Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Адаптивный интерферометр на основе отражательных динамических голограмм в фоторефрактивных кристаллах титана висмута среза (100) Шмаков Сергей Сергеевич

Адаптивный интерферометр на основе отражательных динамических голограмм в фоторефрактивных кристаллах титана висмута среза (100)
<
Адаптивный интерферометр на основе отражательных динамических голограмм в фоторефрактивных кристаллах титана висмута среза (100) Адаптивный интерферометр на основе отражательных динамических голограмм в фоторефрактивных кристаллах титана висмута среза (100) Адаптивный интерферометр на основе отражательных динамических голограмм в фоторефрактивных кристаллах титана висмута среза (100) Адаптивный интерферометр на основе отражательных динамических голограмм в фоторефрактивных кристаллах титана висмута среза (100) Адаптивный интерферометр на основе отражательных динамических голограмм в фоторефрактивных кристаллах титана висмута среза (100) Адаптивный интерферометр на основе отражательных динамических голограмм в фоторефрактивных кристаллах титана висмута среза (100) Адаптивный интерферометр на основе отражательных динамических голограмм в фоторефрактивных кристаллах титана висмута среза (100) Адаптивный интерферометр на основе отражательных динамических голограмм в фоторефрактивных кристаллах титана висмута среза (100) Адаптивный интерферометр на основе отражательных динамических голограмм в фоторефрактивных кристаллах титана висмута среза (100) Адаптивный интерферометр на основе отражательных динамических голограмм в фоторефрактивных кристаллах титана висмута среза (100) Адаптивный интерферометр на основе отражательных динамических голограмм в фоторефрактивных кристаллах титана висмута среза (100) Адаптивный интерферометр на основе отражательных динамических голограмм в фоторефрактивных кристаллах титана висмута среза (100) Адаптивный интерферометр на основе отражательных динамических голограмм в фоторефрактивных кристаллах титана висмута среза (100) Адаптивный интерферометр на основе отражательных динамических голограмм в фоторефрактивных кристаллах титана висмута среза (100) Адаптивный интерферометр на основе отражательных динамических голограмм в фоторефрактивных кристаллах титана висмута среза (100)
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Шмаков Сергей Сергеевич. Адаптивный интерферометр на основе отражательных динамических голограмм в фоторефрактивных кристаллах титана висмута среза (100): диссертация ... кандидата технических наук: 05.11.07 / Шмаков Сергей Сергеевич;[Место защиты: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники].- Томск, 2016.- 137 с.

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Принципы построения измерительных устройств динамической голографии на основе фоторефрактивных кристаллов 28

1.1. Взаимодействие световых волн на фоторефрактивных голограммах в электрооптических кристаллах 28

1.1.1. Одноуровневая модель зонного переноса заряда 29

1.1.2. Диффузионный механизм записи фоторефрактивной голограммы в приближении малых контрастов интерференционной картины 31

1.1.3. Модуляция оптических свойств среды полем пространственного заряда фоторефрактивной голограммы 35

1.2. Двухволновое взаимодействие световых волн в кубических фоторефрактивных кристаллах 38

1.2.1. Схемы двухволнового взаимодействия 38

1.2.2. Принцип голографической интерферометрии при встречном двухволновом взаимодействии на отражательных динамических голограммах 40

1.2.3. Двухволновое взаимодействие на отражательных динамических решетках в кристаллах силленитов при фазовой модуляции сигнального пучка 42

1.3. Адаптивные голографические интерферометры на основе отражательных голограмм в фоторефрактивных кристаллах 47

1.3.1. Оптические схемы адаптивных интерферометров, использующих отражательные фоторефрактивные голограммы 47

1.3.2. Адаптивные интерферометры на основе отражательных фоторефрактивных голограмм для измерения характеристик механических колебаний 50

1.4. Выводы 54

Глава 2. Адаптивный голографический интерферометр на основе отражательных голограмм в кубических фоторефрактивных кристаллах титаната висмута 57

2.1. Схема адаптивного голографического интерферометра 57

2.2. Основные элементы адаптивного голографического интерферометра и их характеристики 2.2.1. Источники лазерного излучения 60

