§ 2. РЕГИСТРАЦИЯ ГОЛОГРАММЫ

В последние годы достигнут существенный прогресс в области многократной и реверсивной регистрации голограмм. Осуществлена реверсивная запись как плоских, так и трехмерных интерференционных структур. Обычно голограмма изготовлялась на фотопластинке. Очевидно, такой способ регистрации является одноразовым. Теперь для голографической записи изображений все чаще применяют оптические запоминающие среды, прежде всего некоторые сегнетоэлектрические или активированные щелочно-галоидные кристаллы. Эти материалы характеризуются значительной чувствительностью, большой скоростью записи информации и высокой разрешающей способностью. В сегнетоэлектрических кристаллах, например в лазерный пучок относительно невысокой интенсивности может вызывать обратимые изменения показателя преломления. В кристаллах галогенидов используются процессы образования центров окраски, просветления или оптической ориентации этих центров. Указанные процессы вызывают изменения оптической плотности кристалла и могут служить для записи информации. Эффект оптической памяти в обнаружен в 1968 г. Ченом и др. [16]. В световом пучке аргонового лазера с плотностью мощности максимальные изменения показателя преломления составляли 2-10-5. Очень высокая чувствительность при записи информации достигается в кристалле активированном ионами Fe2+ в весовом отношении 0,05% 117]. Интерференционную картину в нем можно зарегистрировать благодаря относительно большим локальным изменениям показателя преломления. Чувствительность при записи информации равна на длине волны ; дифракционная эффективность голограммы около 1%. Всю голограмму можно

зарегистрировать с помощью одного лазерного иглпульса длительностью в несколько десятков наносекунд.

Используя процессы образования, просветления или оптической ориентации центров окраски в галогенидах щелочных металлов, можно многократно регистрировать в них объемные голограммы с помощью слабого пучка гелий-неонового или аргонового лазера. Например, в активированном кристалле чувствительность при записи информации составляет Кристалл активируется ультрафиолетовым излучением обычной ртутной лампы (мощность длительность активации от 30 до 60 с). Если сохранять кристалл в темноте, состояние активации сохраняется в течение 6—12 часов. Голографическое изображение регистрируется пучком -лазера. Разрешающая способность кристалла составляет Голограмма легко стирается излучением ртутной лампы, после чего кристалл можно использовать вновь. Установлено, что лишь после многих тысяч экспозиций в кристалле появляются незначительные необратимые изменения.

Еще большую чувствительность при записи информации можно получить с помощью эффекта оптической ориентации центров окраски. Ланцель и др. [19] использовали этот эффект в кристалле с центрами окраски типа

Электрический дипольный момент перехода в направлении оси, соединяющей центр с катионом, отличается от момента перехода в перпендикулярном направлении. Поэтому относительно простой спектр -центров делится на две полосы, соответствующие переходам вдоль указанной оси или перпендикулярно к ней. Возбуждение -центров в первой полосе происходит под влиянием излучения Не — Nе-лазера. Оно вызывает, в частности, переориентацию ионов, основанную на повороте оси симметрии центра на 90°. Благодаря этому возможна запись информации с чувствительностью в течение 15 с.

В заключение приводим (табл. 32.1) важнейшие параметры некоторых регистрирующих сред, применяемых в голографии. Табл. 32.1 основана на данных работ [16—19].

Применения голографии столь многообразны, что осветить их в данной книге невозможно. Читателям, интересующимся голографией и ее применениями, рекомендуем работы Лейта и Упатниекса [5], Сороко [7], Строука и Лабейри [15], а также польских авторов: Пекары [21] и Станковского и Грая [22].

В последние годы разработан чрезвычайно интересный метод обращения волнового фронта, который находит важные применения, в частности для голографии в реальном масштабе времени. Эту

Таблица 32.1 (см. скан) Важнейшие параметры некоторых регистрирующих сред

область исследований называют также фазово-сопряженной оптикой (phase conjugated optics). Метод предложен советскими физиками (Зельдович и др. 123], Носач и др. [24]). Дальнейшее развитие этот метод получил в работах Ярива [25, 261 и Хелуорта [27].

В основе метода лежит генерация обращенного во времени отображения фронта падающей волны. Это достигается с помощью нелинейных эффектов в материальных средах (вынужденное рассеяние Мандельштама — Бриллюэна, оптическое смешение трех или четырех волновых процессов в нелинейной среде). Метод позволяет восстановить начальный фронт волны, который претерпел возмущения при распространении в различных материальных средах. Принцип обращения волнового фронта проиллюстрирован на рис. 32.5. Допустим, что плоская волна распространяется слева направо и встречает на своем пути стеклянный брусок. Фронт волны на выходе из бруска приобретает запаздывание по отношению к волне, распространяющейся в воздухе. При отражении от классического зеркала и повторном прохождении через стеклянный брусок запаздывание фронта волны удваивается, поэтому обратная волна оказывается значительно деформированной по сравнению с исходной волной.. Представим себе теперь, что классическое зеркало заменено нелинейным, которое обладает свойством «обращать» временной

Рис. 32.5. Иллюстрация метода «обращения времени» для коррекции возмущений волновых фронтов [26].

ход бегущей волны. На языке комплексных функций это означает генерацию комплексно-сопряженной волны. В результате отражения от такого зеркала и повторного прохождения через возмущающий элемент фронт обратной волны совпадает с фронтом исходной, невозмущенной волны.

В эксперименте Зельдовича и др. в 1962 г. в отраженном пучке удалось восстановить исходную волну (несмотря на прохождение исходной и отраженной волн сквозь возмущающую матовую пластинку) с расходимостью, определяемой лишь дифракционным пределом.

Хорошо известно, что в волноводе фронт волны испытывает значительные деформации; это ограничивает применение волноводов для передачи изображений. Ярив [25] предложил встраивать в волноводы на определенных расстояниях друг от друга нелинейные кристаллы, которые благодаря генерации фазово-сопряженных волн исправляли бы фронт световой волны. Считают, что фазовосопряженная оптика представляет большой интерес для голографии в реальном масштабе времени [26].

Не вдаваясь в детали фазово-сопряженной оптики, которые читатель сможет найти в перечисленных выше работах, поясним принцип «обращения времени» в световых пучках [26]. Рассмотрим волну вида

которая распространяется в искажающей фронт волны линейной среде без потерь в направлении 2 (слева направо). Зависимость от отражает пространственную модуляцию (информация, дисторсия и дифракция). Если в какой-то точке возникает волна вида

то

Поле называется комплексно-сопряженным по отношению к полю Для получения из необходимо построить комплексно-сопряженную функцию лишь от пространственной части Ей оставив без изменения высокочастотный член Это эквивалентно тому, что мы, не меняя пространственный член, обращаем ход времени Именно поэтому поле характеризуется обратным ходом времени по отношению к полю На практике фазово-сопряженную волну можно возбудить в процессе вынужденного рассеяния Мандельштама — Бриллюэна или при воздействии нескольких световых пучков на нелинейный кристалл.

ЛИТЕРАТУРА

(см. скан)

(см. скан)