Практичне застосування фоторефрактивного ефекту

ПРАКТИЧНЕ ЗАСТОСУВАННЯ ФОТОРЕФРАКТИВНОГО ЕФЕКТУ

ЗМІСТ

ВСТУП

1. ФОТОРЕФРАКТИВНИЙ ЕФЕКТ ТА УМОВИ ЙОГО СПОСТЕРЕЖЕННЯ

1.1 Фоторефрактивні кристали

1.2 Фоторефрактивний ефект

1.3 Умови спостереження фоторефрактивного ефекту

2. ГОЛОГРАФІЧНА ІНТЕРФЕРОМЕТРІЯ

2.1 Двохекспозиційна голографічна інтерферометрія

2.2 Голографічна інтерферометія в реальному часі

2.3 Голографічна інтерферометія за допомогою двох довжин хвиль

2.4 Голографічна інтерферометія з усередненням учасі

3. АДАПТИВНІ ІНТЕРФЕРОМЕТРИ НА ОСНОВІ ФРК

3.1 Ефект енергообміну фазомодульованих світлових пучків

3.2 Практичні застосування і експериментальні дослідження адаптивних інтерферометрів на основі ФРК

4. ОБЕРНЕННЯ ХВИЛЬОВОГО ФРОНТУ В НЕЛІНІЙНІЙ ОПТИЦІ

4.1 Поняття про обернену хвилю

4.2 Практичне використання ОХФ

4.2.1 Двохпровідний підсилювач

4.2.2 Резонатори з ОХФ дзеркалом

4.2.3 Компенсація спотворень зображення в світловоді

4.2.4 Автофокусування випромінювання

ВИСНОВКИ

ЛІТЕРАТУРА

ВСТУП

Явище фоторефракції було виявлене в 1966 р. при вивченні проходження достатньо потужного лазерного променя через електрооптичні кристали LiNbO₃, LiTaO₃ і деякі інші. Виявилось, що під дією лазерного світла, освітлюючого окрему ділянку зразка, відбувалася локальна зміна показника заломлення кристала. Це приводило до спотворення хвильового фронту променя. Таким чином, промінь світла псував до цього високу оптичну якість кристала — з'являлася неоднорідність показника заломлення в освітленій ділянці, що послужило приводом для первинної назви ефекту optical damege (оптичне пошкодження). Проте незабаром звернули увагу і на важливі позитивні сторони ефекту. З'явилися пропозиції про його практичне використання, і почалося його інтенсивне дослідження. Надалі саме явище все частіше почало називатися ефектом фоторефракції. Оскільки при фоторефракції зміна показника заломлення є оборотною, то фоторефрактивні кристали почали розглядатися як реверсивні світлочутливі середовища. Це виявилося цінною знахідкою для вчених-оптиків, які займалися голографією і оптичною обробкою інформації. З іншого боку, вивчення природи явища фоторефракції виявилося цікавим для фізиків — фахівців в області фізики твердого тіла, напівпровідників, когерентної оптики.

Фізична суть ефекту полягає в тому: що падаючий на кристал промінь світла порушує в освітленій області фотоелектрони, які в результаті дифузії або дрейфу в прикладеному електричному полі (або за рахунок фотовольтаїчного ефекту) йдуть з освітленої області. Потім ці електрони захоплюються в пастки в неосвітлених ділянках кристала. В результаті утворюється просторово неоднорідний розподіл заряду, а отже, і електричного поля усередині зразка. Оскільки в розглядуваних кристалах наявний електрооптичний ефект (їх показники заломлення залежать від електричного поля), то в кристалі з'являється неоднорідний розподіл показника заломлення. Таким чином, відбувається запис зображення. З цієї моделі безпосередньо слідує ряд ключових питань, створюючих загальну-проблему фізики фоторефрактивних середовищ.

1. Природа світлочутливих центрів, які поглинають світло і породжують рухомі носії заряду (у переважній більшості випадків електрони).

2. Процеси формування просторово неоднорідного об'ємного заряду (дифузія і дрейф носіїв, релаксація об'ємного заряду, вплив поля самого заряду на процес його формування).

3. Електрооптичні ефекти в неоднорідному електричному полі; виникнення просторових варіацій показника заломлення, що відображають характер розподілу заряду в кристалі.

4. Розповсюдження і дифракція світла в кристалах з неоднорідним розподілом показника заломлення

Нарешті самостійний інтерес представляє питання про практичні застосування фоторефрактивних середовищ і конкретних пристроїв обробки інформації і управління лазерним випромінюванням за допомогою розглядуваних кристалів. У цьому аспекті вивчаються функціональні властивості фоторефрактивних середовищ, а також передавальні характеристики, чутливість, динамічний діапазон, швидкодія і ін.

Саме питання про практичне застосування фоторефрактивного ефекту розглядається в даній курсовій роботі.

1. ФОТОРЕФРАКТИВНИЙ ЕФЕКТ ТА УМОВИ ЙОГО СПОСТЕРЕЖЕННЯ

1.1 Фоторефрактивні кристали

Фоторефрактивні кристали характеризуються наявністю досить сильного лінійного електрооптичного ефекту (ефекту Поккельса), тобто зміни показника заломлення δn=-n₀³r E₀/2, де r- електрооптичний коефіцієнт, Е₀ - напруженість статичного поля, n₀ - показник заломлення. Сюди відносяться сегнетоелектрики Sn₂P₂S₆, LiNbO₃, LiTaO₃, BaTiO₃ і інші, напівпровідники CdS, CdTe, Bi₁₂SiO₂₀, Bi₁₂GeO₂₀ і т.д. Домішки, які є в кристалах, під дією світла можуть іонізуватися, тобто віддавати електрони в зону провідності, і в результаті виникає зміна показника заломлення. З великого числа різних механізмів розглянемо так званий дифузійний механізм.

В момент іонізації макроскопічна густина заряду не виникає, оскільки заряд електронів точно компенсується позитивним зарядом іонізованих домішок. Але завдяки великій рухливості електрони швидко починають дифундувати від місця збудження, а іони залишаються на місці. В результаті спільної дії просторово неоднорідного збудження і дифузії електронів в напрямку областей з меншою інтенсивністю виникає неоднорідний розподіл об'ємного заряду і, як наслідок, неоднорідне статичне поле, яке через ефект Поккельса модулює показник заломлення.

Дещо інший механізм фоторефрактивного (ФР) відгуку реалізується, якщо на кристал накладено досить сильне статичне електричне поле Е₀. Це поле відносить електрони від позитивних іонів і тим самим створює просторову неоднорідність заряду, поля і показника заломлення.

Цікава властивість ФР середовищ полягає в тому, що в деяких випадках записувані в них динамічні голограми запам'ятовуються на тривалий час при вимиканні дії на них. Записану інформацію можна потім стерти, наприклад, тепловою дією або однорідною засвіткою кристалу.

Ще одна специфічна особливість ФР нелінійності полягає в досить сильній анізотропії коефіцієнта r. Так, у випадку коли хвильовий вектор ФР гратки направлений вздовж оптичної осі в LiNbO₃, коефіцієнт r₃₃ приблизно в 5 разів більший, ніж r₂₂ при орієнтації цього вектора поперек осі.