2.2.2. Частотные характеристики селективного вольтметра 64

2.2.3. Используемые фоторефрактивные кристаллы 66

2.2.4. Характеристики приемников оптического излучения 67

2.2.5. Составные четвертьволновые пластины 75

2.2.6. Фазовая модуляция сигнального пучка 77

2.3. Выводы 79

Глава 3. Характеристики адаптивного интерферометра, использующего встречное двухпучковое взаимодействие на отражательных динамических голограммах в кристаллах титаната висмута 81

3.1. Частотная характеристика адаптивного голографического интерферометра, использующего встречное двухпучковое взаимодействие в кристалле Bi12TiO20:Cu,Fe среза (100) 81

3.2. Амплитудная характеристика адаптивного голографического интерферометра, использующего встречное двухволновое взаимодействие в кристаллах Bi12TiO20 среза (100) 86

3.2.1 Теоретическая модель амплитудной характеристики адаптивного голографического интерферометра, использующего встречное двухволновое взаимодействие в кристаллах 87 силленитов среза (100) 87

3.2.2 Экспериментальное исследование амплитудных характеристик адаптивного голографического интерферометра, использующего встречное двухволновое взаимодействие в кристаллах Bi12TiO20 среза (100) 90

3.3. Выводы 97

Глава 4. Применение адаптивного интерферометра, использующего встречное двухпучковое взаимодействие на отражательных динамических голограммах в кристаллах титаната висмута, для обнаружения вклада обратного флексоэлектрического эффекта в фоторефрактивный отклик 100

4.1. Вклад обратного флексоэлектрического эффекта в возмущения оптических свойств отражательной фоторефрактивной голограммой в кристаллах силленитов среза (100) 101

4.2. Фазовая демодуляция в голографическом интерферометре, использующем встречное двухпучковое взаимодействие волн с циркулярной поляризацией противоположных знаков в кристаллах силленитов среза (100) 104

4.3. Обнаружение вклада обратного флексоэлектрического эффекта в фоторефрактивный отклик в монокристалле титаната висмута среза (100) с использованием адаптивного голографического интерферометра на отражательных динамических голограммах 106

4.4. Расчет значения флексоэлектрического коэффициента f1111 кристалла титаната висмута Bi12TiO20:Cu,Fe среза (100) из экспериментальных данных 110

4.5. Влияние флексоэлектрического эффекта на сигнал фазовой демодуляции в адаптивном интерферометре, использующем сигнальную волну с входной линейной поляризацией, взаимодействующей с циркулярно поляризованной опорной волной на отражательных голограммах в кристаллах силленитов среза (100) 114

4.6. Выводы 117

Заключение 121

Список литературы

Модуляция оптических свойств среды полем пространственного заряда фоторефрактивной голограммы

