(19) BY (11) 10474

(13) U (46) 2014.12.30

(51) МПК

ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ (12)

РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ

СОБСТВЕННОСТИ

G 02F 1/153 (2006.01)

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ДИФРАКЦИОННОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДИНАМИЧЕСКИХ

ГОЛОГРАММ

(21) Номер заявки: u 20130745 (22) 2013.09.19 (71) Заявитель: Учреждение образования

"Мозырский государственный пе-дагогический университет имени И.П.Шамякина" (BY)

(72) Авторы: Шепелевич Василий Василье-вич; Макаревич Александр Викторо-вич; Ропот Петр Иосифович (BY)

(73) Патентообладатель: Учреждение обра-зования "Мозырский государственный педагогический университет имени И.П.Шамякина" (BY)

(57) Устройство для экспериментальных исследований дифракционной эффективности ди-

намических голограмм, включающее стержень и два закрепленных на нем диска равного радиуса, в каждом из которых имеется по одному отверстию, близкому по форме к круго-вому сектору, отличающееся тем, что расстояние между дисками устройства на стержне и взаимная ориентация вырезанных в них секторов в зависимости от геометрии формиро-вания динамических голограмм выполнены с возможностью освещения кристалла опор-ным и предметным пучками при записи голограммы и перекрытия предметного пучка при считывании голограммы опорным пучком с направлением в регистрирующий прибор ди-фрагированного предметного пучка, исключая возможность попадания в этот прибор ис-ходного предметного пучка, участвующего в записи голограммы.

(56) 1. Петров М.П., Степанов С.И., Хоменко А.В. Фоторефрактивные кристаллы в коге-

рентной оптике. - СПб.: Наука. С.-Петербургское отд-ние, 1992. - 320 с. 2. Соломонов Ю.А., Шандаров С.М., Шандаров В.М. Коллинеарное взаимодействие

ортогонально-поляризованных вытекающих мод в волноводе LiNbO3 // Письма в ЖТФ. - 1996. - Т. 22. - № 22. - С. 1-5.

Фиг. 1 BY

104

74 U

201

4.12

.30

BY 10474 U 2014.12.30

2

Полезная модель относится к технике оптических измерений в области динамической голографии и может быть использована для улучшения стабильности результатов измере-ний дифракционной эффективности динамических голограмм, сформированных в кубиче-ских фоторефрактивных кристаллах.

В связи с возможностью практического применения фоторефрактивных кристаллов в голографической интерферометрии, системах голографической памяти и др. [1] представ-ляет интерес упрощение процесса проведения эксперимента по изучению эффективности записанных в них дифракционных решеток.

Экспериментальные данные, которые приводятся в научной литературе, посвященной тематике проведения подобных исследований, в ряде случаев характеризуются визуально ощутимым разбросом. К сожалению, авторы обычно не описывают подробно процесс из-мерения дифракционной эффективности, так как он может быть реализован при использо-вании подручных средств. Методика его проведения заключается в следующем. После записи голографической решетки в фоторефрактивном кристалле один из световых пуч-ков, условно именуемый предметным, перекрывается, а другой пучок - опорный, дифра-гируя на голографической решетке, восстанавливает копию перекрытого предметного пучка, интенсивность которой регистрируется измерительным прибором (например, [2]). При этом "перекрывателем" опорного светового пучка может являться любой непрозрач-ный для оптического излучения объект.

Следует отметить, что такая методика проведения эксперимента требует наличия ре-гистрирующих приборов, рассчитанных на фиксацию интенсивности лазерного излучения в линейном режиме в сравнительно широких пределах, и в случае использования недоро-гостоящих и часто применяемых для таких целей фотодиодов требует дополнительного перекрытия светочувствительной части фотодиода во время записи голограммы для ис-ключения возможности его работы в режиме насыщения в момент измерения интенсивно-сти дифрагированного на голограмме опорного пучка. Обычно такое дополнительное перекрытие осуществляется вручную, то есть экспериментатор одной рукой перекрывает фотодиод непрозрачным экраном Э1 во время записи голограммы, а при наступлении мо-мента считывания другой рукой перекрывает непрозрачным экраном Э2 предметный пу-чок и почти одновременно с этим (с небольшой задержкой) убирает экран Э1. При большом количестве измерений добиться синхронности в механических движениях рук экспериментатора сложно, что приводит к разбросу экспериментальных данных. Кроме того, если регистрирующий излучение прибор имеет максимально допустимый предел ин-тенсивности падающего на него света, то несинхронность в работе с экранами Э1 и Э2 мо-жет вывести его из строя.

