Диссертация (1025115), страница 8
Текст из файла (страница 8)
В первом приближении можно считатьизображение удалённым на бесконечность, а световые пучки, формирующиекаждую точку изображения, - пучками с плоским волновым фронтом.В соответствии с этим структура голограммы прицельного знака,полученной на ГОЭ, представляет собой суперпозицию интерференционных51картин, создаваемых при наложении плоской опорной волны и плоскихобъектных волн, соответствующих разным точкам изображения прицельногознака.При считывании изображения с полученной голограммы процессформирования восстановленной объектной волны можно разделить на дваэтапа.
На первом этапе происходит рассеяние считывающей световой волнынанеоднородностяхрегистрирующейсредыносителяголограммы,созданных при записи голограммы. Эти неоднородности соответствуютмаксимумам и минимумам записанной интерференционной картины. Навтором этапе происходит интерференция всех рассеянных неоднородностямиголограммы волн, в результате чего и создается считанное изображение.Рассматримпроцессывосстановленияобъектнойволнысголограммной дифракционной решетки, полученной при наложении двухплоских волн на различные типы голографических носителей.2.3.Особенностидифракциисветанапропускающихтонкихголограммных дифракционных решеткахПодтонкимипонимаютсяголограммы,зарегистрированныенаноситель, толщина регистрирующего слоя которого мала по сравнению сдлиной волны используемого света.
В простейшем случае это может бытьплоская голограмма, получаемая, например, при записи на носитель в видетонкой металлической пленки, нанесенный на стеклянную подложку. Приэтом созданные при записи голограммы неоднородности представляют собойтонкие линии, расстояние между которыми определяется формулойsin sin d (2.1)Здесь d - расстояние между линиями, , - углы падения на носительинтерферирующих волн при записи (будем считать первую из них – опорной,а вторую – объектной), - длина волны света, используемого при записи(Рис.
2.1). На практике расстояние между линиями (период повторения52записанной интерференционной картины) сопоставимо с длиной волныиспользуемого света.Рис. 2.1. Схема получения тонкой голограммной дифракционной решеткиПри считывании на голограмму под углом падает световой пучок сплоским волновым фронтом и с длиной волны, которая использовалась призаписи голограммы. Поскольку ширина записанных линий мала (она обычноменьше длины волны используемого света), то угловая ширина диаграммынаправленности светового пучка, рассеянного одной линией, велика (онасопоставима с 1 рад., т.е., приблизительно 60°).На втором этапе дифракции происходит интерференция световых волн,рассеянных всеми линиями, записанными на голограмму.
При этомформируются дифракционные максимумы по направлениям, в которыхразность хода световых лучей от соседних линий составляет n , где n=1,2,3,и т.д.. Угловая ширина этих максимумов определяется размером голограммыи составляет величину 2λ/bcosβ, где b - размер голограммы.Рассмотрим, какие изменения будут происходить, если длина волнысчитывающего пучка света будет изменяться, как это происходит приизменении температуры окружающей среды в случае голографическихприцелов.53Период записанной на голограмму интерференционной картины d иугол падения считывающего луча α остаются неизменными. Тогда всоответствии с формулой (2.1) изменяется направление распространениясчитанного луча (2.2)При реальных величинах сдвига длины волны (эта величина составляетприблизительно30нм от =650нм) угловое смещение считанного лучасоставляет приблизительно 0,05 радиан, т.е.30. При этом заметныхизменений амплитуды светового поля продифрагировавшей волны непроисходит, так как величиназначительно меньше ширины диаграммырассеяния света на отдельной линии.2.4.Особенности дифракции света на трехмерных пропускающихголограммахПри получении голограммы на носитель с конечной толщинойсветочувствительного слоя необходимо учитывать, что интерференционнаякартина записывается не только на поверхности слоя, но и в объёмесветочувствительной среды.
В результате создаваемые неоднородностиприобретаютформустрат,пронизывающихвсютолщинусветочувствительного слоя и расположенных вдоль биссектрисы угла междуопорным и объектным лучами.При считывании записанной голограммы каждая такая полоскаработает, как зеркальце, от которого свет при считывании отражается всоответствии с законом зеркального отражения. Ширина диаграммынаправленности отраженного луча определяется правилами дифракцииплоской волны на апертуре страты, и становится тем меньше, чем большедлина страты вдоль биссектрисы.54СтратыРис.
2.2. Схема получения трехмерной голограммной дифракционнойрешеткиОбычно дифракционная эффективность голограмм не превышает 5 7%, поэтому амплитуда считывающей волны, а также волны отраженнойприблизительно постоянна на страте по всей глубине светочувствительногослоя.На поверхности голографического носителя структура голограммыимеет период, соответствующий формуле (2.1). Действительно, периодинтерференционнойкартиныперемещениирасстояние,наопределяетсяравноеинтерферирующих волн изменилась натребованием,периоду,чтобыразностьприфаз, а разность хода - на λ.
