Способ голографической записи Советский патент 1979 года по МПК G03H1/04 

(54) СПОСОБ ГОЛОГРАФИЧЁСКОй ЗАПИСИ

Изобретение относится, к голографии и Может быть л}спольэовано при разработках устройства визуализации и запоминания инфракрасного изображения; оперативных оптических запоминающих устройств; устройств вводавывода , отображения, преобразования, анализа, распознавания и передачи информации; устройств пространственно-частотной Фильтрации; оптоэяектронных корреляторов и некоторых других сйециалиэированных устройств. Известен способ голографическрй записи инфракрасного изображения на холестерических 5 сидких кристаллах 1 основанный на SS-эффекте (Selective scattering - селективное рассеяние)изменении оптической активнос и, холестерического.жидкого кристалла ftlpH нагревании. Запись голограмм осущест лялась на экране с холестерическим жидким кристаллом на длине волны 10,6 мкм. В нагретых мecтax экрана г изменялась длина волн селективно рас сеянного света/ а для данной волны (например, 0,63 мкм) изменился и-угол поворота плоскости поляризации света .Позтрму при. просвечивании экрана через скрещенные поляроиды излучением р длиной волны 0,63 мкм записанный тепловой рельеф, трансформированйый в черно-белую картину, давал восстановленное изображение. При этом разрешение оценено в 40 линий/мм. Для фиксированной длины вблны интенсивность )ассёянного света имеет максимум при определенной температуре, :Способ голографйческой :записй йнфракрасног-о изображения заключается в предварительном подогреве жидкого криста1лла до Температур, близких к температуре максимума SS-эффекта, и последующей записи голограмм инфракрасного изображения обычным способом. Ояисанный способ голографической записи имеет следующие недостатки: низкое разрешение (л/ 40 штрих/мм) , невысокую эффективность дифракции, большую инерционность л 0,1 с. Ближайшим известным техническим решением к предложенному является способ голографической записи в фотопроводящих пироэлектриках 2 путем освещения объекта инфракрасным излучением и записи интерференционной картины, образованной предметным и опорным пучками. Толстые фазовые голограммы записываются видимым излучением(О,4-0,7 мк) в,.пироэлектрических материалах (ниоба.та лития и др.) благодаря дрейфу или диффузии свободных носителей, фотовозбужденных с глубоких ловУйек. В т чение времени экспозиции в поле с мо дулированной световой интенсивностью вызванном, например, интерференцией двух когерентных лучей (двухлучевая схема), свободные носители, дрейфуя Шшнё приложенном электрическом поле, уходят из областей g большей; интенсивностью света в области малоосвещенные и захватываются там в ловушки. В результате возникает пространственно распределенный з.аряд, соз дающий внутри кристалла неоднородное .электрическое поле, модулирующее показатель преломления кристалла посредством электроскопического эффекта. Так возникает объемная фазовая голограмма. Указанный способ записи голограмм с помощью двухлучёвой схемы не позво ляет записывать инфракрасные изображения, а для создания оперативньах инфракрасных запоминающих у;стройств и т.п. необходима голографич ка:я 3апись в инфрйкрасйом диапазоне. Кристалл ниобатапития обладает 5в зсокйм: разрешением в виДимсйл диапазоне ( л/4000 штрих/мм) , большей дифракционной эффективностью (л 100%) и другими уникальными голрграфйчёйкйми хар.актериЬтйками регистрирующей среди, поэтойу Особенно вгйкио его ; использование для голографичёской записи инфракрасных изображений. ; целью изобретеййя является закреп ление инфракрасной гояограилжа и вос dt SH 5sAeftfte ёШ1Шмда1 п1йай:ё. Поставленная цёАьдостйгаётся тем что одновременно- с инфрайрЙсйьШ нзлу енйём ЬйрЬэяёктрик освещ т однородным импульсным излучением. ,. - Сущн-ость способа заключен а в том, что при .позглощении инфракрасного излучения, й1мёйщего, например, вид решетки (интерферейции двух пйоСких инфракрасййх йолн - простейший вариант двухлучёвой схемы) , в пироэлектрйке .роздается тепловая peuteTKa модулирующая спонтанную поляризацию кристалла .(благодаря ирОэффекту). В результате впироэлейфрике врзникае г электрическое пОле, имеющее вид решетки, т.