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Nonlinear Optics LabNonlinear Optics Lab. . HanyangHanyang Univ.Univ.

레이저 응용 광학의 몇 가지 원리- Holography- Optical memory- Short pulse generation- Nonlinear optics


홀로그래피 (Holography)Hologram : whole message

- 1948, Dennis Gabor : 홀로그래피 발명(1972년 노벨상 수상)- 1960, 미국 Michigan 대학, E. Leith, J. Upatnieks : 레이저 이용,

투과형 off-axis 홀로그램.- 1960, 소련, Denisyuk : 반사형 홀로그램 (슬릿 이용),

밝은 실내에서도 가시화됨. - 1970, 미국 Benton : 무지개 홀로그램 (백색광),

여러 방향의 모습을 동시 기록, 입체감이 뛰어남. - 1977, 미국 Cross : 스테레오 홀로그램

D. Gabor

Denisyuk

Benton


홀로그래피의 원리

1. 사진

색과 빛의 세기를 기록

깊이감이 없음

2. 실물

r1

r2

r3

)}({exp rkti rr⋅−ω

색과 빛의 세기 및 위상을 감지

깊이감과 시차를 느낌

film

http://km.naver.com/list/view_detail.php?dir_id=50201&docid=46501



홀로그램의 제작 및 재생 (투과형)

1. 제작

laser beam

film

mirror

2. 재생

film

mirror

기준광과 물체로부터의 반사광을

간섭시켜 그 세기를 기록하고 현상

위상정보가 기록됨.

virtual image

object

기준광만 비추면 홀로그램에 회절된

광에 의해 물체의 입체 허상이 보임.




홀로그램의 종류

1. 투과형

2. 반사형


Holography의 예

This 10x8 inch two-step full color reflectionholographic stereogram of an Acura NSX was madeusing a single laser wavelength (647 nm), anda single high-resolution photographic plate.Color was produced using the "In-Situ" color controltechnique developed by Spatial Imaging alum Julie Parker.Data courtesy of Alias Research and HondaR&D Company.

Here is a large-scale one-step holographic stereogram.The film measures 1 x 1 meters, and the image volumeoccupies approximately 1 meter of depth. This hologramwas produced in conjuction with research done forGeneral Motors Corporation in 1991. It is composed of1000 separate exposures, and displays a 45 degreeviewing angle.

- Display(3차원 영상, 입체 TV, Head up display, …)

- Interferometry(변형, 진동, 유속, 결함 측정, …)

- Holographic optical memory- Pattern recognition- Diffractive optical elements(DOE)- 신용카드, 지폐(불법복제 방지)- 광고, 장식, …

홀로그래피의 응용

금속캔의 하중에 의한 응력분포


Capacity(

Gbit/in

2)

10-1

10

1

1980 1990 2000 2010

(Products)

PC(Phase change)

MO(Magneto-Optic)

Mixed

CD ROM(650MB)

DVD ROM(4.7GB*2)

ASMO

5.25”MO(1X)

5.25”MO(2X)

1st DVD RAM2.6GB*2

MAMMOS

HD DVD~1.5GB*2

IOPM

Holography

5.25”MO(8X)

CD ROM(650MB)PD

(650MB)

2nd DVD RAM4.7GB*2

3rd DVD RAM~15GB*2

3D multi-layer

102

광메모리 (optical memory)


1. CD(compact disc), DVD 종이, 마이크로필름, 오디오, 비디오 테이프

자기 테이프,

http://imagesearch.naver.com/search.naver?where=dt_iphoto&query=cd&sort=0&scp=0&c=2&qt=df&xc=&top=1


변 형 된 부 분 인 pit 와 원 상 태그대로인 land에서의 빛의 반사도차이를 감지 => 픽업


CD-RW


2. Holographic optical memory

- CD/DVD보다 수십배 기록밀도 높음

- 재료 :

광굴절 무기단결정 (Photorefractive crystal)

광굴절 고분자 (photorefractive polymer)

광변색성 고분자 (photochromic polymer)

광이성화 고분자 (Photoisomerization polymer)

홀버닝 재료 (Spectral hole burning material)

- 다중화 : 각도, 위상, 파장


Ar+ ion laser

λ/2 WP

PBS

BE SLM spatialfilter

CCD

reference beam

image beam

polymer

shutter

λ/2 WP

camera

(PDR1)

514.5 nm

computer

Holographic data storage


Original images and reconstructed images in PDR1 film

< Original Images > < Reconstructed Images >


HDDS (holographic digital data storage)


Photorefractive Crystal을 이용한 VHDDS(Volume holographic digital data storage)- IBM

Holographic data storage HM-100 -Holoplex

Input beam(signal arm)

SLM

Signal Beam

Input beam(reference arm)

Recording/Readout Head

Lens of high NA

ReferenceBeam

Axis of disk rotation

CCD

HolographicDisk Shift

MationOutput beam(reconstrnctionarm)

z

x

L

θs

za


Short pulse generation- Q switching- Mode locking

1. Q switching: sudden switching of the laser cavity Q from a low value to a high value

full mirror output coupleractive medium

Switching method- Rotating mirror- Electro-optic switching- Saturable absorber

Pulse width ~ 10 ns


Rate equations

ννν νσ IcgINc

dtdI

t−= 2)(

222122 )( KNIN

hdtdN

+Γ−−= νννσ

Put, tNch

Ixνν=

1

2

NNy =, , tcgt=τ

xyxyddx

−≈−= )1(τ

τ

y x

y

x


2. Mode locking: locking the phases of longitudinal modes by modulating the cavity Q

Modulation method- Acousto-optic modulation- Electro-optic modulation- Saturable absorber

Pulse width ~ 10 fs full mirror output coupleractive medium

modulator


Acousto-optic modulator: photoelastic effect에 의한 공간적인 굴절률 변조 회절격자 입사광 회절

PZT(piezo-electric transducer)

acousto-optic cell

기준광

회절광

Electro-optic modulator: Electro-optic effect에 의한 편광에 따른 굴절률 변조 입사광의 편광변화 편광기 이용

ACpolarizer


)sin()sin(ˆ),( mmmmmm tzkEetzE φω +=r

Mode locking pulse

Electric filed of m-th longitudinal mode

where, L

mkmπ

= ckmm =ω,

Assume, 0=mφ

Total electric field in the cavity

)}(cos),()(cos),({2

),( 0)(

0)(0 ctzktzActzktzAtzE NN +−−= +−ε

where, N : number of modes


Mode-locked laser system and mode locking pulse

fs Ti:sapphire laser system

Mode-locked pulse

2L/c

Pulse width : 2L/cN

∝

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