Объемная голограмма

Объемные голограммы — это голограммы , в которых толщина записывающего материала намного больше длины волны света, используемого для записи. В этом случае дифракция света от голограммы возможна только как дифракция Брэгга , т. е. свет должен иметь правильную длину волны (цвет), а волна — правильную форму (направление луча, профиль волнового фронта). Объемные голограммы также называют толстыми голограммами или голограммами Брэгга .

Теория

Объемные голограммы были впервые рассмотрены Х. Когельником в 1969 году [1] с помощью так называемой «теории связанных волн». Для объемных фазовых голограмм возможно преломить 100% входящего опорного света в сигнальную волну, т. е. может быть достигнута полная дифракция света. Объемные поглощающие голограммы показывают гораздо более низкую эффективность. Х. Когельник предоставляет аналитические решения как для условий пропускания, так и для условий отражения. Хорошее описание теории объемных голограмм в виде учебника можно найти в книге Дж. Гудмана. [2]

Производство

Объемная голограмма обычно создается путем воздействия на фототерморефрактивное стекло интерференционной картины ультрафиолетового лазера . [ требуется ссылка ] Также возможно создавать объемные голограммы в нефоточувствительном стекле путем воздействия на него фемтосекундных лазерных импульсов. [3]

селективность Брэгга

В случае простого брэгговского отражателя селективность по длине волны можно оценить по формуле , где — длина волны вакуумного считывающего света, — длина периода решетки, — толщина решетки. Предполагается, что решетка не слишком сильна, т. е. вся длина решетки используется для дифракции света. Учитывая, что из-за условия Брэгга выполняется простое соотношение, где — модулированный показатель преломления в материале (не базовый показатель) на этой длине волны, можно увидеть, что для типичных значений ( ) получается , показывая необычайную селективность по длине волны таких объемных голограмм. Δ λ {\displaystyle \Delta \lambda } Δ λ / λ ≈ Λ / Л {\displaystyle \Дельта \лямбда /\лямбда \приблизительно \Лямбда /L} λ {\displaystyle \лямбда} Λ {\displaystyle \Лямбда} Л {\displaystyle L} Λ = λ / ( 2 Δ н ) {\displaystyle \Лямбда =\лямбда /(2\Дельта n)} Δ н {\displaystyle \Дельта n} λ = 500  нм ,   Л = 1  мм ,   Δ н = 0.01 {\displaystyle \lambda =500{\text{ нм}},\ L=1{\text{ мм}},\ \Delta n=0,01} Δ λ ≈ 12.5  нм {\displaystyle \Дельта \лямбда \приблизительно 12,5{\text{ нм}}}

В случае простой решетки в геометрии пропускания угловую селективность можно оценить также: , где - толщина голографической решетки. Здесь определяется выражением ). Δ Θ {\displaystyle \Дельта \Тета } Δ Θ ≈ Λ / г {\displaystyle \Дельта \Тета \приблизительно \Лямбда /d} г {\displaystyle д} Λ {\displaystyle \Лямбда} Λ = ( λ / 2 грех ⁡ Θ {\displaystyle \Лямбда =(\лямбда /2\sin \Тета }

Используя снова типичные числа ( ), получаем , что демонстрирует впечатляющую угловую селективность объемных голограмм. λ = 500  нм ,   г = 1  см ,   Θ = 45 ∘ {\displaystyle \lambda =500{\text{ нм}},\ d=1{\text{ см}},\ \Theta =45^{\circ }} Δ Θ ≈ 4 × 10 − 5  рад ≈ 0,002 ∘ {\displaystyle \Дельта \Тета \приблизительно 4\times 10^{-5}{\text{ рад}}\приблизительно 0,002^{\circ }}

Применение объемных голограмм

Избирательность Брэгга делает объемные голограммы очень важными. Яркие примеры:

  • Лазеры с распределенной обратной связью (DFB-лазеры), а также лазеры с распределенным брэгговским отражателем (DBR-лазеры), в которых селективность длины волны объемных голограмм используется для сужения спектрального излучения полупроводниковых лазеров.
  • Голографические запоминающие устройства для хранения голографических данных , в которых селективность Брэгга используется для мультиплексирования нескольких голограмм в одном фрагменте голографического записывающего материала, эффективно используя третье измерение материала хранения.
  • Волоконные брэгговские решетки , которые используют объемные голографические решетки, зашифрованные в оптическое волокно. Фильтры длины волны используются в качестве внешней обратной связи, в частности, для полупроводниковых лазеров. [4] Хотя идея похожа на идею DBR-лазеров, эти фильтры не интегрированы в чип. С помощью таких фильтров также мощные лазерные диоды становятся узкополосными и менее чувствительными к температуре.
  • Спектроскопия изображений может быть достигнута путем выбора одной длины волны для каждого пикселя в полном поле камеры. [5] Объемные голограммы используются в качестве настраиваемых оптических фильтров для получения монохроматических изображений, также известных как гиперспектральные изображения .
  • Низкочастотная (« ТГц ») рамановская спектроскопия . [6]

Смотрите также

Сноски

  1. ^ H. Kogelnik (ноябрь 1969). «Теория связанных волн для толстых голографических решеток». Bell System Technical Journal . 48 (9): 2909–2947. doi :10.1002/j.1538-7305.1969.tb01198.x.
  2. ^ Дж. Гудман (2005). Введение в Фурье-оптику . Roberts & Co. Publishers.
  3. ^ Рихтер, Даниэль; Фойгтландер, Кристиан; Беккер, Риа; Томас, Йенс; Туннерманн, Андреас; Нольте, Стефан (2011). "Эффективные объемные решетки Брэгга в различных прозрачных материалах, индуцированные фемтосекундными лазерными импульсами". Lasers and Electro-Optics Europe (CLEO EUROPE/EQEC), конференция 2011 года и 12-я Европейская конференция по квантовой электронике . стр. 1. doi :10.1109/CLEOE.2011.5943325. ISBN 978-1-4577-0533-5. S2CID  38327893.
  4. ^ «OptiGrate — пионер и ведущий производитель объемных решеток Брэгга». optigrate.com .
  5. ^ Блейс-Уэллетт С.; Дейгл О.; Тейлор К. «Настраиваемый фильтр Брэгга для визуализации: новый путь к интегральной полевой спектроскопии и узкополосной визуализации» (PDF) . photonetc.ekomobi.com .
  6. ^ "Системы спектроскопии ТГц-Раман". www.coherent.com . Получено 21 июля 2019 г.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Volume_hologram&oldid=1232036697"