Содержание к диссертации
Введение
1. Фоторефрактивныи эффект и двухволновое взаимодействие световых пучков в электрооптических кристаллах 24
1.1 Фоторефрактивныи эффект в электрооптических кристаллах 24
1.1.1 Одноуровневая модель зонного переноса 25
1.1.2 Двухуровневая модель зонного переноса 30
1.1.3 Модель с несколькими зарядовыми состояниями ловушечных центров 34
1.1.4. Модель с мелким ловушечным уровнем и глубоким донорным уровнем в нескольких зарядовых состояниях 37
1.2 Двухволновое взаимодействие в фоторефрактивных кристаллах 39
1.2.1 Механизмы изменения оптических свойств среды 39
1.2.2 Двухпучковое взаимодействие в пропускающей геометрии 41
1.2.3 Двухпучковое взаимодействие в отражательной геометрии 43
1.3 Выводы 45
2. Динамика фоторефрактивного отклика в кристаллах силленитов с мелкими ловушками 46
2.1. Фоторефрактивныи отклик кристаллов с глубокими донорными и мелкими ловушечными центрами при диффузионном механизме формирования решеток 46
2.1.1. Динамика отклика при постоянных средних значениях концентраций 46
2.1.2. Динамика фоторефрактивного отклика при формировании фоторефрактивной решетки после выдержки кристалла в темновых условиях 52
2.2. Фоторефрактивный отклик кристаллов с глубокими донорными и мелкими ловушечными центрами во внешнем электрическом поле при смешанном дрейфово-диффузионном механизме
формирования решеток 61
2.3 Выводы 68
3. Экспериментальное исследование динамики фотонндуцированных эффектов в кристаллах титаната висмута 70
3.1 Экспериментальная установка для исследования динамики формирования отражательных голографических решеток в фоторефрактивных кристаллах 70
3.2 Методика проведения эксперимента 76
3.3. Экспериментальные исследования динамики формирования отражательных фоторефрактивных решеток в кристаллах титаната висмута в условиях фотоиндуцированного поглощения 77
3.3.1. Динамика формирования отражательной фоторефрактивной решетки в номинально нелегированном кристалле титаната висмута среза (111) 77
3.3.2. Динамика формирования отражательной фоторефрактивной решетки в номинально нелегированном кристалле титаната висмута среза (100) 82
3.3.3. Динамика формирования отражательной фоторефрактивной решетки в легированном кальцием и галлием кристалле титаната висмута среза (111) 89
3.4 Выводы 101
4. Адаптивная обработка динамических спекловых полей с помощью отражательных голограмм, сформированных в кристаллах титаната висмута без приложения внешнего поля 102
4.1. Экспериментальное исследование динамики формирования фоторефрактивной решетки немодулированной картиной спеклового поля в отражательной геометрии в кристаллах титаната висмута среза (100) 104
4.1.1. Сравнительный анализ динамики формирования отражательных голограмм лазерным пучком без спекловой структуры в кристаллах титаната висмута, легированных различными примесями 104
4.1.2. Экспериментальная установка для исследования формирования отражательных решеток немо дул ированными лазерными пучками со спекловой структурой 112
4.1.3. Результаты экспериментов по динамике формирования отражательных решеток в фоторефрактивном кристалле немодулированной картиной спеклового поля и по влиянию на сформированную голограмму некогерентной подсветки 114
4.2. Экспериментальное исследование выделения модуляционного сигнала с помощью адаптивного фильтра на основе фоторефрактивных голограмм 121
4.2.1. Экспериментальная установка для выделения модуляционного сигнала на адаптивном фильтре на основе отражательной фоторефрактивной голограммы 121
4.2.2. Экспериментальное исследование влияния временной модуляции входного спеклового пучка на выходной сигнал голографического фильтра на основе отражательной решетки в кристалле титаната висмута среза (100) 123
4.2.3. Экспериментальное исследование выделения модуляционного сигнала на адаптивном интерференционном фильтре на основе пропускающей фоторефрактивной голограммы 126
