Отражательные динамические голограммы в кристаллах силленитов для адаптивных голографических интерферометров тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.05, кандидат технических наук Колегов, Алексей Анатольевич

• Колегов, Алексей Анатольевич
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Колегов, Алексей Анатольевич

Введение.\.

Глава 1. Адаптивная обработка нестационарных световых полей на динамических голограммах в фоторефрактивных кристаллах.

1.1. Формирование динамических голограмм в фоторефрактивных кристаллах

1.1.1. Принципы записи фазовых голограмм.

1.1.2. Одноуровневая модель зонного переноса заряда.

1.1.3. Динамика формирования фоторефрактивной голограммы в рамках одноуровневой монополярной модели.

1.1.4. Модели переноса заряда в кристаллах силленитов.

1.1.5. Фотоиндуцированное поглощение света в кристаллах силленитов.

1.1.6. Механизмы модуляции оптических свойств фоторефрактивных кристаллов.

1.2. Встречное двухволновое взаимодействие световых волн на динамических голограммах в кубических фоторефрактивных кристаллах.

1.2.1. Уравнения связанных волн.

1.2.2. Двухволновое взаимодействие волн с линейной поляризацией.

1.3. Адаптивные голографические корреляторы!.

1.3.1. Адаптивные голографические корреляторы, использующие попутное двухволновое взаимодействие.

1.3.2. Адаптивные голографические корреляторы, основанные на встречном"' двухволновом взаимодействии.

1.4. Адаптивные голографические интерферометры.

1.4.1. Адаптивные голографические интерферометры, использующие попутное двухволновое взаимодействие.

1.4.2. Адаптивные голографические интерферометры, использующие встречное двухволновое взаимодействие.

Глава 2. Влияние внешней некогерентной подсветки на встречное двухволновое взаимодействие в фоторефрактивных кристаллах класса силленитов.

2.1. Формирование отражательных фоторефрактивных голограмм в кристаллах силленитов в условиях внешней некогерентной подсветки.

2.1.1. Экспериментальная установка для исследования динамики формирования и релаксации отражательных фоторефрактивных голограмм в условиях некогерентной подсветки.

2.1.2. Поляризационная зависимость эффективности двухпучкового взаимодействия на отражательной голограмме в кристалле В^ТЮго с просветленными гранями (100).

2.1.3. Динамика формирования отражательной фоторефрактивной решетки в кристалле ВмгТЮго при включении/выключении внешней некогерентной подсветки.

2.1.4. Динамика формирования отражательной фоторефрактивной решетки в кристалле В^ТЮго при изменении интенсивности внешней некогерентной подсветки.

2.1.5. Теоретическая модель формирования поля пространственного заряда отражательной фоторефрактивной решетки в условиях внешней некогерентной подсветки.

2.2. Релаксация отражательной фоторефрактивной голограммы в условиях некогерентной подсветки.80"

2.3 Выводы.

Глава 3. Влияние температуры на формирование отражательных голограмм в кристаллах силленитов.

3.1. Экспериментальная установка для исследования влияния температуры на формирование отражательных голограмм в кристаллах силленитов.

3.2. Формирование отражательной фоторефрактивной голограммы при фиксированной температуре кристалла.

3.3. Динамика эффективного коэффициента двухпучкового усиления при остывании кристалла.

3.4. Теоретическая модель для описания влияния температуры на формирование отражательных.голограмм в кристаллах силленитов.

3.5. Выводы.

Глава 4. Адаптивныйголографический интерферометр на отражательных динамических голограммах в кристаллах силленитов.

4.1. Схемы адаптивного голографического интерферометра на основе встречного двухволнового взаимодействия.

4.2. Теоретический анализ фазовой демодуляции при двухволновом взаимодействии на отражательных динамических голограммах в кристаллах силленитов.

4.2.1. Теоретическая модель встречного двухволнового взаимодействия •, волны накачки, сохраняющей круговую поляризацию, с фазовомодулированной сигнальной'волной.

4.2.2. Встречное взаимодействие в кристаллах срезов (111) и (Л 10).

4.2.3. Встречное взаимодействие в.кристаллах среза (100) при линейной поляризации сигнального пучка.

4.3. Экспериментальное исследование фазовой демодуляции при двухволновом взаимодействии на отражательных динамических голограммах в кристаллах силленитов.

4.3.1. Экспериментальные результаты для кристаллов среза (110) и (111) и их анализ.

4.3.2. Экспериментальные результаты для кристаллов среза (100) и их анализ.

4.4. Экспериментальное исследование амплитудной характеристики адаптивных голографических интерферометров на основе встречного двухволнового взаимодействия в кристаллах титаната всимута среза (100). 134 4.5 Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Отражательные динамические голограммы в кристаллах силленитов для адаптивных голографических интерферометров»

Актуальность темы.

В настоящее время создание высокочувствительных и эффективных систем мониторинга инженерных сооружений и технических конструкций, бесконтактные измерения деформаций и дефектоскопия- деталей и узлов машиностроительных конструкций, бесконтактный мониторинг материалов и компонентов устройств нано-, микро- и оптоэлектроники является важной и актуальной задачей. Для решения задач такого рода успешно используются лазерные измерительные технологии, в том числе методы оптической интерферометрии, являющиеся одними из наиболее чувствительных к малым изменениям физических параметров.исследуемых материалов и колебательных состояний узлов и деталей.

Адаптивность оптических интерферометров к медленным (по сравнению с измеряемыми процессами) изменениям внешних условий, может быть обеспечена использованием« интерференции световых пучков при их взаимодействии на динамических голограммах в фоторефрактивных кристаллах [1, 2], таких как силлениты (В^гЭЮго, В^веОго, В112ТЮ2о), фосфид и арсенид галлия, фосфид индия, теллурид кадмия, титанат бария.

