Фоторефрактивные кристаллы в когерентной оптике - Петров М.П.
Скачать (прямая ссылка):
Действительно, как было показано в разделе 6.2, отношение интенсивностей двух взаимодействующих световых волн на входе и выходе кристалла изменяется в exp (Td) раз (рис. 9.26, а). Т. е. при достаточно большой величине произведения Fd имеется возможность практически полной перекачки энергии одного светового пучка в другой (см., например, [9.148—9.150]). В результате, если в объем кристалла одновременно проектируются две световые когерентные картины, то после установления стационарного режима энергооб-
261
А В с
1 0 0
1 1 0
0 0 1
0 1 0
Рис. 9.26. Схема эксперимента по осуществлению логической операции «НЕТ—ИЛИ» на основе двухволнового взаимодействия в ФРК (а) и таблица соответствия логической операции «НЕТ—ИЛИ» (б).
мена в пространственном распределении интенсивности прошедшего пучка — донора образуются провалы. Соответствующие фрагменты другого прошедшего пучка — акцептора, наоборот, усилятся. Очевидно, что подобные изменения в прошедших световых пучках происходят лишь на тех участках их сечений, где соответствующие им интенсивности одновременно не равны нулю.
Легко видеть, что в подобной схеме двухволнового энергообмена может быть реализована логическая операция «НЕТ—ИЛИ», таблица соответствий для которой приведена на рис. 9.26, б. Для этого наличие интенсивности некоторого определенного уровня в данной точке перекрещивающихся световых пучков и Rx следует принять за логическую единицу, а ее отсутствие — за логический нуль. Выходным сигналом в данном случае считается интенсивность светового пучка Si на выходе ФРК.
Более подробно возможность реализации широкого класса логических операций в нелинейно-оптических схемах разобрана в [9.129], а в применении непосредственно к ФРК — в [9.151]. В последней работе рассмотрены ограничения на минимальный размер одного пиксела в обрабатываемых картинах Amin, который определяется толщиной образца d и углом сходимости интерферирующих световых пучков 0':
л (9.36)
п
В частности, для типичных значений d да 1 мм и 0' да 0.1 Amin да да 100 мкм. Снижение пространственной несущей частоты (т. е. фактически уменьшение угла 0') может позволить увеличить разрешение. Последнее, однако, не всегда желательно, поскольку в кристаллах с диффузионным механизмом записи смещенных голограмм (например, в ВаТЮ3) Г ос К °с (0')-1.
Использование предельной чувствительности существующих ФРК на таких пространственных частотах (~10~5 Дж/см2) позволяет получить оценку сверху для энергии переключения такого элемента порядка 10-8 Дж. Отметим, однако, что вопрос о практической применимости подобного типа устройств остается пока открытым из-за плохой проработанности целого ряда аспектов.
9.10. Нелинейная обработка в плоскости пространственных частот
Формально к данному разделу должны относиться вопросы корреляционного анализа двумерных изображений с использованием объемных образцов ФРК- Однако в силу важности и сравнительно
262
большой специфики подобного типа обработки ее обсуждение было вынесено в раздел 9.8. Здесь остановимся на некоторых других примерах обработки в плоскости пространственных частот, существенным образом использующих нелинейность голографической записи в^ФРК и электрооптических ПВМС.
9.10.1. Оконтуривание изображений
Хорошо известно [9.152], что в случае амплитудно-модулиро-* ванных распределений светового поля (возникающих, например, после прохождения -чисто амплитудного слайда) эффект оконтури-вания наблюдается в результате двумерного его дифференцирования, т. е. фактически подавления нулевой компоненты в спектре его пространственных частот. Для рассматриваемых чисто амплитудных изображений нулевая пространственная компонента локализована прямо в центре фурье-плоскости Р2 (рис. 9.21). Как было показано в разделе 9.9, подобный максимум в пространственном распределении света может быть достаточно легко подавлен при нелинейной записи голограммы в ФРК- Основным условием, которое должно быть выполнено при этом, является заметное превосходство интенсивности сигнального пучка в центре фурье-плоскости над средним уровнем плоского опорного пучка. В результате стационарная амплитуда голограммы в области, отвечающей нулевой пространственной частоте картины, окажется значительно уменьшенной, что при ее восстановлении приведет к желаемому эффекту оконтурива-ния.
Эта методика оконтуривания изображений была впервые использована в работе [9.136]. Голографическая запись проводилась на длине волны аргонового лазера (К = 514 нм) в ФРК ВаТЮ3. Считывание голограммы осуществлялось непрерывно в процессе ее записи встречным плоским опорным пучком, отраженным от зеркала, расположенного за образцом ФРК, т. е. по стандартной схеме четырехволнового взаимодействия. Отметим, что в отличие от аналогичного эксперимента по оконтуриванию на основе нелинейной записи голограммы сфокусированного изображения, выполненного в разделе 9.9.1, в данном случае, как и следует ожидать, наблюдалась двойная линия контура.
Аналогично за счет подавления нулевой компоненты фурье-спектра оконтуривание изображения может быть выполнено с помощью ПВМС ПРОМ. Как обсуждалось выше, с этого модулятора можно воспроизводить негатив записанного изображения. В таком случае наиболее ярким частям исходного изображения на модуляторе будут соответствовать места наименьшего его пропускания. В [9.153] ПРОМ располагался в частотной плоскости когерентнооптического процессора и на него записывался негатив спектра изображения. Это позволяло ослабить наиболее интенсивные низкочастотные компоненты спектра изображения, что и приводило к оконтуриванию восстановленного с него изображения.