4.3 Выводы 132
Заключение 133
Литература 136
Приложения 147
- Модель с мелким ловушечным уровнем и глубоким донорным уровнем в нескольких зарядовых состояниях
- Динамика фоторефрактивного отклика при формировании фоторефрактивной решетки после выдержки кристалла в темновых условиях
- Динамика формирования отражательной фоторефрактивной решетки в номинально нелегированном кристалле титаната висмута среза (111)
- Сравнительный анализ динамики формирования отражательных голограмм лазерным пучком без спекловой структуры в кристаллах титаната висмута, легированных различными примесями
Введение к работе
Фоторефрактивные кристаллы позволяют формировать в них динамические голограммы в реальном масштабе времени. Это делает их перспективными для создания адаптивных интерферометров, эффективно выделяющих информационные сигналы в оптических датчиках [1]. Запись голограммы в фоторефрактивном кристалле основана на фотовозбуждении носителей заряда под действием картины интерференции опорной и предметной волн, перераспределении зарядов по дефектным центрам и модуляции оптических свойств за счет линейного электрооптического эффекта. Кристаллы силленитов Bi12SiOa, Bil2Ge02„ и Bi TiO являются перспективными фоторефрактивными материалами для применения в реальных устройствах благодаря устойчивости к внешним воздействиям и сравнительно быстрому нелинейному отклику на световое воздействие. Наибольший интерес для устройств, в которых используется лазерное излучение из красной области спектра, представляют кристаллы титаната висмута Bi TiO » имеющие малое удельное оптическое вращение ( 6.5 угл.град/мм на длине волны X = 633 нм) Для увеличения фоторефрактивного отклика в устройствах, использующих кристаллы класса силленитов со сравнительно небольшими электрооптическими коэффициентами, к ним прикладывается внешнее постоянное или переменное электрическое поле. Это усложняет и удорожает такие устройства и ухудшает их эксплуатационные характеристики, поскольку напряженность прикладываемых полей обычно превышает 10 кВ/см. Известно, однако, что в отсутствие внешнего поля с повышением пространственной частоты фоторефрактивной решетки ее амплитуда возрастает, в случае отсутствия насыщения ловушек. В кристаллах титаната висмута, характеризующихся большой концентрацией ловушек, можно ожидать формирования фоторефрактивных решеток с малым пространственным периодом за счет диффузионного механизма перераспределения зарядов, имеющих большую дифракционную эффективность и в отсутствие внешних электрических полей. Для максимально полного использования этого эффекта необходимо использовать встречную геометрию взаимодействия световых волн, при которой в кристалле формируется так называемая «отражательная фоторефрактивная решетка». Голограммы, записанные в такой геометрии, известны под названием «голограмм Денисюка».
В кристаллах ВІ ТІО как номинально чистых, так и легированных различными примесями, наблюдается эффект фотоиндуцированного поглощения света. При формировании в таких кристаллах фоторефрактивных решеток одновременно идет процесс образования амплитудной решетки коэффициента поглощения и изменения коэффициента поглощения света кристаллом. Эти эффекты связываются в литературе со сложной структурой дефектных центров кристаллов и присутствием в них, наряду с глубокими донорными, мелких ловушечных центров. При записи фоторефрактивных голограмм в таких кристаллах образуется несколько зарядовых решеток, поведение которых будет зависеть от времени, изменения условий засветки кристалла картиной интерференции опорного и предметного пучков, и от прилагаемых к кристаллу электрических полей. Однако подробного изучения динамики процессов формирования фоторефрактивных решеток в условиях фотоиндуцированного поглощения света в кристаллах с глубокими донорными центрами и мелкими ловушками не проводилось.
