Способ записи и считывания серии голограмм

по,; оч: мс, е.;ч,: -.с-отки, бнф го 1 фФ 1111683579 ОПИСАНМЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(43) Опубликовано 07.11.80. Бюллетень41 (45) Дата опубликования описания 07.11.80по делам изобретений и открытий(71) Заявитель Ордена Ленина физико-технический институт им, А. ф. ИоффеИзобретение относится к оптике, в частности к оптоэлектронике и оптической обработке информации, и может быть использовано в системах оптической памяти и устройствах управления световыми пучками 5 (дефлекторах, модуляторах и т. п.).Известны способы записи и считывания серии голограмм в электрооптических кристаллах путем воздействия на кристалл постоянного элсктрического поля 1. В про О цессе считывания голограмм к электрооптическому кристаллу прикладывают постоянное электрическое поле, величина которого отличается от величины поля, используемого при записи. Тем самым, увеличи вается оптический коэффициент полезного действия записанной голограммы, Электрическое поле при этом прикладывают также в направлении оптической оси кристалла и голографическую запись ведут по схеме 20 Лейта-Упатниекса, освещая грань кристалла, параллельную оптической оси.Ближайшим известным техническим решением является способ записи и считывания серии голограмм в электрооптическом 25 фоторефрактивном кристалле путем экспозиции интерференционной картины, образованной предметным и опорным пучками, и приложения к нему постоянного электрического напряжения (2. 30 Однако в кристалле записывается серия наложенных голограмм, что не позволяет восстановить раздельное изображение.Целью изобретения является обеспечение раздельной записи голограмм и улучшения качества восстановленного изображения,Цель достигается тем, что величина приложенного напряжения при записи и считывании каждой последующей голограммы отличается от напряжения при записи и считывании предыдущей голограммы на величину, изменяющую разность фаз, равную л, между относительными фазовыми сдвигами записывающих световых волн на противоположных гранях кристалла.При записи голограмм в соосных пучках, постоянное электрическое напряжение прикладывают к кристаллу так, что вектор напряженности электрического поля параллелен биссектрисе угла между записывающими лучами, а разность напряжений при записи и считывании двух соседних голограмм удовлетворяет соотношениюЬУ)4 пг;и 81 п т где 7 - длина волны записывающего света в вакууме;г 1 д - поворотныйкоэффициент;и - показатель преломления кристал.ла;у - угол между записывающими лучами в воздухе.При записи голограмм во встречных пучках постоянное электрическое напряжение прикладывают к кристаллу так, что вектор напряженности электрического поля перпендикулярен направлениям распространения записывающих лучей, а разность напряжений при записи и считывания соседних голограмм удовлетворяет соотношениюУ эК/22 Ьгде Уцз - полуволновое напряжение электрооптического кристалла, д - размер кристалла в направлении вектора напряженности электрического поля, Ь - средний размер голограммы в направлении биссектрисы острого угла, образуемого записывающими лучами.Для точного выполнения условий дифракции Брэгга на объемной голограмме необходимо, чтобы лучи, продифрагировавшие на противоположных краях голограммы, на выходе из кристалла имели одинаковую фазу. Для уменьшения интенсивности света, продифрагировавшего на данной голограмме в два раза (критерий Гелея), для указанных световых лучей необходимо создать фазовый сдвиг равный л, Требуемый фазовый сдвиг получают путем приложения постоянного напряжения к известным электрооптическим кристаллам.На фиг. 1 представлена схема реализации способа записи серии голограмм в фоторефрактивном электрооптическом кристалле в так называемых соосных лучах (схема Лейта - Упатниекса); на фиг. 2 - то же во встречных лучах (схема Ленисюка),Способ заключается в следующем. Запись первой голограммы проводят в электрооптическом кристалле 1 с нанесенными на него электродами 2 предметным и опорным световыми лучами 3 и 4 при приложении к кристаллу некоторого постоянного электрического поля от регулируемого источника 5 напряжения. Запись каждой последующей голограммы проводят при напряжении, отличающимся от напряжения записи предыдущей голограммы, по крайней мере, на величину напряжения, приводящую к изменению разности, равной л, между относительными фазовыми сдвигами записывающих световых волн, измеренными на противоположных гранях кристалла 1. При считывании для воспроизведения голограммы к кристаллу прикладывают соответствующее электрическое поле. Таким образом, выборка голограмм осуществляется путем изменения прикладываемого напряжения, что позволяет значительно повысить скорости выборки.Количественная оценка величины необ ходимого шага существенно зависит от взаимной ориентации кристалла, направления вектора напряженности электрического поля и направления распространения записы вающих лучей.В случае, если кристалл имеет электрооптический коэффициент, приводящий к повороту индикатриссы показателя преломления при приложении к кристаллу электри ческого поля, то запись голограммы проводят в соосных лучах, В этом случае для разрешения по критерию Релея двух соседних голограмм к кристаллу необходимо приложить напряжениеЬУ=4 пзг З 1 П т где 7/цз - полуволновое напряжение кристалла, В;д - размер кристалла в направлении вектора напряженности электрического поля, мм;1. - средний размер голограммы внаправлении биссектрисы угла, 45 образуемого записывающимилучами, мм.