Этотребование удовлетворяется, если параметры интерференционной картиныудовлетворяют уравнению (2.1). При изменении длины волны направлениевосстановленногоголограммойлуча,формируемоговрезультате55интерференции световых пучков, отраженных от страт, изменяется всоответствии с соотношением 2.2.Дифракция света на объёмных голограммах происходит в соответствиис законом Брэгга, в соответствии с которым максимальная дифракционнаяэффективностьдостигается,продифрагировавшеголучаеслинаправлениесовпадаетсраспространениянаправлениемзеркальногоотражения от страты. Если длина волны и угол падения считывающего лучасовпадают с использовавшимися при записи, то условие Брэгга выполняется.При изменении длины волны считывающего лазера в соответствии ссоотношением2.2изменяетсянаправлениераспространенияпродифрагировавшего луча , что приводит к нарушению условия Брэгга, таккак направление отраженного от страты луча остаётся неизменным.
При этоминтенсивность продифрагировавшей волны уменьшается в соответствии стем, как уменьшается амплитуда волны, отраженной от страты приотклонении от направления зеркального отражения. Этот эффект определяетмаксимально допустимое изменение длины волны считывающего лазера поотношению к длине волнылазера, использовавшегося призаписиголограммы.Оценить возникающие ограничения допустимого изменения длиныволны можно следующим образом.Как отмечалось ранее, страта формируется вдоль биссектрисы угламеждуопорнымирегистрирующей средеобъектнымилучом.Направлениеэтихлучейвопределяется, как,Направление биссектрисыПредполагается, чтоинаправлены в противоположномнаправлении по отношению к нормали к поверхности голограммы.56При считывании луч, отраженный от полоски (страты) имеетмаксимум, направленный под угломотклонен на угол, а по отношению к полоске он.
Ширина отраженного от стратысветового пучка на поверхности голограммы, определяются формулой,где– толщина регистрирующей среды.Дифракционная расходимость этого луча по нулям определяется, как.По уровню 0,5 расходимость приблизительно в два раза меньше.В качестве примера можно оценить допустимый сдвиг луча в схемепатента […]. Пропускающая голограмма в этом патенте имеет следующиепараметры:,нм.
Используем типичные значения,эмульсионного слоя: толщина эмульсии d = 6 мкм, коэффициентпреломленияПриn=1,52.=38,1860=70°,.Дифракционная расходимость по нулям луча, отраженного от страты,составляет 350 (±17,50). Это значит, что амплитуда продифрагировавшейволны уменьшится приблизительно в 2 раза при изменении угловогоположения продифрагировавшего луча на ±90.При этом изменение углового положения продифрагировавшего лучапри изменении длины волны на10 нанометров от 635 нм составляет0,850;что приводит к уменьшению амплитуды поля волны до 0,996 от максимума.Таким образом, эта голограмма не ограничивает возможности схемы.572.5.Особенности дифракции света на трехмерных отражающихголограммахСущественной особенностью отражающих трехмерных голограммявляется то, что страты, формирующиеся при получении голограммы,располагаются так, что угол между стратами и поверхностью голограммыневелик.
В соответствии с этим длина страт гораздо больше, чем упропускающих голограмм, а следствием этого является существенноеуменьшение дифракционной расходимости отраженных от страт лучей и,соответственно, уменьшение допустимого отклонения продифрагировавшеголуча при изменении длины волны света.Период интерференционной картины на поверхности голограммыопределяется, как и в предыдущих случаях, формулой (2.1).Угол между интерферирующими лучами в регистрирующей средеравенРис.. Соответственно, угол наклона страт2.3. Схема получениядифракционной решеткитрехмернойотражающейголограммной58Длина страт.
Размер отраженного от страты светового пучкана поверхности голограммы равен.Поскольку отраженный луч отклонен от нормали к поверхности слояна угол , то его дифракционная расходимость по нулям.Величинаопределяетпредельнодопустимый,вызванныйизменением длины волны, сдвиг луча, отраженного от голограммы.Проделаем численные оценки применительно к патенту США [].Свойства отражательной голограммы рассматриваются в обратномходе лучей, так как согласно патенту в прямом ходе лучей на нее падаетпучок света, угловое положение которого изменяется после прохожденияпросветной голограммы.
Соответственно,,,нм. Остальные параметры остаются без изменения.Наклонинтерференционныхполоскповерхностиголограммысоставляет 11,10, длина интерференционной полосы – 31,1мкм, расходимостьотраженного полосой светового пучка – 3,60 (±1,80). Отклонение луча,сформированного голограммой, при изменении длины волны на 10нмсоставляет 0,8480 - такую же величину, как и у просветной голограммы. Приэтом амплитуда волны составляет 0,677 от максимума, что позволяет сделатьвывод о том, что при увеличении сдвига длины волны в данной схемеяркость восстановленного изображения будет быстро снижаться.592.5.1.
Возможность увеличения допустимого изменения длины волныизлучения полупроводникового источника света при использованииотражательных голограммПоскольку в отражательных голограммах наклон страт к поверхностиголограммы заметно меньше, чем в просветных голограммах, то угловаяширина отраженного от страты луча уменьшается по сравнению с той,которая,характернадляпросветныхголограмм,чтосущественноограничивает допустимый сдвиг длины волны считывающего лазера.Этот эффект наблюдается при оценке параметров [] – ширинаотраженного луча позволяет работать при10 нм, но дальнейшееувеличение диапазона перестройки связано с заметным уменьшениемдифракционной эффективности голограммы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
