(54) СПОСОБ ГОЛОГРАФИЧЁСКОй ЗАПИСИ(54) METHOD OF HOLOGRAPHIC RECORDING
Изобретение относитс , к голографии и Может быть л}спольэовано при разработках устройства визуализации и запоминани инфракрасного изображени ; оперативных оптических запоминающих устройств; устройств вводавывода , отображени , преобразовани , анализа, распознавани и передачи информации; устройств пространственно-частотной Фильтрации; оптоэ ектронных коррел торов и некоторых других сйециалиэированных устройств. Известен способ голографическрй записи инфракрасного изображени на холестерических 5 сидких кристаллах 1 основанный на SS-эффекте (Selective scattering - селективное рассе ние)изменении оптической активнос и, холестерического .жидкого кристалла ftlpH нагревании. Запись голограмм осущест л лась на экране с холестерическим жидким кристаллом на длине волны 10,6 мкм. В нагретых мecтax экрана г измен лась длина волн селективно рас се нного света/ а дл данной волны (например, 0,63 мкм) изменилс и-угол поворота плоскости пол ризации света .Позтрму при. просвечивании экрана через скрещенные пол роиды излучением р длиной волны 0,63 мкм записанный тепловой рельеф, трансформированйый в черно-белую картину, давал восстановленное изображение. При этом разрешение оценено в 40 линий/мм. Дл фиксированной длины вблны интенсивность )ассё нного света имеет максимум при определенной температуре, :Способ голографйческой :записй йнфракрасног-о изображени заключаетс в предварительном подогреве жидкого криста1лла до Температур, близких к температуре максимума SS-эффекта, и последующей записи голограмм инфракрасного изображени обычным способом. О исанный способ голографической записи имеет следующие недостатки: низкое разрешение (л/ 40 штрих/мм) , невысокую эффективность дифракции, большую инерционность л 0,1 с. Ближайшим известным техническим решением к предложенному вл етс способ голографической записи в фотопровод щих пироэлектриках 2 путем освещени объекта инфракрасным излучением и записи интерференционной картины, образованной предметным и опорным пучками. Толстые фазовые голограммы записываютс видимым излучением(О,4-0,7 мк) в,.пироэлектрических материалах (ниоба .та лити и др.) благодар дрейфу или диффузии свободных носителей, фотовозбужденных с глубоких ловУйек. В т чение времени экспозиции в поле с мо дулированной световой интенсивностью вызванном, например, интерференцией двух когерентных лучей (двухлучева схема), свободные носители, дрейфу Шшнё приложенном электрическом поле, уход т из областей g большей; интенсивностью света в области малоосвещенные и захватываютс там в ловушки . В результате возникает пространственно распределенный з.ар д, соз дающий внутри кристалла неоднородное .электрическое поле, модулирующее показатель преломлени кристалла посредством электроскопического эффекта . Так возникает объемна фазова голограмма. Указанный способ записи голограмм с помощью двухлучёвой схемы не позво л ет записывать инфракрасные изображени , а дл создани оперативньах инфракрасных запоминающих у;стройств и т.п. необходима голографич ка: 3апись в инфрйкрасйом диапазоне. Кристалл ниобатапити обладает 5в зсокйм: разрешением в виДимсйл диапазоне ( л/4000 штрих/мм) , большей дифракционной эффективностью (л 100%) и другими уникальными голрграфйчёйкйми хар.актериЬтйками регистрирующей среди, поэтойу Особенно вгйкио его ; использование дл голографичёской записи инфракрасных изображений. ; целью изобретейй вл етс закреп ление инфракрасной го ограилжа и вос dt SH 5sAeftfte ёШ1Шмда1 п1йай:ё. Поставленна цёАьдостйгаётс тем что одновременно- с инфрайрЙсйьШ нзлу енйём ЬйрЬэ ёктрик освещ т однородным импульсным излучением. ,. - Сущн-ость способа заключен а в том, что при .позглощении инфракрасного излучени , й1мёйщего, например, вид решетки (интерферейции двух пйоСких инфракрасййх йолн - простейший вариант двухлучёвой схемы) , в пироэлектрйке .роздаетс теплова peuteTKa модулирующа спонтанную пол ризацию кристалла .(благодар ирОэффекту). В результате впироэлейфрике врзникае г электрическое пОле, имеющее вид решетки, т.