Кубические кристаллы титаната (В^гТЮго, ВТО), германата (В^веОго, ВвО) и-силиката висмута (В^ЗЮго, ВБО), относящиеся к группе силленитов, привлекают внимание как материал для динамической голографии и ее приложений благодаря сравнительно быстрому отклику на световое' воздействие. При этом для формирования голограмм в них, как правило, используется пропускающая геометрия, в которой опорный и объектный лучи распространяются в кристалле под малым углом друг к другу. Однако для увеличения до необходимого уровня дифракционной эффективности такой голограммы необходимо прикладывать к кристаллу сильное электрическое поле. Это делает измерительную систему сложной, дорогой и', энергоемкой. Более того, существует ряд приложений, в которых применение высоких напряжений недопустимо. б

Дифракционная эффективность голограммы может быть существенно повышена в случае ее записи в отражательной геометрии, когда лучи распространяются в кристалле навстречу друг другу. Такое встречное взаимодействие без приложения внешнего электрического поля-имеет высокую эффективность в материалах с большим количеством ловушечных центров, в частности, в кристаллах титаната висмута. Однако сложная структура ловушечных центров в кристаллах класса силленитов и присущая им естественная оптическая активность (гиротропия) могут приводить к значительному влиянию на эффективность встречного взаимодействия и на выходной сигнал адаптивного голографического интерферометра выбора условий взаимодействия (ориентации кристалла и поляризации световых пучков) и внешних воздействий, таких как температура окружающей среды и внешняя^некогерентная подсветка. Поскольку работающие в реальных условиях системы мониторинга, использующие адаптивные интерферометры на фоторефрактивных кристаллах, должны функционировать , в- широком, диапазоне температур и в условиях различной освещенности, актуальными, являются задачи исследования влияния температуры и внешней подсветки на отражательные динамические голограммы- в' таких кристаллах и разработки соответствующих моделей, описывающих эффективность встречного взаимодействия. Актуальными являются,и задачи разработки схемных решений для адаптивных голографических интерферометров, основанных на встречном взаимодействии' в кубических гиротропных кристаллах, класса силленитов,,-создания' соответствующего лабораторного» макета и исследования основных характеристик разработанного интерферометра.

Целью диссертационной работы является разработка адаптивного голографического интерферометра на основе встречного двухпучкового взаимодействия на динамических отражательных голограммах в кубических фоторефрактивных кристаллах класса силленитов.

В работе были-поставлены и решены следующие задачи:

1. Исследование процессов формирования отражательных голограмм в фоторефрактивных кристаллах силленитов с учетом естественной оптической активности и сложной структуры дефектных центров, в том числе в условиях фазовой модуляции сигнального пучка и изменяющихся внешних воздействий, таких как температура окружающей среды и некогерентная подсветка; разработка теоретических моделей встречного духволнового взаимодействия в рассматриваемых условиях.

2. Разработка и развитие схемных решений для адаптивных голографических интерферометров, основанных на встречном взаимодействии световых пучков на отражательных динамических голограммах в кубических гиротропных кристаллах класса силленитов.

3. Разработка и реализация лабораторного макета адаптивного голографического интерферометра, основанного на встречном взаимодействии стационарной циркулярно-поляризованной волны накачки с фазово-модулированной сигнальной волной, имеющей линейную поляризацию, в кристаллах титаната висмута среза (100).

4. Исследование амплитудных характеристик разработанного лабораторного макета адаптивного голографического интерферометра*

Методы исследования. Теоретический анализ динамики фоторефрактивного отклика основывался на модели зонного переноса для кристаллов, содержащих глубокие донорно-ловушечные пары. При численном моделировании для решения системы нелинейных дифференциальных уравнений использовался метод Эйлера.

При анализе и обработке экспериментальных результатов по динамике взаимодействия световых пучков на отражательных голограммах в кристаллах титаната висмута использовались модели, как использующие приближения неистощимой накачки, так и учитывающие истощение накачки и развитие фотоиндуцированного поглощения света.

Для теоретического анализа фазовой демодуляции световых пучков-на отражательных динамических голограммах в кубических гиротропных фоторефрактивных кристаллах использовалась векторная модель встречного двухволнового взаимодействия.

В экспериментальных исследованиях формирования лазерными пучками отражательных голограмм в кристаллах силлениитов использовались методы динамической голографии, подсветка кристалла некогерентным узкополосным излучением полупроводниковых светодиодов, а также управление температурой кристалла с помощью элемента Пельтье.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Разработанная методика численного .расчета поляризационных зависимостей эффективного: коэффициента двухпучкового . усиления- и поляризационных характеристик сигнального пучка при; взаимодействии-линейно поляризованных волн на: отражательных* голограммах^ в кристаллах класса силленитов', имеющих просветленные грани,' позволяет из экспериментальных данных определить постоянную связи:у и абсорбционную: составляющую голограммы ga, которые необходимы для; расчета параметров; устройств динамической;голографии^ реализуемых на основе такого встречного взаимодействия. 2. Изменение температуры кристалла- титаната. висмута среза (100) . приводит к изменению коэффициента двухпучкового усиления- при встречном взаимодействии в; нем линейно поляризованных- световых волн, связанному с термооптическим эффектом, линейным тепловым расширением, наличием- в. кристалле мелких ловушечных центров и их заселением за счет рекомбинации электронов, фотовозбужденных в зону проводимости с глубоких донорных центров.

3; При взаимодействии на, отражательных динамических голограммах в кристаллах титаната висмута стационарной, опорной волны, имеющей круговую поляризацию и распространяющейся вдоль кристаллографического направления [100], с линейно поляризованной фазово-модулированной сигнальной волной, распространяющейся во встречном направлении, преимущественно линейный или квадратичный режимы фазовой демодуляции реализуются для ориентации её вектора поляризации на входной грани под углом к оси [010], отсчитываемым к оси [001] и равным рс1 /2-рп/2 или рс!/2- (2р + 1)я74, соответственно, где р - удельное оптическое вращение, с1 -толщина кристалла,/? - целое число.

