Устройство для записи голограмм

 

Изобретение может быть использовано для создания художественных голограмм и голографических оптических элементов. Цель изобретения - повышение качества голограмм . Устройство содержит источник когерентного излучения, узлы формирования опорного и объектного пучков с фазосдвигающим устройством, подключенным к генератору синусоидальных сигналов, регистрирующую среду, фотоприемное устройство, синхронный усилитель, выход которого соединен с фэзосдвигающим устройством . Фотоприемное устройство выполнено в виде двух фотоприемников, установленных за регистрирующей средой на оптических осях узлов формирования опорного и объектного пучков. Дополнительно введен сумматор, вход которого подключен к синхронному усилителю. Устройство работаете использованием нового эффекта самодифракции на слоях незздубленной бихромированной желатины . 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4641250/25 (22) 20.01.89 (46) 23.11.91, Бюл. М 43 (72) M.Â. Тютчев, E.В, Каляшов и А.П. Павлов (53) 772.99 (088.8) (56) Cescato . Stabilized +loiographic

Recording Using the Residual Reat Tive Effekt ln à PosItIve Рйо1огез!за, — Optics Letters, 1987, ч. 12, М 12, р. 982.

Барменков Ю.О. и др. Голографическая фильтрация низкочастотных помех в выходном сигнале измерительного интерферометра. — Оптика и спектроскопия, 1988, т.

64, вып. 6, с. 1339. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАПИСИ ГОЛОГРАММ (57) Изобретение может быть использовано для создания художественных голограмм и голографических оптических элементов.

Изобретение относится к голографии, в частности к устройствам для получения голограмм, и может быть использовано для создания художественных голограмм и стационарных голографических оптических элементов (C03): голографических дифракционных решеток, линз, пространственных фильтров, компенсаторов, мультипликаторов.

Цель изобретения — повышение качества голограмм и расширение класса решаемых задач.

На фиг. 1 показана блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — осциллограмма сигнала; на фиг, 3 — блок-схема устройства, вариант.

„„Я2„„1693587 А1

>s 6 03 Н 1/04, G 02 В 5/32

Цель изобретения — повышение качества голограмм. Устройство содержит источник когерентного излучения, узлы формирования опорного и объектного пучков с фазосдвигающим устройством, подключенным к генератору синусоидальных сигналов,. регистрирующую среду, фотоприемное устройство, синхронный усилитель, выход которого соединен с фазосдвигающим устройством. Фотоприемное устройство выполнено в аиде двух фотоприемников, установленных зэ регистрирующей средой на оптических осях узлов формирования опорного и объектного пучков. Дополнительно введен сумматор, вход которого подключен к синхронному усилителю, Устройство работает с использованием нового эффекта самодифракции на слоях неэадубленной бихромированной желатины, 1 з. и. ф-лы, 3 ил.

Устройство для записи голограмм со- О держит источник 1 когерентного излучения, полупрозрачное зеркало 2, "глухие" зеркала (Л

3 и 4, одно из которых 4 укреплено на пье- QQ зоэлементе 5 и образует фазосдвигающее устройство, линзы 6, формирующие опорный и объектный пучки нужной конфигурации, генератор 7 синусоидальных сигналов, регистрирующая среда 8, синхронный усилитель 9, сумматор 10, фотоприемное устройство, состоящее из фотоприемников 11 и 12.

На фиг. 2 приведена осциллограмма сигнала U на выходе синхронного усилителя, настроенного на частоту модуляции. На участке АБ система стабилизации включена.

1693587

,>О

<15

l"-<0I

НВ участке БВ системе стабилизации выкл)оче))с), ического поля Относитель(.о регистрирующей среды, возникающие при приложении фазовых возмущений в моменты времени «<, «2 и«з, На фиг, 3 приведен пример конкретного

Выполнения ffcTpoAcTBa, Где фазосдВиГающее устройство выполнено из двух элеменТоВ, Один из t(GTopbt>(сОстОит ИЗ Зеркала 3, укрепленного на пьезоэлементе 5;.подключенном к выходу синхронного усилителя 9, а Д )угой сОстОит из 38рКапа 4, укрепленнОГО на магнитострикционном элементе 13, подклк>ченном к генератору 7 синусоидальных сигналов.

