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

Abstract

Ak sa elektrická vodivost akustoelektricky aktívneho materiálu, například osvětlením, moduluje koherentně s akustickou vlnou, ktorá sa týmto prostředím šíři, vytvoří sa priestorové rozloženie nosičov náboja, ktoré má mimo periodickej zložky i stacionárnu zložku, svojím tvarom zodpovedajúcu akustickej vine. Vďaka tejto stacionárnej zložke rozloženia volných nosičov náboja sa v materiáli vytvoří i značná modulácia koncentrácie nosičov zachytených na hlbokých záchytných hladinách. Elektrické pole od takto vytvořeného rozloženia nosičov náboja přetrvává i po vypnutí osvetlenia a vypnutí akustickej vlny. V materiáli s výrazným elektrooptickým javom toto pole moduluje index lomu, takže je možné jeho rozloženie vhodnými optickými interferenčnými, alebo holografickými metodami vyšetřovat. Dostaneme tým informáciu o póvodnej akustickej vine, ktorá sa prostředím šířila, pretože rozloženie náboja a tým i modulácia indexu lomu zodpovedá rozloženiu póvodného akustického pol’a. Materiál s uvedenou moduláciou indexu lomu teda představuje opticky čitatelný záznam akustického póla.

Description

Vynález sa týká spósobu vytvorenia opticky čitatelného záznamu akustického póla elektroopticky aktívnych materiálov, pri ktorom sa využívá rozloženie nosičov náboj a.

Akustická vlna v materiáli s volnými nosičmi elektrického náboj a vyvolává změnu priestorového rozloženia týchto nosičov. Mechanizmov, ktoré túto změnu rozloženia nosičov móžu vyvolať, je niekolko. Najznámejší z nich, vyvolaný prostredníctvom piezoelektrického javu je podrobné popísaný v odbornej literatúre.

Volné nosiče náboja, podl’a Drude-Lorentzovej teorie, ovplyvňujú index lomu světla, takže akustické pole sa prostredníctvom změny koncentrácie podiela na „premodulovaní“ indexu lomu, čo principiálně móže byť použité pre optické zobrazenie akustickej vlny. Avšak změna indexu lomu vyvolaná takýmto mechanizmom je malá na to, aby za běžných podmienok mohla byť výhodné použitá na zviditel’nenie akustického póla.

S rozložením koncentrácie volných nosičov súvisí i rozloženie koncentrácie nosičov zachyténých na záchytných centrách, ktoré je možné využiť na vytvorenie záznamu akustického pol’a.

Pokiaf sa záznam vytvára obsadením plytkých záchytných centier, mohol by sa použit ich priamy vplyv na index lomu světla, pretože ich polarizovatelnosť je dostatočná pre dosiahnutie použitelnej změny indexu .lomu. Pri vytvoření záznamu pomocou modulácie obsadenia plytkých záchytných centier je potřebné materiál s vytvořeným záznamom udržiavať na teplote tak nízkej, aby nedošlo k teplotnej excitácii nosičov zachytených na týchto centrách.

Na vytvorenie záznamu akustického pol’a móže byť využitý i záchyt nosičov na hlbokých centrách, podobné ako je tomu pri využití záchytu na vytvorenie záznamu optického pol’a.

Priamy vplyv nosičov náboja zachytených na hlbokých centrách na index¹ lomu je malý, takže v materiáli s výrazným elektrooptickým javom sa dosiahne silnejšie ovplyvnenie indexu lomu, menovite, ak náboj vytvořený zachytením nosičov nebude vykompenzovaný iným nábojom. Vtedy sa vytvoří elektrické pole, ktoré prostredníctvom elektrooptického javu moduluje index lomu, čo móže byť použité pre optické čítanie záznamu. Keď na materiál s takto vytvořeným záznamom naložíme vonkajšie elektrické pole frekvencie zhodné s frekvenciou vlny, ktorá bola zaznamenaná, vygeneruje sa prostredníctvom elektroakustického javu ako i prostredníctvom elektrostrikcie, akustická vlna odpovedajúca vine, ktorá bola zaznamenaná.