При отражении лазерного излучения от реальных объектов, не имеющих зеркальных поверхностей, а также на выходе многомодовых оптических волокон, широко используемых для построения оптических датчиков, образуется сложная, так называемая «спекл-картина», представляющая собой результат интерференции когерентных световых волн с различными амплитудами и фазами. «Спекл-картина» может использоваться в качестве информационного сигнала для определения изменения состояния объекта, либо внешнего воздействия на оптическое волокно. Характер изменений, влияющих на состояние «спекл-картины», может быть различным: как правило, изменения, несущие полезную информацию, происходят достаточно быстро. Изменения же, связанные с изменением внешних условий, таких как температура, давление и т.п., достаточно инерционны. Фоторефрактивные голограммы в кристаллах титаната висмута, обладающие быстрым динамическим откликом и хорошими характеристиками в отсутствие приложенных внешних полей, представляются перспективными для создания простых и недорогих измерительных систем, позволяющих выделить информационные сигналы, соответствующие быстрым изменениям измеряемых величин в оптических датчиках и обладающих адаптивностью к медленным изменениям внешних условий.
Модель с мелким ловушечным уровнем и глубоким донорным уровнем в нескольких зарядовых состояниях
Отражательная геометрия взаимодействия пучков реализуется при их падении на кристалл с противоположных сторон, как показано на рис. 1.6.
При этом в объеме кристалла также формируется интерференционная картина и соответствующая решетка показателя преломления. Поверхности равных фаз интерференционных максимумов и минимумов в случае отражательной решетки перпендикулярны направлению распространения пучков и свет, проходя через такую решетку, испытывает дифракцию, как бы частично отражаясь на плоскостях с различным значением показателя преломления, откуда и название геометрии взаимодействия. Несмотря на то, что вид волнового уравнения, описывающего процесс взаимодействия, практически не меняется, а в кристалле идут те же процессы перераспределения фотовозбужденных зарядов, отражательная геометрия взаимодействия приводит к некоторым результатам, присущим только такой схеме записи.
В этом случае чрезвычайно мал период записываемой фоторефрактивной решетки, что значительно повышает эффективность взаимодействия на ней при диффузионном механизме записи [43]. Практические реализации такой схемы, например, для решения задач голографической интерферометрии[45], отличаются простотой конструкции. Кроме того, для восстановления голограммы может быть использован источник обычного некогерентного излучения, поскольку отражательная голограмма имеет очень высокую селективность.
Во-вторых, в кристаллах с оптической активностью, при использовании отражательной схемы интерферируют световые пучки изначально ортогонально поляризованные [44, 46], что расширяет возможности прикладных приложений устройств, использующих такую геометрию. 1. Простая одноуровневая модель фоторефрактивного эффекта [5] не объясняет экспериментально наблюдаемых эффектов фотоиндуцированного поглощения света [14-18, 82, 83] и неэкспоненциальной динамики формирования и распада фоторефрактивной решетки [9, 11, 12]. 2. В настоящее время не существует единой модели фоторефрактивного эффекта. Каждая из существующих моделей фоторефрактивного эффекта применима для кристаллов определенного класса, и дает достоверные результаты для этого типа кристаллов. 3. Не исследован теоретически полно переходный процесс при формировании фоторефрактивной решетки в ФРК. 4. В кристаллах с эффектом фотоиндуцированного поглощения одновременно с фазовой решеткой коэффициента преломления формируется амплитудная решетка коэффициента поглощения. В кристаллах с большим фотоиндуцированным поглощением/просветлением дифракция на амплитудной решетке может существенно изменять интенсивности интерферирующих пучков. 5. Отражательная фоторефрактивная решетка может быть перспективной для устройств на ФРК, т.к. обладает высокой селективностью и позволяет достичь больших значений коэффициента двухпучкового усиления без приложения внешнего ПОЛЯ.
В настоящей главе проведен анализ динамики физических явлений, происходящих при формировании фоторефрактивных решеток в кристаллах силленитов, с учетом вклада мелких ловушек в поле пространственного заряда, в абсорбционную составляющую решетки и в фотоиндуцированное поглощение света [34 , 35, 53 , 54 ]. Представленные результаты являются основой для расчета и моделирования голографических элементов для измерительных систем оптических датчиков.