Благодаря экспериментально установл е H н ы м За В и с и)40стя м си Гн an 0 В сс! м Оди фракцииии Ut) на частоте модул я ции Q исигналов U2zf на частоте 2Я,ИЗ(!еренных одновременно двумя фотопр<лемниками, устаHовленными за реги((трирующей средой, оТ величинь(рассогласования Лф для случая амплитуднОЙ и амплитудно-фаЗОВОЙ первичной Голографической структуры (П) Ц становится возможной стабилизация

<< C

Эксперименты показали, что в (, уча";; амплитудной ПГС, с одной стороны <).,л„= О, «)2 ()= 0 при L) p= О, с другой стзроны при ) ф 0 " - ta« t -" и ) О <-12.Й = О и : (едо вате t b"

HO. Сигнал Uy, 3!»,pегистоиро()а!!(Ib!ót tea>Kä(-, vt из фотоприемнщсов, может и(;пол(.: Оват(,<д для cтэ б(лл;133 (<ии (-Ол< <>)-рафи ч 8t„ Kог(, пол <)

ПОСKonьку при Запис(А стао>IÎHapH:I ((0<10

Гр<)мм с

1(ИИ ИС ПОЛ ЬЗ<>8 ; (Я си(НВЛ l.1 ><)(„I (t =,- 0 !<а <(Г<ри

Ar »0, так и при Ар 4 О), го г!pi! кали и)1 амплитудной составляющей;т, е. В слу )ае амплитудно-фазовой ПГС) с-,абилизация голографическ()го поля с использованием как

)>1(1, ТаК и U ()становигся невозможной, так

КВК N3M8»PBHHb)8 Ka>K< ЫМ Из фото()ОИ()Мников, Отл!Лчные от нуля при отсуFcTBN) t рассоГласОВания си(нвлы фазОВОЙ со.ставляа(цей fff C на частотЕ а н амг(ЛИтуднОЙ составлЯющОЙ На "1астот8 2 »ыдзют

l() CT)(+MN

R03ING>KH0tt благодаря TOM<>, <)TO, KBK 3Kc06)(иментально показано, в слу«!38 а(!и!(Итудной ПГС, Во-первых, знак сигналов Ц1, измереннь х за регистриру.ощей cpåäot!,. как в Опорном, так и абьектном пучках одинаков, во-В) орых, сигналь) U2 rl, измеренные в этих пучках, также имеют Одинаковый знак. Поэтому, используя два к t .dna pet.(страции сигналов на обеих гармо(-(1)ках и алгебраический сумматор, воаможнс) ot,)ществить стабилизацию голографлческого поля относительно регистрирующей среды, При этом в случае превышени::. амплитудной сост<»Вляющел П ГС на<д фа (ОВОЙ в Уст" ройстве сигналы, заре истр(!рованные фотоприемни(ами 11 и 12, суммируются сумматором и далее удвоенная амп<г!иту„ <,ная составля;-ов,,ая сигнала подаегся на синхронный усилитель, настроенный на частоту Q, Если фазовая составляющая

Г (С превышает амплитудную< то сигналы с фотоприемников 11 и 1= вычитаются и сигнал, соответствующий удВОенно. .у сигкалу чисто фазовой составляющей ПГС подается на синхронный (силител настроенныл на частоту 2 (;).С слнхронного усилителя сигнал короекции подается на фазосдвигающий элемент, которыи ксрректирует фазу одного из пучков так, чтобы устранить рассогласование "onoграфического поля N записываемой ПГС., устройство работает следуюшим обраЗОМ.

1<злучение источника 1 когерентного Nany"-!8 НИЯ НВПPaВЛ. tЕТСЯ На ftо<"< > Г10ОЗРВЧ<:08 .«е p K))no 2, деля:..1) 88 и(Kong!» bit<< < t )(roK Ha Обьt,KTHbIN И ОГГОРНЫЙ. КОТОРЫЕ С ПОМОЩЬЮ ЗЕРк .:л 3 и 4 и лин;- б, формирующих эаданнуY) (в:.Ввисимости ог обьекта 3aoиси} !(Онфигураци.а опор(!Ого t < объектногс пучкОВ, напоавляются на регистриру(ощую среду 8.