4. Адаптивный голографический интерферометр, использующий встречное взаимодействие на отражательных динамических голограммах в кристалле В^ТЮго^^Си среза (100) без прилагаемого к нему внешнего электрического поля, лазерное излучение с длиной волны 532 нм, сигнальный" пучок с мощностью 200 мкВт, фотодиодный приемник с токрвой монохроматической чувствительностью 4 А/Вт и селективный вольтметр, с полосой анализа 20 Гц, обеспечивает дистанционное обнаружение и измерение вибраций исследуемой поверхности с амплитудами менее 5 пм.

Достоверность результатов работы, полученных при теоретических расчетах, обусловлена постановкой задачи с использованием обоснованных приближений и известных моделей фоторефрактивного отклика, а также дающих хорошую сходимость методов численного интегрирования систем нелинейных дифференциальных уравнений на основе современного программного обеспечения. Достоверность экспериментальных результатов базируется на использовании измерительных приборов с известными характеристиками, а также на обработке большого массива экспериментальных данных, позволяющей усреднить случайные погрешности измерений, которые не превышали 5%. При подгонке расчетных зависимостей под экспериментальные данные использовался метод наименьших квадратов. Относительная погрешность измерений интенсивностей световых волн не превышала 20%. Полученные в диссертации теоретические и расчетные результаты подтверждаются:

- экспериментами, имеющими качественный характер;

- количественным согласием с экспериментальными данными в пределах погрешности измерений;

- использованием полученных результатов при разработке и реализации лабораторного образца адаптивного голографического интерферометра.

Научная новизна:

1. Экспериментально продемонстрирована возможность управления эффективностью отражательной голограммы, формируемой в кристалле^ титаната висмута лазерным излучением с длиной волны 633 нм, при подсветке некогерентным излучением из зеленой области спектра. Показано, что включение внешней некогерентной подсветки, коротковолновой по отношению к когерентному излучению, формирующему отражательную4 динамическую голограмму в кристаллах силленитов со сложной структурой дефектных центров, может приводить к изменению знака коэффициента двухпучкового усиления; связанному с изменением на 180° фазы в распределении поля пространственного заряда такой фоторефрактивной голограммы.

2. Экспериментально обнаружена сильная температурная зависимость эффективности встречного взаимодействия световых волн на отражательной голограмме, при формировании^ которой* используется сигнальный, пучок, образующийся при отражении пучка накачки от выходной грани- кристалла Bii2Ti02o:Ca среза (100). На основании проведенных экспериментальных исследований и теоретического анализа показано, что изменение амплитуды фоторефрактивной голограммы с температурой' связано с термооптическим эффектом, линейным тепловым расширением кристалла, наличием в нем мелких ловушечных центров и их заселением за счет рекомбинации электронов, фотовозбужденных в зону проводимости с глубоких донорных центров.

3. Разработана теоретическая модель встречного двухволнового взаимодействия стационарной опорной волны, имеющей круговую поляризацию, с произвольно поляризованной фазово-модулированной сигнальной волной, на отражательных динамических голограммах в кристаллах силленитов произвольного среза.

4. Теоретически и экспериментально исследована амплитудная характеристика адаптивного голографического интерферометра, предназначенного для мониторинга колебаний зеркально отражающих объектов. Показано, что при использовании в таком интерферометре встречного взаимодействия в кристаллах В^ТЮго^е^и среза (100) возможно дистанционное обнаружение и измерение вибраций исследуемой поверхности амплитудами менее 5 пм.

Практическая значимость проведенных исследований заключается в следующем:

1. Разработанная методика численного расчета поляризационных зависимостей эффективного коэффициента двухпучкового усиления и поляризационных характеристик сигнального пучка при взаимодействии линейно поляризованных волн на отражательных голограммах в кристаллах класса силленитов, имеющих просветленные грани, позволяет из экспериментальных данных определить параметры кристалла, которые необходимы для расчета устройств динамической голографии, реализуемых на основе такого встречного взаимодействия.

2. Предложенная схема голографического интерферометра без делительного элемента, использующего прошедшую через кристалл опорную волну для создания сигнального пучка, отраженного от исследуемого объекта, может быть использована для дистанционного мониторинга его колебаний и позволяет увеличить чувствительность к измерению амплитуды таких колебаний, вследствие увеличения мощности сигнального пучка.

3. Найденные из расчетов и подтвержденные экспериментально данные по выходным. . сигналам адаптивного голографического интерферометра, основанного на встречном взаимодействии в кристаллах силленитов, показывают, что использование кристалла титаната висмута среза (100) позволяет увеличить, амплитуду в линейном режиме фазовой демодуляции почти на два порядка, по сравнению, с. интерферометрами; реализуемыми: на кристаллах силиката висмута срезов (110) и (111).

4. Выявленные условия ■ реализации линейного, квадратичного или смешанного режима трансформации« фазовой модуляции' сигнальной волны в модуляцию ее мощности, при; встречном взаимодействии в- кристаллах силленитов среза (100) с волной: накачки, имеющей круговую поляризацию^, делают возможным установление необходимого режима демодуляции-выбором соответствующего поляризационного состояния сигнальной волны.

5. Созданный лабораторный! макет адаптивного голографического интерферометра позволяет измерять' амплитуду колебаний зеркально отражающих поверхностей; с минимальной; амплитудой- 5 пм; и используется в? настоящее время; при. выполнении МИР на кафедре Электронных приборов; Томского государственного; университета систем« управления,: и радиоэлектроники и в ООО «Кристалл Т». .

