Способ записи динамической голограммы
Номер патента: 2513
Опубликовано: 30.12.1998
Авторы: Чарлей Альфред Васильевич, Ивакин Евгений Васильевич, Рубанов Александр Сергеевич, Толстик Алексей Леонидович, Карпук Сергей Михайлович
Текст
/ ОПИСАНИЕ РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ (19) ВУ (П) 2513 ИЗОБРЕТЕНИЯ е- з, с 1(12) с озн 1/06 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(54) сносов ЗАПИСИ ДИНАМИЧЕСКОЙ ГОЛОГРАММЫ(71) Заявитель Белорусский государственный университет (ВТ)(73) Патентообладатель Белорусский государст вех-шый университет (ВУ)Способ записи динамической голограммы, заключающийся в том, что а светочувствительную резонансную среду облучают когерентньгми между собой опорным и объектным пучками,переводящими атомы и молекулы среды в возбужденное состояние , и одновременно воздействуют на нее не когерентным с указанными пучками дополнительным световым пучком, отличающийся тем, что спектральную частоту дополнительного светового пучка отстраивают в полосу поглощения из возбужденного состояния.(55) 1. А.с. СССР 410687, МПК СгОЗС 9/08, 1973. 2. Озолс А.0.// Известия АН Латвийской ССР, серия физических и технических наук.1979.-М 9 3.-С. 45-52 (прототип). 3. Кабанов В.В., Рубанов А.С. // Квантовая элекгроника.-1982.-Т.9.-С. 1277-1278.Изобретение относится к области записи и воспроизведения волновых фронтов и может быть использовано в адаптивной оптике, для оптической обработки информации в реальном времени. Известен способ записи дШ-гашгческой голограммы 1, вюпочаюнгий облучение резонансной среды опорной и объектной когерентнщш волнами и одновременно третьей ведшей, некогерентч-ч ной по отношению к ним. При этом, в результате взаимодействия третьей волны со средой, поо следняя переходит в возбужденное (ггнверсное) состояние, в результате чего интенсивность. опорной и объектной волн при прохождении через светочувствительную среду возрастает, и дифракционная эффективность загшсьгваемой таким образом голограммы увеличивается. Недостатком Данного способа является необходимость достиэкех-пая в среде эффекта усиления взаимодействую(Чт щих волн, что существенно страх-впивает класс веществ, способных к записи голограмм. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ записи динамической голограммы 2, основанный на воздействии на резонансную среду опорной И Щ объектной световыми волнами, формирующими динамическую голограмму за счет пространственно-неоднородного частичного просветления среды, вьтзванного переходами атомов и молекул из основного энергетического состояния ввозбухщенное состояние, и облучении резонансной среды независимым дополнительным световым пучком, частота которою отстроена в полосу поглощения из основного энергетического состояния. В этом случае происходит увеличение дифракционной эффективности голограммы за счет того, что свет дополнительного пучка уменьшает среднюю оптическую плотность светочувствительной среды и, следовательно, увеличивает прозрачность ее для восстанавливающей и восстановленной волн.К недостаткам данного способа записи голограмм относятся невысокие (не выше нескольких процентов) значения дифракционной эффективности, так как они достигаются только за счет увеличения среднего пропускания слоя голограммы, максимальное значение которого равно единице. При этом амплитуда модуляции коэффициента поглощения и показателя преломления среды остается прежней. Кроме того, при большой интенсивности дополнительного светового пучка происходит искажение профиля штрихов голограммы, что приводит к снижению качества записи, появлению шумов при восстановлении голограммы.Задачей изобретения является увеличение дифракционной эффективности динамической голограммьт.Поставленная задача решается тем, что на светочувствительную среду, облучаемуто котерентньцш между собой опорным и объектньшт пучками, направляют дополнительный световой пучок, некогерентньпй записывающим голограмму полям, причем частоту дополнительного светового пупа сгсграиваюг в полосу поглощения из возбужденного энергетического состояния атомов или молекул.