Фоторефрактивные кристаллы в когерентной оптике - Петров М.П.
Скачать (прямая ссылка):
7.13. Бережной А.А.,Бужинский А.А..Попов Ю.В. Особенности записи и воспроизведения информации в модуляторах типа ПРИЗ при использовании растров//ЖТФ. 1984. Т. 54, вып. 8. С. 1619—1622.
7.14. Roach W. R. Resolution of electrooptic light valves//IEEE Trans. 1974.. Vol. ED-21, N 8. P. 453—459.
7.15. Owechko Y., Tanguay A. R., Jr. Theoretical resolutions of electrooptic spatial light modulators. 1. Fundamental considerations//.!. Opt. Soc_ of Amer. 1984. Vol. A-l, N 6. P. 635—643.
f
Глава 8
ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИХ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫХ МОДУЛЯТОРОВ
СВЕТА
Прежде чем перейти к обсуждению конкретных ПВМС, напомним требования к их основным параметрам, которые обсуждались в главе 3.
База оптического сигнала — с^Ю6
Разрешающая способность, лин/мм — 154-100
Площадь рабочей поверхности, см2 — 1410
Быстродействие, кадр/с — 104-100
Чувствительность, Дж/см2 — 10_44-10—7
Динамический диапазон (в фурье-плоскости по синусоидальному тесту), дБ —>60
Нелинейные искажения, % — 14-10
Фазовые искажения волнового фронта — < Х/2
Приведенные области значений параметров являются ориентировочными, и в отдельных случаях на практике требования к ПВМС могут отличаться от указанных. Однако можно утверждать, что модулятор, параметры которого хуже нижних из приведенных значений, может найти лишь ограниченное использование в системах оптической обработки информации. Эго связано с тем, что системы обработки с таким модулятором будут неконкурентоспособны в отношении электронных систем.
8.1. ПРОМ
Модулятор ПРОМ (PROM—Pockels Readout Optical Modulator) предложен в США [8.1—8.7] и явился первым ПВМС, в котором были использованы ФРК.
8.1.1. Конструкция и работа модулятора
Первый вариант модулятора ПРОМ был изготовлен из эпитаксиально выращиваемого кристалла ZnS [8.1, 8.2]. Позднее изготовлены модуляторы из кристаллов ZnSe и Bi12SiO20 (BSO). [8.3, 8.4]. Лучшие результаты получены с кристаллом BSO, что связано с относительно низким полуволновым напряжением этого кристалла Ux/2 = 3.9 кВ (у ZnS Ux/2 = 13 кВ, ZnSe — 11.3 кВ [8.4]) и тем, что он может выращиваться больших размеров (более 50 мм в диаметре) с хорошим оптическим качеством. Кроме того, позднее ПВМС
160
а
б
Ж; Рис. 8.1. Конструкция модулятора ПРОМ, работающего на пропускание считываю-
Ш. щего света (а) и на отражение (б).
1 — кубический ФРК, 2 — изолирующий слой из парилена, 3 ~ прозрачные электроды,
Яр 4 — диэлектрическое зеркало, AR — считывающий свет.
Щ ПРОМ изготавливался из кристаллов Bi12GeO>.0 с t/?/2 = 5.5 кВ
Ж !8-8]‘
Щ' При изготовлении модулятора ПРОМ пластина вырезается из
ж кристалла так, чтобы нормаль к ее поверхности совпадала с осью
If кристалла {100]. Пластины такого среза дают возможность исполь-
ш- зовать для модуляции света продольный электрооптический эффект
Ж (см. раздел 7.3). Как правило, пластины изготавливаются не плоско-
щ параллельными, а в виде клина, с углом между поверхностями noli рядка 1°. Это делается, чтобы избежать попадания отраженного от
< поверхности кристаллической пластины света в область, где форми-
!' руется считываемое изображение. Пластины могут быть изготовлены
различной средней толщины, как правило, от 0.25 до 1 мм. После | обработки поверхностей до оптического качества пластина покры-
! вается изолирующими диэлектрическими слоями полипараксилилена.
Их толщина Зч-10 мкм. Затем на слои диэлектрика с двух сторон наносятся прозрачные электроды. Они изготавливаются вакуумным напылением Pt или 1п203.
В модуляторе, структура которого показана на рис. 8.1, а, считывание изображений производят на пропускание, а в модуляторе на рис. 8.1, б — на отражение. В последнем случае перед нанесением диэлектрических слоев на одну из поверхностей кристалла наносят диэлектрическое зеркало, отражающее считывающий свет. Для такой структуры амплитуда модуляции оказывается в 2 раза выше по сравнению с вариантом считывания на пропускание за счет того, что считывающий свет дважды проходит через ФРК- Это дает преимущество по дифракционной эффективности приблизительно в 4 раза. Тем не менее использование модулятора ПРОМ, работающего на отражение с кристаллом BSO, в когерентных оптических системах оказывается весьма затруднительным. Дело в том, что кристаллы этого типа являются пьезоэлектриками. В процессе работы ПВМС в объеме кристалла создается электрическое поле, кото рое за счет пьезоэффекта вызывает деформации кристаллической пла стины
11 М. П. Петров и др.
161
и, следовательно, расположенного на его поверхности зеркала. Форма деформаций зависит от величины и пространственного распределения поля, а также от способа закрепления кристалла в корпусе модулятора. Это вызывает практически не поддающиеся контролю фазовые искажения волнового фронта считывающего света, которые при считывании на отражение на несколько порядков могут превосходить искажения, возникающие при считывании на пропускание.
Правильный выбор диэлектрика во многом определяет качество модулятора ПРОМ. В [8.7] было показано, что кристаллические пластины BSO имеют высокое оптическое качество и оптические шумы модулятора, обусловливаемые рассеиванием света на дефектах в структуре модулятора, определяются в основном качеством диэлектрических слоев. Кроме того, диэлектрик оказывает существенное влияние на время хранения записанной информации и на неоднородность параметров модулятора, которые при его работе также проявляются в виде шумов [8.9].