е. полностью повторяющее прос-транственное распределение интенс;рвности света в инфракрасной голограмме. С целью закрепления этой тепловой решетки пироэлектрик одновременно освещают однородным импульс ным излучением, вызывающим фотопроводимость, электрическое попе экрани руется фотовозбужденными электронами В результате возникает пространствен но неоднородный заряд, поле которого модулирует показатель преломления кристалла вследстййё электроЬптического эффекта. Так записывается фазовая голограмма, представляющая со ой закрепленную инфракрасную голорамму. Считывание фазовой голограмы производится обычным образом в идимом свете. Дифракционная эффективность f фазовой голограммы, записанной предложенньол способом в кристалле ниобата лития/ оценивается по формуле: 2/And N 1S 0,9П|Г|Т|Р f f A eacp joC,)aKl,(Odt Оо 0,6n t|-r(p)(A..,cC , . , Ji,ati где дПе - изменение коэффициента преломления кристалла для необыкновенной волны; d - толщина образца; Л - длина волн1а восстанавливающего излучения; Q г- угол Брэгга восстанавливающего излучения для длины вОлНЫ А J} - .... : , Пц -- коэффициент преломления для необыкновенной войны;, f -электрооптический оэффйЦйе Нт;IT} пироэлектрический коэффициент;ji - коэффициент фотопроводимости; - диэйектрическаяпроницаемЬсть кристалла; С 7 удельная теплоемкость кристалла; « Р удельная плотность кристалла; . . коэффициент поглощения инфракрасного излучения; cLj- коэффициент поглощения излучения, вызывающего фотопроводиMOCTI.,,. -;.. / . IQ (WQ ) - интенсивность (энергия) инфракрасного излучения; инфракрасная интерферейционная картина имеет вид; Toft) lof(t) (1 + cos KX) , где К - волновой вектор записываемой простейшей голограммы; . К -т-- sin в инфр, где Аинфр длина волны инфракрасного излучения; 2 винфр- угол между интерферирующими инфракрасными лучами в двухлуче5ОЙ схеме,. IjCWj) - интенсивность (энергия) однородного видимого излучения. Пример 1. Фотопроврдящий пироэяектрик - кристалл ниобата лития с примесью О,О7 вес,% жеЛеза толщина образца х-среза 0,7 WH. Спектральная область фотопроводимости 0,40, ,2) 10 см/В, град; f} 6: 10- см2/в2 10 Ф/см, с - о и «- -/у -- -1 - I д с 0,66 Дж/г.град; р 4,6 г/см , Х.« 15 CMiJ 05-3 7,5 cM-i Для голограммы инфракрасного изоб ражения с синусоидальной решеткой с частотой 100 штрих/мм волновой векто записываемой решетки параллелен опти ческой оси С кристалла. Для записи используется двухлучевая схема с излучением СО-лазера, Д - 5,4 мк, ®инфр 15-, б , интенсивность излучения 1 МВт/см , длительность импуль са 50 НС с одновременным освещением кристалла ниобата лития однородным излучением второй гармоники нердимового лазера с длиной волны 530 мм,2 интенеивностью излучения 10 MJBT/CM , длительностью импульса 50 не. Дифрак ционная -эффективность i фазовой голограммы, записанной в кристалле ниобата лития на длине волны 0,63 мк (Не - Ne - лазер), равна 0/005%, При десятикратном пЬвторенйи способа П vO,5%. П р и м е р 2. Фотопроводящий пироэлектрик - кристалл.ниобата лити с примесью 0,07 вес.% железа; толщина образца х-срез а О, 7 NM. Спектраль ,яая область фотопроводимости 0,4- 0,7 мкм; Пе 2,2; 1 3 10 см/В; . /Г/ 4.-10-9 К/см град; fi е - 2,6 ф/см. С 0,66 Дж/г.град; f- 4,6 г/см ; оС 15 см-, olg 7,5 См-. : Для голограммы инфракрасногЬ изоб ражения с синусоидальной решеткой с частотой 10 штрих/мм волновой вектор записываемой решетки параллелен опти ческой оси С кристалла. При записи использовалась двухлучевая схема с излучением С0-ла;зера, А ИНФР мкм; , интенсивность излучения 1 КВт/см , длительность импульса 50 МКС с одновременным освещением кристалла ниобата лития однородным и лучением второй гармоники неодимовог лазера с длиной волны 530 нм, интенсивностьЮ излучения 10 КВт/см, длительностью импульса 50 МКС. Дифракционная эффективность фазовой голограммы, записанной в кристалле нио бата лития на дпиле волны 0,63 мк fHe - Ne лазер), равна 0,005%. При 489 десятикратном повторении способа |-| ,5%. Использование предложенного способа голографической записи обеспечивает :. -расширение спектрального диапазона чувствительности фотопроводящих пироэлектриков к голографической записи;, -запись инфракрасных голограмм в объемной регистрирующей среде; - визуализсщий инфракрасного изображения во всем видимом диапазоне; -голографическую запись инфракрасных изображений за период менее . : .- MH orokpatttyifo запись инфракрасных голограмм; ; -увеличение дифракционной эффективности (до л/100%) фазовых голограмм инфракрасных изображений, записываелвлх в фотопроводящих пироэлектрикахг -длительное сохранение запис нной в пироэлектрике фазовой голограммы инфрак{ асн6го изображения (например, в ниобате лития до нескольких меся«ee).-: - -.;- , Формула йз обретени я Способ голографической записи в фотопроводйщйх пяроэлектриках путем освещения объекта инфракрасным излучением и записи интерференционной картины, образованной; предметным и опорным пучками, о т л и ч а ю Щ и и с 9 тем, что, с целью закрепления инфракрасной голЬграл1мы и восстановления е0 в видимом диапазоне,: одновреаленно б инфракрасным излучение пироэзтектрик освещают однороднцм импульсным излучением. Источники инфсч)мации, во внимание при экспертизе 1.Simpson W.A. а.о. Визуализация инфракрасных гoлoгpa sM.в реальном масштабе времени.Applied Optics, 1970, 9, 499. 2.Phillips W. а.о. Свойства оптической и голографической памяти в LiNOg, легированномпереходными металлами . А Review , 1972, 33, р. 94-109.