Способ записи голографической решетки

 

О П И С А Н И Е (111526208

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнителы.ос к авт. свид-ву (22) Заявлено 05,08.74 (21) 2049654, 18-25 (51) М. Кл.а б ОЗН 1,04 с присоединением заявки»е

Гасударственный KCMkTBT

Со",åòà Министров СССР (23) Приоритет ло делан изобретений (43) Оп,блпковано 05.11.78. Боллетень ¹ 41 (53) УДК 772.99 (088.8) и открытий (45) Дата опубликования описания 21.08.78 (72) Авторы пзоб четенпя

В. Б. Марков, С. Г. Одулов и М. С. Соскии

Институт физики АН Украинской CCP (71) Заявитель (54) СПОСОБ ЗАПИСИ ФАЗОВОЙ ГОЛОГРАФИЧЕСКОЙ

РЕШЕТКИ

Изобретение относится к облает и 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 пространс: ионным распределением.

Известен способ записи динамических голограмм в материалах, показатель преломления которых зависит от интенсивности сгетовой волны, падающей на образец, состоящий в помещении материала в область перссечения двух когерснтных волн jl).

Прп записи объемной фазовой решетки энергообмсн между двумя записывающими пучками, а следовательно, и динамическое преобразование интенсивностей опорного и предметного пучков возможно только в том случае, если записываемая решетка смещена относительно порождающей ее интерференционной картины (2).

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

Так, в кристаллах нпобата лития под действием видимого света наводится голографичсскa» 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, 5 в котором записывается голограмма, на выходе большая часть энергии концентрируется водном пучке. Экспериментально получено перераспределение интенсивностей 18: 2.

Однако данный класс регистрирующих

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

15 Значительное уменьшение постоянной времени при сохранении возможности энергообмеиа между пучками необходимо, в час ТНос T1!. пр и осуществлении динамического преобразования или коррекции расходимо20 сти лазерных пучков методами голографии.

Если в хаотическом режиме генерации твердотельного лазера в отдельных пучках излучаются волны с различныifи пространственными распределениями, то постоянная

25 времени динамической голограммы-корректора не должна превышать временного интервала между пучками, т. е. должна быть порядка 10 —" с.

Наиболее близким к предлагаемому тех30 ническим решением яв.чяется способ записи

526208 фазовой голографичсской решетки п) r«м помеще!!!!я полупроводникового кристалла

В область пересечения двух световых пучкol3 и приложения к нему электрического поля (4).

Ряд полупроводниковых кристаллов с линейным лиоо двухфотонным поглощением света (кремний, сульфид и селенид кадмия, OhlfC LlHHh2) ДОП) СК21ОТ 32ПИСЬ ф2ЗОВЫ; Голограмм с временем жизни порядка 10

10 " с. Однако создаваемые решетки сказываются несдвш«утыми и, таким образом, энергообмен между проходящим?! пучками невозможен.

Цель изобрстения — получить дина)!>!ческую голографическую решетку с пространственным сдвигом относительно кар) ины интерференции световых пучков при малой постоянной времени.

"- Для этого вектор напряженности электрического поля ориентируют перпендикулярно к биссекториальной плоскости угла схожде«п!я пучков, причем для получения оптимального сдвига, напряженность электрического поля выбирают в соответствии с условием

>)е), 8

2 sff) —, 7

1 äå и — «.онцентрация свободны: носи«елей, е — — заряд электрона, е — диэлектрическая постоянная, i. — длина волны излучения, 0 — угол схождения между пучками.

На фиг. 1 изображена схема записи динамической фазовой решетки В полупроводни1 .Рнстал Ic; 112 фи«. 2 — I!PocTP2?:c <венное распределение света в интерференционной картине (1(х)) и свободных носителей и(х). совпадающее с изменением поКаэаТСЛЯ ПРСЛОМЛЕН;!Я.

J. 1ß ЗВПИСИ ИСПОЛЬЗУЕТСЯ ПОЛ) ПРОВОДНИКОвый кристалл 1, имеющий форму прямоугольного бруска. Две противоположные грани отполироьаны с оптической точ!гостью. Две противоположные боковые грани также u>" полированы и на них f1,2<íåccíû электроды 2, подключенные к источнику 3 напряжения.

На отполированную входную грань кристалла направляют две когерентные волны, опорную 1, и предметную !„р, так, чтобы кристалл находился в области их пересечеНИЯ.

llод действием света электроны из Вале!пной зоны или с донорных уровней flcpcходят В зону проводимости Вследс" Вие линейного (крсMHHH) либо двухфо.«ошн)г<> (c) ôfi Ic23!! fI5I) f101 l0l11cниЯ. З,lc h !f2 электр<и?ы действуе! увлекающая с IT!2, снязанная с приложснным внешним алек",рическим полем, в результате чего распрсделение элсктронов оказыг.ается искаженным и его максимумы сдвигаются по отноше!!Ию к ъlаксим < ма I интерференциоl?ной решетки.

