ДИНАМИ́ЧЕСКАЯ ГОЛОГРА́ФИЯ

ДИНАМИ́ЧЕСКАЯ ГОЛОГРА́ФИЯ, пре­обра­зо­ва­ние ко­ге­рент­ных волн (пуч­ков), про­ис­хо­дя­щее в про­цес­се их за­пи­си, в от­ли­чие от обыч­ной (ста­ти­че­ской) го­ло­гра­фии, где за­пись и вос­ста­нов­ле­ние раз­де­ле­ны во вре­ме­ни про­це­ду­рой про­яв­ле­ния го­ло­грам­мы. В Д. г. за­пись и счи­ты­ва­ние го­ло­грамм про­ис­хо­дят в не­ли­ней­ных сре­дах, из­ме­няю­щих свои оп­тич. ха­рак­те­ри­сти­ки не­по­сред­ст­вен­но во вре­мя за­пи­си под дей­ст­ви­ем па­даю­ще­го на них из­лу­че­ния. Под дей­ст­ви­ем све­то­вых пуч­ков в не­ли­ней­ной сре­де про­ис­хо­дит про­стран­ст­вен­ная мо­ду­ля­ция ко­эф. по­гло­ще­ния, по­ка­за­те­ля пре­лом­ле­ния или по­ля­ри­за­ции сре­ды, со­от­вет­ст­вую­щая рас­пре­де­ле­нию ин­тен­сив­но­сти в соз­да­вае­мой эти­ми пуч­ка­ми ин­тер­фе­рен­ци­он­ной кар­ти­не, – воз­ни­ка­ет го­ло­гра­фич. ди­на­мич. ре­шёт­ка (ди­на­мич. го­ло­грам­ма). Она из­ме­ня­ет ам­пли­ту­ды и фа­зы за­пи­сы­ваю­щих и счи­ты­ваю­щих пуч­ков, при­во­дя к их взаи­мо­дей­ст­вию. В ре­зуль­та­те за­пись и счи­ты­ва­ние го­ло­грам­мы ока­зы­ва­ют­ся не­раз­рыв­но свя­зан­ны­ми. Др. от­ли­чи­тель­ное свой­ст­во ди­на­мич. го­ло­грамм – об­ра­ти­мый ха­рак­тер ре­ак­ции не­ли­ней­ной сре­ды, по­зво­ляю­щий реа­ли­зо­вать мно­го­крат­ную ре­вер­сив­ную (спо­соб­ную воз­вра­щать­ся в ис­ход­ное со­стоя­ние) за­пись.

Особенности динамической голографии

Осо­бен­но­сти ди­на­ми­че­ской го­ло­гра­фии оп­ре­де­ля­ют­ся не­ли­ней­ным взаи­мо­дей­ст­ви­ем све­то­вых пуч­ков в объ­ё­ме ди­на­мич. го­ло­грам­мы, ко­то­рое мо­жет вы­зы­вать по­яв­ле­ние но­вых пуч­ков и пере­рас­пре­де­ле­ние энер­гии па­даю­щих пуч­ков из­лу­че­ния. Эф­фек­тив­ность и на­прав­ле­ние энер­го­об­ме­на за­ви­сят от ти­па ди­на­мич. ре­шёт­ки (ам­пли­туд­ная или фа­зо­вая) и от сдви­га ре­шёт­ки по фа­зе от­но­си­тель­но об­ра­зую­щей её ин­тер­фе­рен­ци­он­ной кар­ти­ны. Оп­ти­маль­ный сдвиг со­став­ля­ет π/2 и реа­ли­зу­ет­ся в сре­дах с ре­зо­нанс­ны­ми ме­ха­низ­ма­ми не­ли­ней­но­сти, а так­же в элек­тро­оп­тич. фо­то­реф­рак­тив­ных кри­стал­лах. Ис­поль­зуя та­кие ре­шёт­ки, мож­но на вы­хо­де го­ло­грам­мы дос­тичь лю­бо­го пе­ре­рас­пре­де­ле­ния энер­гии па­даю­щих на неё пуч­ков и сфор­ми­ро­вать пуч­ки с за­дан­ны­ми про­стран­ст­вен­ны­ми ха­рак­те­ри­сти­ка­ми. Не­ли­ней­ный ха­рак­тер взаи­мо­дей­ст­вия пуч­ков в Д. г. де­ла­ет воз­мож­ны­ми пре­об­разо­ва­ния вре­менны́х и спек­траль­ных ха­рак­те­ри­стик из­лу­че­ния. Д. г. по­зво­ля­ет про­из­во­дить в ре­аль­ном вре­ме­ни те же про­стран­ст­вен­ные пре­об­ра­зо­ва­ния све­то­вых по­лей, что и обыч­ная го­ло­гра­фия: соз­да­ние объ­ём­ных мни­мых и дей­ст­ви­тель­ных изо­бра­же­ний, ас­со­циа­тив­ную вы­бор­ку и свёрт­ку изо­бра­же­ний, сло­же­ние и вы­чи­та­ние об­щих фраг­мен­тов различных изо­бра­же­ний, об­ра­ще­ние вол­но­во­го фрон­та и др. Взаи­мо­дей­ст­вия све­то­вых пуч­ков и их пре­об­ра­зова­ния оп­ре­де­ля­ют­ся свой­ст­ва­ми не­ли­ней­ных сред и схем за­пи­си ди­на­мических го­ло­грамм.

