Устройство для голографической записи информации на фототермопластический носитель

Устройство для голографической записи информации на фототермопластический носитель

Реферат

 

Изобретение относится к устройствам для голографической записи информации на фототермопластический носитель, является дополнительным к авторскому свидетельству N 1101030 и позволяет уменьшить энергетические потери в инфракрасном диапазоне после излучения лазерного импульса. Устройство содержит канал 6 экспонирования с оптической системой деления выходного лазерного пучка на опорный и предметный пучки. Канал 6 дополнительно имеет электрооптический элемент 26 с блоком питания 27 для поворота плоскости поляризации ИК-излучения на угол Анализатор 28 поляризации служит для вывода ИК-излучения из канала 6. Зеркальный отражатель 29 выведенного из канала ИК-излучения оптически связан через анализатор 28 поляризации с трактом канала 6. Блок питания 27 связан с блоком управления 25 электрооптическим модулятором 2 лазера. 1 ил.

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к устройствам для накопления информации, и может быть использовано в различных системах регистрации, хранения и обработки информации. Целью изобретения является уменьшение энергетических потерь в инфракрасном диапазоне после излучения лазерного импульса. На чертеже представлена оптическая схема устройства. Оптическая схема имеет активный элемент 1, электрооптический модулятор 2, зеркала 2 и 4 основного резонатора, выходное зеркало 5 сложного резонатора, канал 6 экспонирования, удвоитель 7 частоты лазерного излучения, спектральный фильтр 8, светоделитель 9, зеркала 10, коллиматор 11, транспарант 12, линзу 13, ФТП носитель 14, держатель 15, средство 16 электризации ФТП носителя, высоковольтный блок 17, теплоизлучающий канал 18, дополнительное резонаторное плечо 19 сложного резонатора, электроды 20 модулятора, поворотную призму 21, зеркало 22, средство 23 регистрации теплового излучения, линию 24 задержки, блок 25 управления электрооптического модулятора, электрооптический элемент 26, блок 27 питания электрооптического элемента, анализатор 28 поляризации для вывода ИК-излучения и зеркальный отражатель 29 выведенного из канала излучения. Устройство содержит импульсный твердотельный лазер инфракрасного диапазона, включающий активный элемент 1 и электрооптический модулятор 2 с гипотенузной гранью полного внутреннего отражения, помещенные в сложный резонатор с зеркалами 3, 4, 5, а также канал 6 экспонирования с оптической системой деления выходного лазерного пучка на опорный и предметный пучки, на входе которой расположены удвоитель 7 частоты лазерного излучения, спектральный фильтр 8 и светоделитель 9. Зеркалами 10 опорный пучок и предметный, формируемый коллиматором 11, транспарантом 12 и линзой 13, направляется на ФТП носитель 14, помещенный в держатель 15 со средством 16 электризации его поверхности, которое электрически связано с высоковольтным блоком 17. В состав устройства входит также теплоизлучающий канал 18, включающий дополнительное резонаторное плечо 19, образованное полупрозрачным зеркалом 5, расположенным на пути распространения луча, отраженного от гипотенузной грани модулятора 2 при отсутствии управляющих импульсов на его электродах 20, поворотная призма 21, зеркало 22 для направления инфракрасного излучения по теплоизлучающему каналу 18, средство 23 регистрации теплового излучения, оптически связанные с модулятором 2, а также линия 24 задержки. При этом выход средства 23 регистрации теплового излучения электрически связан с линией 24 задержки, соединенной с входом блока 25 управления электрооптического модулятора, выход которого электрически связан с электродами 20 электрооптического модулятора 2. Предлагаемое устройство содержит также электрооптический элемент 26 с блоком 27 и анализатором 28 поляризации для выхода ИК-излучения, размещенные между выходным зеркалом 4 основного резонатора лазера и удвоителем 7 частоты лазерного излучения 7, а также зеркальный отражатель 29, выведенный из канала излучения, оптически связанный через анализатор поляризации для вывода ИК-излучения 28 с трактом канала экспонирования 6, причем блок 27 питания электрического элемента 26 электрически связан с блоком 25 управления