Устройство для записи динамических и фиксированных фоторефрактивных голограмм на основе монокристаллов zngep2 или zngep2:mn и для управления параметрами волнового фронта световой волны в красном и ближнем ик диапазонах в пространственных модуляторах света с магнитооптическим управлением

Предлагаемая полезная модель относится к устройству для записи динамических и фиксированных голограмм. В качестве среды для записи динамических голограмм в устройстве предлагается использовать кристаллы ZnGeP₂ и ZnGeP ₂:Mn со структурой халькопирита. Для фиксации голограммы предлагается записывать голограмму циркулярно поляризованным светом в нагретом выше точки Кюри образце ZnGeP ₂:Mn с одновременным охлаждением образца до температуры ниже точки Кюри.

Название:

Устройство для записи динамических и фиксированных фоторефрактивных голограмм на основе монокристаллов ZnGeP ₂ или ZnGeP₂:Mn и для управления параметрами волнового фронта световой волны в красном и ближнем ИК диапазонах в пространственных модуляторах света с магнитооптическим управлением.

Код по МПК: G03H 1/26

Область техники:

Полезная модель относится к области оптики кристаллов, в частности, к записи динамических и фиксированных фоторефрактивных голограмм в кристаллической среде, а также к области устройств для управления параметрами волнового фронта световой волны.

Уровень техники:

Известны устройства для записи динамических и фиксированных голограмм в фоторефрактивных кристаллах (М.П.Петров, С.И.Степанов, А.В.Хоменко "Фоторефрактивные кристаллы в когерентной оптике" СПб. Наука, 1992.). Используются такие широкозонные кристаллы как силлениты (Bi₁₂ХO₂₀ , X=Ti, Si, Ge), ниобат лития (LiNbO₃), титанат бария (ВаТiO₃). По причине большой ширины запрещенной зоны этих кристаллов запись фоторефрактивных голограмм в устройствах, использующих такие кристаллы, может эффективно вестись только в сине-зеленой области спектра.

Нами предлагается новое устройство для записи динамических фоторефрактивных голограмм на основе кристалла ZnGeP ₂ или ZnGeP₂:Mn, получаемого путем диффузии Мn в кристалл ZnGeP₂, для эффективной записи фоторефрактивных голограмм в красной и ближней инфракрасной областях спектра. Для фиксации голограмм предлагается использовать в устройстве кристалл ZnGeP₂:Mn, обладающий ферромагнитными свойствами, получаемый диффузией Мn в ZnGeP ₂. ("New magnetic materials in ZnGeP2-Мn chalcoperite system" G.M.Medvedkin et al, in Journal of Crystal Growth 236(2002). p.609-612)

Фиксация голограммы происходит путем замораживания упорядоченного магнитного состояния, возникающего в кристалле ZnGeP₂:Mn под действием циркулярно поляризованного света ("Optical Orientation" ed. F.Meier and B.P.Zakharchenya, Amsterdam, Elsevier, 1984). Образец нагревается до температуры выше точки Кюри и засвечивается элементарной синусоидальной интерференционной картиной, образованной двумя циркулярно поляризованными плоскими волнами. В засвеченных областях происходит магнитное упорядочение, а в не засвеченных не происходит. При последующем охлаждении образца до температуры ниже точки Кюри, при непрерывной засветке происходит замораживание магнитного упорядочения в засвеченных областях, которое может сохраняться длительное время.

Динамические и фиксированные голограммы используются для управления параметрами волнового фронта световой волны (амплитуда и фаза).

Раскрытие полезной модели:

Фоторефрактивный эффект заключается в изменении показателя преломления вещества под действием падающего на него света. Освещая фоторефрактивный кристалл двумя когерентными пучками света, мы можем записать в кристалле фазовую голограмму. В экспериментах обычно используют запись элементарной синусоидальной фазовой дифракционной решетки - голограммы, образованной интерференцией двух плоских световых волн.