Сравнение свойств заявляемого и известных решений, использующих для увеШ/Чения дифракционной эффективности дополнительную световую волну, показало, что в заявляемом решетпти дополнительный пучок обуславливает усиление записатптой толограшиьт за счет переходов с возбужденного уровня, не влияя практически на процессы регистрации голограмм, реализуемые при поглощении из основного энергетического состояния. Эта особенность, в сравнении с прототипом,приводит к более существенному росту дифракционной эффективности, так как интенсивность дополнительного светового пучка может быть выбрана большой, вплоть до интенсивности просветления возбужденного синглетного 1 - 2 либо триплетного Т 1 - Т канала. В прототтише интенсивность дополнительного светового пучка ограничена интенсивностью просветления в основном канале 0 - 1, на несколько порядков меньшей, чем в предлагаемом способе.Кроме того, подкачка в возбужденном канале практически не приводит к искажению качества записи, так как не уменьшает динамического диапазона светочувствительной среды на частоте объектной и опорной волн.Сущность предлагаемого способа записи голограммы поясняется фиг. 1-3 на примере трехуровневой резонансной среды (0 - 1 - 2).На фиг.1 представлена принципиальная схема записи голограммы по предлагаемому способу.На фиг.2 изображены расположения энергетичссташ уровней светочувствительной среды и соответствующие каналы переходов при облучении ее волнами, участвующими в записи голограммы. Сплошньтми линиями обозначены вынужденные переходы, пунктирными - спонтанные и безьтзлучательньте.На фиг.3 приведены результаты расчета коэффициента отражения обращенной волны в случае, когда восстановление волнового фронта осуществляется по схеме вырожденного четЬтрехволиового взаимодействия.На фш.1 опорная 1 и объектная 2 волны, когерентные между собой, падают на резонансную вьтсокочувствитедтьную среду, вьшош-тенную в виде плоскопараллельного слоя 3. Слой 3 состоит из поглощающих часпищ (молекул, атомов), причем частота (щ объектного и опорного световых пучков попадает в полосу поглощения светочувствительной среды. Часпшьт могут находиться в свободном состоят/ш, в твердой матргще, штбо в лщшости. При воздействии на слой светом на частоте ш 1 он способен просветлятъся. В результате шперференции волн 1 и 2 в слое 3 устанавливается пространственно-неоднородттое распределение интенсивности изпучетшя. За счет светоинлуштроватптьвт переходов 50 - 1 (фиг.2) в слое 3 форшятруется ампшиггудтто-фазовая дштаьшческая голограмма.Одновременно на слой 3 посылают пространсгвенно-однородньш дополнительный световой пучок 4 на частоте год. Для осуществления операций оптической обработки информации может быть реализовано управление интенсивностью дополнительного светового пучка по заданному закону.Вследствие того, что уровень 1 заселен неравномерно (в соответствии с интерференцией света на частоте о) 1), поглощаемая в канале 1 - 2 энергия волн дополнительного светового пучка на частоте (п также промодудтирована в пространствслроцесс поглощеьшя из возбужденною состояния приводит к изменению коштлексной диэлектрической проницаемости среды, в частности, за счет термализации части поглощенной энергии дополнительного пучка. Это приводит к росту пространственной модуляции показателя преломления среды и, следовательно, к росту дифракционной эффективности записанной голограммы.