Záchyt elektrónov na plytkých centrách bol k vytvoreniu záznamu akustického póla použitý v róznych materiáloch. Premodulovanie koncentrácie elektrónov na plytkých centrách bolo dosiahnuté vyprázdňovaním obsadených centier tunelovým javom pri súčasnom pósobení akustickej vlny, ktorá mala byť zaznamenaná a vonkajšieho elektrického pol’a frekvencie zhodnej s frekvenciou akus• tickej vlny. Záznam bol vytvořený a udržiavaný pri teplotách tekutého hélia. Potřeba chladenia záznamového prostredia však spósobuje značné potiaže pri technickom použití takéhoto spósobu vytvorenia záznamu akustickej vlny. Vytvorenie záznamu pomocou hlbokých záchytných centier nevyžaduje sice chladenie záznamového prostredia, ale v dósledku slabého vplyvu hlbokých záchytných centier na index lomu boli takéto centrá použité dosiať iba pre vytvorenie záznamu povrchových vln, u ktorých je i pri technicky dostupných výkonoch značné vyššia deformácia prostredia a tým i vyššia s elektrickým polom vlny súvisiaca modulácia koncentrácie nosičov náboja.

K tomu, aby sa vytvořil čitateťňý záznam objemovej akustickej vlny bez nutnosti chladenia záznamového prostredia na nízké teploty, je možno podl’a předkládaného vynálezu využiť súčasné pósobenie akustickej vlny a modulácie elektrickej vodivosti záznamového prostredia obsahuj úceho hlboké záchytné centrá. Výhoda vytvorenia záznamu objemových akustických vln spočívá najma v ich použitelnosti pre akustická defektoskopiu a holografiu. S ohťadom na možnosti 1’ahšej generácie objemových vln pri vyšších frekvenciách, móže však vhodná metoda záznamu objemových vln nájsť uplatnenie i pri konštrukcii akustických památí pre počítacie stroje.

Spósob vytvorenia opticky čitatel’ného záznamu akustického poťa podl’a vynálezu spočívá v tom, že stacionárna priestorová modulácia indexu lomu korešpondujúca rozloženiu zaznamenávaného akustického póla sa vytvoří pósobením akustickej vlny na priestorové rozloženie nosičov náboja a súčasnou, s akustickou vlnou koherentnou moduláciou elektrickej vodivosti materiálu.

Časová konštanta dosahovania rovnováhy medzi koncentráciou volných a zachytených nosičov náboja je spravidla značné velká v porovnaní s periodou akustickej vlny, ktorá sa má zaznamenat. Amplitúda priestorového rozloženia koncentrácie nosičov na záchytných centrách, vytvořeného akustickou vlnou je potom značné menšia než tá, ktorá by zodpovedala stacionárnemu rozloženiu koncentrácie volných nosičov. Je preto výhodné vytvořit také rozloženie koncentrácie volných nosičov, ktoré by zodpovedalo priestorovému rozloženiu akustickej vlny v materiáli, avšak ktoré by bolo časové nepremenné, resp. měnilo by sa iba pomaly.

Dosiahnuť toho, aby akustická vlna vytvořila takéto rozloženia volných nosičov je možné vtedy, ak elektrická vodivost záznamového prostredia je modulovaná koherentně s akustickou vlnou, t. j. modulovaná tak, aby integrál súčinu elektrickej vodivosti materiálu a intenzity elektrického póla pochádzajúceho od akustickej vlny v čase váčšom, alebo aspoň zrovnatelnom s dobou potřebnou na dosiah.3 nutie rovnováhy volných a zachytených nosičov bol rózny od nuly, t. j. aby (1) Ja(t) dt. E_ak(t, x) dt 0 τ

V případe, že akustická vlna je harmonická a že elektrická vodivost je modulovaná harmonicky s amplitúdou a_m a frekvenciou zhodnou s frekvenciou akustickej vlny, podmienka (1) je splněná. Příslušným výpočtom dostaneme, že amplitúda priestorového rozloženia volných nosičov je:

(2) __1 k Qm · ^akQ p (σ/ε + Α:²Ώ) kde g je náboj nosičov náboja, E_ako je amplitúda elektrického pofa vytvořeného akustickou vlnou, k je absolútna hodnota vlnového vektora zaznamenávanej vlny, D je difúzna konstanta nosičov náboja, ktoré priestorový náboj vytvárajú a ε je dielektrická konštanta. záznamového materiálu.

