Способ записи голографической решетки Советский патент 1976 года по МПК G03H1/04 

1

Изобретение относится к области голографии, презназначено для динамического преобразования когерентных световых пучков и может применяться в области оптической обработки информации для повышения быстродействия систем, в квантовой электронике для повышения осевой яркости излучения ОКГ с переменным во времени простpaiic:венным распределеннем.

Известен способ записи динамических голограмм в материалах, показатель преломления которых зависит от интенсивности световой волны, падаюшей на образец, состоящий в помеш,ении материала в область перссечешш двух когерентных волн 1.

Прн записи объемной фазовой решетки энергообмен между дву.я зап сьгвающими пучками, а следовательно, и динамическое преобразование интенсивностей опорного и предметного пучков возможно только в том случае, еслп записываемая решетка смешена относительно порождаюш:ей ее интерференционной картины 2.

Известен единственный класс регистрирующих сред, где условие выполняется, - сегнетоэлектрические кристаллы с диффузионным характером записи 3.

Так, в кристаллах ниобата лития под действием видимого света наводится голографическал решетка, смещенная на четверть

периода по отношению к интерференционной картине. В результате при достижении 50% эффективности и при равенстве по интенсивности пучков, падающих на кристалл, в котором записывается голограмма, на выходе большая часть энергии концентрируется в одном пучке. Экспериментально получено перераспределение интенсивностей 18 : 2.

Однако данный класс регистрирующих сред, используемых для записи динамических голограмм, имеет большую инерционность, что позволяет записывать переменные во времени процессы с постоянной времени порядка нескольких секунд.

Значительное уменьшение постоянной времени при сохранении возможности энергообмена между пучками необходимо, в частности, прн осуществлении динамического преобразования или коррекции расходимости лазерных пучков методами голографии. Если в хаотическом генерации твердотельного лазера в отдельных пучках излучаются волны с различными пространственными распределениями, то постоянная времени динамической голограммы-корректора не должна превышать временного интервала между пучками, т. е. должна быть порядка 10- с.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является способ записи фазовой голиграфнческой решетки пугем помещения П(.л1упроводникового кристалла в область пересечения двух световых п чков и приложения к нему электрического поля 4. Ряд пол 11роводниковых кристаллов с линейным либо двухфотонным поглощение% света (кремний, сульфид и селенид кадмия, окись цинка) допускают запись фазовых lOлограмм с временем жизни порядка 10 с. Однако создаваемые решетки оказываются несдвинутыми и, таким образом, энергообмен между проходяш.ими п}чками невозможен. Цель изобретения - получить динамическую голографическую решетку с пространственным сдвигом относительно картины интерференции световых пучков при малой постоянной времени. --Для этого вектор напряженности элекt трического поля ориентируют перпендикулярно к биссекториальной плоскости угла схождения пучков, причем для получения оптимального сдвига, напряженность электрического поля выбпрают в соответствии с условием 2sin-|1де п-концентрация свооодныл носителей, е - заряд электрона, е - диэлектрическая постоянная, л - длина волны излучения, Э - угол схождения между пучками. На фиг. 1 изображена схема записи динамической фазовой решетки в полупроводниково.м кристалле; на фиг. 2 - простракственное распределение света в интерференционной картине (/(х)) и свободных носителей п(х). совпадаюш,ее с пзмеиение.м показ ате.1 я прелом.тения. Для записи используется nOviynpuBOAiuiKoвЫй кристалл 1, имеющий форму прямоугольного бруска. Две противоположные грани отполированы с оптической точностью. Две противоположные боковые rpaiui также отиолированы и на них панессны электроды 2, подключенные к источнику 3 напряжения. На отполированную входную грань кристалла направляют две когерентные волны, опорную /оп и предметную /ир, так, чтобы кристалл находился в области их пересечения. Под действием света электроны ич валентной зоны или с донорных ypoBHcii нсреходят в зону проводимости вследсииге линейного (кремний) либо двухфотонного (сульфид ) поглощения. Здееч, на электроны действует увлекаюихая сила, С1 Язанная с приложенны.м в)1ешни.1 электриче-ским полем, в результате чего распределение электронов оказывается искаженны.м и его максимумы сдвигаются по отношению ;. макси.мума.м интерференцио -:ной решетки. АналогичкьП) образом искажаете;; распределе11ие сзоОодпых liucine.ieA д | гого 3:iai-;a -дырок. liocKo.ibKN изменение показателя преломления пропорциональ11о концентрации свободных носителей, записываемая фазовая решетка оказывается также сдвинутой Пи отношению к интерференционной кар1ине, что делает воз.можным энергооб.мен между занисывающими нучками. Ьеобходи.мая .минимальная иаиряже ность внешнего поля, требуемая для реализации эффекта, определяется следующи.м образом. Электроны, попавшие в зону проводимости, стре.мятся распредели1ься равиомерно вследствие iсиловой диффузии, а также реко.мбинируюг с дырками или ловушками. Чтобы создаваемая решетка была сдвинутой, необходимо, чтобы дрейфовый ток электронов во внешнем иоле превышал диффузионный ток и UOTOK рекомбинации. I.В нестационарном случае длительиость и.мпульса короче вре.меии жизни свободных носителей и времени диффузионного выравнивания неоднородного их распределения. Тогда необходимо, чтобы свободные носители сдвигались в пространстве из-за дрейфа во внешнем поле раньше, чем произойдет диффузионное расплывание созданного неоднородного раснределения, т. е. дрейфовый ток должен быть больщс пли норядка диффузионного тока: г дп„ .c, где п - концентрация носителей, дающих основной вклад в изменение показателя преломле1:ия; D - коэффицпент диффузии; ц - подвижность, Е - необ.ходимая напряженность поля в образце. Используя Соотношение Эйнштейна для связи D и р., получи.м условие для напряженности внешнего поля, приложенного к образцу: Р kT дп I е ох п где 8 - диэлектрическая постоянная вещества;k - постоянная Больц.мана; е - заряд электрона; Т- абсолютная те:11пература. II.В случае, если д,титeльн(cть импульса значительно короче, чем вре.мя жизни носителей, но длиннее, че.м вре.мя диффузионно-. r(j раснльп апия, устанавливается некое стационар1к;е расиределснне носителей и тоже во:;ннкиет го:1(л рафич1чкая pciHciKa, хогя и MCiiCi -л))фекти кая, че.м i; слхчае I. III.В случае, когда длительность имп льса больн1е иремсии жизни нос1Г1елей и времени диффузионно ., стирания, иоле оценивается по той же формуле, что и в случае II,