Изучению частотной характеристики интерферометра, использующего встречное взаимодействие опорной волны с круговой поляризацией с линейно поляризованной сигнальной волной в образце Bi12TiO20: Cu,Fe среза (100) с толщиной 1,15 мм, посвящен подраздел 3.1. В проведенных на частотах от 13 Гц до 7,15 кГц экспериментах определялись зависимости постоянной составляющей и амплитуды первой гармоники выходного напряжения на сопротивлении нагрузки фотоприемника от амплитуды измеряемых механических колебаний, из которых рассчитывались усредненные значения коэффициентов связи GI ( f ) , характеризующих как встречное двухпучковое взаимодействие, так и линейный режим фазовой демодуляции. Получено, что в пределах точности эксперимента демодуляционную характеристику интерферометра в диапазоне частот от 13 до 7150 Гц можно полагать частотно-независимой, а коэффициент связи имеет значение ГI = 3,48 см-1. В подразделе 3.2 представлены результаты детального исследования амплитудных характеристик адаптивного голографического интерферометра, использующего встречное взаимодействие стационарной опорной волны с правой круговой поляризацией с линейно поляризованной сигнальной волной в кристаллах силленитов среза (100). Выводу аналитического выражения для амплитудной характеристики такого интерферометра, принимающего во внимание как дробовые и тепловые шумы фотоприемного устройства, так и частотно-зависимые фликкер-шумы фотодиода и избыточные шумы лазера, посвящен п. 3.2.1. В п. 3.2.2 приводятся результаты экспериментального исследования амплитудных характеристик для интерферометра, в котором используется лазер ЛГН-214 с малыми избыточными шумами. Эксперименты проводились при использовании в интерферометре образцов Bi12TiO20:Cu,Fe с толщиной d = 2,62 мм или Bi12TiO20 с просветленными гранями и толщиной d = 1,8 мм; фотодиодов ФД-24К с сопротивлениями нагрузки 8,8 кОм или 43 кОм, или ФД-265 с сопротивлением нагрузки 43 кОм; при значениях избирательности селективного вольтметра 25 дБ или 40 дБ, для частот измеряемых колебаний 300 Гц, 1150 Гц и 3 кГц. Проведенное здесь сравнение экспериментальных данных с амплитудными характеристиками, рассчитанными из полученного в п. 3.2.1 аналитического выражения, показало их хорошее соответствие друг другу. В результате получено, что при избирательности селективного вольтметра 40 дБ разработанный адаптивный голографический интерферометр позволяет измерять на линейном участке характеристики механические колебания с амплитудой от 0,001 до 40 нм. Проведенный здесь далее анализ шумов, ограничивающих предельную чувствительность исследованного интерферометра, показал, что дробовые шумы, при используемых в данном интерферометре кремниевых фотоприемниках, образцах фоторефрактивных кристаллов титаната висмута и селективном вольтметре с избирательностью 40 дБ, будут превосходить избыточные шумы, характерные для лазерного источника излучения ЛГН-214, на частотах выше 30 кГц.

Выводы по данной главе сформулированы в подразделе 3.3. В четвертой главе представлены результаты применения разработанного адаптивного голографического интерферометра, использующего встречное двухпучковое взаимодействие на отражательных голограммах, для обнаружения вклада обратного флексоэлектрического эффекта в фоторефрактивный отклик в объемном монокристаллическом образце титаната висмута среза (100) и для измерения значений флексоэлектрического коэффициента f1111 для исследованного образца.

В подразделе 4.1 представлены соотношения, описывающие флексоэлектрический вклад в возмущения оптических свойств кубического фоторефрактивного кристалла динамической голограммой, формирующейся за счет диффузионного механизма перераспределения зарядов. Отмечено, что в образцах среза (100) такая голограмма отражательного типа вследствие обратного флексоэлектрического эффекта сопровождается упругими деформациями, которые благодаря фотоупругому эффекту вызывают возмущения только диагональных компонент тензора диэлектрической проницаемости кристаллов симметрии 23 на частоте световой волны.

В подразделе 4.2 рассмотрен эффект фазовой демодуляции в голографическом интерферометре, использующем встречное двухпучковое взаимодействие волн с циркулярной поляризацией противоположных знаков в кристаллах силленитов среза (100), с учетом соотношений для флексоэлектрического вклада, представленных в подразделе 4.1. С использованием метода медленно меняющихся амплитуд здесь получены аналитические выражения для относительных амплитуд модуляции интенсивности выходного сигнального пучка, имеющего на входной грани кристалла фазовую модуляцию и правую циркулярную поляризацию, на нулевой, первой и второй гармониках модулирующего сигнала, при встречном взаимодействии со стационарным опорным пучком, сохраняющим левую циркулярную поляризацию. Показано, что сигнал фазовой демодуляции на частоте первой гармоники в разработанном адаптивном голографическом интерферометре, конструкция и элементы которого были рассмотрены в главе 2, при использовании взаимодействия волн циркулярной поляризации с противоположными знаками вращения в монокристаллах силленитов среза (100) определяется исключительно вкладом в фоторефрактивный отклик обратного флексоэлектрического и фотоупругого эффектов.

