Фоторефрактивные кристаллы в когерентной оптике - Петров М.П.
Скачать (прямая ссылка):
Более подробный анализ стационарного режима записи голограммы в условиях насыщения глубоких примесных центров (т. е. при нарушении так называемого условия квазинейтральности, когда происходит максимально допустимое для данного кристалла пространственное разделение положительных и отрицательных зарядов) представлен в работе [4.6]. Здесь мы представим лишь окончательное выражение для стационарной амплитуды решетки, подтверждающее приведенные выше рассуждения для частного случая
Типичный пример экспериментальной зависимости т] {К), полученной для кристалла BSO, где наблюдается насыщение ловушечных центров, приведен в [4.22] (см. рис. 4.2).
Укажем на некоторые важные особенности полученного соотношения (4.23). Во-первых, режим насыщения наступает в данном •ФРК при некоторых фиксированных значениях /С и Ей для любой величины т. Во-вторых, независимо от того, за счет какого конкретного механизма записи (дрейфового, диффузионного или, как будет показано в разделе 4.4, нестационарного) достигается режим насыщения ловушечных центров, в объеме ФРК формируется смещенная голограмма с амплитудой
Отметим важное последствие этого ограничения. Одной из основных характеристик ФРК как динамической голографической среды является так называемый коэффициент усиления Г (см. раздел 6.2). Соотношение (4.24) ограничивает сверху возможное значение этого параметра величиной
зависящер практически только от концентрации ловушек NА в данном ФРК. При типичных для известных ФРК значениях г/е « ж 10~10 см-В-1, п я» 2.5, N А « 1016 см-3, А/Х л; 1 Гтах » 20 см'1.
Eq = 0:
(4.23)
(4.24)
(4.25)
57
Рис^4.2. Экспериментальная зависимость амплитуды стационарной голограммы (Тк ^sc) от величины поля Е0 для кристалла BSO без насыщения ловушечных центров [4.12J (а), а также от пространственной частоты решетки для кристалла BSO с насыщением ловушечных центров [4.22] (б).
а: А.—514 им, 1 мкм, ED 1.5 кВ/см. б: К =514 им; Е0, кВ/см: 1 —в, 2—2, 3 — 3, 4—6.
58
4.4. Голографическая запись в ФРК с биполярной фотопроводимостью
В случае дрейфового механизма голографической записи во внешнем постоянном поле Е0 стационарная голограмма при выполнении условия квазинейтральности оказывается несмещенного типа, у Знак решетки не зависит от типа доминирующих фотовозбужденных носителей (дырок или электронов). В любом случае наблюдается компенсация или вытеснение поля Е0 из ярко освещенных полос интерференционной картины.
По-иному происходит процесс диффузионной записи (jEq, = = 0). В ярко освещенных полосах записывающей интерференционной картины образуется избыток или недостаток положительного заряда в зависимости от того, являются ли подвижными фото-индуцированными носителями электроны или дырки. Т. е. диффузионная голограмма оказывается смещенного типа и изменяет знак в зависимости от типа фотопроводимости ФРК.
Естественно, что в кристаллах с биполярной фотопроводимостью {где генерируются и фотоэлектроны, и дырки) следует ожидать конкуренции двух указанных встречно-протекающих процессов голографической записи, а в некоторых случаях и их полной компенсации. Теоретический анализ процесса, выполненный в [4.23] {см. также более раннюю работу [4.24 ]) в пренебрежении насыщения ловушек в приближении малых диффузионных длин переноса фотоэлектронов (Ld К-1) и фотоиндуцированных дырок (LHD К-1), привел к следующему выражению для стационарной амплитуды решетки:
(4-26)
и0 “г °о
Здесь Сто и Оо — электронная и дырочная фотопроводимости ФРК-Отметим, что экспериментально изменение знака диффузионной голограммы при изменении типа фотопроводимости наблюдалось в серии образцов BaTi03 [4.25], а также при изменении степени восстановления кристаллов LiNb03 : Fe [4.23] и ВаТЮ3 [4.26].
В работах [4.27, 4.28] было проведено обобщение соотношения (4.26) на случай произвольных диффузионных длин переноса фотоиндуцированных носителей:
ао ио
в» = -I» ed > + №)2 - + KL. (4.27)
D < , qg
l + {KLeDf 1 ч~{KLhDf
От полученного ранее это выражение отличается более сложной зависимостью от К и в предельном случае больших длин переноса (Ln, Lp 5; /С1) сводится к
ре — ah
E«*-imEn (4.28)
59
Здесь gj; и go — средние скорости генерации электронов и дырок соответственно. В [4.28] также были учтены эффекты насыщения примесных центров в биполярном ФРК.
Отметим, что в процессе увеличения пространственной частоты К возможен переход от амплитуды решетки (4.26) к амплитуде (4.28), которые в принципе могут отличаться не только величиной, но и знаком. Подобное поведение наблюдалось, в частности, в экспериментах с ВаТЮ3 [4.25] и KNb03 [4.29]. Сложная зависимость амплитуды стационарной диффузионной решетки от К, объясняемая в рамках модели биполярной фотопроводимости, наблюдалась также и в кубическом BSO [4.29].
4.5. Нестационарные механизмы голографической
записи
Традиционные методы голографической записи в фоторефрактивных кристаллах, рассмотренные в предыдущих параграфах, предполагают стационарные внешние условия, а именно: неподвижную интерференционную картину постоянной интенсивности, приложение постоянного внешнего поля и т. д. Однако недавно было показано, что в кубических кристаллах типа BSO, а также в GaAs использование нестационарных условий записи (в частности, «бегущей» или осциллирующей интерференционной картины, а также во внешнем знакопеременном поле) может значительным образом увеличить эффективность голографической записи.