с той разницей, что вместо i.iii-C.ibiKJCTi: импульса необходимо подсга пъ гремя жл-ши свободных носителей т;

/.

вн Т

в настоящее время не известны i:cT04iiHKH когерентного излучения, позволяющие реализовать случай III на нрактике, в то время как для реализации случаев I и II вполне подходят современные импульсные твердотельные лазеры.

Предлагаемый способ может быть использован для голографирования в реальном времени, для оптической обработки информации, для преобразования угловых спектров излучения импульсных ОКГ методами голографии, что позволит существенно пор-сить быстродействие устройств.

Формула изобретения

1. Способ записи фазовой голографической рещетки путем помещения полупроводникового кристалла в область пересечения двух световых пучков и приложения к нему электрического иоля, отличающийся тем, что, с целью получения динамической голографической рещетки с пространственным сдвигом относительно кпртпиы иятерJon

;-.,1ЛХ пучков при малой пофепенМ;:рсмени, вектор напряженности ст: Hi;o ; электрического поля ориентируют перпендикулярно к биссекториальной плоскости угла схождения пучков.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что. с целью получения оптимального сдвига, напряженность электрического поля выбирают 13 соответствии с условием net.

вЕ

в

где п - концентрация свободных носителей; е - заряд электрона; е- диэлектрическая постоянная; К - длина волны излучения; в - угол схождения между пучками.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Н. Eichler, В. Kluzowski. «L. Angew. Phys. 31, 1, 1971.

2.Зельдович Б. Я. Краткие сообщения по физике. Изд. ФИАН, 5, 20, 1970.

3.Дейген .М. Ф., Одулов С. Г., Соскин М. С., Шанина Б. Д. Ф. Т. Т. 18 № 7, 1895, 1974.

4.Мотт Н. и др. Электронные процессы в некристаллических материалах.- «Мир, 1974, с. 282- 292,

-пр