Описанию экспериментов по обнаружению флексоэлектрического вклада в фоторефрактивный отклик в монокристалле Bi12TiO20:Cu,Fe среза (100) с использованием разработанного адаптивного голографического интерферометра посвящен подраздел 4.3. Измеренные зависимости постоянной составляющей и относительных амплитуд первой и второй гармоник частоты модуляции в спектре интенсивности выходного сигнального пучка от амплитуды колебаний зеркала аппроксимировались кривыми, рассчитанными по выведенным в подразделе 4.2 аналитическим выражениям. В результате такой подгонки расчетных зависимостей под экспериментальные данные были определены значения коэффициентов связи Гil = 4,14 см–1, Гa = –0,18 см–1, и Гf = 0,56 см–1, характеризующих вклад во встречное взаимодействие традиционного электрооптического эффекта, абсорбционной компоненты голограммы и его флексоэлектрической составляющей, соответственно. Наблюдаемый экспериментально уровень амплитуды первой гармоники в спектре модуляции интенсивности выходного сигнального пучка, достигающей в максимуме значений M(1) 0,1, позволил сделать вывод о наличии флексоэлектрического вклада в фоторефрактивный отклик, обнаруженного с применением разработанного адаптивного голографического интерферометра, при использовании в нем встречного взаимодействия опорной и сигнальной волн с циркулярной поляризацией противоположных знаков.

Источники лазерного излучения

В качестве источника оптического излучения в схеме использовались He-Ne лазеры двух типов, с длиной волны = 633 нм и выходной линейной поляризацией. Первый из них, с выходной мощностью 20 мВт (модель JDSU-1146AP), крепился с помощью рейтеров, позволяющих поворотом вокруг оси устанавливать вертикальную ориентацию плоскости поляризации. Распределение интенсивности в выходном пучке данного лазера (рис. 2.2) хорошо аппроксимировалось функцией Гаусса с эффективным диаметром пучка D0 = 1,13 мм. Его питание осуществлялось от стандартного серийного блока, преобразующего сетевое напряжение (220 В, 50 Гц) в стабилизированное высоковольтное постоянное напряжение. Рекомендуемое время прогрева лазера составляло 10 с, после чего колебания его выходной мощности не превышали 10%.

Второй используемый в описанной выше в п. 2.1. схеме адаптивного голографического интерферометра (рис. 2.1) лазер имел выходную мощность 2 мВт (модель ЛГН-214). Так же как и первый, он крепился с помощью рейтеров к оптическому столу, позволяющих поворотом вокруг оси лазера устанавливать вертикальную поляризацию выходного излучения. Распределение интенсивности в выходном пучке данного лазера также хорошо аппроксимировалось функцией Гаусса (см. рис. 2.3) с эффективным диаметром пучка D = 0,906 мм.

Блок питания лазера подключался к стабилизированному лабораторному источнику постоянного тока MASTECH HY3002D-2 с выходным напряжением от 0 до 30 В и током нагрузки от 0 до 2 А. Подаваемое напряжение, соответствующее паспортным данным, устанавливалось равным U0 = 24 В. В блоке питания лазера ЛГН-214 используется преобразование низкого постоянного напряжения в переменное напряжение с частотой 15 кГц, которое далее повышается, выпрямляется и фильтруется. Благодаря таким конструктивным особенностям блока питания данный лазер обладает низким уровнем пульсаций выходной мощности при стабилизированном входном напряжении U0.

Для оценки флуктуаций интенсивности используемых далее в экспериментах излучателей JDSU-1146AP и ЛГН-214 были проведены с их использованием исследования частотной зависимости шумового напряжения, регистрируемого фотодиодом ФД-256 при постоянной мощности лазерного пучка от данных излучателей. В экспериментах измерялось шумовое напряжение, снимаемое с сопротивления нагрузки фотодиода RH = 43 кОм, включенного в фотодиодном режиме [49-52] с напряжением смещения U0 = 10 В, с помощью селективного вольтметра Unipan 237 при селективности 40 дБ. Экспериментальные частотные зависимости нормированного на единичную мощность (1 Вт) шумового напряжения фотоприемника, полученные с использованием лазеров моделей ЛГН-214 и JDSU-1146AP, показаны на рис. 2.4 точками и кругами, соответственно.