При формировании фоторефрактивной решетки картиной интерференции двух световых волн в пропускающей (рис. 1.2) или отражательной (рис. 1.6) геометрии, распределение интенсивности в кристалле описывается выражением (1.1.5). Используя соотношения для двухуровневой модели с глубоким донорным и мелким ловушечным уровнями (1.1.20) - (1.1.24), можно рассмотреть два принципиально различных случая формирования фоторефрактивной решетки [34 ]. В первом случае формирование решетки происходит при некоторых стационарных значениях средних концентраций n n, N0 и М((, определяемых выражениями (1.1.25) и (1.1.26), достигаемых, например, при засветке кристалла до начала формирования решетки взаимно некогерентными пучками сигнала и накачки. В отсутствие внешнего поля, в приближении малых контрастов m«1 и при условии адиабатичности - уравнения для амплитуд первых пространственных гармоник концентрации ионизированных доноров N15 мелких ловушек М,, электронов в зоне проводимости rij и поля пространственного заряда Е1 могут быть получены в виде [34 ]
Динамика фоторефрактивного отклика при формировании фоторефрактивной решетки после выдержки кристалла в темновых условиях
Если выдержать фоторефрактивный кристалл в темноте достаточно длительное время, мелкие ловушечные центры оказываются опустошенными за счет тепловой генерации электронов с них в зону проводимости. Можно обеспечить постановку эксперимента, при котором в момент времени t - 0 начинается освещение кристалла одновременно двумя когерентными световыми пучками, опорным и сигнальным. В этом случае в кристалле одновременно развивается фотоиндуцированное поглощение и формируется фоторефрактивная решетка. Для первого случая (п. 2.1.1) эффект фотоиндуцированного поглощения света не влиял на результирующую запись фоторефрактивной решетки, поскольку предварительная однородная засветка изменяла коэффициент поглощения света равномерно для всего кристалла до некоторой стационарной величины. Во втором случае, когда освещение кристалла начинается сразу неоднородной интерференционной картиной, это приводит, наряду с формированием фазовой фоторефрактивной решетки коэффициента преломления, еще и к появлению амплитудной (абсорбционной) решетки (см. п. 1.2.1). Динамика изменения коэффициента поглощения света во времени при записи фоторефрактивной решетки пучками со средней интенсивностью І0 =100Вт/м2 в кристалле ВТО с параметрами, указанными выше, показана на рис. 2.5.
Систему уравнений (2.1.1) - (2.1.4) в этом случае можно решить численными методами с учетом того, что выражения (1.1.35) - (1.1.38) определяют динамику изменения средних концентраций n0(t), N0(t) и M0(t). На рис. 2.6. представлен график временной зависимости первой гармоники поля пространственного заряда, рассчитанный для средней интенсивности света 10=100Вт/м2 и периода решетки Л = 3мкм. Хорошо видно, что при записи по второй методике, т.е. после выдержки кристалла в темновых условиях, динамика изменения поля пространственного заряда существенно отличается от первого случая. Характер изменения амплитуды поля немонотонный, с максимумом, существенно превосходящим стационарное значение. При этом уровень стационарного значения, к которому стремиться поле в кристалле, один и тот же для обоих случаев.
Следует также отметить, что скорость нарастания поля на начальном этапе для второго случая заметно меньше, чем для первого. Это связано с тем, что при формировании фоторефрактивной решетки по второму способу концентрация электронов в зоне проводимости первоначально значительно меньше стационарного значения (см. рис.2. 7).
Поле пространственного заряда в кристалле формируется как результат разделения зарядов под действием неоднородного освещения, диффузии фотоиндуцированных электронов под действием градиента концентрации из освещенных зон в темные и последующего захвата свободных электронов на свободные ловушки. Это поле вызывает противоположно направленный ток проводимости (см. уравнение (1.1.23)), нарастающий во времени таким образом, что суммарный ток в кристалле в стационарных условиях равен нулю. Процесс перераспределения зарядов сопровождается формированием нескольких зарядовых решеток. Решетка плотности электронов, фотовозбужденных в зону проводимости, находится в фазе со световой интерференционной картиной и не дает заметного непосредственного вклада в поле пространственного заряда. Две зарядовые решетки образуются на ионах -решетка отрицательных зарядов на мелких ловушках и решетка положительных зарядов на глубоких донорах. Ионные решетки, как можно видеть из уравнений (2.1.1) и (2.1.2), также не смещены относительно световой картины, если к кристаллу не приложено внешнее электрическое поле.
