Отражательные голографические оптические элементы

Наряду с динамическими, образованными под действием акустических волн, объемными фазовыми пропускающими дифракционными решетками в качестве элементов оптических информационных систем применяются и статические пропускающие решетки, преобразующие излучение в режиме дифракции Брэгга. Такие дифракционные решетки изготавливаются методами голографии в различных регистрирующих средах (галоидосеребряные фотоэмульсии, фотополимеры, фоторефрактивные кристаллы, фотохромные материалы и др.). Их основные свойства также описываются формулами. Голограммные фильтры и преобразователи сложных световых волн изготавливаются на основе как плоских так и объемных пропускающих дифракционных решеток (фокусирующие голограммные оптические эле­менты, спектральные и поляризационные светоделители, мультиплексоры и др.).

При интерференции распространяющихся навстречу друг другу когерентных световых волн одинаковой частоты в области наложения пучков образуется объемная интерференционная картина, которая может быть зарегистрирована, например, в результате экспозиции объемной фотоэмульсии. При химической обработке и отбеливании такого фотоматериала изготавливается фазовый оптический транспарант-голограмма, применяемый для заданного преобразования структуры (формы волнового фронта) световой волны.

Дифракция света на простой фазовой отражательной голограмме (объем­ной отражательной решетке), полученной при интерференции встречных плоских волн, показана на Рис. 25.

Рис. 25. Дифракция света на отражательной объемной дифракционной ре­шетке

Как и для пропускающей дифракционной решетки Брэгга (Рис. 20), эффективная дифракция света имеет место при выполнении условия Брэгга (61), при этом угол Брэгга отсчитывается от поверхности постоянного показателя преломления дифракционной решетки. Фазовые отражательные голограммы отличаются повышенной спектральной селективностью дифракции,

и при больших, близких к углах Брэгга обладают малой угловой селективностью

Благодаря отмеченным свойствам, изображения, зарегистрированные на фазовых отражательных голограммах, могут восстанавливаться при их освещении широкополосным источником света (в белом свете), что широко используется в изобразительной голографии. Отражательные фазовые дифракционные решетки Брэгга применяются в качестве узкополосных спектральных фильтров и чувствительных элементов оптических датчиков давления и температуры.

Дифракционная эффективность объемных фазовых отражательных решеток описывается формулой Котельника,

то есть, в отличие от пропускающих решеток, монотонно зависит от толщины и амплитуды показателя преломления фазовой решетки - см. Рис.26.

Рис. 26. Дифракционная эффективность фазовой отражательной голограммы

При увеличении толщины Т отражательной дифракционной решетки увеличиваются как ее спектральная селективность, так и дифракционная эффективность. Эти свойства нашли полезное применение в волоконных решетках Брэгга (ВРБ), принцип действия которых поясняется на Рис. 27.

Рис. 27. Волоконная решетка Брэгга

ВРБ изготавливаются голографическим способом, экспозицией в ультрафиолетовом свете участка сердцевины оптоволокна, содержащего двуокись германия, периодической интерференционной картиной (при этом когерентные интерферирующие пучки света направляются в сердцевину волокна через боковую поверхность волоконного световода). Последующая фиксация ВРБ осуществляется при процедуре отжига волокна. Период ВРБ заранее рассчитывается и определяется величиной длины волны и регулируемым углом между интерферирующими пучками света. Эффективная толщина (длина) ВРБ достигает нескольких десятков-сотен мм, что и обусловливает их высокую, порядка или лучше 0.1 нм, спектральную селективность. ВРБ применяются в качестве узкополосных отражательных спектральных фильтров (Рис. 27), а также в качестве чувствительных элементов оптических датчиков механических напряжений, вибраций, звукового давления, температуры и др. Апериодические ВРБ длиной около 1 м используются в устройствах сжатия импульсных световых сигналов для компенсации дисперсии импульсов в высокоскоростных оптических линиях связи.

Дата добавления: 2017-01-14