Как следует из рисунка, на частотах до 1200 Гц шумовое напряжение не зависит от типа используемого лазера и определяется фликер-шумами фотоприемника, имеющими, как известно [51], сильную частотную зависимость. На частотах выше 1200 Гц в выходном сигнале содержатся шумовые составляющие, которые могут быть связаны только с флуктуациями излучения лазеров. Из рис. 2.4 видно, что для лазера ЛГН-214 уровень таких дополнительных шумов в диапазоне частот от 1200 до 5000 Гц меньше, чем для модели JDSU-1146AP.

Сплошная кривая на данном рис. 2.4 соответствует аппроксимации наблюдаемых экспериментальных частотных зависимостей следующей функцией: (2.1) где Q = 68,2 – добротность усилителя промежуточной частоты (УПЧ) используемого селективного вольтметра при избирательности 40 дБ; A = 3,5105 с-3 – некоторый коэффициент, определяющий уровень фликер-шумов используемого фотодиода, а Sph = 0,201 А/Вт – его токовая монохроматическая чувствительность; P0 = 1 Вт – приведенная средняя мощность исследуемых лазерных пучков; PLN = 16,5 мкВт – приведенная к средней мощности P0 мощность шумов лазера, которая выделялась бы селективным вольтметром на частоте f при полосе частот f = f (при Q = 1). Множитель f/Q в данной формуле учитывает линейную зависимость полосы пропускания селективного вольтметра от частоты; первый член в квадратной скобке характеризует частотную зависимость для фликер-шумов фотодиода, а второй – частотную зависимость спектральной плотности шумов для лазера ЛГН-214.

Более подробный анализ фликер-шумов фотодиодов представлен ниже в п. 2.2.4. Из рис. 2.4. следует, что зависимость (2.1) хорошо описывает частотные свойства шумов лазера ЛГН-214, и что его использование в рассматриваемом высокочувствительном адаптивном голографическом интерферометре является предпочтительным.

Напряжение информационного сигнала адаптивного голографического интерферометра, детектируемого фотоприемником 11 (рис. 2.1) на основе фотодиода ФД-256, включенного в фотодиодном режиме, снималось с сопротивления нагрузки RH = 39 кОм с напряжением смещения U0 = 10 В. Его величина на частотах первой и второй гармоник модулирующего сигнала f и 2f (выходной сигнал фазовой демодуляции) измеряется в рассматриваемом интерферометре (см. рис. 2.1) с помощью селективного нановольтметра Unipan 237, характеризуемого полосой анализа f.

Для определения полосы анализа f были измерены амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) селективного вольтметра на различных частотах подаваемого на пьезоэлектрическое зеркало 5 (рис. 2.1) переменного напряжения [43, 46]. С генератора 14 (рис. 2.1.) на пьезокерамическое зеркало 5 подавалось фиксированное напряжение с заданной частотой. Селективным вольтметром задавалась выборка частоты сигнала и фиксировалось значение напряжения, регистрируемого на сопротивлении нагрузки фотоприемника 11 для данной частоты анализа. Типичный пример такой АЧХ представлен на рис. 2.5 для частоты модуляции f = 3 кГц. Здесь точки соответствуют экспериментальным данным, а сплошные кривые 1 и 2 – их аппроксимации, при добротности усилителя промежуточной частоты селективного вольтметра Q = 68,2 и Q = 13,3 для его избирательности 40 дБ и 25 дБ, соответственно, известной функцией [53] где f0 - частоты выборки, устанавливаемые на селективном вольтметре.

Амплитудно-частотная характеристика селективного вольтметра при частоте входного сигнала f = 3 кГц: 1 – при избирательности селективного вольтметра 40 дБ , 2 – при избирательности 25 дБ . Точки – экспериментальные данные; сплошные кривые – расчет по формуле (2.2) при Q = 68,2 (кривая 1) и Q = 13,3 (кривая 2) Значения добротности Q для УПЧ селективного вольтметра Unipan 237, полученные из подгонки зависимости (2.2) под экспериментальные данные, и его полосы пропускания f = f / Q на трех частотах, использованных далее в экспериментах по исследованию амплитудных характеристик адаптивного голографического интерферометра (см. рис. 2.1), представлены в табл. 2.1. Как следует из приведенных данных, добротность Q в исследованной схеме, включающей фазовую модуляцию сигнального лазерного пучка, её демодуляцию при встречном взаимодействии на отражательной динамической голограмме и преобразование в электрический сигнал на фотодиодном приемнике, не зависит от частоты в используемом диапазоне от 300 до 3000 Гц. Небольшие отклонения от значений Q = 68,2 (на частоте 1150 Гц при избирательности 40 дБ) и Q = 13 (3000 Гц, избирательность 25 дБ) могут быть связаны с погрешностями эксперимента.