Аналоги«ным ооразом;>скаж е<с?- га<->предсление сзооол: ых ?u l-е.!Сй другого: ?Вкs— дь;рок. 1!Оскол к) измс«:ение показателя н 1) е >«О. < 1, 1 c! I H rf п 1) О п 0 р ц и о и а л ь н,) H o H Ll, е н т р 2ции свободных носителей, записываемая фазовая решетка оказь<вается также сдвинутой По О, НОШсНИЮ К ИитЕрфсрЕНцИОННОй кар, ?ше, что дел2ет Возмо)иным энергооб10 мен межд запись<вающими ";чками.

1 1 е О б ход !1) 2 Я:м?1н и <1 2 л ь н 2 Я 1! 2 п р Я ж с нность внешнего поля, требуемая ля реали32цllи эффекта, Оп редел яетс?«след1 ющи. :l образом. Электроны, попавшие в зону про15 Вод!!..!Ости. стремя- ся рас!!рсдс)!И«ься раВНОМ РНО ВСЛЕДСТВИ< С!!Ловой ДИффУЗ1!1!, 2

3 2кже рекомб!!Ннр) !О г с дырк2ми или ловушками. Чтобы создаваемая решетка была сдвинутой, нсоб:.Одимо, чтобы дрейфовый ток электроноь во внешнем поле превышал диффузионный ток и Iio-ок рекомбинации.

1. В нестационарном случае дл?ггельность импульса короче Времени жизни свободных носителей и Времени диффузионного выравнивания неоднородного и:. распределения.

Тогда необходимо. !Тобы свободные носители сдвигались в r ространстве из-за дрейфа во внешнем поле раньше, чем произойдет диффузионное расплывание созданного не30 03itopojnoго распределе« пя, -,. е. дрейфовый ток должен быть большс ил:! порядка д ?ффузионного тока:

D unE, дл дх

35 где п — концентрация носителей, дающих основной вклад в изменение показателя преломления;

D — коэффициент диффузии;

40 1? — подвижность, Š— необходимая напряженность поля в образце.

i1сп0л!>ВуЯ соотноп!с??Пе Э?«нштейна длЯ связи D» 1L, получим условие для напря.1,- женности внешнего поля, приложенного к

oop as II)

«<Т дл 1 е дх и где  — диэлектрическая постоянная вещества;

Й вЂ” постоя!шая Больц:

У вЂ” абсолютная темпер2тура.

ll. В случае, если дли.гельиость импульса значительно короче. !см Время жизни носителсй, но длиннсс, чем время,?иффузиошюго раси.!ынания, с«анавливаетс?! Некое стацио?!ар!!Ос распре,?Слсllll< f1<)clïслсй ll тоже ! 0 Во:>!ill!!2< 1 голо! Рафи 3<. h211 Р<. !Ис! h2, )<) и и

> х!сьс< ><1)фск! !!!!?;Вя, ч< i«, cë) <120 1.

1I1. В случае, когда дл !Нге;>ь?И)сть им и) льса больше «ремсни )lillзни lloclllcлсй и ьреме!!и дифф) ионно! стирания, ноле оцени05 Вается flo той же формуле, что и в случае11, 526208

Ъп

Фиг 1

2и

x) Х с той разницей, что вместо длп-ельностп импульса необходимо по гс а .:ь рем. ж:!!íè свободных носителей т:

В настоящее время не и "вес-;ны по -оч ики когерентного излучения, позволяющие реализовать случай III на практике, в то врем". как для реализации случаев 1 и II вполне 10 подходят современные импульсные твердотельные лазеры.

Предлагаемый способ может быть использован для голографирования в реальном времени, для оптической обработки пнфор- !5 мации, для преобразования угловых спектров излучения импульсных ОКГ методами голографии, что позволит существенно носить быстродействие устройств.

Формула изобретения

1. Способ записи фазовой голографической решетки путем помещения полупроводникового кристалла в область пересечения 25 двух световых пучков и приложения к нему электрического поля, отличающийся тем, что, с целью получения динамической голографической решетки с пространственным сдвигом относительно карти..ы шпеер- З0 фE !; н":н:! сзето.:,!x IIyчков rIpl! MB IQH пост:: í! >!: ремени, вектор напряженности электрического поля ориентируют перпендикулярно к бнссекториальной плоскости угл а схож ден и я пуч ко в.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью получения оптимального сдвига. нагряженность электрического поля выбирают в соответствии с условием яЕв

2 Sltl—

2 где и — концентрация свободных носителей; е — заряд электрона; е — диэлектрическая постоянная;

Х вЂ” длина волны излучения;

6 — угол схождения между пучками.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Н. Eichler, В. К1икоъski. «L. Angew.

Phys». 31, 1, 1971.

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

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

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