CS217664B1 - Sposob vytvorenia opticky čitatefného záznamu akustického pol’a v elektroopticky aktívnych materiáloch - Google Patents

Description

2

Vynález sa týká spósobu vytvorenia optic-ky čitateťného záznamu akustického poťaelektroopticky aktívnych materiálov, pri kto-rom sa využívá rozloženie nosičov náboj a.

Akustická vlna v materiáli s volnými no-sičmi elektrického náboj a vyvolává změnupriestorového rozloženia týchto nosičov. Me-chanizmov, ktoré túto změnu rozloženia no-sičov móžu vyvolat, je niekoťko. Najznámejšíz nich, vyvolaný prostredníctvom piezoelek-trického javu je podrobné popísaný v odbor-nej literatúre.

Volné nosiče náboja, podl’a Drude-Lo-rentzovej teorie, ovplyvňujú index lomu svět-la, takže akustické pole sa prostredníctvomzměny koncentrácie podieťa na „premodulo-vaní“ indexu lomu, čo principiálně móže byťpoužité pre optické zobrazenie akustickej vl-ny. Avšak změna indexu lomu vyvolaná ta-kýmto mechanizmom je malá na to, aby zaběžných podmienok mohla byť výhodné po-užitá na zviditel’nenie akustického póla. S rozložením koncentrácie volných nosičovsúvisí i rozloženie koncentrácie nosičov za-chytených na záchytných centrách, ktoré jemožné využit na vytvorenie záznamu akus-tického pol’a.

Pokiaf sa záznam vytvára obsadením plyt-kých záchytných centier, mohol by sa použitich priamy vplyv na index lomu světla, pre-tože ich polarizovateťnosť je dostatočná predosiahnutie použitelnéj změny indexu .lomu.Pri vytvoření záznamu pomocou modulácieobsadenia plytkých záchytných centier je po-třebné materiál s vytvořeným záznamom udr-žiavať na teplote tak nízkej, aby nedošlok teplotnej excitácii nosičov zachytených natýchto centrách.

Na vytvorenie záznamu akustického pólamóže byť využitý i záchyt nosičov na hlbo-kých centrách, podobné ako je tomu pri vy-užití záchytu na vytvorenie záznamu optic-kého póla.

Priamy vplyv nosičov náboja zachytenýchna hlbokých centrách na index lomu je malý,takže v materiáli s výrazným elektrooptic-kým javom sa dosiahne silnejšie ovplyvnenieindexu lomu, menovite, ak náboj vytvořenýzachytením nosičov nebude vykompenzovanýiným nábojom. Vtedy sa vytvoří elektricképole, ktoré prostredníctvom elektrooptickéhojavu moduluje index lomu, čo móže byť po-užité pre optické čítanie záznamu. Keď namateriál s takto vytvořeným záznamom na-ložíme vonkajšie elektrické pole frekvenciezhodné s frekvenciou vlny, ktorá bola zazna-menaná, vygeneruje sa prostredníctvomelektroakustického javu ako i prostredníc-tvom elektrostrikcie, akustická vlna odpove-dajúca vine, ktorá bola zaznamenaná. Záchyt elektrónov na plytkých centráchbol k vytvoreniu záznamu akustického poťapoužitý v róznych materiáloch. Premodulo-vanie koncentrácie elektrónov na plytkýchcentrách bolo dosiahnuté vyprázdňovaním ob-sadených centier tunelovým javom pri sú-časnom pósobení akustickej vlny, ktorá mala byť zaznamenaná a vonkajšieho elektrickéhopoťa frekvencie zhodnej s frekvenciou akus-• tickej vlny. Záznam bol vytvořený a udržia-vaný pri teplotách tekutého hélia. Potřebachladenia záznamového prostredia však spó-sobuje značné potiaže pri technickom použitítakéhoto spósobu vytvorenia záznamu akus-tickej vlny. Vytvorenie záznamu pomocou hl-bokých záchytných centier nevyžaduje sicechladenie záznamového prostredia, ale v dó-sledku slabého vplyvu hlbokých záchytnýchcentier na index lomu boli takéto centrá po-užité dosiať iba pre vytvorenie záznamu po-vrchových vln, u ktorých je i pri technickydostupných výkonoch značné vyššia deformá-cia prostredia a tým i vyššia s elektrickýmpolom vlny súvisiaca modulácia koncentrácienosičov náboja. K tomu, aby sa vytvořil čitateťňý záznamobjemovej akustickej vlny bez nutnosti chla-denia záznamového prostredia na nízké tep-loty, je možno podlá předkládaného vynále-zu využiť súčasné pósobenie akustickej vlnya modulácie elektrickej vodivosti záznamové-ho prostredia obsahuj úceho hlboké záchytnécentrá. Výhoda vytvorenia záznamu objemo-vých akustických vln spočívá najma v ich po-užitelnosti pre akustická defektoskopiu a ho-lografiu. S ohťadom na možnosti 1’ahšejgenerácie objemových vln pri vyšších frek-venciách, móže však vhodná metoda záznamuobjemových vln nájsť uplatnenie i pri kon-štrukcii akustických památí pre počítaciestroje.