Теоретическая модель амплитудной характеристики адаптивного голографического интерферометра, использующего встречное двухволновое взаимодействие в кристаллах 87 силленитов среза (100)

В расчетах амплитудных характеристик использовались следующие параметры элементов интерферометра: коэффициенты связи I для встречного взаимодействия циркулярно поляризованной стационарной опорной волны с линейно поляризованной фазово-модулированной сигнальной волной для = 633 нм, равные 2,7 см –1 и 2,3 см –1 в нелегированном кристалле Bi12TiO20 и легированном железом и медью кристалле Bi12TiO20:Fe,Cu, соответственно; значения токовой монохроматической чувствительности Sph = 0,4 А/Вт для фотодиода ФД-24К и Sph = 0,217 А/Вт для фотодиода ФД-265 (см. табл. 2.2); значения темнового тока IT = 900 нА для фотодиода ФД-24К и IT = 0,0696 нА для фотодиода ФД-265 (см. табл. 2.3). В соответствии с измерениями, результаты которых представлены выше в п. 2.2.4, коэффициенты, описывающие фликер-шумы фотоприемника, на частоте 300 Гц считались равными В= 7,9-10 12 Гц _1 для фотодиода ФД-24К и В= 6,5610 12 Гц 1 для фотодиода ФД-265 (см. табл. 2.3), при значении параметра = 2. Частотная зависимость данных коэффициентов считалась описываемой соотношением (2.6) со значением параметра = 4. Значение температуры Т фотоприемного устройства принималось равным 300 К. При расчетах по формуле (3.4) использовалось также значение коэффициента Г1# = 1,65 10 5, связывающее избыточные шумы используемого лазера ЛГН-214 со средней мощностью выходного сигнального пучка (см. выше п. 3.2.1).

Как следует из рис. 3.3 и 3.4, развитая в п. 3.2.1 теоретическая модель амплитудной характеристики адаптивного голографического интерферометра, использующего встречное двухволновое взаимодействие в кристаллах силленитов среза (100), хорошо согласуется с экспериментальными данными при использовании характеристик элементов данного интерферометра, определенных в главе 2. Следует также отметить, что формула (3.4), описывающая амплитудную характеристику совместно с соотношениями (1.48) и (1.49), учитывающая как избыточные шумы фотоприемного устройства, так и избыточные шумы лазера, является более общей, чем формула (3.3), и пригодна для использования во всем исследованном частотном диапазоне механических колебаний зеркально отражающего объекта.

Из представленных на рис. 3.4 и 3.5 результатов следует, что при избирательности селективного вольтметра 40 дБ разработанный адаптивный голографический интерферометр позволяет измерять на линейном участке характеристики механические колебания с амплитудой от 0,001 до 40 нм. Границы данного диапазона слабо зависят от использованных кристаллов, Ві12Ті02о (зависимости 1, 2 и 4 на рис. 3.4) или Bi12TiO20:Fe,Cu (рис. 3.5), имеющих близкие значения произведений коэффициента связи на толщину образца, Гjd = 4,9 и 6,0, соответственно, а также от использованных фотодиодов, ФД-24К (рис. 3.4), или ФД-265 (рис. 3.5). Увеличение сопротивления нагрузки фотоприемника с 8,8 кОм (зависимости 1 и 3 на рис. 3.4) до 43 кОм (зависимость 4 на рис. 3.4 и 1-3 на рис. 3.5) также не изменяет границ данного динамического диапазона, но существенно повышает амплитуду выходного напряжения интерферометра.