Механизмы записи динамической голографии

Ме­ха­низ­мы за­пи­си ди­на­ми­че­ской го­ло­гра­фии раз­но­об­раз­ны и ох­ва­ты­ва­ют прак­ти­че­ски все ви­ды не­ли­ней­но-оп­тич. взаи­мо­дей­ст­вий. Наи­бо­лее вы­со­кую чув­ст­ви­тель­ность за­пи­си ди­на­мич. го­ло­грамм обес­пе­чи­ва­ют сре­ды, свя­зан­ные с по­гло­ще­ни­ем све­та, ко­то­рое при­во­дит к об­ра­зо­ва­нию воз­бу­ж­дён­ных со­стоя­ний ато­мов и мо­ле­кул, сво­бод­ных элек­тро­нов и ды­рок, фо­но­нов и др. Инер­ци­он­ность про­цес­сов за­пи­си и сти­ра­ния го­ло­грамм в та­ких сре­дах со­став­ля­ет обыч­но 10^–9– 10^–6 с и оп­ре­де­ля­ет­ся вре­ме­на­ми жиз­ни ис­ход­ных и по­сле­дую­щих воз­бу­ж­дён­ных со­стоя­ний, а так­же ско­ро­стя­ми их диф­фу­зии в сре­де.

Те­п­ло­вой ме­ха­низм за­пи­си, обу­слов­лен­ный не­рав­но­мер­ной ге­не­ра­ци­ей фо­но­нов (вслед­ст­вие не­од­но­род­но­го ос­ве­ще­ния сре­ды), да­ёт воз­мож­ность ре­гу­ли­ро­вать вре­мя ре­лак­са­ции го­ло­грамм от 10^–7 до 10^–3  с при из­ме­не­нии пе­рио­да ре­шёт­ки от 30 до 3000 мм^–1. Пре­дель­но вы­со­кая чув­ст­ви­тель­ность (до 10^–8  Дж/см²) в со­че­та­нии с инер­ци­он­но­стью 10^–8  с до­с­ти­га­ет­ся при за­пи­си ди­на­мич. го­ло­грамм на уз­ких ре­зо­нанс­ных ли­ни­ях по­гло­ще­ния па­ров ще­лоч­ных ме­тал­лов, что тре­бу­ет ис­поль­зо­ва­ния пе­ре­страи­вае­мых по час­то­те ла­зе­ров.

В ка­че­ст­ве ре­ги­ст­ри­рую­щих сред для Д. г. ис­поль­зу­ют­ся кри­стал­лич. сег­не­тоэлек­три­ки с ли­ней­ным элек­тро­оп­тич. эф­фек­том с ха­рак­тер­ны­ми вре­ме­на­ми ре­лак­са­ции 10^–2 –10²  с и плот­но­стью энер­гии по­ряд­ка 0,1–1 Дж/см² . По­лу­про­вод­ни­ко­вые со­еди­не­ния по­зво­ля­ют за­пи­сы­вать го­ло­грам­мы в ви­ди­мом, ИК и УФ диа­па­зо­нах спек­тра с бы­ст­ро­дей­ст­ви­ем до 10^–12 с, а ис­поль­зо­ва­ние на­но­раз­мер­ных струк­тур зна­чи­тель­но сни­жа­ет тре­буе­мые плот­но­сти энер­гии.

Наи­бо­лее бы­ст­рые ме­ха­низ­мы за­пи­си ди­на­мич. го­ло­грамм обу­слов­ле­ны не­ли­ней­ной по­ля­ри­зуе­мо­стью ато­мов, мо­ле­кул в га­зах и кон­ден­си­ро­ван­ных сре­дах в по­ле ин­тен­сив­ной све­то­вой вол­ны, ко­то­рая вы­зы­ва­ет квад­ра­тич­ную и ку­би­че­скую не­ли­ней­но­сти сре­ды с инер­ци­он­но­стью 10^–15–10^–12 с. Ком­би­на­ци­он­но ак­тив­ные уси­ли­ваю­щие сре­ды по­зво­ля­ют реа­ли­зо­вать за­пись ди­на­мич. го­ло­грамм с уве­ли­че­ни­ем энер­гии пре­об­ра­зуе­мо­го пуч­ка до 10⁹ раз.

Д. г. ис­поль­зу­ет­ся для фор­ми­ро­ва­ния уз­ко­на­прав­лен­ных све­то­вых пуч­ков мощ­ных ла­зе­ров; в сис­те­мах на­блю­де­ния сквозь оп­ти­че­ски не­од­но­род­ные сре­ды; в оп­тич. ин­фор­мац. тех­но­ло­ги­ях, вклю­чая соз­да­ние ло­гич. эле­мен­тов с бы­ст­ро­дей­ст­ви­ем 10^–12 с; в сис­те­мах опе­ра­тив­ной го­ло­гра­фич. па­мя­ти, пре­дель­но бы­ст­рой ком­му­та­ции ин­фор­мац. ка­на­лов (10^–12 –10^–13  с); в сис­те­мах го­ло­гра­фи­че­ско­го рас­по­зна­ва­ния об­ра­зов; при раз­ра­бот­ке ла­зе­ров на ди­на­мич. ре­шёт­ках; для ис­сле­до­ва­ния быс­тро­про­те­каю­щих про­цес­сов и т. д.