Учебно-методическое пособие Санкт-Петербург 2003 удк 778. 38 «Оптоинформатика. Информационные возможности объемных голограмм» icon

Учебно-методическое пособие Санкт-Петербург 2003 удк 778. 38 «Оптоинформатика. Информационные возможности объемных голограмм»



Смотрите также:
Учебно-методическое пособие Санкт-Петербург...
Учебно-методическое пособие Москва 2003 удк 06. 81. 12 Ббк 65. 050. 9(2)24...
Учебно-методическое пособие Минск рипо 2003 удк 37. 013. 78 (072) ббк 74. 6...
Учебно-методическое пособие Находка 2003 Министерство образования Российской Федерации...
Учебно-методическое пособие Санкт-Петербург 2005 ббк 73: 81. 1 З-38...
Учебное пособие Санкт-Петербург 2007 удк алексеева С. Ф., Большаков В. И...
Учебно-методическое пособие Санкт-Петербург 2005 ббк 81. 1 З-38...
Учебно-методическое пособие Ижевск 2010 удк 616-001-45...
Методическое пособие для врачей Санкт-Петербург 2007...
Учебно-методическое пособие Ставрополь 2007 ббк 51. 1 (2) удк 614. 1/2 (06)...
Учебно-методическое пособие Казань 2010 удк 372. 83: 124...
Учебно-методическое пособие Кострома 2007 удк 519. 8 (075)...



страницы:   1   2   3   4   5   6   7   8   9   10
скачать



Министерство образования Российской Федерации





Санкт-Петербургский государственный университет

информационных технологий, механики и оптики


Всероссийский научный центр «Государственный оптический институт им. С.И.Вавилова»




«ОПТОИНФОРМАТИКА»


Часть II


«Информационные возможности объемных голограмм»


Учебно-методическое пособие


Санкт-Петербург

2003


УДК 778.38

«Оптоинформатика. Информационные возможности объемных голограмм».

Учебно-методическое пособие.

О.В.Андреева, В.Г.Беспалов, В.Н.Васильев, Е.Р.Гаврилюк, Н.В.Ионина, С.А.Козлов, В.В.Орлов, А.А.Парамонов. Под редакцией О.В.Андреевой. – СПб: СПбГИТМО (ТУ), 2003. - 68с.


В пособии представлены учебно-методические материалы к экспериментальному практикуму «Оптоинформатика» часть II «Информационные возможности объемных голограмм». Даны описания лабораторных работ, а также теоретические материалы по голографии, свойствам объемных голограмм и возможности их применения для создания устройств записи, хранения и обработки информации, составляющих основу оптических информационных технологий.

Одобрено на заседании Совета факультета Фотоники и оптоинформатики Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики 11.09.03 (протокол №1).


© О.В.Андреева, В.Г.Беспалов, В.Н.Васильев,

Е.Р.Гаврилюк, Н.В.Ионина, С.А.Козлов,

В.В.Орлов, А.А.Парамонов, 2003


© Санкт-Петербургский государственный

университет информационных

технологий, механики и оптики, 2003


СОДЕРЖАНИЕ

1. Предисловие………………………………………………………………….4


2. Экспериментальный практикум

2.1. Лабораторная работа № II-1


«Основные свойства объемных голограмм»………………………………….5

2.2. Лабораторная работа №II-2


«Пространственная фильтрация излучения с помощью объемной голограммы-решетки». (Одномерный фотонный кристалл как фильтр пространственных частот монохроматического излучения)………………...14

^

2.3. Лабораторная работа №II-3


«Увеличение информационной емкости элементов

оптической памяти за счет использования объемных голограмм

с наложенной записью»………………………………………………………...22


2.4. Лабораторная работа № II-4.

«Фурье-голограмма. Исследование зависимости качества

изображения от условий записи голограммы»………………….....................28


3. Положения теории

3.1. Основные термины и понятия по разделу «Голография»,

используемые в работе…………………………………………………………37


    1. Описание метода исследования спектральной селективности

объемных голограмм с помощью импульсного излучения

фемтосекундной длительности………………………………………………...56


4. Страничка кафедры………………………………………………………….57

3


ПРЕДИСЛОВИЕ.