электрооптическим модулятором 2 лазера. Активным элементом 1 служит кристалл иттрий-алюминиевого граната с неодимом (ИАГ:Nd³⁺). В качестве электрооптического модулятора 2 используется стандартный элемент ЛЭЗ-1, выполненный из одноосного анизотропного кристалла ДКДР. Стандартный блок МГИН-5 используют в качестве блока 25 управления. Удвоителем 7 частоты лазерного излучения является стандартный элемент из кристалла LiNBO₃, установленный в канале экспонирования таким образом, чтобы оптическая ось лазера совпадала с направлением фазового синхронизма в кристалле. Электрооптическим элементом 26 является стандартный элемент из кристалла NiNbO₃ или ДКДР z-среза, в качестве анализатора 28 для вывода ИК-излучения используют призму из кальцита с отполированной боковой гранью для обеспечения выхода ИК-излучения в направлении зеркального отражателя 29, выведенного из канала излучения, либо диэлектрический многослойный поляризационный элемент. Отражателем 29 выведенного из канала излучения служит диэлектрическое зеркало с коэффициентом отражения на длине волны ₁ = 1,06 мкм, равным r₂₉ 1. Импульсный твердотельный лазер инфракрасного диапазона обеспечивает получение импульсов излучения двух длин волн ₁ и ₂. Инфракрасное излучение с длиной волны ₁ = 1,06 мкм используется для теплового воздействия на ФТП носитель, а видимое излучение второй гармоники с длиной волны ₂ = 0,53 мкм - для экспонирования записываемого изображения. Импульсы излучения с ₁ и ₂ распространяются соответственно в теплоизлучающем канале 18 и канале 6 экспонирования. Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии на электроды 20 модулятора 2 от блока 25 управления подано постоянное напряжение смещения. В начальный момент времени t_o включается оптическая накачка активного элемента 1. В момент времени t₁ (t₁ > t₀) при достижении порога генерации в сложном резонаторе лазера с дополнительным плечом 19 в нем появляется инфракрасное излучение свободной генерации ₁, которое направляется в теплоизлучающий канал 18. Спустя время t_лз, задаваемое линией 24 задержки, происходит кратковременный сброс напряжения с электродов 20 модулятора 2, переключение излучения в основной резонатор (зеркала 3, 4) и генерация в нем моноимпульса излучения, который после удвоителя 7 имеет длины волны ₂ и по каналу 6 экспонирования поступает в систему записи. После действия сбросового импульса, имеющего противоположную по отношению к постоянному напряжению смещения полярность, на электродах 20 модулятора 2 восстанавливается постоянное напряжение. Это вновь (как и до переключения излучения в основной резонатор и канал 6 экспонирования) приводит к включению дополнительного резонаторного плеча 19 с зеркалом 5, что открывает путь излучению в теплоизлучающий канал 18. Однако после восстановления напряжения на электродах 20 модулятора 2 лазера энергетически ситуация в канале 18 выглядит иначе, чем до включения экспонирования. Это связано с тем, что моноимпульс обедняет возбужденное состояние в активной среде I до такой степени, что усиление падает ниже пороговой величины, обусловленной уровнем потерь К₂основного резонатора лазера, а происшедшее после момента времени экспонирования t_эксп переключение излучения из основного резонатора в сложный, содержащий дополнительное плечо 19 и полупрозрачное зеркало 5, с более высоким уровнем потерь К₁ (К₁ > К₂) и порогом генерации, чем в основном резо- наторе, затрудняет условия для возникновения свободной генерации с ₁. Этим объясняется тот факт, что после t_экс в течение времени t генерация в сложном резонаторе отсутствует. Известно, что выходная энергия лазера существенно определяется соотношением коэффициентов усиления К_ус в активном элементе и потерь К_пот в резонаторе. Потери сложного резонатора определяются внутренними потерями в лазере и коэффициентами отражения z₅ и z₄ соответственно выходного зеркала 5, оптически связанного с теплоизлучающим каналом 18, и выходного зеркала 4, оптически связанного с каналом 6 экспонирования, т.е. K₂= - ln z₄+ Так как полупрозрачное зеркало 4 с z₄ < 1, через которое осуществляется вывод моноимпульса излучения из основного резонатора в направлении канала 6 экспонирования и удвоителя 7, является общим элементом для основного и сложного резонаторов, то при включенном канале 18 через него частично выводится инфракрасное излучение ₁ в тракт канала экспонирования, где оно поглощается спектральным фильтром 8. Если на этапе предварительного (т.