Spósob vytvorenia opticky čitatelného zá-znamu akustického poťa podlá vynálezu spo-čívá v tom, že stacionárna priestorová modu-lácia indexu lomu korešpondujúca rozloženiuzaznamenávaného akustického poťa sa vytvo-ří pósobením akustickej vlny na priestorovérozloženie nosičov náboja a súčasnou, s akus-tickou vlnou koherentnou moduláciou elek-trickej vodivosti materiálu. Časová konštanta dosahovania rovnováhymedzi koncentráciou voťných a zachytenýchnosičov náboja je spravidla značné veťkáv porovnaní s periodou akustickej vlny, ktorása má zaznamenať. Amplitúda priestorovéhorozloženia koncentrácie nosičov na záchyt-ných centrách, vytvořeného akustickou vlnouje potom značné menšia než tá, ktorá by zod-povedala stacionárnemu rozloženiu koncen-trácie voťných nosičov. Je preto výhodné vy-tvořit také rozloženie koncentrácie voťnýchnosičov, ktoré by zodpovedalo priestorovémurozloženiu akustickej vlny v materiáli, avšakktoré by bolo časové nepremenné, resp. mě-nilo by sa iba pomaly.

Dosiahnuť toho, aby akustická vlna vytvo-řila takéto rozloženia voťných nosičov je mož-né vtedy, ak elektrická vodivosť záznamovéhoprostredia je modulovaná koherentně s akus-tickou vlnou, t. j. modulovaná tak, aby in-tegrál súčinu elektrickej vodivosti materiálua intenzity elektrického poťa pochádzajúcehood akustickej vlny v čase váčšom, alebo aspoňzrovnateťnom s dobou potřebnou na dosiah-

Claims (1)

