Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Топографические методы записи, хранения и обработки информации находят все большее применение в науке и промышленности. Это стимулирует поиск и исследование сред для регистрации голограмм. В настоящее время уже найденомножество подходящих регистрирующих сред, число которых непрерывно пополняется
В 19S8 году Ф. Ченом и др. было предложено использовать для записи голограмм эффект "оптического повреждения" кристаллов. С тех пор ведется интенсивное теоретическое и экспериментальное исследование кристаллических регистрирующих сред для голографии, обладающих фоторефрактивным эффектом и позволяющих записывать чисто фазовые голографические решетки.
Удачное сочетание фотопроводящих и электрооптических свойств фоторефрактивных электрооптических кристаллов типа силленита сделало их весьма перспективными для использования в системах записи, хранения и обработки информации. Однако оптическая активность этих кристаллов значительно затрудняет теоретический анализ процесса регистрации и воспроизведения записанной информации v. интерпретацию получаемых экспериментальных результатов.
Для описания структуры формируемых в оптически активных регистрирующих средах топографических решеток и исследования процесса дифракции на них плоских электромагнитных волн, на основе общих ковариантных методов была разработана феноменологическая теория записи и считывания информации в таких средах. Было показано, что оптическая активность регистрирующей среды приводит не только к смещению экстремумов функции распределения интенсивности интерферирующих волн в пространстве, но существенно изменяются энергетические и поляризационные характеристики дифрагированного излучения. Без учета гиротрспии можно неверно выбрать толщину регистрирующего слоя и не достичь максимума дифракционной эффективности голографической решетки.
Анализ предложенной Ю. Н. Денисюком трехмерной записи показал, что толстые голограммы могут обладать колоссальным, объе-
мом памяти Сдо -10і бит/см3}. В связи с этим чрезвычайно остро ставится вопрос о скорости и точности выборки записанной в кристаллах информации. Однако до сих пор не создана теория дифракции света на топографических решетках в гиротропных средах с учетом расстройки брэгговских условий. Учет брэгтовских условий синхронизма важен еще и потому, что часто запись оптической информации в кристаллах осуществляется на одной длине волны, а для недеструктивного считывания голограммы используют излучение другой длины волны.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Основной целью настоящей работы является теоретическое исследование особенностей проявления селективных свойств статических фазовых топографических решеток в изотропных оптически активных среда?: и кубических гиротропных электрооптических фоторефрактивных пьезокристаллах, дать теоретическое обоснование наблюдавшегося экспериментально расщепления максимума дифракции света в гиротропных средах.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА полученных результатов состоит в следующем:
показано, что для описания процесса дифракции электромагнитных волн в гиротропных среда>: в большинстве практически важных в голографии ситуаций можно с успехом пользоваться хорошо разработанными методами теории возмущений;
теоретически обосновано расщепление максимума дифракции света в гиротропной среде. Показано, что в зависимости от условий эксперимента б центральной части кривой селективности может наблюдаться как максимум, так и минимум, а е кристаллах
класса 23 при Kilt 110] возможно наблюдение обширного плато с почти постоянной дифракционной эффективностью;
исследовано влияние оптической активности регистрирующей среды (как кг стадии записи голографической решетки, так и при ее считывании) на снижениеинтенсивности света, дифрагированного под углом Брэгга по отношению к результату дифракции в не-гиротропной среде. При нарушении брэгтовского синхронизма может происходить значительное Сдо трех раз) повышение дифракционной эффективности;
получены соотношения симметрии выражений энергетических Е поляризационных характеристик топографических решеток в кристаллах силленитов во внешнем электрическом поле. Показано, что одновременное изменение полярности прикладываемого напряжения и знаков расстройки брэгтовских условий и эллиптичности считы-
ващеи световой волны не влияет на интенсивность дифрагирован ного излучения и его азимут, приводя лишь к изменение направления обхода эллипса поляризации. При этом ориентация большой оси эллипса поляризации считывавшей волны относительно плоскости падения должна оставаться неизменной;
- изучено влияние ориентации вектора решетки на энергети
ческие и поляризационные характеристики восстановленной свето
вой волны. Показано, что традиционно используемые в топографи
ческой практике ориентации К СКІІЕ1І0] и KlltOOlD на
С110)-срезе кристаллов силленит-типа не является оптимальными
в смысле достижения максимума дифракционной эффективности то
пографической решетки. Определены геометрии взаимодействия,
позволяющие значительно оптимизировать дифракционный процесс в
средах рассматриваемого класса.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. Результаты, полученные в диссертационной работе, могут быть использованы для анализа энергетических и поляризационных характеристик света, дифрагированного в изотропных оптически активных средах и кубических фотореф-рактивных электрооптических пьезокристаллах. Приведенные в диссертации аналитические соотношения позволят оптимизировать голографические устройства обработки оптической информации на базе гиротропных регистрирующих сред, а также выбрать соответствующее состояние поляризации считывающего света для достижения наибольшего отношения сигнал-шум на выходе голограммы.
