Способ преобразования когерентных световых пучков Советский патент 1987 года по МПК G03H1/00 

1 13253 Изобретение относится к квантовой электронике и может быть исполь зрвано в голографии в устройствах оптической памяти и обработки информации, в оп- тоэлектронике для преобразования ко- герентных световых пучков.

Цель изобретения пoвьшJeниe эффективности энергообмена пучков и управление им и расширение класса ис- Q пользуемых сред.

Существо изобретения поясняется на примере взаимодействия в элекиро- оптическом кристалле.

Известно, что к полупроводниковому -jg релаксации нелинейной среды приводит

Кристаллу, помещенному в область пересечения двух световых пучков, прикладывают, электрическое поле с целью получения энергообмена в стационаре за счет пространственного сдвига динамической решетки относительно картины интерференции световых пучков при малой постоянной времени, причем величина электрического поля Е должна быть не меньше

20

к изменению модулей волновых векторов в среде, что, в конечном итоге, при- I водит к -изменению пространственного положения интерференционной картины от положения, определяемого исходным показателем преломления п° до положения,

чением п п

определяемого стационарным зна+ л п°. Достигаемая в результате пространственного рассо- 25 гласования величина энергообмена пропорциональна изменению среднего показателя преломления Лп. Как известно, предельная разность фаз равна

Е

П е /

2 о е sin6/2

где Д - длина волны излучения;

п - концентрация заряженных частиц в 1 ( и g - диэлектрическая постоянная

вакуума и среды е - заряд электрона; в- угол схождения записываемых

пучков, что составляет 200 кВ/см.

В предлагаемом способе прикладывают плавно меняющееся электрическое поле к нелинейной среде р локальным откликом, время релаксации которой одного порядка или больше длительности импульсов преобразуемого излучения и формирования голограммы.

Величина припоженного электрического поля в данном способе должна быть не менее Д/Zn j: , где Z - толщина нелинейной среды, а электрооптический коэффициент, п - показатель преломления среды, что составляет 8 кВ/см. Благодаря приложению электрического поля возможно лишь получение энергообмена в стационарном режиме записи динамических решеток, а в предлагаемом способе возможно улучшение энергообмена и управление им в нестационарном режиме записи, причем величина приложенного электрического поля может быть небольшой.

8

Как показано в известном способа, в средах, где /3 п линейно и локально зависит от интенсивности света, происходит изменение среднего показателя

преломления

п

п

n

+ ДП°

П

де I

1

+ о((1, +1),

(1)

интенсивности взаимодействующих пучков, коэффициент пропорциональности. Именно это изменение йп за время

1 - d релаксации нелинейной среды приводит

к изменению модулей волновых векторов в среде, что, в конечном итоге, при- водит к -изменению пространственного положения интерференционной картины от положения, определяемого исходным показателем преломления п° до положения,

чением п п

определяемого стационарным зна+ л п°. Достигаемая в результате пространственного рассо- гласования величина энергообмена пропорциональна изменению среднего показателя преломления Лп. Как известно, предельная разность фаз равна

,cos2if, i Д (1озЗч, созЗч г В предлагаемом же изобретении речь

идет о дополнительном изменении 4п а именно

п п 35 + /5F,

fr

п°+- Лп°+ йп п + c(li + Ij) +

0

5

где п- - показатель преломления среды J

Дп° O/(IT+I) - изменение показателя преломления среды под воздействием преобразующих пучковJ Л п - /3F - изменение показателя

преломления в результате внешнего воздейств-ия (F - внешнее воздействие, ft- коэффициент пропорциональности). Дополнительное изменение dn приводит к изменению разности фаз {fj :

211(йп° + un )ZfCos2if, cosZVi

(

созЗЧ , cosSL/j

),(з,

где ц и

ц - углы падения взаимодей55ствующих пучков на среду,

и соответственно, дает дополнительный вклад в энергообмен.

В линейном приближении при Л п. dп° следует ожидать двукратное повы31325398

ение величины энергообмена. Для сред электрооптическим эффектом

пр эф те кл зо ва эл и пр ба ал мя

п ж , где J - электрооптический коэффици.ент; .

п - показатель преломленияJ Е - плавно меняющееся электрическое поле, приложенное к электрооптическому кристаллу. Для сред с тепловой нелинейностью

. /)п Эп/гТ Л1, где 4Т - импульсный нагрев среды. Для газообразных нелинейных сред

/jn дп/дР-ЛР, где 4Р - плавно меняющееся давление.

Во всех случаях внешнее воздействие должно быть таким, чтобы дп совпадало по знаку с 4 п°, или было не меньше его. Исходя из этого расчет показывает, что для среды с электроопТическм эффектом, в качестве которой может использоваться кристалл LiNbOj толщиной 2 мм, с п 2,34, х ЗО-КГ см/В, достаточно приложить электрическое поле 8 кВ/см для того, чтобы энерго- . обмен увеличился в 2 раза. Изменяя величину приложенного электрического поля, можно регулировать изменение йп и, тем самым, управлять энергообменом. Для среды с тепловой нелинейностью, например, этилового спирта, в кювете толщиной A00|tt., достаточен нагрев- . Для газообразной же нелинейной среды, например, азот в кювете толщиной 1 см, достаточно изменение давления / /10 атм для того, чтобы энергообмен увеличился в 2 раза.

Редактор Е.Папп

Составитель В.Аджалов

Л.Сердюкова Корректор А.Тяско

Заказ 3105/41 Тираж 420Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, .г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Таким образом, с использованием предлагаемого способа можно создать эффективный управляемый преобразователь световых пучков для широкого класса нелинейных материалов. Использование предлагаемого способа открывает новые возможности при создании элементов и приборов оптоэлектроники и автоматики с высоким коэффициентом преобразования и малым временем обра- батьшания, что является весьма актуальным для устройств оптической памяти и обработки информации.

Формула изобретения

Способ преобразования когерентных световых пучков путем сведения их под углами падения неравными друг другу в нелинейной среде с локальным откликом, время релаксации которой одного порядка или больше длительности импульсов преобразуемого излучения и формирования голограммы, отличающийся тем, что, с целью повьшгения эффективности знерго- обмена пучков и управления им и расширения класса используемых сред, среду подвергают в процессе преобразования внешнему воздействию, плавно изменяющему ее коэффициент преломления так, чтобы знак изменения показателя преломления в результате воздействия совпадал со знаком изменения показателя преломления под воздействием самих преобразуемых пучков, а величина изменения под внешним воздействием была порядка или больше такового под действием преобразуемых пучков.

Изобретение относится к квантовой электронике и голографии. Целью изобретения является повышение эффективности энергообмена пучков и расширение класса используемых сред. Когерентные световые пучки свЬдят под неравными друг другу углами падения в нелинейной среде с локальным откликом. Время релаксации среды одного порядка или больше длительности импульсов преобразуемого излучения и формирования голограммы. В процессе преобразования среду подвергают внешнему воздействию, плавно изменяющему ее коэффициент преломления. К средам с электрооптическим эффектом прикладывают плавно изменяющееся напряжение. Среду с тепловым механизмом подвергают импульсному нагреву. В газообразных средах изменяют давление. , г (Л