Если проанализировать процессы изменения концентраций ионизированных донорных центров и заполненных электронами ловушечных центров для пропускающей решетки с пространственным периодом Л = 3 мкм, можно видеть (рис. 2.8 и 2.9), что изменение их происходит в больших пределах и почти синхронно. На рис. 2.8 и 2.9 эти зависимости представлены по отдельности, т.к. на одном общем графике они просто сливались бы из-за близости значений. Однако их разность, определяющая поле пространственного заряда в соответствии с соотношением (2.1.4), с течением времени стремится к пределу, определяемому стационарным значением этого поля (см. формулу (2.1.6)). Именно в этом случае токи проводимости и диффузии уравновешивают друг друга.
Динамика формирования отражательной фоторефрактивной решетки в номинально нелегированном кристалле титаната висмута среза (111)
Как показано в главе 2, отражательные фоторефрактивные решетки характеризуются большей амплитудой, чем такие же решетки пропускающего типа. Поэтому они представляют значительный интерес для практических приложений, таких как усиление световых пучков [72, 73], динамическая интерферометрия [45] и оптическая фильтрация [66]. Большую роль при решении прикладных задач играет технологичность используемых кристаллов, их стойкость к внешним воздействиям, возможность управления параметрами путем легирования и послеростовой обработки, а также достаточно высокая скорость нелинейного отклика. С этих позиций наиболее перспективным является использование монокристаллов семейства силленитов [3, 42, 43, 67]. Для них характерна сложная структура примесных и дефектных центров, изменением которой технологическими приемами и можно управлять необходимыми параметрами фоторефрактивного кристалла. Представленный в предыдущей главе теоретический анализ позволяет сформулировать требования к экспериментальной установке, позволяющей изучить динамику формирования отражательных решеток в кристаллах со сложной структурой дефектных центров. Такая установка должна обеспечивать: 1. Фиксирование интенсивности световых пучков в течение длительного (десятки минут, часы) времени. 2. Одновременное измерение сигналов от нескольких, по крайней мере, трех датчиков оптического излучения, т.е. многоканальность. Это связано с тем, что кроме двух световых пучков, создающих интерференционную картину и взаимодействующих в объеме кристалла, необходимо отслеживать изменения интенсивности излучения самого источника света. При длительных экспериментах такие колебания интенсивности неизбежны и для лазера, и для светодиода. 3. Возможность гибкого управления процессом проведения эксперимента, регулирование длительности эксперимента, количества датчиков и других технических параметров, а также запись-сохранение результатов для последующего анализа и наблюдения в реальном времени за ходом эксперимента, изменениями показаний датчиков. 4. Обеспечение минимальной чувствительности к вибрациям экспериментальной схемы и к неконтролируемым фазовым возмущениям формирующих решетку световых пучков.
Разработка измерительной системы такой установки, управление которой осуществляется с помощью персонального компьютера, с изготовлением действующего устройства и необходимого программного обеспечения стала темой дипломной работы СВ. Беляева и темой НИРС студента 3 курса В.А. Карташова, под руководством автора диссертации. Изготовленное в результате данных работ устройство полностью выполняет все поставленные задачи и схематично описано в работе [65]. Акт внедрения разработанной установки в лаборатории НИР кафедры Электронных приборов ТУСУР представлен в Приложении 1. Она используется не только в экспериментах по формированию отражательных решеток в кристаллах силленитов, но и в исследованиях динамики фотоиндуцированного поглощения света в фоторефрактивных кристаллах [60 , 79, 87].
