Особенности структуры объемных голограмм, обусловленные свойствами регистрирующей среды, и их диагностика

• Автор: Трощанович, Павел Вячеславович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 183 с. : ил.

Введение. Постановка задачи
1. Обзор литературы
1.1 Работы по восстановлению голограмм. Теории дифракции
1.1.1 Основные направления развития ранних теорий
1.1.2 Теории связанных волн для элементарных голограмм
1.1.3 Матричные теории в голографии
1.1.4 Теории восстановления голограмм с диффузным сигнальным пучком и их экспериментальная проверка
1.1.5 Строгие теории и связь между различными теориями
1.2 Работы по исследованию свойств голографических материалов
1.2.1 Экспериментальная проверка дифракционных теорий
1.2.2 Исследование структуры элементарных голограмм
1.2.3 Влияние материала на характеристики изображения
1.2.4 Характерные особенности структуры элементарных голограмм, записанных в различных материалах
2 Особенности структуры объемной элементарной голограммы и методы их диагностики
2.1 Структура элементарной голограммы в идеальном материале и классификация возможных искажений
2.2 Влияние нелинейных амплитудных искажений на селективную характеристику элементарной голограммы
2.3 Диагностика искажений вектора решетки элементарной голограммы
2.3.1 Классификация типов усадки голографического материала
2.3.2 Определение «нормальной», «тангенциальной» и «рефракгивной» усадок материала методом «двух углов»
2.3.3 Определение «нормальной», «тангенциальной» и «рефракгивной» усадок материала методом «двух голограмм»
2.4 Диагностика вариаций амплитуды и периода элементарной голограммы с глубиной
2.4.1 Восстановление голограммы в кинематическом приближении
2.4.2 Фазовая проблема и ее эквивалентность задаче определения структуры голограммы
2.4.3 Новый метод численного решения «фазовой проблемы»
2.4.4 Пример численного эксперимента восстановления структуры голограммы по ее кривой селективности
3 Экспериментальные исследования структуры элементарных голограмм
3.1 Экспериментальное определение структуры элементарной голограммы по ее угловой характеристике
3.2 Экспериментальное определение коэффициентов «нормальной», «тангенциальной» и «рефрактивной» усадок материала
3.2.1 Метод «двух углов»
3.2.2 Метод «двух голограмм»
4 Влияние искажений структуры голограмм с диффузным сигнальным пучком на их свойства
4.1 Эффекты равномерных «нормальной», «тангенциальной» и «рефрактивной» усадок материала
4.1.1 Спектрально-угловая характеристика голограммы с диффузным сигнальным пучком в кинематическом приближении
4.1.2 Экспериментальные спектрально-угловые характеристики отражательных голограмм
4.1.3 Влияние рефрактивной и геометрической усадок на геометрические свойства изображения
4.1.4 Восстановление голограммы, претерпевшей рефракгивную и геометрическую усадку, излучением «белого» цвета в случае малых усадок

4.2 Копирование усевших голограмм
4.3 Эффект неравномерной тангенциальной усадки голограммы
5 Заключение
6 Литература
7 Математическое дополнение
7.1 Дифракция света на объемной голограмме в кинематическом приближении
7.2 Вывод выражения (2.3.3.1)
7.3 Вывод выражения (2.3.3.5)
7.4 Расчет формы спектрально-угловой характеристики двух последовательно записанных отражательных голограмм вблизи максимума
7.5 Анализ точностей методов «двух углов» и «двух голограмм»
7.5.1 Анализ точности метода «двух углов»
7.5.2 Анализ точности метода «двух голограмм»
7.6 Эквивалентность системы (2.4.3.10) уравнению (2.4.3.9)
7.7 Уточнение кинематического интеграла с помощью формул работы Киллата [126]
7.8 Выбор частоты и интервала дискретизации при численном решении фазовой проблемы
7.8.1 Зависимость нормы возмущения £ (К1) от параметров дискретизации
7.8.2 Улучшенный алгоритм решения «фазовой проблемы»: аппроксимация остаточного члена с помощью экстраполяции
7.9 Влияние погрешности в начальных данных на точность определения фазы при численном решении фазовой проблемы
7.10 Влияние линейных деформаций материала на вектор решетки элементарной голограммы
7.11 Вывод условия резонансного восстановления голограммы, записанной диффузным сигнальным пучком
7.12 Вывод формулы для длины резонансной длины волны элементарной голограммы в случае малых усадок, (линейное по коэффициентам усадки, квадратичное по углам приближение)