П р и м е р 1. Голографическая запись исчитывание серии голограмм в фоторефрактивном электрооптическом кристалле 50 1.1 ХЬОз . Ре.Запись проводится во встречных лучах,оптическая ось направлена по вектору напряженности электрического поля (при этом работает наибольший для 1.ЮЬОз 55 электрооптический коэффициент гзз), кристалл имеет толщину д = 2,5 мм и длину Е = 7 мм. Напряжение, необходимое для полного разделения дифракционного максимума следующей голограммы от преды дущей, равняется 600 В, Оценки показывают, что в кристалле 1.1 ХЬОз длиной 1 см можно записать до 100 голограмм. В силу безынерционности электрооптического эффекта скорость переключения с одной голо граммы на произвольную другую (время 40 где Х - длина волны записывающего света в вакууме, мкм;г - поворотный электрооптическийкоэффициент, Ф/В;и - показатель преломления кристалла;у - угол между записывающими лу чами в воздухе,В случае, если кристалл имеет электрооптический коэффициент, приводящий к сжатию или растяжению индикатриссы показателя преломления при приложении к кристаллу электрического поля, то запись проводят во встречных лучах, При этом для разрешения по критерию Релея двух соседних голограмм к кристаллу необходимо приложить напряжение35М: Ул/221выборки) определяется скоростью нарастания управляющего напряжения и может быть порядка 10 -с.П р и м е р 2. Голографическая запись и считывание серии голограмм в соосных лучах в том же кристалле.Оптическая ось направлена перпендикулярно вектору напряженности электрического поля и расположена в плоскости записывающих лучей (при этом работает электрооптический коэффициент г 5), кристалл имеет толщину 2,5 мм. Напряжение, необходимое для полного разделения дифракционного максимума следующей голограммы от предыдущей, равняется 3 кВ для света с длиной волны Х = 0,44 мкм, Количество записываемых голограмм в этом случае значительно меньше, чем в первом случае,Использование предлагаемого способа записи и считывания серии голограмм позволяет повысить скорости выборки голограмм на 6 порядков по сравнению с прототипом при сохранении той же плотности записи информации, что и в прототипе, На основе описываемого способа можно создать бездефлекторные голографические устройства, обладающие высокой скоростью произвольной выборки информации, высокой плотностью записи, а также высокой степенью надежности вследствие отсутствия в них механически перемещаемых элементов. Способ позволяет, кроме того, создавать электрооптические дефлекторы с отклонением луча на любой заданный угол, а также многопозиционные переключатели света (до 100 положений в 1 лКЬОз). Формула изобретения1. Способ записи и считывания серии голограмм в электрооптическом фоторефрактивном кристалле путем экспозиции интерференционной картины, образованной предметным и опорным пучками, и приложения к нему постоянного электрического напряжения, отличающийся тем, что, с целью обеспечения раздельной записи голограмм и улучшения качества восстановленного изображения, величина приложенного напряжения при записи и считывании каждой последующей голограммы отличается от напряжения при записи и считывании предыдущей голограммы на величину, изменяющую разность фаз, равную л, между относительными фазовыми сдвигами записывающих световых волн на противоположных гранях кристалла.2. Способ по п. 1, отличающийсятем, что при записи голограмм в соосных5 пучках, постоянное электрическое напряжение прикладывают к кристаллу так, что вектор напряженности электрического поля параллелен биссектрисе угла между записывающими лучами, а разность напряже ний при записи и считывании двух соседних голограмм удовлетворяет соотношению:ЬУЗр.4 пфг Я 1 л 115 где Х - длина волны записывающего света в вакууме;гч, - поворотный электрооптическийкоэффициент;и - показатель преломления кристал ла;у - угол между записывающими лучами в воздухе.3, Способ по п. 1, отличающийсятем, что при записи голограмм во встреч ных пучках, постоянное электрическое напряжение прикладывают к кристаллу так, что вектор напряженности электрического поля перпендикулярен направлениям распространения записывающих лучей, а раз ность напряжений при записи и считываниисоседних голограмм удовлетворяет соотношениюЛУ == Ы.(235где У, - полуволновое напряжение электрооптического кристалла;Ы - размер кристалла в направлении вектора напряженности40 электрического поля;1, - средний размер голограммы внаправлении биссектрисы острого угла, образуемого записывающими чучами45 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1: Патент Франции Мо 2199162, кл. б 11 С13/00, опублик. 10.05,74.2. Степанов С. И. и др. Электрически уп 50 равляемая дифракция света на объемныхголограммах в электрооптических кристаллах. Письма в ЖТФ, 1977, том 3, вып, 2,с. 89 (прототип).55683579 Жив. г Составитель Е. Артамонова Техред А. Камышникова Корректор Л. Корогод Редактор Е. Месропова Типография, пр. Сапунова, 2 Заказ 2705/2 Изд.597 Тираж 545 Подписиое НПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж.35, Раушская наб., д. 4/5