На рис. 3.1 показана функциональная схема измерительной системы данной автоматизированной установки. В качестве датчиков оптического излучения использовались фотодиоды ФД-24К, работающие в режиме фотогенерации. Ток фотодиода поступал на цифровой измерительный прибор типа Щ304, имеющий стандартный интерфейс RS-232, через который измеренное значение тока уже в цифровом виде подавалось на микроконтроллер, построенный на базе стандартного контроллера Intel 8051. Микроконтроллер работал под управлением программы «Expert», написанной на языке Си в среде операционной системы Linux, установленной на персональном компьютере. Эта программа позволяла, запуская несколько процессов на компьютере, считывать в порты микроконтроллера значения показаний всех измерительных приборов одновременно. Эти значения сохранялись во временном буфере микроконтроллера, а после заполнения буфера данные передавались в персональный компьютер посредством последовательного порта. На персональном компьютере информация о показаниях каждого измерительного прибора сохранялась на жестком диске в виде отдельного файла. Программа «Expert» позволяла управлять режимом работы контроллера, изменять интервалы между проведением измерений и длительность всего эксперимента. Максимальная скорость считывания данных составляла 200 измерений в секунду, скорость передачи данных между компьютером и микроконтроллером равна 57600 бит/с.
Традиционная схема записи отражательной решетки, изображенная на рис. 3.2, не удовлетворяет п. 4 сформулированных выше требований. Она содержит лазер, светоделительные кубики К1, К2, призмы ПІ, П2 и зеркало 3 для создания встречных световых пучков. Фотодиоды ФД1 и ФД2 используются для фиксации изменений интенсивностей взаимодействующих пучков, а фотодиод ФДЗ необходим для учета дрейфа излучаемой лазером мощности.
Несмотря на то, что такая оптическая установка, собранная на массивном голографической столе с пневматическим подвесом, позволяла минимизировать внешние механические воздействия, отражательная голографическая решетка, обладая малым пространственным периодом (доли мкм), и в этих условиях воспринимала многочисленные механические колебания. При длительной записи голограммы возможны механические микроколебания элементов оптической системы (зеркал, призм и самого кристалла), движение воздуха и попадание в световой луч мельчайших пылинок. Они приводят к тому, что вместо одной решетки начинает записываться смещенная вторая, затем третья, и т.д. В итоге оказывается невозможным проследить динамику формирования голографической решетки от момента ее зарождения и до стационарного режима. Поэтому была выбрана оптическая схема, в которой формирование отражательной решетки происходит при отражении светового пучка от задней грани внутри кристалла, как показано на рис. 3.3. В такой схеме перемещения интерферирующих световых пучков относительно друг друга практически отсутствуют, и динамика формирования отражательной голографической решетки может наблюдаться в обычных условиях, без принятия специальных мер по минимизации вибраций установки.
Сравнительный анализ динамики формирования отражательных голограмм лазерным пучком без спекловой структуры в кристаллах титаната висмута, легированных различными примесями
Динамика формирования отражательной фоторефрактивной решетки в номинально чистом образце ВТО среза (111) в условиях фотоиндуцированного поглощения впервые наблюдалась в наших экспериментах [49 , 50 , 51 ] и изучалась на экспериментальной установке, описанной выше в п. 3.1 по схеме, изображенной на рис. 3.3. Образец имел толщину 6,5 мм вдоль направления распространения светового пучка. Ранее в данном образце наблюдался эффект фотоиндуцированного поглощения света, теоретическое рассмотрение которого было проведено выше в главе 2. Как уже упоминалось, фотодиоды ФДІ, ФД2 фиксировали интенсивности пучков, прошедшего и отраженного от внутренней грани кристалла. Эти интенсивности изменялись в ходе эксперимента в результате формирования в кристалле фазовой фоторефрактивной решетки и фотоиндуцированного изменения поглощения света.