1. .3 nutie rovnováhy volných a zachytených no-sičov bol rózny od nuly, t. j. aby (1) Ja(t) dt. Eak(t, x) dt 0τ V případe, že akustická vlna je harmonic-ká a že elektrická vodivost je modulovanáharmonicky s amplitúdou am a frekvenciouzhodnou s frekvenciou akustickej vlny, pod-mienka (1) je splněná. Příslušným výpočtomdostaneme, že amplitúda priestorového roz-loženia volných nosičov je: (2) __1 k Gm . l^akO 2 9 (a/e + /c2D) kde g je náboj nosičov náboja, £ako je ampli-túda elektrického pofa vytvořeného akustic-kou vlnou, k je absolútna hodnota vlnovéhovektora zaznamenávanej vlny, D je difúznakonstanta nosičov náboja, ktoré priestorovýnáboj vytvárajú a ε je dielektrická konstan-ta. záznamového materiálu. Clen σ/ε vo vzťahu (2) je Maxwellovská re-laxačná frekvencia a vyjadřuje „brzdenie“vytvárania elektrického náboja prostredníc-tvom elektrického pofa od už vytvořenéhonáboja. Nech v materiáli sú přítomné i iné,od prvých nezávislé pohyblivé nosiče elek-trického náboja, koncentrácia ktorých nie jemodulovaná koherentně s akustickou vlnou.Ich koncentrácia bude elektrickým polom,ktoré zastavuje rast náboja vytváraného akus-tickou vlnou ovplyvňovaná tak, že nimi vy-tvořené elektrické pole bude kompenzovaťpole, ktoré brzdilo póvodný rast koncentrácienosičov náboja. V takomto případe sa vo vzťa-hu (2) člen σ/ε neuplatní, pretože vytváraniezáznamu, t. j. priestorového rozloženia nosi-čov náboja jedného druhu, bude zastavené ibadifúziou nosičov. Ak v tomto materiáli budú přítomné zá-chytné centrá, premoduluje sa ich obsadenosťpodlá rozloženia pohyblivých nosičov. Ampli-túda modulácie koncentrácie nosičov na tých-to centrách bude úměrná koncentrácii pohyb-livých nosičov a poměru pravděpodobnostizáchytu a excitácie nosičov zo záchytnýchcentier. Vhodnou volbou záchytných centiera volbou hodnoty pravděpodobnosti excitáciezachytených nosičov pomocou vhodného osvetlenia, teploty a pod., možno zvoliť am-plitúdu koncentrácie nosičov na záchytnýchcentrách, t. j. amplitúdu záznamu. Takýto záznam je však latentný — preja-vuje sa velmi málo na modulácii indexu lo-mu — pretože rozloženie jedného i druhéhodruhu nosičov náboja je taká, že sa ich polianavzájom kompenzuj ú. Změnu takéhoto latentného záznamu dostavu, v ktorom sa dá záznam registrovať jemožno dosiahnuť tým, že sa zmenia podmien-ky tak, aby sa zamedzil pohyb nosičov s ma-lou difúznou konstantou a naopak umožnilpohyb nosičov s velkou difúznou konštantou. V dósledku difúzie sa tak vytvoří rovnomer-nejšie rozloženie nosičov jedného druhu, čovedie k vytvoreniu elektrického póla nevy-kompenzovanými nosičmi elektrického nábo-ja. Popísaným spósobom je možné vytvoriťopticky čitatelný záznam akustických vlnv piezoelektrických fotovodivých materiálochs hlbokými záchytnými hladinami. Nech na-příklad cez priehladné prostredie dopadáakustická vlna na platničku monokryštalické-ho CdS obsahuj úceho příměsi vytvárajúce hl-boké záchytné hladiny. Zároveň nech je plat-nička CdS osvětlovaná periodicky modulova-ným svetlom tak, aby sa jej elektrická vodi-vost měnila koherentně s akustickou vlnou. V dósledku toho sa v platničke vytvoří prie-storové rozloženie nosičov náboja, ktoré sle-duje elektrické pole vytvořené vlnou v dó-sledku piezoelektrického javu. Toto rozloženienáboja sa prejaví i na obsadení hlbokých zá-chytných hladin, takže po vypnutí akustickejvlny a osvetlenia bude v materiáli přetrvávatelektrické póle vytvořené zachytenými nosič-mi. Pretože CdS, podobné ako mnohé čialšiemateriály, vykazuje elektrooptický efekt, pří-tomnost elektrického pol’a sa prejaví priesto-rovou moduláciou indexu lomu materiálu.Vytvořil sa teda opticky čitatelný záznamakustického póla, ktorý je možno interferenč-nými, alebo holografickými metodami sledo-vat. V případe potřeby je možno vhodným zo-hriatím, alebo osvětlením zachytené nosičeexcitovat do vodivostného pásu a tak vytvo-řený záznam vymazat’. Platnička je po prí-padnom ochladení na póvodnú teplotu při-pravená pre opátovné vytvorenie záznamu. PREDMET VYNALEZU Spósob vytvorenia opticky čitatelného zá-znamu akustického pol’a v elektrooptický ak-tívnych materiáloch vykazuj úcich piezoelek-trické vlastnosti, vytvořením stacionárnejpriestorovej modulácie koncentrácie nosičovnáboja a tým i indexu lomu materiálu, vy-značuj úci sa tým, že stacionárna priestorová modulácia indexu lomu korešpondujúca roz-loženiu zaznamenávaného akustického pol’asa vytvoří pósobením akustickej vlny napriestorové rozloženie nosičov náboja a súčas-nou, s akustickou vlnou koherentnou modu-láciou elektrickej vodivosti materiálu.