Оптическая голография - Априль Ж.
Скачать (прямая ссылка):
9. ДИНАМИЧЕСКАЯ РЕГИСТРАЦИЯ
СТАЦИОНАРНЫХ ВОЛНОВЫХ ПОЛЕЙ
Развитие методов глубокой записи голограмм обусловило появление «динамической голографии». Под этим обычно понимают ситуацию, когда картина стоячих волн записывается в нелинейной среде, т. е. в такой среде, которая реагирует на излучение непосредственно в момент его воздействия. Динамическая голография представляет собой синтез голографии и нелинейной оптики, причем голография используется для описания сложных трансформаций волновых фронтов, а нелинейная оптика — для описания характера поведения светочувствительной среды при воздействии на нее излучения.
Собственно говоря, динамические эффекты были обнаружены в первых же экспериментах по записи глубоких голограмм, поскольку для записи таких голограмм применялись щелочно-гало-генидные кристаллы и кристаллы ниобата лития — явно нелинейные среды. В ходе этих исследований выяснилось, что динамические эффекты представляют самостоятельный научный интерес и что их 9. Динамическая регистрация стационарных полей
717
не следует рассматривать только с точки зрения тех помех, которые они вносят в процесс записи голограммы. Американские исследователи Стаблер и Амодей [39] обнаружили один из наиболее интересных динамических эффектов, а именно направленную передачу энергии между взаимодействующими в объеме голограммы волнами Этот эффект, наблюдающийся при записи в кристаллах ниобата лития, в общих чертах сводится к следующему (рис. 10). Предположим, что на кристалл V падают две плоские волны RhS, образующие стоячую волну с распределением интенсивности 1(х), показанным на рисунке слева. Благодаря особым свойствам кристалла ниобата лития возникающая под действием этой стоячей волны гармоника распределения показателя преломления(ее максимумы обозначены на рисунке Zi, z2, Z3) окажется несколько смещенной относительно гармоники интенсивности — вниз или вверх в зависимости от направления оптической оси кристалла С. Оказывается, что если упомянутый сдвиг равен четверти периода гармоники, то по мере записи голограммы энергия выходящих из кристалла волн R' и S', первоначально имеющих одинаковые амплитуды, начнет перераспределяться. При этом волна R' усиливается, a S' ослабляется. В правой части рис. 10 приведены зависимости интенсивности этих волн от времени. Если ориентация оптической оси кристалла меняется на 180°, то волны R' и S' как бы меняются местами и направление переноса энергии меняется на противоположное.
Физический смысл этого явления достаточно прост. Как видно из рис. 10, при сдвиге на четверть периода максимумы интенсивности поля стоячей волны попадают на какие-то определенные «склоны» гармоники распределения показателя преломления. В результате оказывается, что волновое поле проходит через кристалл таким образом, что волны RhS становятся неравноправными. Одна из них (в данном случае R) отражается от гармоники показателя преломления как от более плотной среды, а другая волна (S) — как от менее плотной среды.
Рис. 10. К рассмотрению явления направленной передачи энергии между волнами RhS, интерферирующими в динамической голограмме, записанной в объеме V кристалла ниобата лития. С — оптическая ось кристалла; 1 (х) — интенсивность стоячей волны, образовавшейся при интерференции волн RhS; z1, г2 и z3 — максимумы гармоники показателя преломления, возникающей в кристалле под действием стоячей волны; / (і) — зависимость интенсивности выходящих из кристалла волн от времени экспозиции динамической голограммы. 718 Дополнение. Голография в трехмерных средах
В такой ситуации, как известно, одна из составляющих при отражении теряет по фазе половину длины волны, а вторая сохраняет ту же фазу. Та компонента, которая, отразившись от склона гармоники показателя преломления, потеряла половину периода, сложится с прошедшей сквозь склон волной с обратным знаком. Амплитуды этих двух волн вычтутся друг из друга, и интенсивность соответствующей выходящей из кристалла суммарной волны уменьшится. Интенсивность другой покидающей кристалл волны, в которую входит компонента, не изменившая фазу при отражении от структуры голограммы, соответственно увеличится.
В 1973 г. советский физик Соскин [40] предложил использовать этот интересный эффект для коррекции формы волновых фронтов
излучения лазеров [40]. Действительно, если на объемную светочувствительную нелинейную среду V направить излучение неправильной по форме интенсивной волны R лазера, излучение которого необходимо скорректировать, и одновременно с этим слабую по интенсивности, но правильную по форме волну S, то, обеспечив сдвиг структуры голограммы относительно структуры интерференционной картины на четверть периода, можно добиться того, чтобы энергия волны R перешла в волну 5 (рис. 11). В работе [41] показано, что таким образом энергия может быть перекачана полностью.
Последующие более тщательные исследования показали, что хотя сдвиговые голограммы действительно можно использовать для исправления формы волновых фронтов лазеров, однако в этом случае трудно избежать нелинейных искажений, наводимых макроструктурой пучка. Более удачными оказались схемы, основанные на эффекте обращения волновых фронтов.