Внедрение. Результаты работы, и разработанный лабораторный; макет адаптивного голографического интерферометра! используются в*, НИР, проводимых на кафедре Электронных- приборов. Томского государственного" университета систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР) и в ООО «Кристалл: Т»; в учебных курсах «Голографические методы в, фотонике и оптоинформатике», «Динамическая голография», а также при курсовом и дипломном? проектировании студентов" специальности 210105 и направлений подготовки; 200600 «Фотоника и оптоинформатика» • ТУ СУР. Акты внедрения приведены в Приложении-к диссертации.

Апробация работы;

Материалы диссертационной работы докладывались на Международной конференции Fundamental problems of Opto-and Microelectronics (г. Владивосток, 2005 г.); на Международных конференциях молодых ученых и специалистов «0птика-2005», «Оптика-2007» (г. Санкт-Петербург); на XLIII, XLV и XLVIII Международных научных студенческих конференциях «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, 2005, 2007 и, 2010 годы); на Международных научно-практических конференциях «Электронные средства и системы управления» (Томск, 2005 и 2007 годы); на XI Национальной конференции по росту кристаллов НКРК-2004, (Москва, 2004г.); на VI Международной конференции «Лазерная физика и оптические технологии» (Гродно, Беларусь, 25-29 сентября 2006 г.); на, Всероссийских научно-технических^ конференциях студентов, аспирантов* и молодых ученых «Научная сессия ТУСУР» (Томск, 2007, 2008 и 2009 годы); на Международной научной коференции «Волны-2007»^ (Звенигород, 2007 г.); на Международной конференцию Photorefractive Effects, Photosensitivity, Fiber Gratings,. Photonic Materials and More «PR 2007»(Lake Tahoe, California, USA 2007); на XXVI школе по когерентной оптике и голографии «Голография:; фундаментальные исследования, инновационные проекты^ и нанотехнологии» (Иркутск, 2008' г.; Hat IX Международной конференции Актуальные проблемы электронного приборостроения «АПЭП - 2008» (Новосибирск, 2008 г.); на-Международной конференции 9th; European Conference on Applications; of Polar Dielectrics (HCAPD) (Rome, Italy, 2008); на: Международном оптическом- конгрессе «Оптика - XXI век» (Санкт-Петербург, Россия); на Международной' конференции Photorefractive Materials, Effects, and Devices Control of Light and Matter, (PR'09) (Bad Honnef, Germany, 2009); на XII Российской научной студенческой конференции^ «Физика твердого тела» (Томск, 2010 г.). . .

Стенды с описанием созданного лабораторного макета адаптивного голографического интерферометра были представлены на

Международных выставках «Фотоника» в 2008, 2009 и 2010 годах (Москва); на Международной выставке «Laser World of Photonics 2009» (Мюнхен, 2009 г.); лабораторный макет интерферометра демонстрировался на XI Инновационном форуме с международным участием (Томск, 2008 г).

Публикации.

Основные результаты диссертации изложены в 24-х публикациях: в 4-х статьях, входящих в Перечень ВАК РФ, в 11-й публикациях в сборниках трудов Международных конференций, в 8-и публикациях в сборниках трудов Российских научных конференций и одно свидетельство о регистрации электронного ресурса в объединенном фонде электронных ресурсов «Наука и образование».

Личный вклад автора.

В диссертации использованы только те результаты, в получении которых автору принадлежит определяющая роль. Опубликованные работы написаны в соавторстве либо с членами научной группы, либо со' студентами: B.C. Беликовым, А.А. Ефановым. В совместных работах диссертант принимал участие в теоретическом анализе, моделировании, расчетах; в создании экспериментальных установок, проведении экспериментов и интерпретации» результатов. Постановка задач исследований осуществлялась научным руководителем.

Структура, объем и содержание диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и Приложения. Полный объем диссертации - 161 страница, включая 55 рисунков. Нумерация формул и рисунков принята по главам.

Заключение диссертации по теме «Оптика», Колегов, Алексей Анатольевич

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Разработана методика численного расчета поляризационных^ зависимостей эффективного коэффициента двухпучкового усиления и выходного поляризационного угла сигнального пучка при встречном взаимодействии в кристаллах класса силленитов с просветленными гранями, позволяющая из экспериментальных данных определить параметры кристалла, характеризующие эффективность взаимодействия на фоторерфактивной и абсорбционной составляющих отражательной голограммы, необходимые для проектирования различных устройств динамической голографии.

2. Экспериментально продемонстрирована возможность управления эффективностью отражательной голограммы, формируемой в кристалле титаната висмута лазерным излучением с длиной волны 633 нм, при подсветке некогерентным излучением из зеленой области спектра.

3. Модифицирована модель зонного переноса, предполагающая наличие в кристалле близко расположенных донорно-ловушечных пар, допускающих фотовозбуждение электронов в зону проводимости излучением из красной области спектра, и глубоких донорных центров, фотовозбуждение которых возможно только излучением некогерентной подсветки, позволяющая описать динамику развития фотоиндуцированного поглощения и формирования поля пространственного заряда, в том числе, изменение знака последнего при увеличении интенсивности подсветки. Проведенный численный анализ показал, что наблюдаемая экспериментально временная эволюция оптического поглощения и эффективного коэффициента двухпучкового усиления, для встречного взаимодействия на динамической отражательной решетке фоторефрактивного типа, качественно согласуется с предсказываемой в рамках,, модифицированной теоретической модели.

4. Разработана методика экспериментального исследования и количественного анализа динамики релаксации отражательной голограммы в кристаллах силленитов* среза (100) с просветленными гранями в условиях некогерентной подсветки.

5. Показано, что при некогерентной подсветке на длине волны 515 нм-процесс релаксации отражательной голограммы, сформированной при взаимодействии двух лазерных пучков с длиной волны 633 нм в нелегированном кристалле титаната висмута среза (100), происходит с изменением знака коэффициента двухпучкового усиления. Это свидетельствует об изменении знака поля пространственного заряда динамической голограммы при ее релаксации в условиях коротковолновой подсветки.