Clen σ/ε vo vztahu (2) je Maxwellovská relaxačná frekvencia a vyjadřuje „brzdenie“ vytvárania elektrického náboja prostredníctvom elektrického pofa od už vytvořeného náboja. Nech v materiáli sú přítomné i iné, od prvých nezávislé pohyblivé nosiče elektrického náboja, koncentrácia ktorých nie je modulovaná koherentně s akustickou vlnou. Ich koncentrácia bude elektrickým pol’om, ktoré zastavuje rast náboja vytváraného akustickou vlnou ovplyvňovaná tak, že nimi vytvořené elektrické pole bude kompenzovat pole, ktoré brzdilo póvodný rast koncentrácie nosičov náboja. V takomto případe sa vo vztahu (2) člen σ/ε neuplatní, pretože vytváranie záznamu, t. j. priestorového rozloženia nosičov náboja jedného druhu, bude zastavené iba difúziou nosičov.

Ak v tomto materiáli budú přítomné záchytné centrá, premoduluje sa ich obsadenosť podlá rozloženia pohyblivých nosičov. Amplitúda modulácie koncentrácie nosičov na týchto centrách bude úměrná koncentrácii pohyblivých nosičov a poměru pravděpodobnosti záchytu a excitácie nosičov zo záchytných centier. Vhodnou volbou záchytných centier a volbou hodnoty pravděpodobnosti excitácie zachytených nosičov pomocou vhodného osvetlenia, teploty a pod., možno zvolit amplitúdu koncentrácie nosičov na záchytných centrách, t. j. amplitúdu záznamu.

Takýto záznam je však latentný — prejavuje sa velmi málo na modulácii indexu lomu — pretože rozloženie jedného i druhého druhu nosičov náboja je taká, že sa ich polia navzájom kompenzuj ú.

Změnu takéhoto latentného záznamu do stavu, v ktorom sa dá záznam registrovat je možno dosiahnuť tým, že sa zmenia podmienky tak, aby sa zamedzil pohyb nosičov s malou difúznou konštantou a naopak umožnil pohyb nosičov s velkou difúznou konštantou.

V dósledku difúzie sa tak vytvoří rovnomernejšie rozloženie nosičov jedného druhu, čo vedie k vytvoreniu elektrického pol’a nevykompenzovanými nosičmi elektrického náboja.

Popísaným spósobom je možné vytvořit opticky čitátefný záznam akustických vln v piezoelektrických fotovodivých materiáloch s hlbokými záchytnými hladinami. Nech například cez priehfadné prostredie dopadá akustická vlna na platničku monokryštalického CdS obsahuj úceho příměsi vytvárajúce hlboké záchytné hladiny. Zároveň nech je platnička CdS osvětlovaná periodicky modulovaným svetlom tak, aby sa jej elektrická vodivost měnila koherentně s akustickou vlnou.

V dósledku toho sa v platničke vytvoří priestorové rozloženie nosičov náboja, ktoré sleduje elektrické pole vytvořené vlnou v dósledku piezoelektrického javu. Toto rozloženie náboja sa prejaví i na obsadení hlbokých záchytných hladin, takže po vypnutí akustickej vlny a osvetlenia bude v materiáli přetrvávat elektrické póle vytvořené zachytenými nosičmi. Pretože CdS, podobné ako mnohé číalšie materiály, vykazuje elektrooptický efekt, přítomnost elektrického pol’a sa prejaví priestorovou moduláciou indexu lomu materiálu. Vytvořil sa teda opticky čitátefný záznam akustického pofa, ktorý je možno interferenčnými, alebo holografickými metodami sledovat.

V případe potřeby je možno vhodným zohriatím, alebo osvětlením zachytené nosiče excitovat do vodivostného pásu a tak vytvořený záznam vymazat’. Platnička je po prípadnom ochladení na póvodnú teplotu připravená pre opátovné vytvorenie záznamu.

Claims (1)

1. PREDMET VYNALEZU

   Sposob vytvorenia opticky čitatefného záznamu akustického pol’a v elektrooptický aktívnych materiáloch vykazuj úcich piezoelektrické vlastnosti, vytvořením stacionárnej priestorovej modulácie koncentrácie nosičov náboja a tým i indexu lomu materiálu, vyznačujúci sa tým, že stacionárna priestorová modulácia indexu lomu korešpondujúca rozloženiu zaznamenávaného akustického pofa sa vytvoří pósobením akustickej vlny na priestorové rozloženie nosičov náboja a súčasnou, s akustickou vlnou koherentnou moduláciou elektrickej vodivosti materiálu.