"-хвора г,, 1 3 ук p8t! p BHG < и ьезо» г((ем<»1 ют(» 5 и

0(>разует Ф330сдьл< эющее устсс,)ство. В ре ! N гр<,:<0< <ощ<»й с "р<» и(» 8 О(ув tpç t t»nq q с<» понировэ .è8 голо.-рафическс<(-о !оля;

BO:-1(tNKaI0())8< О;РИ ИН <8P<(>8P8HA!1N СПОРНО,-0 И Обье)КТНО(т, Г!ЧЧГОВ И Проискодйт Запио(, первичной голографической структуры, ка .vIop0é пучки дифраг»)руют В ледствие явления самодифракции. В результате 3а регистрирующеЙ средой в направлении опорногo пуч:а расг!ространяются "aK прошедший ее опорный- так и г:,родифра! ировавший на ПГС.объектный пучки, интерферирующие между "îáîé, 8 на-!

10"-»ânåHèè Обьектного пучка распространяются поошедший регистрирующу о среду объектный и продифрагировавший на ПГС опорный г!Учки, также интерферирующие межДУ собой, Результат и()терференци((зависит от фазовых соотношений ме>(ду опорны<м и обьектным пу-1ками и, следовательно, от природы ПГС «:,лучайных фазовы.-, возму())81!ий, Сигна)1 самодифракЦии весьма мал, 1693587 тально показано, что в случае амплитудной

ПГС сигналы Ри 2 Q, измеренные в направлении как прошедшего регистрирующую среду опорного, так и обьектного пучков, имеют одинаковые знаки. Поэтому при пре45 вышении в ПГС амплитудной составляющей над фазовой в устройстве сигналы, зарегистрированные фотоприемниками 11 и 12, суммируются сумматором 10 и далее удвоенная амплитудная составляющая сигнала подается на синхронный усилитель 9, на- 50 строенный на частоту Q.Åñëè фазовая составляющая ПГС превышает амплитудную, то сигналы с фотоприемников 11 и 12 вычитаются и сигнал, соответствующий удвоенному сигналу чисто фазовой составляющей

ПГС, подается на синхронный усилитель, настроенный на частоту 2 Q. С синхронного усилителя сигнал коррекции подается на фазосдвигающий элемент, который коррекно его можно выделить, используя малук по величине принудительную модуляцию разности фаэ опорного и объектного пучков на частоте Qc помощью пьезоэлемента 5, на который подается напряжение с генератора

7синусоидальных сигналов, Выделение сигналов самодифракции на частоте Йпроизводится с помощью фотоприемного устройства, состоящего из фотоприемников

11 и 12 и синхронного усилителя 9. Сумматор 10 позволяет формировать сигнал коррекции системы стабилизации как в случае записи чисто фазовой, так и в случаях записи амплитудной и амплитудно-фазовой ПГС.

Известно, что при отсутствии рассогласования между ПГС и голографическим полем сигнал на частоте 2 И равен нулю, если

ПГС фазовая. Экспериментально установлено, что для случая чисто амплитудной ПГС при отсутствии рассогласовани -сигнал на частоте бравен нулю, а при появлении рассогласования появляется отличный от нуля сигнал на частоте Q Этот сигнал выделяется и усиливается синхронным усилителем до величины, которая требуется для получения фазового сдвига, компенсирующего исходное рассогласование. В случае записи амплитудно-фазовой ПГС стабилизация голографического поля становится невозможной, так как измеренные каждым фотоприемником отличные от нуля при отсутствии рассогласования сигналы фазовой составляющей ПГС на частоте Q и амплитудной составляющей на частоте 2 Q дают ложный монотонно возрастающий по величине сигнал коррекции. В устройстве стабилизация голографического поля при записи голограмм с амплитудно-фазовой ПГС становится возможной, поскольку эксперимен5

35 тирует фазу одного из пучков так, чтобы устранить рассогласование голографического поля и записываемой ПГС.