е. полностью повтор ющее прос-транственное распределение интенс;рвности света в инфракрасной голограмме . С целью закреплени этой тепловой решетки пироэлектрик одновременно освещают однородным импульс ным излучением, вызывающим фотопроводимость , электрическое попе экрани руетс фотовозбужденными электронами В результате возникает пространствен но неоднородный зар д, поле которого модулирует показатель преломлени кристалла вследстййё электроЬптического эффекта. Так записываетс фазова голограмма, представл юща со ой закрепленную инфракрасную голорамму . Считывание фазовой голограмы производитс обычным образом в идимом свете. Дифракционна эффективность f фазовой голограммы, записанной предложенньол способом в кристалле ниобата лити / оцениваетс по формуле: 2/And N 1S 0,9П|Г|Т|Р f f A eacp joC,)aKl,(Odt Оо 0,6n t|-r(p)(A..,cC , . , Ji,ati где дПе - изменение коэффициента преломлени кристалла дл необыкновенной волны; d - толщина образца; Л - длина волн1а восстанавливающего излучени ; Q г- угол Брэгга восстанавливающего излучени дл длины вОлНЫ А J} - .... : , Пц -- коэффициент преломлени дл необыкновенной войны;, f -электрооптический оэффйЦйе Нт; IT} пироэлектрический коэффициент; ji - коэффициент фотопроводимости; - диэйектрическа проницаемЬсть кристалла; С 7 удельна теплоемкость кристалла; « Р удельна плотность кристалла; . . коэффициент поглощени инфракрасного излучени ; cLj- коэффициент поглощени излучени , вызывающего фотопроводиMOCTI .,,. -;.. / . IQ (WQ ) - интенсивность (энерги ) инфракрасного излучени ; инфракрасна интерферейционна картина имеет вид; Toft) lof(t) (1 + cos KX) , где К - волновой вектор записываемой простейшей голограммы; . К -т-- sin в инфр, где Аинфр длина волны инфракрасного излучени ; 2 винфр- угол между интерферирующими инфракрасными лучами в двухлуче5ОЙ схеме,. IjCWj) - интенсивность (энерги ) однородного видимого излучени . Пример 1. Фотопроврд щий пироэ ектрик - кристалл ниобата лити с примесью О,О7 вес,% жеЛеза толщина образца х-среза 0,7 WH. Спектральна область фотопроводимости 0,40 , ,2) 10 см/В, град; f} 6: 10- см2/в2 10 Ф/см, с - о и «- -/у -- -1 - I д с 0,66 Дж/г.град; р 4,6 г/см , Х.« 15 CMiJ 05-3 7,5 cM-i Дл голограммы инфракрасного изоб ражени с синусоидальной решеткой с частотой 100 штрих/мм волновой векто записываемой решетки параллелен опти ческой оси С кристалла. Дл записи используетс двухлучева схема с излучением СО-лазера, Д - 5,4 мк, ®инфр 15-, б , интенсивность излучени 1 МВт/см , длительность импуль са 50 НС с одновременным освещением кристалла ниобата лити однородным излучением второй гармоники нердимового лазера с длиной волны 530 мм,2 интенеивностью излучени 10 MJBT/CM , длительностью импульса 50 не. Дифрак ционна -эффективность i фазовой голограммы , записанной в кристалле ниобата лити на длине волны 0,63 мк (Не - Ne - лазер), равна 0/005%, При дес тикратном пЬвторенйи способа П vO,5%. П р и м е р 2. Фотопровод щий пироэлектрик - кристалл.ниобата лити с примесью 0,07 вес.% железа; толщина образца х-срез а О, 7 NM. Спектраль , а область фотопроводимости 0,4- 0,7 мкм; Пе 2,2; 1 3 10 см/В; . /Г/ 4.-10-9 К/см град; fi е - 2,6 ф/см. С 0,66 Дж/г.град; f- 4,6 г/см ; оС 15 см-, olg 7,5 См-. : Дл голограммы инфракрасногЬ изоб ражени с синусоидальной решеткой с частотой 10 штрих/мм волновой вектор записываемой решетки параллелен опти ческой оси С кристалла. При записи использовалась двухлучева схема с излучением С0-ла;зера, А ИНФР мкм; , интенсивность излучени 1 КВт/см , длительность импульса 50 МКС с одновременным освещением кристалла ниобата лити однородным и лучением второй гармоники неодимовог лазера с длиной волны 530 нм, интенсивностьЮ излучени 10 КВт/см, длительностью импульса 50 МКС. Дифракционна эффективность фазовой голограммы , записанной в кристалле нио бата лити на дпиле волны 0,63 мк fHe - Ne лазер), равна 0,005%. При 489 дес тикратном повторении способа |-| ,5%. Использование предложенного способа голографической записи обеспечивает :. -расширение спектрального диапазона чувствительности фотопровод щих пироэлектриков к голографической записи; , -запись инфракрасных голограмм в объемной регистрирующей среде; - визуализсщий инфракрасного изображени во всем видимом диапазоне; -голографическую запись инфракрасных изображений за период менее . : . - MH orokpatttyifo запись инфракрасных голограмм; ; -увеличение дифракционной эффективности (до л/100%) фазовых голограмм инфракрасных изображений, записываелвлх в фотопровод щих пироэлектрикахг -длительное сохранение запис нной в пироэлектрике фазовой голограммы инфрак{ асн6го изображени (например, в ниобате лити до нескольких мес «ee ).-: - -.;- , Формула йз обретени Способ голографической записи в фотопроводйщйх п роэлектриках путем освещени объекта инфракрасным излучением и записи интерференционной картины, образованной; предметным и опорным пучками, о т л и ч а ю Щ и и с 9 тем, что, с целью закреплени инфракрасной голЬграл1мы и восстановлени е0 в видимом диапазоне,: одновреаленно б инфракрасным излучение пироэзтектрик освещают однороднцм импульсным излучением. Источники инфсч)мации, во внимание при экспертизе 1.Simpson W.A. а.о. Визуализаци инфракрасных гoлoгpa sM.в реальном масштабе времени.Applied Optics, 1970, 9, 499. 2.Phillips W. а.