е. до экспонирования) нагрева потери сложного резонатора, обусловленные частичным выходом излучения через зеркало 4 основного резонатора в тракт канала 6 экспонирования, способствовали достижению высокой плотности инверсной населенности рабочих уровней активной среды I лазера и, следовательно, высокого уровня усиления, что влияло на достижение приемлемой энергии моноимпульса экспонирования, то после генерации моноимпульса эти потери способствуют только уменьшению энергии инфракрасного излучения ₁ в канале 18 и являются вредными. Эти потери энергии инфракрасного излучения проявления ₁ в тракте канала 6 экспонирования можно уменьшить путем отражения излучения ₁обратно в основной резонатор лазера и далее - в теплоизлучающий канал 18. Тем самым потери сложного резонатора после момента t_экс существенно уменьшаются и это способствует достижению порога генерации после t_эксчерез промежуток времени t₁^* более короткий, чем в прототипе. Для этого в устройство введен "глухой" отражатель 29, выведенный из канала излучения, с коэффициентом отражения на длине волны ₁ около единицы (z_2a 1), который через анализатор 28 для вывода ИК-поляризации излучения оптически связан с трактом канала 6 экспонирования. Так как выходная энергия моноимпульса экспонирования определяется разностью потерь К₁ - К₂ сложного резонатора с дополнительным плечом 19 и основного резонатора лазера, то уменьшение потерь сложного резонатора путем включения отражателя 29, выведенного из канала излучения, необходимо осуществлять после экспонирования. В противном случае, т.е. при включении отражателя 29 ранее момента времени t_экс, например в момент t₁, энергия моноимпульса экспонирования будет недостаточной для осуществления записи. Уменьшение потерь инфракрасного излучения проявления ₁достигается при включении выведенного из канала излучения зеркального отражателя 29. Оно осуществляется следующим образом. Анализатор 28 поляризации для вывода ИК-излучения ориентирован в тракте канала 6 экспонирования таким образом, что пропускает излучение, выходящее после зеркала 4 и имеющее поляризацию Е_о, в направлении удвоителя 7. При этом напряжение на электрооптичеком элементе 26 отсутствует. После выработки в момент времени t_экс "сбросового" электрического импульса, поступающего на электроды 20, блок 25 управления вырабатывает синхроимпульс, идущий на запуск блока 27 питания электрооптического элемента 26. На электрооптический элемент 26 поступает полуволновое напряжение U_/2. Излучение с поляризацией Е_о, проходя управляемый электрическим полем электрооптический элемент 26, претерпевает вследствие электрооптического эффекта изменение ориентации вектора поляризации Е_о, происходит "вращение" плоскости поляризации. На выходе из элемента 26 перед анализатором 28 излучение имеет ориентацию вектора поляризации Е_е, повернутую относительно первоначальной ориентации Е_о на 90^о. В результате излучение с E_е отражается анализатором 28 состояния поляризации в направлении зеркального отражателя 29. Далее происходит его полное отражение от отражателя 29 (z₂₉11) и возвращение обратно в резонатор лазера. Таким образом, инфракрасное излучение с ₁, которое ранее выходило через зеркало 4 в тракт канала 6 экспонирования и поглощалось спектральным фильтром 8, возвращается обратно в резонатор лазера и теплоизлучающий канал 18. В целом процесс записи происходит следующим образом. Начиная с момента времени t₁, соответствующего выполнению пороговых условий (К₁ = К_ус) и появлению в теплоизлучающем канале 18 инфракрасного излучения свободной генерации ₁, и до включения в момент времени t_экс экспонирования моноимпульсом с ₂ на отрезке времени t осуществляется предварительный нагрев ФТП носителя 14. На электродах 20 модулятора 2 лазера присутствует постоянное напряжение, а блок 27 питания электрооптического элемента 26 выключен. При этом анализатор 28 поляризации для вывода ИК-излучения установлен в положение с максимальным пропусканием. Через промежуток времени t, равный времени разогрева, сигнал со средства 23 регистрации теплового излучения через линию 