Ухудшение избирательности селективного вольтметра с 40 дБ до 25 дБ позволяет регистрировать колебания в более широком частотном диапазоне, однако нижняя граница линейного участка амплитудной характеристики интерферометра в данном случае сдвигается и принимает значение 12 пм (зависимость 3 на рис. 3.4).

Проведенный с использованием общей формулы (3.4) анализ шумов, ограничивающих предельную чувствительность исследованного интерферометра, показывает, что на частотах механических колебаний до 1200 Гц основной вклад в них обусловлен фликер-шумами фотоприемника. Для сопротивления нагрузки RH = 43 кОм их уровень для частоты 300 Гц составляет 3,26 мкВ при использовании фотодиода ФД-24К и нелегированного кристалла Bi12TiO20 с толщиной d = 1,8 мм и просветленными гранями (зависимость 4 на рис. 3.4) и 2,8 мкВ при замене фотодиода на ФД-265 и кристалла на Bi12TiO20:Fe,Cu с толщиной d = 2,62 мм (зависимость 1 на рис. 3.5). При этом уровень избыточных шумов используемого лазера ЛГН-214 для рассматриваемых случаев, характеризуемых зависимостью 4 на рис. 3.4 и зависимостью 1 на рис. 3.5, составлял 1,06 мкВ и 1,74 мкВ, соответственно. Уровень дробовых шумов в интерферометре для данной частоты 300 Гц был существенно ниже уровней фликкер-шумов фотодиодов и избыточных шумов лазера и принимал значения 0,17 мкВ (зависимость 4 на рис. 3.4) и 0,18 мкВ (зависимость 1 на рис. 3.5). Минимальный вклад в шумовую составляющую выходного сигнала фазовой демодуляции исследованного интерферометра на данной частоте вносят тепловые шумы фотоприемника, при данном сопротивлении нагрузки RH= 43 кОм имеющие значение 0,056 мкВ.

Обнаружение вклада обратного флексоэлектрического эффекта в фоторефрактивный отклик в монокристалле титаната висмута среза (100) с использованием адаптивного голографического интерферометра на отражательных динамических голограммах

Следует отметить, что для обеспечения в адаптивном интерферометре приемлемого уровня сигнала фазовой демодуляции на частоте первой гармоники в экспериментах по обнаружению вклада обратного флексоэлектрического эффекта в фоторефрактивный отклик при встречном взаимодействии волн циркулярной поляризации с противоположными знаками вращения в кристалле Bi12TiO20:Cu,Fe среза (100), результаты которых представлены выше в подразделе 4.3 (см. рис. 4.1, б), мощность сигнального пучка на входной грани кристалла превышала значения, соответствующие условию малых контрастов интерференционной картины m 1 (см. п.п. 1.1.2 и 1.2.3). Для используемых значений мощностей сигнального пучка PS0 28 мкВт и пучка накачки PP0 0,5 мВт величина контраста составляет m(0) » 0,45. В результате амплитуду поля пространственного заряда для исследованной отражательной голограммы и его градиент (см. выше подраздел 1.1) в кристалле Bi12TiO20:Cu,Fe среза (100) можно оценить как m(0) ESC » 2,3кВ/см и m(0)KESC »12 ТВ/м2 соответственно [79]. Данные значения являются завышенными, вследствие этого для реализации более точных измерений флексоэлектрических коэффициентов и характеристик отражательных голограмм в монокристаллах с использованием адаптивного голографического интерферометра, рассмотренного в главе 2, в нем необходимо применение лазера с более высокой выходной мощностью, составляющей 20 мВт и более.

Таким образом, использование значений коэффициентов связи il иGf , полученных подгонкой под экспериментальные данные теоретических зависимостей для относительных амплитуд модуляции интенсивности выходного сигнального пучка адаптивного голографического интерферометра M(0)(l) и M(1)(l) на нулевой и первой гармониках модулирующего сигнала с частотой и амплитудой колебаний l, а также материальных параметров исследуемого монокристалла класса силленитов среза (100), позволяет оценить из соотношений (4.15) и (4.16) амплитуду поля пространственного заряда отражательной голограммыESC , формируемой в нем при встречном взаимодействии пучка накачки, сохраняющего левую циркулярную поляризацию, с сигнальной волной, имеющей входную правую круговую поляризацию, и значение флексоэлектрического коэффициента f1111 данного монокристалла. Для кристалла Bi12TiO20:Cu,Fe получено, что его флексоэлектрический коэффициент можно оценить как f1111= 5,3 нКл/м.