Экспериментально измеренные временные зависимости изменения интенсивностей прошедшего (1Р) и отраженного (Is) пучков показаны на рис. 3.4 для начальной стадии эксперимента, когда относительные изменения интенсивности максимальны. Интенсивность пучка, отраженного от внутренней грани кристалла, на начальной стадии эксперимента растет, достигает максимума и лишь затем начинает снижаться. Это связано с формированием в кристалле, освещенном интерференционной картиной от двух пучков, фазовой фоторефрактивной решетки коэффициента преломления, смещенной относительно световой картины на четверть пространственного периода [43]. В результате дифракции на такой фазовой решетке часть энергии прошедшего пучка переходит в пучок, отраженный от задней грани кристалла, увеличивая его интенсивность. Интенсивность прошедшего пучка снижается в течении всего времени эксперимента в результате эффекта фотоиндуцированного поглощения света и, в меньшей степени, за счет перекачки мощности в отраженный пучок за счет дифракции на формирующейся в кристалле фоторефрактивной решетке. Эффект фотоиндуцированного поглощения действует на оба пучка, однако следует отметить, что при выбранном способе формирования отражательной решетки, путь, который проходит внутри кристалла сигнальный пучок, вдвое больше пути, проходимого пучком накачки. Соответственно влияние фотоиндуцированного поглощения света на сигнальный пучок оказывается вдвое большим, чем на пучок накачки. Тем не менее, в первый момент его величина недостаточна, чтобы скомпенсировать усиление отраженного от задней грани кристалла пучка, поэтому мы наблюдаем рост интенсивности. По мере формирования фоторефрактивной решетки скорости двух процессов выравниваются, а затем фотоиндуцированное поглощение становится преобладающим. На графике изменения интенсивности мы видим максимум и, затем, постепенное снижение интенсивности отраженного пучка. Изменение интенсивности пучков в завершающей стадии эксперимента происходит практически синхронно, поскольку определяющим фактором, под действием которого происходит изменение интенсивности пучков на данной стадии эксперимента, является фотоиндуцированное поглощение света.
Для определения изменения коэффициента усиления сигнального пучка за счет взаимодействия на отражательной фоторефрактивной решетке использовалось соотношение: позволяющее оценить вклад этого взаимодействия в суммарные изменения интенсивности в условиях фотоиндуцированного поглощения света. Здесь Is(t) - интенсивность сигнального пучка, измеряемая в ходе эксперимента, ISft интенсивность сигнального пучка в начальный момент времени, d - толщина кристалла вдоль направления распространения пучков, Aa(t) — фотоиндуцированное изменение коэффициента поглощения в ходе эксперимента, определяемое по формуле: где 1р0 - интенсивность пучка накачки в начальный момент времени, Ip(t) -интенсивность пучка накачки, измеряемая в ходе эксперимента. Экспонента в знаменателе (3.1.1) учитывает ослабление интенсивности за счет фотоиндуцированного поглощения. Таким образом, выражение (3.1.1) позволяет определить коэффициент двухпучкового усиления в кристаллах с фото индуцированным изменением поглощения при записи отражательной голографической решетки. Временная зависимость коэффициента двухпучкового усиления, рассчитанная из экспериментальных данных по динамике интенсивностей пучков сигнала и накачки (рис. 3.4) из соотношения (3.1.1), представлена на рис. 3.5. При плотности мощности падающего пучка 86 мВт/см2 процесс формирования решетки продолжался около 25мин, за которые коэффициент усиления достигал значений, близких к стационарным (рис. 3.5). На рис. 3.5 хорошо видно немонотонное изменение коэффициента усиления с достижением максимума для t«200c после освещения кристалла интерферирующими пучками и с последующим спадом к некоторому стационарному уровню, около 0.9 см . Таким образом, немонотонный характер формирования поля пространственного заряда, предсказанный в п. 2.1.2 Главы 2 для кристаллов с мелкими ловушками и глубокими донорами, подтвержден проведенными экспериментами по формированию отражательной решетки в кристалле титаната висмута среза (111). Коэффициент поглощения света кристаллом можно оценить из соотношения.