Механизм формирования решетки следующий: два пучка света образуют интерференционную картину - набор светлых и темных полос. В кристалле в освещенных областях происходит генерация носителей заряда, носители заряда диффундируют либо дрейфуют во внешнем электрическом поле в темные области, где захватываются ловушками, образуя на них объемный заряд, повторяющий по пространственному распределению интерференционную картину.

Пространственный заряд создает электрическое поле, которое через электрооптический эффект приводит к изменению показателя преломления вещества. Пространственное распределение изменения показателя преломления также повторяет пространственное распределение интерференционной картины. Таким образом, получаем фоторефрактивную фазовую голограмму в виде синусоидальной решетки, записанную в образце. Типичная схема записи представлена на чертеже.

Динамические голограммы существуют только во время засветки образца интерференционной картиной и релаксируют после выключения света со скоростью релаксации фотоиндуцированных носителей заряда. Считывание голограммы осуществляется либо пробным пучком, либо за свет эффекта самодифракции, или двухволнового взаимодействия, при котором записывающие лучи сами дифрагируют на записанной ими же голограмме.

Устройства для записи динамических голограмм на основе ZnGeP₂ и ZnGeP ₂:Mn могут, в отличие от остальных фоторефрактивных кристаллов эффективно работать в красной и ближней инфракрасной областях спектра.

Получение фиксированных голограмм, хранящихся длительное время, возможно не во всех фоторефрактивных кристаллах и требует, как правило, нагрева образца в процессе записи (например, в LiNbO₃).

Для записи фиксированных фоторефрактивных голограмм предлагается использовать монокристалл ZnGeP₂:Mn, обладающий ферромагнитными свойствами. Кристалл во время записи нагревается до температуры выше точки Кюри (80°С) и затем охлаждается до температуры ниже точки Кюри при непрерывной засветке интерференционной картиной, образованной двумя циркулярно поляризованными лучами света. Схема записи представлена на чертеже. Циркулярно поляризованный свет вызывает ферромагнитное упорядочение в засвеченных областях, которое и фиксируется (замораживается) в процессе охлаждения кристалла до температуры ниже точки Кюри. При записи элементарной голограммы в виде набора светлых и темных полос - синусоидальной решетки мы получаем набор ферромагнитно упорядоченных полос в засвечиваемых областях и полос без ферромагнитного упорядочения в темных областях. Считывание голограммы ведется линейно поляризованным светом. Предлагаемое устройство может использоваться в системах и устройствах спинтроники, а также в конструкции фотоприемника пространственных модуляторах света с магнитооптическим управлением.

Описание чертежей:

1,2 - записывающие лучи света, 3 - кристалл ZnGeP ₂ или ZnGeP₂:Mn с записанной в них динамической или фиксированной фоторефрактивной голограммой.

Осуществление полезной модели:

Предлагаемое устройство для записи динамических и фиксированных голограмм может быть использовано для управления параметрами волнового фронта световой волны в красном и ближнем ИК диапазонах, в пространственных модуляторах света с магнитооптическим управлением, а так же в устройствах спинтроники.

1. Устройство для записи динамической голограммы в кристалле, отличающееся тем, что в качестве элемента для создания динамической дифракционной картины в красном и ближнем инфракрасном диапазоне света используются нелинейно-оптические кристаллы со структурой халькопирита ZnGeP₂ или ZnGeP ₂:Mn, получаемые путем диффузии Mn в кристалл ZnGeP ₂.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что для создания фиксированной голограммы и последующей модуляции волнового фронта световой волны при помощи магнитооптического эффекта в красном и ближнем инфракрасном диапазоне света используется кристалл ZnGeP₂:Mn, получаемый путем диффузии Mn в кристалл ZnGeP₂, обладающий ферромагнитными свойствами, который нагревается выше температуры Кюри, и запись ведется циркулярно поляризованным светом с последующей фиксацией голограммы путем одновременного с записью охлаждения кристалла до температуры ниже точки Кюри.