Влияние флексоэлектрического эффекта на сигнал фазовой демодуляции в адаптивном интерферометре, использующем сигнальную волну с входной линейной поляризацией, взаимодействующей с циркулярно поляризованной опорной волной на отражательных голограммах в кристаллах силленитов среза (100)

В отсутствие флексоэлектрического вклада в фоторефрактивный отклик выходная амплитуда сигнала фазовой демодуляции UW (l ) в адаптивном голографическом интерферометре, использующем встречное взаимодействие на отражательных голограммах в кубических фоторефрактивных кристаллах класса силленитов среза (100) опорной волны с круговой поляризацией с линейно поляризованной сигнальной волной (см. подраздел 3.1) определяется соотношением (3.1), следующим из формулы (1.49) для глубины модуляции интенсивности на первой гармонике M(1) (-d,jm,qS0 ) , полученной в работе [5]. Проведенные автором совместно с С.М. Шандаровым расчеты по методике, изложенной выше в подразделе 4.2, позволили получить следующее соотношение для M(1) (-d,jm,qS0 ) , учитывающее флексоэлектрический вклад в фоторефрактивный отклик для рассматриваемого случая [77]:

Как следует из (4.17), сигнал линейной фазовой демодуляции u eso) = RHSPhPsM(}\hOsQ) при учете флексоэлектрического вклада во взаимодействие имеет более сложную поляризационную зависимость от угла 6 50 между вектором поляризации сигнальной волны и кристаллографическим направлением [010] на входной грани кристалла, чем в пренебрежении данным вкладом. В связи с этим, оптимальный для реализации линейного режима фазовой демодуляции в разработанном интерферометре угол 950 может отличаться от выбираемого в соответствии с соотношением (3.5) входного поляризационного угла.

Результаты экспериментального исследования поляризационной зависимости амплитуды первой гармоники выходного сигнала разработанного адаптивного голографического интерферометра представлены в работе [77]. Они проводились для встречного взаимодействия опорной световой волны с левой круговой поляризацией с линейно поляризованной сигнальной волной (см. схему на рис. 2.1) в кристалле Bi12Ti02o:Cu,Fe среза (100) с толщиной d = 2,62 мм (см. п. 2.2.3). Фазовая модуляция сигнального пучка (см. п. 2.2.6) осуществлялась на частоте 300 Гц при механических колебаниях зеркала 5 с амплитудой 1= 5 нм.

В схеме адаптивного голографического интерферометра, представленной на рис. 2.1, при экспериментальных исследованиях поляризационной зависимости использовались следующие элементы: He-Ne-лазер 1 модели ЛГН-214 (см. п. 2.2.1); плоскопараллельная делительная пластина 2 (см. подраздел 2.1); неподвижное зеркало 3; составные четвертьволновые пластины 6 и 8 (см. п. 2.2.5); собирающая линза 10 (см. подраздел 2.1); фотоприемник 11, собранный по схеме на рис. 2.6 с использованием фотодиода ФД-256 (см. п. 2.2.3), нагруженного на сопротивление RH = 39 кОм; селективный нановольтметр Unipan 237, характеристики которого описаны в п. 2.2.2; цифровой вольтметр 13 модели В7-78/1. Ориентация вектора поляризации сигнального пучка относительно кристаллографического направления [010] на входной грани образца задавалась путем вращения кристалла вокруг оси [100] с шагом 5 от значения 60 до 420.

Результаты экспериментальных исследований поляризационной зависимости амплитуды первой гармоники выходного сигнала адаптивного голографического интерферометра и подгонки под них теоретической поляризационной зависимости UW (qS0 ) = RH SphPSM(1)(qS0), определяемой с использованием формулы (4.17) для M (1)(l,qS0), представлены на рис. 4.2.