Задачей предлагаемой полезной модели является создание механического устройства для экспериментальных исследований дифракционной эффективности динамических го-лограмм, записанных в фоторефрактивном кристалле, состоящего из стержня и двух за-крепленных на нем дисков равного радиуса, в каждом из которых имеется по одному отверстию, близкому по форме к круговому сектору, причем расстояние между дисками устройства на стержне и взаимная ориентация вырезанных в них секторов могут изме-няться в зависимости от геометрии формирования динамической голограммы в фотореф-рактивном кристалле. Эти изменения обеспечивают:

возможность освещения фоторефрактивного кристалла опорным и предметным пуч-ками при записи голограммы;

перекрытие предметного пучка при считывании голограммы опорным пучком с на-правлением в регистрирующий прибор дифрагированного предметного пучка;

исключение возможности попадания в регистрирующий прибор исходного предмет-ного пучка, участвующего в записи голограммы.

Поставленная задача решается при помощи устройства, сущность которого поясняется фигурами.

BY 10474 U 2014.12.30

3

Фиг. 1 - схема устройства для экспериментальных исследований дифракционной эф-фективности динамических голограмм.

Фиг. 2 - геометрия взаимного расположения опорного и предметного световых пучков и заявляемого устройства в режиме записи пропускающих динамических голограмм.

Фиг. 3 - геометрия взаимного расположения опорного и предметного световых пучков и заявляемого устройства в режиме считывания пропускающих динамических голограмм.

Фиг. 4 - геометрия взаимного расположения опорного и предметного световых пучков и заявляемого устройства в режиме записи отражательных динамических голограмм при угле Брэгга φ < 90°.

Фиг. 5 - геометрия взаимного расположения опорного и предметного световых пучков и заявляемого устройства в режиме считывания отражательных динамических голограмм, сформированных при угле Брэгга φ < 90°.

Фиг. 6 - геометрия взаимного расположения опорного и предметного световых пучков и заявляемого устройства в режиме записи отражательных динамических голограмм при угле Брэгга φ < 90°.

Фиг. 7 - геометрия взаимного расположения опорного и предметного световых пучков и заявляемого устройства в режиме считывания отражательных динамических голограмм, сформированных при угле Брэгга φ < 90°.

Фиг. 8 - экспериментальные данные зависимостей дифракционной эффективности го-лограмм, записанных в фоторефрактивном кристалле, от ориентационного угла при ази-муте поляризации считывающего пучка ψ0 = 0.

Фиг. 9 - экспериментальные данные зависимостей дифракционной эффективности го-лограмм, записанных в фоторефрактивном кристалле, от ориентационного угла при ази-муте поляризации считывающего пучка ψ0 = 90°.

Поставленная задача решается при помощи устройства (фиг. 1), которое состоит из стержня 3 и двух жестко закрепленных на нем дисков 1 и 2 равного радиуса, в каждом из которых имеется по одному отверстию (4 и 5), близкому по форме к круговому сектору с углами раствора α1 и α2. Расстояние между дисками на стержне и взаимная ориентация вырезанных секторов, определяемая углом α12 между правой образующей кругового сек-тора 5 и левой образующей кругового сектора 6, являющегося проекцией вырезанного сектора 4 на диск 2, могут изменяться в зависимости от геометрии записи голографиче-ской решетки и условий проведения эксперимента, при этом система "стержень-диски" может совершать вращение с заданной угловой скоростью относительно оси OO', прохо-дящей через центры двух торцевых граней стержня и являющейся перпендикуляром к плоскостям дисков. Угол α1 определяет время записи голограммы, угол α2 задает время ее считывания. Стержень и диски изготавливаются из жесткого (слабо деформирующегося) материала, непрозрачного для оптического излучения.

