Введение к работе
Актуальность темы
В последние десятилетия бурно развиваются системы оптической связи С каждым годом все совершеннее становится информационная техника Практически достигнут предел в совершенствовании традиционных электронных устройств, эксплуатируемых в этой сфере Дальнейшее развитие информационных технологий и средств связи возможно при переходе систем обработки, хранения и передачи информации на оптический диапазон частот и длин волн В этой связи становится актуальным вопрос о разработке и внедрении устройств записи, хранения и передачи оптической информации Одним из возможных способов оптической записи информации является запись поляризационно-фазовых голограмм в фото-рефрактивных кристаллах (ФРК) [1, 2] ФРК очень перспективны в качестве рабочей среды для когерентно-оптических систем обработки информации. Типичными примерами таких систем являются фурье-процессоры, устройства пространственной фильтрации изображений, корреляторы [2] Одним из наиболее эффективных ФРК является кристалл ниобата лития В кристаллах ниобата лития Ашкиным с сотрудниками в 1966 году впервые наблюдался фоторефрактивный эффект [3] Этот кристалл обладает высокими нелинейно-оптическими, электрооптическими, пьезоэлектрическими, пироэлектрическими, фотовольтаическими свойствами, поэтому значительное число экспериментов по изучению фотовольтаического эффекта (ФВЭ), фоторефрактивного эффекта (ФРЭ) и фоторефрактивного рассеяния света (ФРРС) проводилось именно на этих кристаллах Все выше сказанное делает ниобат лития одним из перспективных кристаллов для применения его в устройствах голографической записи информации, модуляции, дефлекции и преобразования частоты оптического излучения
ФРЭ (optical damage) заключается в оптически индуцированном изменении показателя преломления среды вследствие пространственного разделения зарядов и влияния возникающих электрических полей на изначальный показатель преломления за счет электрооптического эффекта Прямым следствием ФРЭ является ФРРС, которое обуславливает сильную деструкцию лазерного пучка, проходящего через ФРК, что является ограничивающим условием для различных применений этих кристаллов Исследование ФРРС в ниобате лития важно и интересно в двух аспектах С одной стороны, это накопление и систематизация информации, необходимой для улучшения голографических характеристик ФРК, с другой стороны, ФРРС позволяет получить новые данные о свойствах кристалла и влиянии различных примесей на эти свойства
Большинство научных работ по исследованию фоторефрактивньгх эффектов проведено с использованием когерентных источников света (лазеров А = 0,44 мкм и А = 0,488 мкм) С использованием широкополосного некогерентного излучения работ крайне мало В то же время известно, что ФРРС проявляется только при взаимодействии с ФРК когерентного света Использование некогерентного излучения в перспективе может привести к существенному улучшению характеристик
уже существующих и созданию новых устройств, в которых используются ФРК, а так же к значительному снижению стоимости таких приборов
Цель и задачи работы
Целью настоящей работы является исследование закономерностей и особенностей формирования оптического изображения в легированных кристаллах ниобата лития с использованием широкополосного некогерентного излучения и рассмотрение сопутствующих эффектов (фотовольтаического эффекта, фоторефрактивно-го рассеяния света, нетрадиционных интерференционных особенностей взаимодействия обыкновенного и необыкновенного лучей в используемых для записи кристаллах) При этом в диссертационной работе решались следующие задачи
исследовать влияние различных факторов на контраст и скорость записи, а также на время хранения оптического изображения,
исследовать особенности протекания фотовольтаического эффекта при облучении легированных кристаллов ниобата лития широкополосным некогерентным излучением,
исследовать фоторефрактивное рассеяние света с использованием гелий-неонового излучения, влияние многократного термического отжига на процесс фоторефрактивного рассеяния света,
исследовать формирование коноскопических картин в широкоапертурных слаборасходящихся пучках света от двух кристаллов
Научная новизна работы