6. Развита теоретическая модель и разработана методика численного анализа, позволяющая учесть влияние термооптического эффекта и изменение линейных размеров кристалла на динамику и эффективность встречного двухволнового взаимодействия в фоторефрактивных кристаллах в условиях изменения их рабочей температуры.

7. Установлено, что рост коэффициента двухпучкового усиления re^(i) с уменьшением температуры кристалла может быть объяснен, в рамках модели зонного переноса, наличием в кристалле мелких ловушечных центров и их заселением за счет рекомбинации электронов,' фотовозбужденных в зону проводимости с глубоких донорных центров, обеспечивающим увеличение эффективного поля пространственного заряда ESc отражательной голограммы.

8. Проведен теоретический анализ встречного двухволнового взаимодействия стационарной опорной волны, имеющей круговую поляризацию, с произвольно поляризованной фазово-модулированной сигнальной волной, на отражательных динамических голограммах в кристаллах силленитов произвольного среза.

9. Предложены две схемы реализации голографических интерферометров^ использующих встречное взаимодействие стационарной волны накачки с круговой поляризацией с фазово-модулированной сигнальной волной,

143 поляризационное состояние которой можно задавать для достижения необходимых режимов фазовой демодуляции, и диффузионный механизм записи отражательной голограммы, в кристаллах класса силленитов.

10. Экспериментально исследована амплитудная характеристика адаптивного голографического интерферометра на основе встречного-двухволнового взаимодействия в кристаллах титаната всимута среза (100), предназначенного для измерения амплитуды вибраций зеркально отражающих поверхностей. Получено, что использование в интерферометре лазера с длиной волны 532 нм, сигнального пучка с мощностью 200 мкВт, фотодиода с токовой чувствительностью 4 А/Вт позволяет измерить колебания зеркально отражающей поверхности с амплитудой 0.005 нм.

11. На основе полученных соотношений для относительной амплитуды первой гармоники при взаимодействии на отражательных динамических голограммах в кристаллах среза (100) стационарной опорной волны, имеющей круговую поляризацию, с линейно поляризованной фазово-модулированной сигнальной волной, проведен теоретический анализ амплитудной характеристики адаптивного голографического интерферометра, при котором учитывались дробовой и тепловой шумы фотодиода. Получено аналитическое выражение, описывающее зависимость амплитуды выходного электрического сигнала интерферометра от амплитуды колебаний исследуемого объекта. Проведенные расчеты характеристик интерферометра показали хорошее соответствие экспериментальным данным.

Заключение

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Колегов, Алексей Анатольевич, 2010 год

1. Петров, М.П. Фоторефрактивные кристаллы в когерентной оптике / М.П. Петров, С.И. Степанов, А.В. Хоменко. СПб.: Наука, 1992. - 320с.

2. Solymar, L. The physics and applications of photorefractive materials / L. Solymar, D.J. Webb, A. Grunnet-Jepsen. CLARENDON PRESS - OXFORD, 1996.-495 p.

3. Стурман, Б.И. Фотогальванический эффект в средах без центра симметрии и родственные явления / Б.И. Стурман, В.М. Фридкин. -М.: Наука, 1992. -208 с.

4. Фоторефрактивные эффекты в электрооптических кристаллах: монография / С.М. Шандаров и др.. Томск: Томск, гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники, 2007. - 242 с.

5. Одулов, С.Г. Лазеры на динамических решетках: Оптические генераторы на четырехволновом смешении / С.Г. Одулов, М.С. Соскин, А.И. Хижняк -М.: Наука, 1990.-272 с.

6. Stepanov, S.I. Application of photorefractive crystals / S.I. Stepanov // Rep. Prog. Phys. -1994. -P. 39-116.

7. Kukhtarev, N. Reflection holographic gratings in 111. cut Bii2Ti02o crystal for real time interferometry / N. Kukhtarev [et al] // Optics Commun. -1993. -V.104. -P. 23-28.

8. Канаев, И.Ф. Узкополосные голографические интерференционные фильтры на LiNb03 / И.Ф. Канаев, В.К. Малиновский, Н.В. Суровцев // ФТТ. -2000. -Т.42. -С. 2079-2084.

9. Delaye, P. Detection of ultrasonic motion of a scattering surface by photorefractive InP:Fe under an applied dc field / P. Delaye et al. // J. Opt. Soc. Am. B. -1997. -V. 14.-P. 1723.

10. Kamshilin, A.A. Adaptive correlation filter for stabilization of interference-fiberoptic sensors / A.A. Kamshilin, T. Jaaskelainen, Yu. N Kulchin // Appl. Phys.1.tt.-1998.-V. 73.-P. 705

11. П.Ромашко, P.B. Адаптивный спекл-интерферометр на основе фоторефрактивной отражательной голограммы / Р.В. Ромашко и др. // Изв. РАН. Сер. Физич. -2005. -Т. 69. -№ 8, С. 1139

12. Способ адаптивной обработки оптического сигнала / Р.В. Ромашко и др.//" Патент РФ на изобретение № 2279113 от 27.06.2006 по заявке 2004134012/28 от 22.11.2004.

13. Petrov, V. Precise subnanometer control of the position of a macro object by light pressure / V. Petrov et al. // Opt. Lett. -2005. -V. 30. -P. 3138.

14. Ромашко; Р.В. Адаптивный интерферометр на основе анизотропной дифракции на фоторефрактивной отражательной голограмме / Р.В. Ромашко, Ю.Н. Кульчин, А.А. Камшилин // Изв. РАН. Сер. Физич. -2006. -Т. 70. № 9, -С. 1296; .