о. Свойства оптической и голографической пам ти в LiNOg, легированномпереходными металлами . А Review , 1972, 33, р. 94-109.The invention relates to holography and can be used in the development of a device for visualizing and storing an infrared image; operational optical storage devices; devices for input-output, display, transformation, analysis, recognition and transmission of information; spatial frequency filtering devices; Optoelectronic correlators and some other specialized devices. A known method of holographic recording of infrared images on cholesteric 5 sid crystals 1 based on SS-effect (Selective scattering - selective scattering) changes in the optical activity and on the cholesteric liquid crystal ftlpH heated. The holograms were recorded on a screen with a cholesteric liquid crystal at a wavelength of 10.6 µm. In the heated screen regions g, the wavelength of the selectively scattered daylight / a changed for a given wave (for example, 0.63 µm) and the angle of rotation of the plane of polarization of the light changed. Viewed at. The screening of the screen through crossed polaroids by radiation of a wavelength of 0.63 µm recorded thermal relief, transformed into a black and white picture, gave a reconstructed image. The resolution is estimated at 40 lines / mm. For a fixed length, the intensity of the assorted light has a maximum at a certain temperature: Holographic method: recording an infrared image involves preheating the liquid crystal to temperatures close to the maximum temperature of the SS effect, and then recording the infrared image holograms in the usual way. This method of holographic recording has the following disadvantages: low resolution (l / 40 bar / mm), low diffraction efficiency, high inertia l 0.1 s. The closest known technical solution to the proposed method is the holographic recording in photoconductive pyroelectrics 2 by illuminating the object with infrared radiation and recording the interference pattern formed by the object and reference beams. Thick phase holograms are recorded by visible radiation (O, 4–0.7 microns) in, pyroelectric materials (niobite, et al.) Due to drift or diffusion of free carriers, photoexcited from deep-lying Strike. During the exposure time in a field with modulated light intensity caused, for example, by the interference of two coherent rays (two-beam scheme), free carriers, the Schno drift by an applied electric field, leaves the g regions larger; the intensity of the light in the region is low-lit and trapped there. As a result, a spatially distributed zarc arises, creating an inhomogeneous electric field inside the crystal, which modulates the refractive index of the crystal by means of an electroscopic effect. Thus a volume phase hologram appears. This method of recording holograms using a two-beam scheme does not allow for recording infrared images, and for creating operative infrared storage devices, etc. holographic needed: 3pis in the infrared range. A niobatapiti crystal has 5 volts: resolution in the viDimsyl range (l / 4000 bar / mm), greater diffraction efficiency (l 100%), and other unique character-recording haragraphics among the poet, especially his one; use for holographic recording of infrared images. ; the purpose of the inventions is to fix the infrared limit and Vt dt SH 5sAeftfte ŠШ1Smda1 p1yay: ё. Delivered by the fact that at the same time, with infrared lighting, the lighting is illuminated with a uniform pulsed radiation. , - The essence of the method lies in the fact that the absorption of infrared radiation, such as the type of lattice (the interference of two optical infrared waves - the simplest version of the two-beam scheme), in a pyroelectric system creates heat peuteTKa modulating spontaneous crystallization crystal crystallized spherical crystallization crystallization crystallization. irOeffect). As a result, in the case of a vieraelefrica, an electric floor, having the form of a lattice, i.e. a completely repeating transient distribution of intensity; the intensity of light in an infrared hologram. In order to fix this thermal lattice, the pyroelectric is simultaneously illuminated with homogeneous pulsed radiation causing photoconductivity. The electric screen is shielded by photoexcited electrons. As a result, a spatially inhomogeneous charge arises, the field of which modulates the refractive index of the crystal due to the electro-optical effect. This is how a phase hologram is recorded, representing the second fixed infrared holoram. The reading of the phase hologram is performed in the usual way in idymo light. The diffraction efficiency f of the phase hologram recorded by the proposed method in a lithium niobate crystal / is estimated by the formula: 2 / And N 1S 0.9П | Г | Т | Р