Способ восстановления фазовых голограмм в фоторефрактивных кристаллах Советский патент 1990 года по МПК G02B5/18 G02B5/32 

Изобретение относится к области оптических измерений и может быть использовано в оптоэлектронньк устройствах.

Целью изобретения является увеличение пространственного разрешения и повышение отношения сигнал/шум.

На чертеже показано пространственное распределение изменений показателя преломления лп и оптической активности р при освещении небольшой области фоторефрактивного кристалла.

Способ включает освещение кристалла с записанной в нем голограммой

предварительно расширенным сходящимся когерентного линейно поляризо- ванного света известной мощности. При этом кристалл размещают в фокусе этого пучка и ориентируют ось пучка параллельно оптической оси кристалла. В дифрагировавшей на голограмме компоненте вьщеляют поляризацию, образующую угол ( к поляризации подающего на кристалл света, определяемый по формуле

ел

О)

4

I

ч-- р 1 ke

.

где р - величина индуцированной фото гирационным эффектом опт,ичес кой активности;

1 - длина пути света в-кристалле k - коэффициент пересчета радиан

в градусы; G.. -Компоненты симметрической

части псевдотензора гирации; е. . - направляющие: косинусы свето вой волны относительно осей i и j кристалла i,,y,z, и измеряют моьцность вьщеленного излучения.

Величину фотоиндуцированной удельной оптической активности р можно определить и экспериментально из измерений спектров комбинационного рассеяния света (КРС). Для этого измеряют значения коэффициентов асимметрии КРС k;, которые численно равны отношению нормированньк интенсивнос- тей любой из линий анизотропных фоно- нов, измеренньк до и после поворота кристалла на 180° вокруг оптической оси. Определяют о по формуле

fViZ+Vk -DCVw-l)

J) arctg-j

-J -.-j

t +lfk| + 1)(Vk3+1).

где 1 - длина пути света в кристалле;

k. - значение коэффициента асимметрии;

k - то же, в геометрии z(xz)y;

k| - то же,, в геометрии z(xy)y.

Для обозначения поляризационных КРС использованы порто-символы, которые вне скобок указывают направления падающего и рассеянного света, символы в скобках указывают поляризацию падающего и рассеянного света. Выбор поляризационных геометрий для определения р связан с формой тензора КРС для точечной группы симметрии С, к которой принадлежат ниобат и танта- лат лития. Для номинально чистых и легированных кристаллов ниобата лития получены следующие значения оптической активности (см. таблицу).

Продолжение таблицы

,,

,

0

5

0

5

0

5

При прохождении линейно поляризованного света через фоторефрактивный кристалл с записанной фазовой голограммой происходит изменение гираци- онных свойств кристалла под действием света, т.е.- наблюдается изменение состояния поляризации света, проходящего через кристалл (фотогирационный эффект). Плоскость поляризации прохо- дящего через кристалл света отклоняется от направления поляризации пада- клцего света на угол if.

Значение угла поворота монотонно увеличивается при увеличении пути света в кристалле и в значительной мере определяется оптической активностью р, что связано с появлением отличной от нуля компоненты симметричной части псевдотензора гирации G--. Фотогирационньй эффект обусловлен поперечными к оптической оси кристалла компонентами электрических полей, появляющимися за счет аномального фотовольтаического эффекта в освещенной области кристалла. Диффузионный механизм не создает полей с поперечной составляклцей, так как он вызван во внутреннем поле спонтанной поляризацией, направленной по оптической оси. Поэтому за пределами освещенной области не произойдет изменения гирационных свойств кристалла. Таким образом, выделение в прошедшем через образец свете поляризации, об- . разующей угол if к поляризации падающего на кристалл света, позволит уве- личить пространственное разрешение за счет устранения диффузионного вклада в изменение действительной части показателя преломления п. Кроме того, появляется возможность не пропускать свет, рассеянный на неоднородностях кристалла, так как при таком рассеянии свет не изменяет состояния своей поляризации. Это улучшает отношение сигнал/шум.

Пример. На образец фоторефрак- тивного кристалла, в котором записана объемная фазовая голограмма, направляют пучок когерентного линейно поляризованного света, которьй представ

ляет предварительно расширенный опти ческой системой сходящийся луч лазер излучающего в видимом диапазоне длин волн от 6760 (Кг - лазер) до 4416 А (Не - Cd лазер), так что йаправление его распространения в кристалле, помещенном в фокус пучка, параллельно оптической оси кристалла. В качестве образца используют легированные железом и медью монокристаллы ниобата и танталата лития (LiNbO и LiTaOa). После образца на пути пучка света устанавливают любой стандартный линейный поляризатор, пропускающий свет с поляризацией, образующей угол ц к поляризации падающего на кристалл света.

Измерение интенсивности дифрагиро- вавшего на фазовой голограмме света осуществляется с помощью любого из детекторов, обычно используемых в подобных устройствах, например фотоумножителя, фотодиодных матриц, линеек ПЗС и т.п.

Формула изобретения

Способ восстановления фазовых голограмм в фоторефрактивных кристал- лах, включающий освещение кристалла

с записанной в нем голограммой предварительно расширенным сходящимся пучком когерентного света известной i мощности при размещении кристалла в фокусе этого пучка и ориентации оси пучка параллельно оптической оси кристалла и измерение мощности дифраги- ровавщей компоненты, отличающийся тем,что, с целью увеличения пространственного разрешения и повышения отношения сигнал/шум, кристалл освещают линейно поляризованным светом, а в дифрагировавшей компоненте вьцхеляют поляризацию, образующую угол tf K поляризации падающего на кристалл света, определяемьм по фор- муле

. д, pi ke,.-G,-j-gjJ-l,

де 1kGiJл

е ..величина индуцированной фотогирационным эффектом оптичес-.

кой активности;

длина пути света в кpиcтaллeJ

коэффициент пересчета радиан

в градусы;

компоненты симметричной части

псевдотензора гирации;

направляющие косинусы световой волны относительно осей

i и j кристалла i,j,x,y,z.

Освещенная область

Изобретение относится к оптическим измерениям и может быть использовано в оптоэлектронных устройствах. Освещают кристалл с записанной в нем голограммой предварительно расширенным сходящимся пучком когерентного линейно поляризованного света известной мощности. При этом кристалл размещают в фокусе этого пучка и ориентируют ось пучка параллельно оптической оси кристалла. В дифрагировавшей на голограмме компоненте выделяют поляризацию, образующую угол φ к поляризации падающего на кристалл света, определяемый как произведение величины ρ индуцированной фотогирационным эффектом оптической активности на длину пути света в кристалле, и измеряют мощность выделенного излучения. Приведено соотношение для вычисления ρ. Благодаря тому, что в освещенной области кристалла имеет место одновременное фотоиндуцированное изменение показателя преломления N и ρ, а в прилегающих областях наблюдается только изменение N за счет диффузионного механизма, выделение указанной поляризации обеспечивает увеличение пространственного разрешения и повышение отношения сигнал/шум. 1 ил.