15. Di Girolamo, S. Fast adaptive interferometer on: dynamic reflection hologram in. CdTe:V / S. Di Girolamo et al.// Optics Express. -2007C -V. 15. -№ 2. -P. 545. 555

16. Kukhtarev, N.V. Holographic storage in electrooptic crystals: I. steady state /N.V. Kukhtarev et al. // Ferroelectrics. 1979. -V. 22. - P. 949 - 960.

17. Плесовских, A.M. Векторное двухволновое взаимодействие на отражательных голографических решетках в кубических гиротропных. фоторефрактивных кристаллах 7 A.M. , Плесовских и др. // Квантовая' электроника. -2005. -Т. 35. -С. 163—168.

18. Kamshilin, А.А. Simultaneous recording of absorption and> photorefractive146gratings in photorefractive crystals / A.A. Kamshilin // Optics Communication. -1992. -V. 93. -P. 350-358.

19. Kobozev, O.V. Light-induced absorption in a Bii2TiO20 crystal / OIV. Kobozev et al.//J. Opt. A : Pure Appl. Opt.-1999.-V.l.-P.442-447.

20. Камшилин, A.A. Инфракрасное гашение фотопроводимости и" голографическая запись в силикате висмута / А.А. Камшилин, М.П. Петров // ФТТ;-1981. -Т.23. -С. 3110-3116.

21. Miteva, М. Oscillating behaviour of diffracted on uniform illumination of holograms in photo-refractive Bit2Ti02o crystals / M. Miteva, L. Nicolova // Opt. Commun.-1988. -V.67. P. 192-194

22. Strohkendl, F.P. Light-induced dark decays of photorefractive gratings and their observation in B,2SiO20 / P.P. Strohkendl // Appl. Phys. 1989." - V. 65, - P. 3773-3780/ ■

23. Петров, М.П. Новый механизм записи; изображений в фоторефрактивный кристалл / М.П. Петров и др;. // ЖТФ. -1985. -Т.55. -№11. -С. 2247-2250.

24. Buse, К. Light-induced? charge transport processes in photorefractive crystals. L, Models and experimental methods;/ K. Buse // Appl. Phys. B. -1997. -V. 64, -P. 273-291.

25. Bashaw,. M.C. Comparison of single- and two-species models of electron—hole . transport in photorefractive media / M. C; Bashaw, T.-P. Ma, R. C. Barker //

26. JOS А В. -1992. -V. 9. -P. 1666-1672

27. Грачев, А.И. О монополярности: примесной фотопроводимости кристаллов типа силленита / А.И; Грачев // ФТТ. -1998. -Т.40.-№12. -С. 2178 2179:

28. Грачев, А.И. Голографическая запись в фоторефрактивных. кристаллах в условиях нестационарности, и нелинейности фотопроводимости / А.И. Грачев // ФТТ. -1999. -Т.41. -№6. -С. 1012 1018.

29. Buse, К. Three valence charge - transport model for explanation of the photorefractive effect / K. Buse, E. Kratzig // Appl. Phys. B. -1995. -V.61. -P. 2732.

30. Shandarov, S.M. Temperature dependences of optical absorption and its light-induced changes in sillenite crystals / S. M. Shandarov et al.,// Proc. SPIE. -2007. -V.6595. P. 124.

31. Кристаллы Bii2Mx02o s со структурой силленита. Синтез, строение, свойства / Ю.Ф. Каргин и др.. М.: ИОНХ РАН, 2004. -312 с.35:Shandarov, S.M. Two-beam coupling in;sillenite crystals / S.M. Shandarov et al. // Proc. SPIE. 1996. - V. 2969. - P. 202-210.

32. Шандаров, G.M. Динамика фотоиндуцированного поглощения света в кристаллах титаната . висмута / С.М.\ Щандаров. и^ др. .// Химия высоких энергий.-2008;-Т. 42:-№4; С.58-60.

33. Агеев, Е.Ю. Двухволновое взаимодействие на: отражательной решетке в кристалле Bii2Ti02o / Е.Ю. Агеев: и др. // Квантовая электроника. -2001. -Т.31. -№4. -С. 343 -345. .

34. Волков, В.И: Влияние фотоупругости на самодифракцию света в электрооптических кристаллах / В.И: Волков и др. // Квантовая электроника.-1991.-Т.18;-С. 1237-1240; ;

35. Мартьянов, А.Г. Встречное двухволновое взаимодействие в кристалле Bii2Ti02o:Ca:Ga в условиях фотоиндуцированного поглощения света / А.Г. Мартьянов и др. //Квантовая электроника. -2003. -Т. 33. -№ 3. -С. 226-230.148

36. Shandarov, S. Photrefractive properties of doped sillenite crystals / S. Shandarov et al. // Proc. SPIE. -1996. -V. 2801. -P. 221-230.

37. Стурман, Б.И. Векторное взаимодействие волн в кубических фоторефрактивных кристаллах / Б.И. Стурман и др. // ЖЭТФ. -2001. -Т.119^ -С. 125-142

38. International trends in optics / ed. J.W. Goodman. Boston: Academic Press, 1991.-525 p.

39. Yeh, P. Introduction to photorefractive nonlinear optics / P. Yeh -New York: Wiley, 1993.-409 p.

40. Shandarov, S.M. Polarization effects at two-beam interaction on reflection holographic gratings in sillenite crystals / S.M. Shandarov et al. // Laser PhysicsT -2007. -V. 17, -№ 4. -P. 482-490.

41. Шандаров, C.M. Динамические голограммы Денисюка в кубических фоторефрактивных кристаллах / С.М. Шандаров и др. // Квантовая электроника. -2008. -Т.38. -№11. -С. 1059-1069.

42. Кульчин, Ю.Н. Адаптивные распределенные оптоэлектронные информационно-измерительные системы / Ю.Н. Кульчин // УФН. -2003. -Т. 173. -С. 894-899.