1. Экспериментальные результаты показали, наиболее вероятно, что изменение показателя преломления (запись изображения) происходит благодаря градиенту интенсивности Показано, что контраст записи и время хранения изображений, в легированных кристаллах ниобата лития при использовании широкополосного некогерентного излучения зависит от формы падающего на кристалл светового изображения и его ориентации относительно полярной оси кристалла
Показано, что оптическая запись изображений реализуется в легированных кристаллах ниобата лития при облучении широкополосным некогерентным излучением и не проявляется в номинально чистых кристаллах
Показано, что фотовольтаический отклик пропорционален ширине спектра используемого широкополосного излучения
Фотовольтоический отклик обеспечивается одинаковыми частотными компонентами широкого спектра излучения Перекрестные частотные компоненты в фотовольтаический эффект вклада не дают, так как не когерентны
4 Обнаружено проявление термической усталости кристалла ниобата лития в
фоторефрактивном рассеянии света при многократном отжиге Вероятно, это обу
словлено увеличением темновой проводимости кристалла Фоторефрактивные
свойства кристалла при этом, ослабевают
5 Впервые зарегистрированы нетрадиционные интерференционные коноско-пические картины в слаборасходящихся пучках света от двух кристаллических пластинок ниобата лития. Интерференционная картина трансформируется при изменении угла между оптическими осями кристаллических пластинок
Научные положения, выносимые на защиту
1 Запись оптического изображения в легированных кристаллах ниобата лития с широкополосным излучением осуществляется при наличии градиента освещенности в изображении Запись тем контрастнее, чем больше проекция градиента освещенности изображения на полярную ось кристалла.
2. Фотовольтаический отклик в кристаллах ниобата лития с широкополосным излучением обусловлен вкладом одинаковых частотных компонент Перекрестные взаимодействия разных частотных компонент вклада не дают, так как эти компоненты не когерентны
После многократного термического отжига кристалла ниобата лития при температуре 200 С в фоторефракгивном рассеянии света проявляется эффект термической усталости Результатом действия эффекта является ослабление фото-рефрактивных свойств кристалла
Интерференция нетрадиционных коноскопических картин от двух кристаллических пластинок реализуется в слаборасходящихся пучках световых лучей
Практическая ценность работы
Все полученные в диссертационной работе результаты служат основой для создания новых нелинейно-оптических элементов и на их основе приборов нового типа, применяемых в открытых и волоконных линиях связи, для создания новых запоминающих и других устройств Применение в этих устройствах широкополосного, естественного света может существенно снизить их стоимость По виду коноскопических картин в слаборасходящихся пучках света можно определять, например, направление оптической оси кристалла, а также толщину кристаллических пластинок
Апробация работы
Основные результаты работы докладывались на следующих конференциях
3, 4 международной научной конференции молодых ученых и специалистов «Оптика 2003», «Оптика 2005», Санкт-Петербург, 2003,2005,
4, 6 региональной научной конференции «Физика фундаментальные и прикладные исследования, образование», Владивосток, 2003, Благовещенск, 2006,
региональной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по физике полупроводниковых, диэлектрических и магнитных материалов, Владивосток, 2004,
4 международной научной конференции «Радиационно-термические эффекты и процессы в неорганических материалах», Томск, 2004,
АРСОМ-2004, Procedmgs, Khabarovsk, 2004,
международной научной конференции «Фундаментальные проблемы оптики», С -Петербург, 2004,
Fifth Asia-Pacific Conference and Workshop on Fundamental Problems of Opto- and Microelectronics, Vladivostok, 2005,
международной научной конференции «Принципы и процессы создания неорганических материалов» (Третьи Самсоновские чтения), Хабаровск, 2006,
международной научной конференции «Фундаментальные проблемы оптики», С -Петербург, 2006
Публикации и вклад автора
По теме диссертации автором опубликовано 24 работы, в том числе 2 статьи в рецензируемых журналах
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, содержит 117 страниц машинописного текста, 29 рисунков, 1 таблицу и список литературы из 178 наименований