Введение. Постановка задачи.
Основная цель данной работы - исследовать особенности структуры объемных голограмм, обусловленные регистрирующим материалом с точки зрения использования данного материала для конкретного приложения. Цель эта обусловлена практической необходимостью, возникающей при разработке новых регистрирующих материалов для приложений оптической голографии. Оптическая голография с самого момента своего зарождения привела к созданию целого ряда перспективных направлений в науке и технике. В настоящее время среди огромного количества практических применений методов оптической голографии можно выделить следующие наиболее популярные направления:
• Использование голографических методов в информационных технологиях:
о создание устройств хранения информации (голографическая оптическая память) сверхбольшого объема со сверхмалым временем доступа;
о создание устройств для коммутации оптических волоконных линий связи высокой надежности и эффективности;
о создание устройств пространственной фильтрации оптических полей для сверхбыстрого выполнения вычислительных операций;
• Использование голографических методов в системах аутентификации:
о голографические акцизные марки для товаров;
о голографические методы защиты ценных документов, денежных знаков, документов аутентификации (паспортов, виз), и т.п.;
• Использование голографических элементов в оптических и оптомеханических системах:
о создание сканеров на основе голографических оптических элементов (ГОЭ);
о создание отображающих и проекционных оптических объективов на основе ГОЭ;
• Изобразительная голография (использование голографических изображений в музейном деле, печатных изданиях, рекламных плакатах и т.п.);
Промышленному освоению этих и многих других приложений голографии в немалой степени способствует прогресс, затронувший в последние годы практически всю элементную базу голографических устройств. Значительно усовершенствованы характеристики традиционных источников когерентного света (лазеров). Разработаны новые источники излучения, в том числе компактные твердотельные лазеры, работающие в «синей» и «зеленой» частях видимого спектра. Значительно улучшены характеристики традиционных (ПЗС) фотоприемников и разработаны новые фотоприемники (СМОЭ). Значительно улучшены характеристики регистрирующих материалов.
Тем не менее, именно регистрирующие материалы сейчас являеются наиболее важным компонентом голографических систем, поскольку именно их свойства,
у—_ 4g~2'£-[. (2.2.11b)
. (Jc,Da
Сделаем численную оценку.
Максимальное отношение амплитуд первой и второй гармоник, полученное в [215, стр. 178] для галогенидо-серебряного материала «Agfa 8Е56», примерно равно:
£_г I s_t « 0
Допустим, записана отражательная голограмма, с нулевым наклоном брэгговских плоскостей, причем параметры голограммы следующие: коэффициент преломления материала: п0 = 1.5;
длина волны записывающего излучения: Яо = 0.5 мкм;
толщина материала: Т= 15 мкм.
При таких параметрах получаем: N = 60, и отношение эффективностей второй и первой гармоники, из формулы (2.2.1 lb):
То есть, для отражательных голограмм нелинейная регистрация практически не влияет на вид кривой селективности элементарной голограммы. Этот результат был получен в численных экспериментах работ [164, 165]. Здесь представлено его аналитическое обоснование.
Несколько иная картина получается для голограммы просветной.
Рассмотрим просветную голограмму с ненаклонными брэгговскими плоскостями: Kz = 0, которая восстанавливается компланарно: ру - 0 для системы координат, выбранной так, что Ку = 0.
При этом Кх - К = 2 рх = - 2 ах . Кроме того, будем полагать, что углы падения записывающих волн достаточно малы, так что crja, |«1, где д - волновой вектор предметной волны.
* Вблизи резонанса первой гармоники £ « 0 выполняется приближенное
равенство: 5 .
Найдем значение s_2 г:
>-2, = V*2 -(*-.х - К)2 « V*2 - (*, +2<т,)2 * СГг .
О’г
Подставив полученное выражение в формулу (2.2.7), получаем ДЭ второй гармоники:
2 . г,£ + ЬТо]1сг
Г] 2 в V sine [---f—-].

Таким образом, вблизи резонанса первой гармоники максимальная ДЭ второй гармоники просветной голограммы может быть оценена, как:
ч2.
7-2.
nN + l2f Здесь N — целое число: N - (
'4<т]Т Л
2
есть операция нахождения ближайшего целого. Это максимальное значение достигается при: