Байбородин Ю.В. Основы лазерной техники (1988) (1151949), страница 83
Текст из файла (страница 83)
Фокальная плоскость объектива Об1 совпадает с выходной плоскостью дефлектора 2, Линзовый растр увеличивает угловую расходимость объектного пучка А„ехр (1гр„), позво. ляя освещать всю апертуру объектива Об8, который служитдля формирования информационного оптического сигнала. Объектив Об2 направляет луч на матрицу входных данных — устройство набора страниц (транспарант) Т.
Информация вносится в объектный пучок путем пространственной модуляции при просвечивании матрицы входных данных. После экспонирования матрицы-накопителя и фиксации вновь записанной голограммы осугцествляют либо запись новой голограммы, либо считывают информацию с любой другой голограммы. Чтобы записать новую входную страницу на ту же позицию матрицы-накопителя, необходимо изменить угол падения опорного пучка 34Э на Лу, Хв/(пЛ з)п 7„), где Х вЂ” длина волны . излучения лазера! л — показатель преломления фотослоя; Л вЂ” толщина слоя.
Запись получится, если дефлектор параллельно сдвинет луч на Лу = /ваЛТ„/ /соз у„(см. рис. 17.7). В результате опорный н объектный пучки будут вновь совмещены в прежней позиции, но угол падения опорного пучка изменится на (7, — Лу„). Для записи следующей голограммы на туже позицию матрицы-накопителя луч смещается на 2Лу и т. д. При записи Л/ голограмм смещение У„Лу и 2У.Хе/,л/(пЛз!п(27„)). Поэтому предельная амплитуда угла отклонения дефлекторадолжна составить 1 ., ) У„Лу.
Эта зависимость определяет согласование параметров дефлектора, оптики и числа голограмм, 'записываемых на одну позицию, причем каждая голограмма характеризуется тремя координатами: х, у„, р„„индексы которых образуют адрес голограммы. Расчет конструктивных параметров. Предельная информационная емкость устройства определяется из условия П): С =/с М'/сиУ' = й /с Т' Н'/(6,() а 1в)' где /с,МЯ вЂ” число элементов в матрице входных данных (в транспаранте); /сяӄ— число элементов памяти (голограмм) в матрице накопителя; й„й, — коэффициенты; Т,х — размер стороны матрицы входных данных; ̈́— размер стороны матрицы голограмм; Ря — коэффициент заполнения матрицы входных данных; Є— коэффициент заполнения матрицы голограмм; а„— размер голограммы; 1„, — размер элемента транспаранта.
Число голограмм й,У„ в матрице определяется ее размерами Н„ и з амплитудой отклонения луча 1, дефлектором. Если дефлектор обеопечивает дискретное перемещение луча по двум ортогональным координатам х и у, то будет 2"» ° 2"я положений выходного излучения, где пь„и„— количество возможных ячеек памяти по ортогональным кооРдинатам. Тогда 1,„2У,Хе/,о/(лЛ з1п (2Л7)) и С 'и,МЯияУ. 'бит/см'. Размер стороны матрицы голограмм определяется по формуле Н„= йяй,п„У„.
Расстояние между центрами голограмм Л„р„а„. Если перекрестные помехи принять равными 7 %, то коэффициент заполнения матрицы голограммы 6„1,5. Фокусное расстояние объектива /оа = Осв/(О.тв) = Н„Ф 2/(Охте), где О, — относительное отверстие обьектива. Рекомендуемое значение О, = 1: 2 при коэффициенте пропускания объектива та — 0,9. Световой диаметр объектива должен быть примерно равным диагонали матрицы входных данных и матрицы голограммы: 1-1св Твх) ~1 + 1 Нг 1' к2 ! 1 ' Наименьший размер матрицы входных данных Т,х Н„. Размер элемента изображения матрицы входных данных 1,.
9/,о/(й,М). Расстояние между соседними элементами матрицы входных данных 1вх Ря(вв. Диаметр фотодиода выбирается в соответствии о диаметром пятна восстановленного изображения: 4,д 1,. Расстояния между двумя соседними пятнами проецируемого на фотодиоды изображения ЛФ = йедед, гдето — коэффициентзаполнения матрицы фотодиодов. Количество фотодиодов должно соответствовать количеству ячеек в МатрИцЕ ВХОДНЫХ даННЫХ: Пе,„= йьМв = (Т,х/1,х)'. Рекомендуется использовать кремниевые фотодиоды н чувствительностью вед = 0,5 А/Вт и темновым током 1, !0 А, Расчет характеристик голограммы.
Из условия Брэгга 2пЛ з!и 9в Х найдем минимальный угол 9 между объектным и опорным лучае е ми и угловую селективность галограммй 6 Л/Л. Чувствительность фотослоя голограммы определяется экспозицией (22): Н, = т,„/,Р,„„(А, где т „5 фе! 1,— время экспонирования! А — площадь сечения опорного пучка. Действующая апертура (размер отдельного элемента) голограммы (1) вв = 3,6Леп„/с,Мв где ив = 2 — требуемая степень разрешения1 М вЂ” число строк (стол- бцов) матрицы входных данных. Определим параметр Клейна Я„(161 принадлежности голограмм к определенному классу (плоских или объемных).
Для объемных голо- грамм Я„) 10; для плоских 9„~ (1О, где О, = 2пХеЛ /(и Л') — пара- метр Клейна; Л. — толщина слоя фотоэмульсии! п — показатель пре- ломления фотоэмульсии. Разность фаз между объектной и опорной волнами сря — срв = 2пЛИ.в = /сЛ1, где Л1 = и)ве — разность хода между волнами1 и — целое число, Пример. Рассчитать голографическое запоминающее устройство, если известны следующие параметры: матрица голограмм и входных данныя — квадратная (дх = = лв = 1; Уз = т~~лв~ = !024 элемента памяти); чв 0,9; относительное отверстие а а объектива Ол = 1: 2; показатель преломления фотослоя из желатина толщиной Лж = 15 мкм лж = 1,52.