Устройство (фиг. 3) собрано на стандартной голографической плите -ипа СИН-1, В качестве источника 1 когерентного излучения использован лазер ЛГН-503, работающий на длине волны 514,5 нм, с мощностью излучения 0,5 Бт, Полупрозрачное зеркало в качестве светоделителя 2 для разделения пучка на опорный и объектный, поворотные зеркала 3 и 4, микрообъективы 6 образуют узлы формирования опорного и обьектного пучков, имеющих равную интенсивность и в регистрирующей среде. В области интерференции опорного и объектного пучков установлена стеклянная пластинка со слоем голографической регистрирующей среды 8, В качестве регистрирующей среды используются слои незадубленной бихромированной желатины. Зеркало 4 установлено на магнитострикционном вибраторе 13, представляющем собой ферритовый стержень с намотанной поверх него катушкой индуктивности и предназначено для модуляции фазы одного из пучков по синусоидальному закону с частотой модуляции Й=. 55 кГц и

Л малой амплитудой модуляции —,Часто4O та задается генератором синусоидальных сигналов 7 типа Г-118, Интенсивность пучков, провзаимодействовавших с регистрирующей средой, регистрируется фотоприемниками 71 и 12 типа ФДК-142 и поступает на синхронный детектор 9 типа

КЗ-2, настроенный на частоту Ялибо 2 Р, Сигнал коррекции с выхода синхронногЬ усилителя подается на пьезоэлементтипа

КП-1, который вместе с укрепленным на нем зеркалом 3 образует фазосдвигающий элемент, который компенсирует случайный фазовый сдвиг между опорным и объектным пучками. Выполнение фазосдвигающего элемента в виде двух элементов позволяет повысить чувствительность устройства для записи голограммы, поскольку фазосдвигающий элемент может быть выполнен малоинер4Фонным, что обеспечивает его работу на достаточно высокой частоте модуляции

Q, и тем самым повысить отношение сигнала к шуму в системе стабилизации, а фазокорректирующий элемент может быть выполнен оптимальным для осуществления коррекции фазы в большом динамическом диапазоне и в отдельных участках голограммы, что особенно важно при больших ее габаритах. Для этого, например, фаэокорректирующий элемент может быть выполнен в виде гибкого зеркала, укрепленного на матрице из пьезоэлементов, причем каж1693587 дый элемент матрицы через сумматор соединен с соответствующим элементом матричных фотоприемников,11 и 12.

Проведено шесть серий экспериментов, которые показали, что после включения си- 5 стемы стабилизации остаточные нестабильности положения интерференционной

KBpTMHbl He превышают величины — В то

4О)время как при отключенной системе стаби- 1О лизации смещения интерференционной

). картины достигают величины - - . Проведенf ные лабораторные испытания показали, что дифракционная эффективность голографи- 15 ческих оптических элементов на слоях бихромированнай желатины, записанных в лабораторных условиях на голографическом стенде типа СИН-1., в результате применения устройства выросла на 10 и 2Q достигла величины, близкой к предельно возможной (до 97;4).

Таким образом, благодаря новому конструктивному решению, основанному на явлении самодифракции в амплитудно-фа- 25 зовой ПГС в регистрирующей среде, уст, ройство для записи голограмм позволяет существенно повысить качество голограмм и осуществить запись художественных голограмм и стационарных голографических оптических элементов, что существенно расширяет класс решаемых задач.

Формула изобретения

1. Устройство для записи голограмм. включающее источник когерентного излучения, объектный и опорный каналы, оптически связанные с нелинейной рсгистрирующей средой, обладающей свойством самодифракции под воздействием излучения, два фотоприемника, установленных за средой, выходы которых соединены с входами схемы сравнения, с выходом которой соединен усилитель, два фазосдвигающих устройства, одно из которых соединено с выходом генератора синусоидальных сигналов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества голограмм, схема сравнения выполнена в виде сумматора, а усилитель — синхронным, выход которого соединен с вторым фазосдвигающим устройством.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что в качестве нелинейной регистрирующей среды, обладающей свойством самодифракции под действием излучения, использован слой незадубленной бихромированной желатины.

";5935h7

ll8. 5

Составитель Е. Дорофеева

Техред М.Моргентал Корректор С. Шевкун

Редактор A. Козориз

Заказ 4078 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открь;тиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101