Полупроводниковый материал для записи динамических фазовых голограмм

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ пц 528802 Союз Советских Сопиалистических Республик) Приоритет Государственный тет авета Министров СССБюллетень Ъ по делам изобретен н открытий5) Дата опубликования описания 30.05.7) Авторы изобретени П А, Борщ, В. И. Волков,Т. Таращенко орзяк, М. С. Броди В. В, Овчар Украинской ССР нститут физики 71) Заявител(54) ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ МАТЕРИАЛДЛЯ ЗАПИСИ ДИНАМИЧЕСКИХ ФАЗОВЫХГОЛОГРАММ(43) Опубликовано 05,03.7 Изобретение относится к области голографии и предназначено для получения и воспроизведения динамических голограмм в реальном масштабе времени. Зти голограммы могут быть использованы для решения таких 5 задач, как коррекция нестационарньх волновых фронтов мощных лазерных пучков, распознавание образцов в системах оптической обработки информации, создание лазеров с распределенной обратной связью, а также 0 лля получения голографических элементов (светоделителей, пространственных фильтров и др.).Для записи динамических фазовых голограмм необходимы изменения показателя преломления регистрирующей среды, которые обратимо изменяются под действием записывающего их лазерного излучения,Одной из важнейших характеристик динамических голограмм является их быстродействие, которое определяется скоростью механизмов изменения показателя преломления материала голограммы.Известен рял регистрирующих сред, в ко. торых возможна запись фазовых голограмм 25 в динамическом режиме. Это кристаллы сегнетоэлектриков, где изменение показателя преломления связано с перераспределением объемных зарядов 11 и постоянная времени (т) колеблется от 0,1 ло 10 с; растворы по ЗО глощающпх веществ с записью тепловых голограмм (т - 10-" - 10 -с) 2; крцстал. лы окиси цш.ка с одновременной записью электронных ц тепловых решеток (т - 2 х 10 -с) 31; кристаллы кремния (т - 2 - 3 х 10с) 4, а также крцстал-ьт Сс 15 е(У), СсЗ 5 с характерным временем жизни голограмм т х 10 -с, Таки образом, из всех рассмотрснных выше материалов наиболее быстродействующими являются полупроводники 81, СЙЯе ц Сс(8, изменение показателя преломления в которых обусловлено достаточно быстрыми электроннымц процессами.Ближайшим известным техническим решением к предлагаемому изобретению является полупроводниковый материал для записи динамических фазовых голограмм 6 в кристаллах Сс 15 в красной области спектра, где существуют мощные высококогерентные источники излучения, наиболее пригодные лля записи голограмм.Однако этц полупроводники имеют существенный недостаток - незначительную радиационную прочность по отношению к действию на них лазерного излучения. Кристаллы Сс 18, например, разрушаются под действием наносекунлных импульсов излучения рубинового лазера мощностью 60 - 90 МВтс,н-". Кроме того, кажльй нз этих полупроводниког40 45 50 55 ЖЭТФ обладает чувствительностью к записи динамических голограмм в довольно узкой области спектра, Так, кристаллы кремния и селе- нида кадмия пригодны для записи голограмм только в ИК-области спектра, а кристаллы сульфида кадмия только в части видимой области (от 500 нм до 700 нм). В ряде же случаев, например, при коррекции волновых фронтов мощных лазеров с перестраиваемой частотой, а также при сравнении образцов в системах оптической обработки информации, необходимо использовать голограммы, записанные с помощью лазеров с широким набором длин волн (от видимого до ИК-диапазо. на) и обладающие высокой ради ационнон прочностью по отношению к действию лазерного излучения. В связи с этим разработка материалов для записи голограмм, чувствительных в широком спектральном диапазоне и обладающих высокой радиационной прочностью, весьма актуальна,Целью изобретения является повышение радиационой прочности к излучению и рас. ширение области спектральной чувствительности материала для записи динамических голограмм. Это позволит существенно увеличить набор лазерных длин волн для записи голограмм, а также расширить диапазон мощностей, что даст возможность оперировать с мощными лазерными пучками, например, осу. ществляя коррекцию их волновых фронтов.Это достигается тем, что в качестве материала для записи динамических голограмм используют монокристаллы карбида кремния.Карбид кремния - это полупроводник, обладающий значительным политипизмом кристаллической структуры, Благодаря этому кристаллы карбида кремния по существу представляют целый набор полупроводников с различной шириной запрещенной зоны: от 2,3 ео (3 - ЯС) до 3,2 ео (а - ЯС 2 Н).Кристаллы карбида кремния (а - ЯС 6 Н, 15 К и др.) обладают значительной нелинейностью показателя преломления (п = 10 - "- ед. СЮЕ), которая приводит к самофокусировке лазерного излучения в этих кристаллах. Использование этой нелинейности и позволяет осуществить запись динамических фазовых голограмм в карбиде кремния. Для записи используется излучение одномодового рубинового лазера, работающего в режиме модулированной добротности. Излучение расщепляется на два пучка приблизительно равной интенсивности, которые сходятся затем под различными углами от 40 до 3, В области максимального перекрытия пучков устанавливают плоскопараллельный кристалл а - ЯС (6 Н) толщиной - 0,5 мм. Под воздействием лазерного излучения в кристалле 5 10 15 20 25 Зо 35 возникает периодическое распределение показателя преломления, соответствующее картине интерференции двух плоских волн, и свет дифрагирует на им же записанной решетке. После кристалла в фокальной плоскости лин. зы, помимо двух прошедших пучков цулевого порядка, наблюдаются также + 1 и более высокие порядки дифракции.При интенсивности записывающего импульса порядка 50 МВт,см дифракционная эффективность такой решетки составляет Зс) (в СЮ соответственно 4/о). Решетка в карбиде кремния носит фазовый характер (т, е, обусловлена модуляцией показателя преломления) и обладает быстродействием порядка т = 3 х 1 Ос (в Сс 15 соответственно т = 5 х 10с). Кроме того, голограммы, записанные в кристаллах карбида кремния. чувствительны в широком спектральном интервале, включающем видимую и ближнюю ИК-область спектра, и обладают значительной радиационной прочностью по отцошени 1 о к действию лазерного излучения (порог разрушения кристаллов карбида кремния под действием излучения рубинового лазера наносекундной длительности почти в три раза превышает порог разрушения кристаллов Сд 5).Следует также отметить, что кристаллы карбида кремния, как известно, обладают высокой жаростойкостью и химической инертностью, поэтому голограммы на их основе позволят также работать при экстремально высоких температурах и в химически активной атмосфере. Формула изобретения Применение карбида кремния в качестве полупроводникового материала для записи динамических фазовых голограмм с целью повышения радиационной прочности к излучению и расширения области спектральной чувствительности материала. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1. Патент США Мо 3773400, кл. 6 02 Ь 27/00, опубл. 1973.2. Патент США Юо 3547509, кл. 6 03 с 5/04, опубл. 1970.3. В. К. Веап а. о. 1. Арр. Р 11 уз., 44, 5455, 1973.4. Л, Р. 1 Чагйпап Ор 1. Согпгп., 2, 212, 1970.5. Л. ЧаЫцз Рйуз. з 1 а 1. зо 1. а (23), 19, 1974.6. А. А. Борщ и др, Письма в18, 679, 1973 (прототип).