Последнее десятилетие характеризуется бурным развитием оптических информационных технологий, возможности которых по скорости и объему передачи информации, а также по быстродействию отдельных элементов значительно шире возможностей микроэлектроники.

Лекционный курс «Оптоинформатика», предназначенный для студентов старших курсов, магистров и аспирантов СПбГУ ИТМО, представляет научное направление в оптике, связанное с изучением и разработкой информационных технологий, использующих электромагнитное излучение оптического диапазона.

Лекционный курс «Оптоинформатика» сопровождает экспериментальный практикум, который включает два основных раздела. Часть 1 - «Лазерные системы и их применение в оптоинформатике» - посвящена исследованию источников излучения, применяемых в системах оптоинформатики. Представленная в данном пособии часть II - «Информационные возможности объемных голограмм» - посвящена изучению физических принципов работы голографических устройств, предназначенных для хранения, накопления, восстановления и обработки информации.

Пособие включает описание 4-х работ экспериментального практикума и теоретический раздел, посвященный физическим основам голографического метода записи, воспроизведения и преобразования информации в оптическом диапазоне.

В теоретическом разделе представлено толкование основных терминов и понятий голографии, как научного направления физики и, в частности, оптики, и даны оригинальные материалы, отражающие современные способы исследования основных свойств объемных голограмм методами фемтосекундной оптики. Показана глубокая аналогия свойств объемных голограмм и фотонно-кристаллических структур.

4
^

Лабораторная работа № II-1


«Основные свойства объемных голограмм»


Цель работы: Знакомство с основными свойствами объемной голограммы (формирование только одного порядка дифракции и высокая селективность) и их зависимостью от толщины голограммы.


Объект исследования: Две элементарные голограммы, зарегистрированные на одной пространственной частоте порядка 500 лин/мм, одна из которых получена в полимерной среде «Диффен» с толщиной порядка 1мм (голограмма №1), а вторая – на поверхности пористого стекла с толщиной порядка 10-25 мкм (голограмма №2).


Задачи, решаемые в работе

1.Необходимо на практике убедиться в том, что голограмма №1 формирует только один (-1-й) порядок дифракции независимо от угла поворота относительно падающего пучка. Снять зависимость интенсивности дифрагированного пучка от угла поворота голограммы относительно падающего пучка – контур угловой селективности голограммы.

2.Определить количество порядков дифракции излучения при использовании голограммы №2. Измерить контур угловой селективности голограммы, используя дифрагированный пучок –1-го порядка дифракции.

3.По данным измерения контуров угловой селективности рассчитать для обеих голограмм угловую селективность и эффективную толщину голограммы. Сравнить полученные результаты.


^ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ


Объемные голограммы, или голограммы в объемных средах, представляют значительный интерес с точки зрения создания оптической памяти сверхвысокой емкости, обладающей низкой чувствительностью к повреждению отдельных участков. Это связано с тем, что хранение информации в объемной (трехмерной) голограмме происходит не в одиночной пространственно локализованной ячейке, а в форме одиночной волны, зарегистрированной в виде интерференционной картины во всем объеме среды, который занимает голограмма. Такой способ хранения информации обладает рядом достоинств и позволяет провести аналогию трехмерной голограммы с мозгом человека. Эта аналогия простирается гораздо дальше возможности создания сверхплотной памяти, не чувствительной к повреждению ее отдельных участков. (Например, на основе безопорной трехмерной голограммы можно осуществить ассоциативную память, свойства которой весьма близки процессам нашего мышления). Таким образом, возможности голографии позволяют осуществить моделирование информационных процессов, происходящих в живой природе.

Практические применения объемных голограмм во многом определяются прогрессом в области разработки светочувствительных сред для их регистрации. В данной работе изучаются основные свойства


5

объемных голограмм, определяющие их применение в информационных системах и устройствах, предназначенных для записи, хранения и считывания информации.