43. Kamshilin, A.A. Photorefractive correlation filtering of time-varying laser speckles for vibration monitoring / A.A. Kamshilin et al. // Appl. Phys. Lett. -1998. -V. 73.-P. 1466- 1468.

44. Nippolainen, E. Photorefractive fibers for adaptive correlation filtering of a^ speckle-pattern displacement / E. Nippolainen et al. // Optical materials. -2000. -V. 14. -p. i4.

45. Kamshilin, A.A. Adaptive correlation filters for speckle patterns in photorefractive149crystals / A.A. Kamshilin et al.// Applied Physics В. -1999. -V. 68. -P. 1031— 1038.

46. Кульчин, Ю.Н. Многоканальный корреляционный фильтр на основе фоторефрактивного кристалла для обработки изменяющихся спеютовх полей/ Ю.Н. Кульчин и др.//Письма в ЖТФ.-2000.-Т. 26.-С. 23 27.

47. Hemmo Tuovinen. Beam Fanning and Phase Conjugation in Sillenite Crystals -University of Joensuu. Department of Physics. Väisälä Laboratory. Dissertations, 13, 1997,44 p. . .

48. Young, L. Theory of formation of phase holograms in lithium niobate / L. Young et al. // Appi; Phys. Lett. -1974. -V.24. -P. 264-265.

49. Hall, T.L. Detector for an optical-fiber acoustic sensor using dynamic holographic interferometry / T. J. Hall et al. // Opt. Lett. -.1980; -V. 5. -P. 485.

50. Romashko, R:V. Adaptive correlation filter based on dynamic reflection hologram formed in photorefractive Bi.2Ti02o crystal / R.V. Romashko et al] // Opt; Rev. -2005. -V.12. -No. 1. -P.58-60.

51. Paivasaari, K. Linear phase-to-intensity transformation in crystals with non-local photorefractive response: / K. Paivasaari et al. // Photorefractive Effects, Materials, and Devices. -2001. -P. 310.

52. Kamshilin, A. Two-wave mixing of phase-modulated beams in GaP under, a dc: electric field / A. Kamshilin et al. // Opt. Lett. -2001. -V. 26. -P. 527-529.

53. Kamshilin , A. Fast adaptive interferometer with a photorefractive GaP crystal / A. Kamshilin, V. Prokofiev. // Opt. Lett. -2002. V. 27. -P. 1711-1713.

54. Paivasaari, K. Highly sensitive photorefractive interferometry using external ас-field/ K. Paivasaari et al. II Photorefractive Effects, Materials, and Devices.2005.-V. 99. -P. 681.

55. Kamshilin, A.A. Adaptive interferometer based on, wave mixing? in a photorefractive crystal under alternating electric .field; / A.A., Kamshilin;; A.Iv Grachev // Appl. Phys. Lett. -2002. -V.81. -P. 2923.

56. Hahn, J. Measurements of Light Pressure from UV to IR using a Dynamic Holographic Interferometer / J. Hahn et al. // Photorefractive Effects, Materials,and Devices. -2003. -P. 669-674.

57. Брыксин, B.B. Сила Казимира между тонкими пленками реальных металлов / В. В. Брыксин, М. П. Петров // Письма в ЖЭТФ. -2007. -Т.86. -С. 424-426

58. Петров, В.М. Исследование сил Казимира методами динамической" голографии / В. М. Петров и др. // ЖЭТФ. -2007. -Т. 131. -С. 798-807

59. Рез, И.С. Кристаллы с нелинейной поляризуемостью / И.С. Рез // УФН. -1967.-Т.93.-С. 633-674.

60. Сонин, A.C. Электрооптические кристаллы / A.C. Сонин, A.C. Василевская. -М.: Атомиздат, 1971. -327 с.

61. Колегов, А.А. Влияние некогерентной подсветки на двухволновое взаимодействие света в кристалле титаната висмута / А.А. Колегов и др. // Известия РАН, Серия физическая. -2008. -Т.72. -С. 23-27. "**

62. Prokofiev, V.V. Growth and characterization of photorefractive Bii2Ti02o single crystals / V.V. Prokofiev et al. // Ciyst. Res. Technol. -1995. -V. 30. -P. 171.

63. Мартьянов, А. Г. Взаимодействие световых волн на отражательной голографической решетке в кубических фоторефрактивных кристаллах / А.Г. Мартьянов, С.М. Шандаров, Р.В. Литвинов // ФТТ. -2002. -Т.44. -№6. -С. 1006-1010.

64. Дубровин, А.Н. Температурные зависимости оптического поглощения и его фотоиндуцированных изменений в фоторефрактивном кристалле Bii2TiO20:Ca / А.Н. Дубровин, А.Е. Мандель, С.М. Шандаров и др. // Неорганические материалы.- 2004.- №12.- С. 1459-1462.

65. Плесовских, A.M. Влияние постоянного внешнего поля на динамику фоторефрактивного отклика в кристаллах с двукратно ионизируемыми донорными центрами и мелкими ловушками / A.M. Плесовских, G.M. Шандаров // ФТТ. -2002. -Т. 44. -вып. 1. -С. 57-61.

66. Каргин, Ю.Ф. Кристаллы Bi12Mx02o± со структурой силленита. Синтез, строение, свойства / Ю.Ф. Каригин и др. // М.: Азбука-2000, 2005. 316 с.

67. Колегов, А.А. Двухволновое' взаимодействие на динамических, отражательных голограммах в кубических фоторефрактивных кристаллах при» фазовой модуляции сигнального пучка / А.А. Колегов и др. // Химия; высоких энергий; -2008. -42. -№4t -с. 38-40;.

68. Колегов, А.А. Двухволновое взаимодействие при. фазовой модуляции сигнального пучка / А.А. Колегов;. А.А. Ефанов // В кн. Материалы докладов Всероссийской научно-технической конференции «Научная сессия ТУСУР-2008» В-Спектор:;Томск. -2008. -с. 189 - 192.