Голограмму восстанавливают считывающим пучком 5, который, в частности, может распространяться навстречу опорному пучку 1 и совпадать с ним по частоте. В этом случае реализуется схема вырожденного четырехволнового взаимодействия (ВЧВВ) и восстановленнаяРассмотрим теоретическая возможность увеличения дрхфрагщиоьшой эффективности дик-таллинсской голограммы по схеме фиг.1 и фиг.2. Поскольку для обьяснет-Шя сущности изобретения выбран вариант ВЧВВ, дифратщионная эффективность голограммы характеризуется через коэффициент отражения обращенной вошчы, равньш отношеншо ее интенсивности к интенсивности объектной волны. В приближешш заданных (неизменных в объеме резонансной среды) полей накачки(опорная и считывающая волны) коэффициент отражения для рассматриваемой схемы взаимодействия описъшается формулой, аналотчной выражению для двухуровневой модели среды 3К Ф 2 ч (Ф 2 щ 2)1 ж 2 сш(ф 2 туя Ежа (п, где щ д, Ь/с, Ь-длина взаимодействия, хо -линейный коэффициент экстишщии. Параметры ц и (р, характеризующие нелинейное поглощение объектной и обращенной волн и параметрическое ВЗЗИМОДСЙСТБИВ, ОПрСДбЛЯЮТСЯ СЛСДУЮЩИМИ ВЬГРНЖСНИЯМИЕ ч 1 (1 012) /(1 2 ос 1 в)3 д (2) Ф 512/ (1 20 е 1)3/2 (3) где 1 - суммарная интенсивность волн накачки. Комплексный параметр нешшейносги д а ос для трехуровневой модели резонансной среды (0 -51 -2) находится из решения системы кинетических уравнений для населенностей энергетических уровнейд (512 521) / 3 Р 21 510 Н 21) В 231 о(12/Рэ 2 520 Низ / (1 33210 / 3 Р 32)Р 21 (4) Здесь, в соответствии с федлшаемым способом, существенную роль играет Интенсивность дополнительного пучка 10 на частоте (132. В (4) о-скорость света в среде, Рд и щ - суммарная вероят ность спонтанных и безызлучательньтх переходов и квантовый выход люминесценции в основном и возбужденном каналах (1 - 5), оцд 2 о 1(2)(1 п/1 Т)г/сСр, оп/бТ - термооптический коэффициент, ц я а ц (Ф) связаны дисперсионными соотношениями с коэффициентами Эйнштейна Вши). Коэффициенты Эйнштейна В 12 и Вд определяются на частоте од волн накачки, Вдд и В 32 -на частоте (п дополнительного светового пучка.Результаты расчета коэффициента отражения обращенной волны К, приведенные на фиг. 3,выполнены в случае возбуждения среды в Центр полос поглощения 0 - 1 и 1 - 2 при стоксовом сдвиге полос люминесценции на одну полуширину контура. Зависимости получены при следующих параметрах, характерных для условий моноимпульсного возбуждения этанольных растворов красителей (с 1 п/с 1 Т)Ср 1 -2-14 Джсм 3 Ъ 103 с оптическая плотность Чшдхо Ь/с 1 Ждз 27 1,06 мкм, А мд 4 А 7 ь 12 100 нм (м, и А м - центр и полуширина полосы поглощения в канале Я - 1) ад 0,5 из О 0 О 06. Представленные на фиг. 3 кривые отвечают разным значениям суммарной интенсивности волн накачки 1 д 0,1 1(2) 1 О(З). Интенсивности нормированы на интенсивности насыщения соответствующих резонансных переходов 1 Н оРдд/(Вдд Вдд) (124 100112). Видно, что дополнительный пучок за счет термализации энергии в возбужденном канале может приводить к существенному (в несколько десятков и даже сотен раз) росту коэффициента отражения обращенной волны.Работоспособность и эффективность способа подтверждена экспериментально при использовании в качестве резонансной среды красителя родамин 6 Ж. Динамическая голограмма записывалась на частоте, соответствующей максимуму полосы поглощения перехода 0 - 1раствора красителя в этаноле (вторая гармоника излучения лазера на алюмоитгриевом граната,длина волны А. 532 нм). В качестве дополнительного светового пучка использовалось моно импульсное излучение на основной частоте (ж 1,06 мкм) того же лазера. Проведенные эксперименты подтвердили возможность увеличения дифракционной эффективности динамическойголограммы при облучении среды дополнительным световым Пучком. Экспериментально достигнуто увеличение коэффициента отражения обращенной волны в три раза.Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скпринът) 66.
МПК / Метки
Метки: записи, способ, голограммы, динамической
Код ссылки
<a href="https://by.patents.su/4-2513-sposob-zapisi-dinamicheskojj-gologrammy.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Способ записи динамической голограммы</a>
Предыдущий патент: Способ диагностики рака щитовидной железы
Следующий патент: Способ получения голограмм и устройство для его осуществления
Случайный патент: Средство для лечения радионуклидной катаракты