24 задержки достигает входа блока 25 управления. В момент времени t_экс (t_экс > t₁) происходит сброс напряжения с электродов 20 модулятора 2, отключение дополнительного резонаторного плеча 19, модуляция добротности основного резонатора и генерация в нем моноимпульса излучения, который проходит через электрооптический элемент 26 через изменения поляризации (блок 27 выключен) и далее без отклонения через анализатор 28 поляризации для вывода ИК-излучения по направлению оптической оси тракта канала 6 экспонирования. После удвоителя 7 моноимпульс имеет удвоенную частоту. Излучение с ₂ без поглощения минует спектральный фильтр 8 и оказывается непосредственно в системе формирования предметного и опорного лучей, где проецируется на ФТП носитель 14. После момента времени t_экс, когда окончилось действие сбросового импульса и произошло вновь отключение дополнительного плеча 19 и теплоизлучающего канала 18, блок 25 управления вырабатывает электрический синхроимпульс, поступающий на запуск 27 питания электрооптического элемента 26. На последний подается полуволновое напряжение U _/2. Инфракрасное излучение проявления ₁, выходящее через полупрозрачное зеркало 4 в тракт канала 6 экспонирования, проходя через электрооптический элемент 26, претерпевает изменение ориентации вектора поляризации на угол /2. Вследствие этого оно не пропускается анализатором 28 поляризации для вывода ИК-излучения в направлении спектрального фильтра 8, а отклоняется в сторону зеркального отражателя 29, выведенного из канала излучения, и после дополнительного отражения от вспомогательного отражателя 29, повторно пройдя через анализатор 28 поляризации для вывода ИК-излучения, возвращается обратно в тракт канала 6 экспонирования и по нему в основной резонатор лазера. В результате в тепловом канале после экспонирования существенно (примерно в 2-3 раза) сокращается время достижения пороговых условий генерации и одновременно наблюдается значительное (в 1,5-2 раза) увеличение энергии инфракрасного излучения проявления, что обусловлено увеличением от 0,5 до 1 суммарного энергетического коэффициента отражения системы, включающей на этапе проявления записи кроме зеркала 4 также и вспомогательный зеркальный отражатель 29, выведенный из канала излучения, который посредством анализатора 28 поляризации вывода ИК-излучения и электрооптического элемента 26 связан с трактом канала 6 экспонирования и основным резонатором лазера. Таким образом, излучение, ранее проходившее по тракту канала 6 экспонирования в направлении спектрального фильтра 8 и поглощавшееся в нем, в данном случае отклоняется в направлении отражателя, выведенного из канала излучения, и путем отражения возвращаетcя обратно в основной резонатор лазера и далее в теплоизлучающий канал 18. Тем самым устраняются потери энергии инфракрасного излучения проявления в тракте канала 6 экспонирования, связанные с поглощением в спектральном фильтре 8 излучения ₁, вышедшего через полупрозрачное зеркало 4 при включенном теплоизлучающем канале 18. Устранение потерь энергии излучения ₁ в тракте канала экспонирования сокращает время достижения пороговых условий К_ус = К₂^*возникновения генерации для инфракрасного излучения в период после экспонирования в 2-3 раза и увеличивает энергию в канале проявления в 1,5-2 раза, что важно на этапе проявления записи после экспонирования, когда скрытое электрическое изображение преобразуется в регулярный геометрический рельеф и происходит окончательное проявление записи и формирование рельефно-фазовой голограммы.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГОЛОГРАФИЧЕСКОЙ ЗАПИСИ ИНФОРМАЦИИ НА ФОТОТЕРМОПЛАСТИЧЕСКИЙ НОСИТЕЛЬ по авт. св. N 1101030, отличающийся тем, что, с целью уменьшения энергетических потерь в инфракрасном диапазоне после излучения лазерного импульса, канал экспонирования дополнительно содержит электрооптический элемент с источником питания для поворота плоскости поляризации ИК-излучения на угол /4, анализатор поляризации для вывода ИК-излучения из канала экспонирования и зеркальный отражатель, выведенный из канала излучения, оптически связанный с анализатором поляризации, при этом блок питания электрооптического элемента соединен с блоком управления электрооптическим модулятором лазера.

РИСУНКИ

Рисунок 1