Находим: необходимая выходная мощность лазера, генерирующего излучение с длиной волны Хв = 0,63 мкм, Р,„100 мвт; предельная емкость информации С = = 1,5 бит/см'1 параметр Клейна ов ) 1О; угол между опорным и объектным пучками 20 12'1 угловая селективиость 6в 7,5', фокусное расстояние объектива / о 920 мм и световой диаметр его 0„190 мм; размер стороны матрицы Нв = 136 мм; расстояние между центрами голограмм Лв = 1,1 мм; наименьший размер матрицы 351 ащ/ юг июу в,> з,>а Н Й Нг( 352 входных данных Т,х нн 135 мм; размер элемента входных данных Г = 0,9 мм и рас.
стояние между двумя соседними элементами / = 1,25 мм; диаметр фотодиода г( —,25 и; расстояние между двумя соседнимн пятнами восстановленного изоб ажно т одиода ння ЛФ = 2,2 ння =, б мм; количество фотодиодов лб, 430; чувствительность фотослоя тот лограммы !О Дж/смэ и действующая апертура голограммы а = 1,15 мм; разность фаз между объектной и опорной волнами Ьт рад.
Для получения высокого качества голограмм к дефлекторам и дифракционной решеткепредъявляются жесткие требования в части воппроизводимости угловых положений информационного оптического сигнала !1, 16). 47.5. Физические принципы мнтеграпьной оптики Фундаментальные теоретические и экспериментальные [9, 27) исследования за последние 15 лет привели к перспективному научно-техническому направлению в квантовой электронике — интегральной оптике. Ими(игральном олэмима — область квантовой электроники которая в себя ген ию, ерац , распространение, усиление и преобразоваяне света в тонкопленочг кмочает в з анин м нмх волноводиых структурах. Техническая цель интегральной оптики сост с онт е соэлемеито схе д нкроминиатгорных функциональных планврвых электронно-опт в, м н устройств для передачи, обработка и храпения информации. нее«них ч т Большая ширина полосы пропускания в диапазоне оптичес х асто делает возможным замену типичного оптоэлектронного обор дки орудования сегодняшнего дня миниатюрными интегрально-оптическим б орами.
Важнейшим преимуществом их является огромная пропускпл а ная способность ( 100 Гбит/и). Количество информации на еди ощ ди в 1О раз больше, чем при использовании традиционных токов и радиоволн. Физической обновой интегральной оптики являютзя волноводные свойства тонкого диэлектрика, оптичеакн более плотного, чем окру- в о жающие его среды, и способного канализировать свет.
В проптей й олн водной структуре «воздух — пленка — подложка» выполняется условие п с; п, ( пы где показатель преломления воздуха и меньше показателя преломления подложки п„а тот в свою очередь меньше показателя преломления пленки пт. С учетом этих представлений в 1968 — 1975 гг. были разработаны тонкопленочные элементы управления лазерным излучением: плоские линзы, призмы, ответвители, модуляторы, дефлекторы и т.
д.— двухмерные аналоги объемных элементов оптических систем (9, 24, 27). Термин «интегральная оптика» (впервые ввел С. Миллер !27!) означает функциональную интеграцию на одной подложке нескольких волноводных пленочных элементов и устройств. Решения уравнений Макввелла (4, 27) дают функции распределения для двух дискретных множеств типов колебаний электромагнитного поля — волповодных (/распространяющихся) и излучательных мод, которые различаются по поляризации (ТЕ- и ТМ-моды). Мо в с к а а тру тур р спространяющеивя волны зависит от параметров волновода: толщины с(, разности показателей преломления волновода и подлож- Рнс 17.3. Волноиодные стРУктУРы: н — зкгээгообрээное рэспрострэнэняэ нэээрного нзлучэнвя э пленочном эолноээаэ; б эффэнтвэнэя чолщэнэ эолноэахэ э фиктиэныни отрэжэтзлянн, вллюстрнрующэя саэиг Г~ю э Г э брэзнэго луча Лля О.иод н поиэрэчяоз нэспрзаэлэиие составляющих злэиэнхэнэ знгз гоо тй я и -нок1; э — эоэ чзэхизэ чриччэкого ноля ТВ (аня О .ноа1 н магнитного поля ТЙ„Ь(ля -и г и ги кт э ээяэзнныя кэнэльных эолнээчдоэ (К вЂ” вектор унчээ-поатннгэ, ээ, — «оэффни ннннг эолноэоаноа связи); а, Э, г — конэтруктиэныэ рээыэры эолиоэоаоэ; х, Н вЂ” р нрэаэлэннч иощиостн излучения э сэязэниых эоэиоэоаэх ки Лп = п,— и, угла падения излучения 6 (рис.
17.8). Волиоводн ый эффект существует только прн определенных голщинах в лноводной пленки ((1 0,8...20 мкм) н определенных значениях разности п- оказателей преломления (/ьп 0,15...5 %). Важнейшей характернотикой распространяющейся моды являетоя вффективный показатель преломления, который следует понимать как етепень замедления излучения конкретной волноводной моды: й/эф =-!) /й, (17.
14) 12 141 353 где р = гвЪ вЂ” фазовая постоянная распространения моды излучения в волноводе; й = в/с = 2л/Х» — волновой вектор (постоянная распространения моды излучения в вакууме); гв = 2чт« — круговая частота излучения; о„, с — соответственно фазовая скорость излучения в волноводе и скорость излучения в вакууме.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
