO20 исследовалась в [9.27, 9.28 ]. При этом в первой из указанных работ она использовалась также для целей виброметрического контроля диффузно рассеивающих объектов, а во второй — для стабилизации интерферометра, предназначенного для изготовления голографических дифракционных решеток.
9.2.3. Другие схемы адаптивных интерферометров
Рассмотренная выше двухпучковая схема адаптивной интерферометрии является не единственно возможной. В частности, аналогичной способностью отрабатывать медленноменяющиеся фазовые задержки обладает также и геометрия четырехволнового взаимодействия (рис. 6.4). Последнее является одним из основных свойств четырехволнового взаимодействия [9.29, 9.30] и основано на взаимной компенсации нежелательного медленноменяющегося фазового сдвига после повторного прохождения через возмущающую среду фазосопряженной волны. Экспериментально динамические характеристики адаптивного интерферометра подобного типа были исследованы на примере ВаТЮ3 [9.31] и BSO [9.32]. Частота среза в эксперименте с BSO при записи на длине волны аргонового лазера (к = 514 нм) диффузионной голограммы с пространственной частотой А-1 да 300 мм-1 составляла /0 да 22 Гц.