Свойства голограмм в данной работе рассматриваются на примере элементарных голограмм, то есть голограмм-решеток, полученных при взаимодействии двух плоских когерентных волн. Такую голограмму можно представить как одномерный фотонный кристалл с толщиной Т (Рисунок 1).

Элементарные голограммы являются хорошо изученной и удобной моделью для количественных оценок и аналитического описания процессов получения и считывания голограмм. Важнейшими характеристиками, определяющими свойства полученных голограмм, являются: период голограммы (d), толщина голограммы (Т), характер отклика регистрирующей среды на воздействие излучения, ориентация изофазных поверхностей интерференционной картины относительно границ голограммы.



^ Рис.1. Одномерный фотонный кристалл – элементарная голограмма с толщиной Т и периодом d.

б – расположение интерференционной картины относительно границ кристалла;

в – изменение показателя преломления кристалла в направлении вектора решетки.


В первую очередь в работе рассматриваются те свойства голограмм, которые определяются соотношением между периодом голограммы и ее толщиной. При освещении трехмерной голограммы (Т>>d) возникает только один дифракционный порядок. При этом для получения максимальной интенсивности дифрагированного пучка необходимо выполнение следующего условия:

2d Sin = 

где d - постоянная решетки,

 - угол между направлением распространения волны и изофазной

плоскостью решетки, измеренный в воздухе,

 - длина волны излучения в воздухе.

6

Это соотношение, известное в физике как закон Вульфа-Брэгга (1913 г.), широко используется в голографии под названием «условие Брэгга». Оно определяет для элементарной объемной голограммы условие образования главного максимума дифрагированной волны: выбор угла падения (Бр) задает длину волны (Бр) падающего на голограмму излучения, и наоборот. Таким образом, при освещении трехмерной голограммы в условиях Брэгга за голограммой возникают только два пучка – нулевого порядка дифракции и (-1-го) порядка дифракции (рис.2а). При освещении двумерной голограммы (рис. 2б) всегда присутствует, по крайней мере, еще один (+1-й) порядок, а возможно и большее их количество. Это первое основное свойство трехмерной голограммы – формирование только одного порядка дифракции.


Iд-1 Iд-2

Iд-1

Io Io Iд+1

Iд+2

а) б)

Рис.2 Дифракция излучения на трехмерной (а) и двумерной (б) голограмме.


Второе основное свойство трехмерных голограмм – селективность – связано с уменьшением интенсивности дифрагированной волны при отклонении условий освещения голограммы от оптимальных, определяемых условием Брэгга.

Селективность - это свойство трехмерных голограмм, которое в значительной степени определяется толщиной голограммы. Высокая селективность объемной голограммы имеет большое практическое значение для создания уникальных оптических элементов, в том числе оптической памяти большой емкости, с параметрами, которые в настоящее время недостижимы другими техническими средствами.

Различают спектральную селективность голограммы, связанную с изменением длины волны освещающего излучения и угловую селективность, обусловленную изменением пространственного спектра восстанавливающей волны. Это свойство в работе рассматривается на примере изучения угловой селективности объемной пропускающей голограммы при условии освещения голограммы плоской монохроматической волной с длиной волны , падающей на голограмму под углом  (рис.3). Как видно из рисунка, при отклонении угла поворота голограммы (=Бр) от угла Брэгга (=Бр) интенсивность дифрагированной волны падает.

Для голограммы толщиной 1 мм интервал углов (Δθ), в пределах которого


7

интенсивность дифрагированного пучка выше 50% ее максимального значения составляет 1-2 миллирадиана, то есть 2-4 угловые минуты.





Скачать 1,14 Mb.
оставить комментарий
страница1/10
О.В.Андреевой
Дата29.09.2011
Размер1,14 Mb.
ТипУчебно-методическое пособие, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы:   1   2   3   4   5   6   7   8   9   10
хорошо
  1
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Документы

наверх