ffAeacp joC,) aKl, (Odt Оо 0.6n t | -r (p) (A .., cC,., Ji, ati where dPe is the change in the refractive index of the crystal for an extraordinary wave; d is the sample thickness; L is the wavelength 1a of the reducing radiation; Qg is the Bragg angle of the reducing radiation for the length A } - ....:, Pc is the refractive index for an extraordinary war ;, f is the electro-optical otefcie Nt; IT} pyroelectric coefficient; ji is the coeff photoconductivity center; - dielectric permeability of the crystal; C 7 the specific heat capacity of the crystal; P the specific density of the crystal;. the absorption coefficient of infrared radiation; cLj - the absorption coefficient of the radiation causing the photoconductive MOCTI. ,,. -; .. /. IQ (WQ) - intensity (energy) of infrared radiation; the infrared interferential pattern looks like; Toft) lof (t) (1 + cos KX), where K is the wave vector of the simplest hologram to be recorded; . K -t-- sin in infra, where Ainfr is the wavelength of infrared radiation; 2 WInfr - the angle between the interfering infrared rays in a two-beam scheme. IjCWj) is the intensity (energy) of uniform visible radiation. Example 1. A photoconductive pyroelectric is a niobate lithium crystal with an admixture of O, O7 weight,%. The thickness of the x-cut sample is 0.7 WH. The spectral photoconductivity region is 0.40,, 2) 10 cm / V, hail; f} 6: 10-cm2 / v2 10 F / cm, s - o and "- - / u - -1 - I d with 0.66 J / g.grad; p 4.6 g / cm, X. “15 CMiJ 05-3 7.5 cM-i For a hologram of an infrared image with a sinusoidal grating with a frequency of 100 lines / mm, the wave vector of the recording grating is parallel to the optical axis C of the crystal. A two-beam scheme with CO-laser radiation, D - 5.4 microns, ®Infr 15-, b, radiation intensity 1 MW / cm, pulse duration 50 NS with simultaneous illumination of a niobate lithium crystal with a uniform second-harmonic laser radiation 530 mm wavelength, 2 radiation intensity of 10 MJBT / CM, pulse duration of 50 no. The diffraction-efficiency of the i phase hologram recorded in a niobate lithium crystal at a wavelength of 0.63 microns (He-Ne-laser) is 0/005%, At a tenfold second method P vO, 5%. EXAMPLE 2 A photoconductive pyroelectric is a lithium niobate crystal with an impurity of 0.07 wt.% Iron; sample thickness x-cut and O, 7 NM. The spectral, and the photoconductivity region of 0.4-0.7 microns; Pe 2.2; 1 3 10 cm / V; . / G / 4.-10-9 K / cm hail; fi e - 2.6 f / cm. From 0.66 J / city; f - 4.6 g / cm; оС 15 sm-, olg 7,5 Sm-. : For a hologram of an infrared image with a sinusoidal grating with a frequency of 10 lines / mm, the wave vector of the recording grating is parallel to the optical axis C of the crystal. When recording, a two-beam scheme was used with C0-la; Zera radiation, and INFR micron; , the radiation intensity is 1 KW / cm, the pulse duration is 50 MKS with simultaneous illumination of the niobate lithium crystal with uniform and second harmonic emission from a neodymium laser with a wavelength of 530 nm, an intensity of 10 KW / cm, and a pulse duration of 50 MKS. The diffraction efficiency of the phase hologram recorded in a nioatatility crystal on a dipel of a wave (0.63 micron fHe – Ne laser) is equal to 0.005%. At 489 decimal repetition of the method | - | ,five%. Using the proposed method of holographic recording provides:. -expansion of the spectral range of sensitivity of photoconductive pyroelectrics to holographic recording; , - recording of infrared holograms in a volumetric recording medium; - visual infrared image in the entire visible range; -holographic recording of infrared images for a period of less. :. - MH orokpatttyifo recording infrared holograms; ; - increase the diffraction efficiency (up to l / 100%) of phase holograms of infrared images recorded in photoconductive pyroelectrics; prolonged preservation of the phase hologram recorded in pyroelectric of the infrared image (for example, in a niobate of up to several ee) .-: - The method of holographic recording in photoconductive roelectrics by illuminating an object with infrared radiation and recording the interference pattern formed; object and reference beams, which are based on the fact that, in order to fix the infrared image and restore e0 in the visible range, the pyroeztetric is simultaneously illuminated with infrared radiation by uniformly pulsed radiation. Sources of information, into account in the examination 1.Simpson W.A. as Visualization of infrared goggles sM.in real-time. Applied Optics, 1970, 9, 499. 2.Phillips W. a. Properties of optical and holographic memory in LiNOg doped with transition metals. A Review, 1972, 33, p. 94-109.