Результаты работы используются в Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники, в лаборатории кристаллооптики Института физики АН Республики Беларусь.
НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ следующие основные положения:
вывод системы уравнений связанных волн в анизотропной ги-ротропной среде на основе метода многих масштабов теории возмущений;
результаты аналитического решения задачи о дифракции света на голографических решетках в изотропных оптически активных средах и кубических нецентросимметричных фоторефрактивнш: пьезокристаллах произвольного среза при расстройке брэгговских условий синхронизма;
теоретический анализ влияния параметров регистрирующей среды и условий эксперимента на селективные свойства объемных голограмм в гиротропных средах;
- результаты изучения влияния внешнего электрического поля
на энергетические и поляризационные характеристики голограмм в
кристаллах типа силленита при ориентации вектора решетки
КИЕ1Ї03;
аналитическое описание структуры и свойств интерференционного поля двух монохроматических световых волн с различными частотами в изотропных гиротропных средах.
анализ динамики изменения селективных свойств топографических решеток при вращении вектора решетки на срезе кристалла силленита.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты исследований, приведенные в диссертации, докладывались на Всесоюзном семинаре по динамической голографии Сг.Киев, 1982 г.}, на седьмой Республиканской конференции молодых ученых по физике Сг.Могилев, 1952 г.), на Всесоюзном симпозиуме "Фотоанизотропные и фотогиротропные явления в конденсированных средах и поляризационная голография" Сг.Тбилиси, 1985 г.), на региональном научно-практическом семинаре "Голография в промышленности и научных исследованиях" Сг.Гродно, 1986 г.), на Всесоюзном симпозиуме "Векторная и трехмерная голография" Сг.Тбилиси, 1987 г.), на Всесоюзном семинаре "Голограммные оптические элементы и их применение в промышленности" Сг. Москва, 1987 г.), на Всесоюзных семинарах по оптике анизотропных сред Сг.Москва, 1987, 1990 гг.), на Меадународной конференции "Фоторефрактивные кристаллы: эффекты и устройства" ССША, г.Беверли, 1991 г.), а также на семинаре лаборатории кристаллооптики ИФ АН РБ, на годичных научных конференциях профессорско-преподавательского состава Гомельского государственного университета им. Ф.Скоринк и Мозырского госпединститута им. Н.К.Крупской.
ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА. Основные результаты диссертации получены автором самостоятельно и обсуждались с Шепелевичем В. В.. Бокутю Б.В. принадлежит общее руководство работой. Экспериментальные исследования проведены в межкафедральной лаборатории когерентной оптики и голографии Мозырского госпединститута совместно с Шепелевичем В. В.. Результаты, опубликованные в соавторстве с Шепелевичем В.В., получены совместно при параллельной работе над проблемой.
ОБЪЕМ И СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы,