69. Колегов, А.А. Двухволновое взаимодействие на отражательных динамических решетках- в кристаллах силленитов при фазовой модуляции^ сигнального пучка / А.А. Колегов и др. // Труды школы-семинара "Волны-2008".-2008.-Ч. 4.-с. 88-90. CD-ROM

70. Kolegov, А.А. Two-beam interaction on-reflection holograms in sillenite crystals under phase modulation of signal , beam / A.A. Kolegov et al. // Abstract booklet154of 9th European Conference on Applications of Polar Dielectrics. r2008. -p. 263

71. Kolegov, А.А. Two-wave mixing on reflection dynamic gratings in sillenite crystals under phase modulation of signal beam / A.A. Kolegov et al. // Physics of Wave Phenomena. 2009. V. 17. -No 1. p. 39 - 44.

72. Mallick, S. Polarization properties of self-diffraction in sillenite crystals: reflection volume gratings / S. Mallick, M. Miteva, L. Nikolova // J. Opt. Soc. Am. B. -1997. -V. 14. -P. 1179-1186.

73. Гольцер, И.В. Четвертьволновая пластинка, перестраиваемая в широком диапазоне длин волн Текст. / М.Я. Даршт, Б.Я. Зельдович, Н.Д. Кундикова^ Л.Ф, Рогачева // Квантовая электроника. -1995. Т. 25. - С. 201 - 204.

74. Проектирование оптико-электронных приборов: Учебник / Ю.Б. Парвулюсов, С.А. Радионов, В.П. Солдатов //М.: Логос. -2000. -488с.

75. Аксененко, М.Д. Приемники оптического излучения. Справочник / М.Д.155

76. Аксененко, M.JT. Бараночников // М.: Радио и связь. -1987. -296 с.

77. Анисимова, И.Д. Полупроводниковые фотоприемники / И.Д. Анисимова и др. // М.: Радио и связь. -1984. -216 с.

78. Роберт Дж. Киес. Фотоприемники видимого и ИК диапазонов. (Optical and Infrared Detectors) / Роберт Дж.Киес и др. // М.: Радио и связь. -1985. -330с.

79. C) Л V г С" Г H К II 11 Л M \КЛЛЕМ ИМ НАУК \fUCCItïiCk" \М \К\ЧД£МИЯ О'КГЛЗОВЛНИЛ I

80. ИНГ! im Г НЛ> \llicnl НИФШ'МЛЦНН II миннгпгпнгл t

81. ОБШЦИПШНЫП ФОНД ЭЛЕКТРОННЫХ РЕСУГСОВ "НЛУКЛ И ОЫ'ЛЗОИЛНИК" f

82. СЗКДК'Г.ЕЛЬС'ГВО О У ЕГ И С ТРЛ Ц ЦЯ ■'•) JÍ Е К Т Р О ц II О Г О РЕСУРС Л1. W J• • .Vf1. ЛЬ J5145 • >íivs??í 'г1.lac i'ojrmce свидетельство т.гдано на чпектрониыи рссурс. итнечакыцш: 1щсГлиантм момкшм » upiiOpiirttnoctii: |i-'

83. Программа численного анализн полкртаинипныч хиршск'рнстмк азаимодеПстнин спспшмч нолип кристаллах енллеин иш j

84. Фс tcfuuii ш>е iucv^üpciiitMiioc )чрсжлснне ■ '*Фслсрл;п.т.и< iftifjiiiyr

85. ДВГ 20Ю 01Д1Я 6D у в в Д О М Л F. Н И Еи |iuroiiii|)c)iMn xiaaiuficma о проведении экспертизы заиак* u* mufipcicinic ни fjmeeiav

86. X. иринкязЛ к pjLtsm ц)ишю но рс iv.'ifa'wtaM проведения формальной экспертизы ] прелетапчепней после завершения формальной •женертизм н корреспонденции1. КШВШИЙЯОГг*634050, г.Томск, пр. Ленина.-10. ГОУ ВПОТУСУР, патентно-инфпрхаиишшый otae.i

87. Опшим вас в ¡местность о там, что;

88. При из ченеиии адреса t>iW переписки просим агоешрематй аю&щитн oft нпачг

89. Обращаем Ваше внимание ко те, что:• информация о состоянии делопроизводства по заявкам на выдачу патента ма изобретение, поданным после 01.01.2007, размещена на сайте Роспатента по адресам:

90. Л\-УЛ\'.Гир!О.Ш», <tWWW.fipS.ru)>,

91. Глаиный специалист отдела оЗмоогкн -ишпик и пошлин /Ь-^'! Т.Н.-апокопа8(495)223 28 161. И А. Гсп.юва8 (499) 243 77 №

92. Гг.ит.т.ь'-за от 10 |А>6раю«пи^иоявт1:т.ггва Российсжой Фсзсрвиянс»т22 зг^р* 2 00 К 1 1)1. АКТ

93. О внедрении (использовании) результатов НИР1. Тема: НИР х/л 45/091. Ol «01» июня 2009 !.1. H« лог опора)

94. Лабораторный макет алаптииного топографического шперферомеща навстречном взаимодействии световых поли в кристалле титаната висмуга1 (именование НИР

95. ВЫПОЛНЕННАЯ аспирантом A.A. Колеговым ИСПОЛЬЗУЕТСЯ ООО «Кристалл Т?> при проведении ПИР ВРЕМЯ В1 ¡ЕДРЕНИЯ (ИСПОЛЬЗОВАНИЯ) I квартал 2010 г. ВИД В11ЕДРЕ11ЙЯ Лабораторный макет

96. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В РАЗРАБОТКЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ заявка на ичоберсчеиис №2010122332

97. Доктор фи 1 -мат. наук, профессор С.М. Шапдарон