Полупроводниковый материал для записи динамических фазовых голограмм

Полупроводниковый материал для записи динамических фазовых голограмм

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ п1>528802

Союз Советских

Сопиалистических

Республик

Г

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 14.04.75 (21) 2124066/25 (51) Ч.1хТ. -й 03 Н 1/02

G 03 С 1/72 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (43) Опубликовано 05.03.77, Бюллетень ¹ 9 (45) Дата опубликования описания 30.05.7(Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений н открытий (53) УДК 772.99 (088.8) (72) Авторы изобретения

П. Г. Борзяк, М. С. Бродин, А. А. Борщ, В. И. Волков, В. В. Овчар и Д. T. Таращенко

Институт физики АН Украинской ССР (71) Заявитель (54) ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ МАТЕРИАЛ

ДЛЯ ЗАПИСИ ДИНАМИЧЕСКИХ ФАЗОВЫХ

ГОЛОГРАММ

Изобретение относится к области голографии и предназначено для получения и воспроизведения динамических голограмм в реальном масштабе времени. Зти голограммы могут быть использованы для решения таких 5 задач, как коррекция нестационарнь|х волновых фронтов мощных лазерных пучков, распознавание образцов в системах оптической обработки информации, создание лазеров с распределенной обратной связью, а также для получения голографических элементов (светоделителей, пространственных фильтров и др.) .

Для записи динами IccKHx фазовых голограмм необходимы изменения показателя преломления регистрирующей среды, которые обратимо изменяются под действием записывающего их лазерного излучения, Одной из важнейших характеристик динамических голограмм является их быстродействие, которое определяется скоростью механизмов изменения показателя преломления материала голограммы.

Известен ряд регистрирующих сред, в которых возможна запись фазовых голограмм в динамическом режиме. Это кристаллы сегнетоэлектриков, где изменение показателя преломления связано с перераспределением объемных зарядов (1) и постоянная времени (т) колеблется от 0,1 до 10 с; растворы по. глощающпх веществ с записью тепловых голограмм (t — 10-" — 10 c) (2); кристаlлы окиси цш.к, с одновременной записью электронных и тепловых решеток (т — 2 х 10 с) (3); кристаллы кремния (т — 2 — 3 > 10 с) (4), а также кристаллы Сд5е(У), CdS (5) с характерным временем жизни голограмм т- 5 10 — с. Таки.». образом, из всех рассмотрснных выше материалов наиболее быстродействующими являются полупроводники Si, CdSe и CdS, изменение показателя преломления в которых обусловлено достаточно быстрыми электронными процессами.

Ближайшим известным техническим решением к предлагаемому изобретению является полупроводниковый материал для записи динамических фазовых голограмм (6) в кристаллах CdS в красной области спектра, гдс существуют мощные высококогерентные источники излучения, наиболее пригодные дл записи голограмм.

Однако этп полупроводники имеют существенный недостаток — незначительную радиационную прочность по отношению к действию на них лазерного излучения. Кристаллы CdS, например, разрушаются под действием наносекундных импульсов излучения рубинового лазера мощностью 60 — 90 МВт/с.н-" .

Кроме того, каждый нз этик полупроводниког

528802

5КЭТФ обладает чувствительностью к записи динамических голограмм в довольно узкой области спектра. Так, кристаллы кремния и селенида кадмия пригодны для записи голограмм только в ИК-области спектра, а кристаллы сульфида кадмия только в части видимой области (от 500 нм до 700 нм). В ряде же случаев, например, при коррекции волновых фронтов мощных лазеров с перестраиваемой частотой, а также при сравнении образцов в системах оптической обработки информации, необходимо использовать голограммы, записанные с помощью лазеров с широким набором длин волн (от видимого до ИК-диапазона) и обладающие высокой радиационнон прочностью по отношению к действию лазерного излучения. В связи с этим разработка материалов для записи голограмм, чувстви-.ельных в широком спектральном диапазоне и обладающих высокой радиационной прочностью, весьма актуальна.

Целью изобретения является повышение радиационой прочности к излучению и расширение области спектральной чувствительности материала для записи динамических голограмм. Это позволит существенно увеличить набор лазерных длин волн для записи голограмм, а также расширить диапазон мощностей, что даст возможность оперировать с мощными лазерными пучками, например, осуществляя коррекцию их волновых фронтов.

Это достигается тем, что в качестве материала для записи динамических голограмм используют монокристаллы карбида кремния.

Карбид кремния — это полупроводник, обладающий значительным политипизмом кристаллической структуры. Благодаря этому кристаллы карбида кремния по существу представляют целый набор полупроводников с различной шириной запрещенной зоны: от 2,3 ev (P — SiC) до 3,2 ev (а — SiC 2Н).

Кристаллы карбида кремния (а — SiC 6Н, 15К и др.) обладают значительной нелинейностью показателя преломления (п — — 10 — "ед. CGSE), которая приводит к самофокусировке лазерного излучения в этих кристаллах.

Использование этой нелинейности и позволяет осуществить запись динамических фазовых голограмм в карбиде кремния. Для записи используется излучение одномодового рубинового лазера, работающего в режиме модулированной добротности. Излучение расщепляется на два пучка приблизительно равной интенсивности, которые сходятся затем под различными углами от 40 до 3 . В области максимального перекрытия пучков устанавливают плоскопараллельный кристалл а — SiC (6Н) толщиной — 0.5 мм. Под воздействием лaçsãðíoão излучения в кристалле

l0

Зо

35 возникает периодическое распределение показателя преломления, соответствующее картине интерференции двух плоских волн, и свет дифрагирует на им же записанной решетке.

После кристалла в фокальной плоскости линзы, помимо двух прошедших пучков нулевого порядка, наблюдаются также +- 1 и более высокие порядки дифракции.

При интенсивности записывающего импульса порядка 50 МВт, см дифракционная эффективность такой решетки составляет Зс) (в CdS соответственно 4 /о). Решетка в карбиде кремния носит фазовый характер (т. е, обусловлена модуляцией показателя преломления) и обладает быстродействием поря.1ка т = 3 >< 1О с (в CdS соответственно т = 5 х 10 c). Кроме того, голограммы, записанные в кристаллах карбида кремния, чувствительны в широком спектральном интервале, включающем видимую и ближнюю

ИК-область спектра, и обладают значительной радиационной прочностью по отношени1о к действию лазерного излучения (порог разрушения кристаллов карбида кремния под действием излучения рубинового лазера наносекундной длительности почти в три раза превышает порог разрушения кристаллов

CdS).

Следует также отметить, что кристаллы карбида кремния, как известно, обладают высокой жаростойкостью и химической инертностью, поэтому голограммы на их основе позволят также работать при экстремально высоких температурах и в химически активной атмосфере.

Формула изобретения

Применение карбида кремния в качестве полупроводникового материала для записи динамических фазовых голограмм с целью повышения радиационной прочности к излучению и расширения области спектральной чувствительности материала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Патент CLUA М 3773400, кл. G 02b 27/00, опубл. 1973.

2. Патент США Xо 3547509, кл. G 03c 5/04, опубл. 1970.

3. D. К. Dean à. î. «J. Appl. Phys», 44, 5455, 1973.

4. J. P. Wardman «Opt. Comm.», 2, 212, 1970.

5. J. Vaitl

6. А. А. Борщ и др, «Письма в

18», 679, 1973 (прототип) .