Методика применения полезной модели для исследования дифракционной эффектив-ности пропускающих голограмм заключается в следующем. На первоначальном этапе (фиг. 2) заявляемое устройство устанавливается таким образом, чтобы предметный свето-вой пучок S проходил параллельно оси OO' через вырезанный сектор диска 1 и интерфе-рировал с опорным пучком R в фоторефрактивном кристалле, помещенном между дисками (режим записи голограммы). При такой геометрии расположения устройства предметный пучок после прохождения кристалла нормально падает на внутреннюю сто-рону диска 2, на которую для уменьшения интенсивности отраженных лучей может быть нанесен хорошо поглощающий материал, например черные бархат или бумага, использо-вание которого позволяет уменьшить оптический шум при измерениях.

На втором этапе после записи голографической решетки устройство ориентируется таким образом, чтобы диск 1 перекрывал предметный пучок S, а восстановленный пучок S' проходил через вырезанный сектор диска 2 (режим считывания голограммы). Данная конфигурация представлена на фиг. 3.

BY 10474 U 2014.12.30

4

При исследовании дифракционной эффективности отражательных голограмм, форми-руемых в кристалле при углах Брэгга φ < 90°, устройство необходимо установить таким образом, чтобы ось OO' была перпендикулярна биссектрисе угла между опорным и пред-метным пучками.

На фиг. 4 и 5 представлены конфигурации установки заявляемой полезной модели для использования в режимах записи и считывания отражательных голографических решеток, сформированных при углах Брэгга φ < 90°. Здесь для лучшей визуализации распростране-ния пучков не изображен стержень устройства, и на фиг. 4 для простоты объяснения не-обходимой ориентации дисков показана проекция вырезанного сектора диска 1 на диск 2.

В частном случае измерения дифракционной эффективности отражательных голо-грамм, записанных при угле Брэгга φ = 90°, устройство необходимо расположить так, как показано на фиг. 6 и 7. На фиг. 6 представлена необходимая ориентация дисков (с показом проекции вырезанного сектора диска 1 на диск 2) при записи голограммы, а на фиг. 7 - при считывании.

Следует отметить, что методика использования предлагаемой полезной модели для исследования дифракционной эффективности отражательных голограмм аналогична опи-санной выше методике исследования дифракционной эффективности пропускающих го-лограмм.

На фиг. 8 и 9 приведены экспериментальные данные зависимостей дифракционной эффективности голограмм, записанных в кристалле B12TiO20 среза (110) с толщиной 7,7 мм, от ориентационного угла кристалла, которые были получены при использовании макета заявляемого устройства.

При проведении экспериментов угол Брэгга φ вне кристалла был равен 12°. Время за-писи голографической решетки τ составляло 30 с. Отношение интенсивностей пучков IS/IR до вхождения в кристалл при ψ0 = 0 и ψ0 = 90° было соответственно равно 0,05 и 0,37 соответственно. Значение интенсивности пучка S', восстановленного за счет дифрак-ции на голограмме опорного пучка R, измерялось при помощи полупроводникового диода ФД-7К. Отсчет ориентационного угла кристалла производился через 5° от кристаллогра-фического направления [001] к вектору голографической решетки по часовой стрелке (на-правление [001] и вектор решетки образовывали с направлением [110] правовинтовую систему).

Как видно из графических зависимостей, представленных на фиг. 8 и 9, использование данного устройства позволило установить ориентационную зависимость дифракционной эффективности ненаклонных пропускающих голограмм, сформированных в кристалле B12TiO20, от ориентационного угла кристалла, о чем свидетельствует малый разброс полу-ченных экспериментальных точек.

Заявляемое устройство для улучшения стабильности результатов измерений может быть оборудовано автоматическим механизмом вращения стержня вокруг его оси.

Фиг. 2 Фиг. 3

BY 10474 U 2014.12.30

5

Фиг. 4 Фиг. 5

Фиг. 6 Фиг. 7

Фиг. 8 Фиг. 9

Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.