Объемная голограмма

Объемные голограммы — это голограммы , в которых толщина записывающего материала намного превышает длину волны света, используемого для записи. В этом случае дифракция света от голограммы возможна только как дифракция Брэгга , т. е. свет должен иметь правильную длину волны (цвет), а волна должна иметь правильную форму (направление луча, профиль волнового фронта). Объемные голограммы еще называют толстыми голограммами или голограммами Брэгга .

Теория

Объемные голограммы впервые обработал Х. Когельник в 1969 г. ^[1] по так называемой «теории связанных волн». Для объемно- фазовых голограмм можно дифрагировать 100% падающего опорного света в сигнальную волну, т. е. может быть достигнута полная дифракция света. Голограммы объемного поглощения показывают гораздо меньшую эффективность. Х. Когельник предлагает аналитические решения для условий передачи и отражения. Хорошее учебное описание теории объемных голограмм можно найти в книге Дж. Гудмана. ^[2]

Производство

фототерморефрактивное стекло интерференционной картины ультрафиолетового Объемная голограмма обычно создается путем воздействия на лазера . ^{[ нужна ссылка ]} Также возможно создание объемных голограмм в нефоточувствительном стекле, подвергая его воздействию фемтосекундных лазерных импульсов. ^[3]

Брэгговская селективность

В случае простого брэгговского отражателя избирательность по длине волны $\Delta \lambda$ можно оценить по $\Delta \lambda /\lambda \approx \Lambda /L$ , где $\lambda$ - вакуумная длина волны лампы для чтения, $\Lambda$ - длина периода решетки, а $L$ это толщина решетки. Предполагается, что решетка не слишком прочная, т. е. вся ее длина используется для дифракции света. Учитывая, что в силу условия Брэгга простое соотношение $\Lambda =\lambda /(2\Delta n)$ держится, где $\Delta n$ — модулированный показатель преломления материала (а не базовый показатель) на этой длине волны, видно, что для типичных значений ( $\lambda =500{\text{ nm}},\ L=1{\text{ mm}},\ \Delta n=0.01$ ) человек получает $\Delta \lambda \approx 12.5{\text{ nm}}$ , демонстрируя исключительную селективность по длине волны таких объемных голограмм.

В случае простой решетки по геометрии пропускания угловая избирательность $\Delta \Theta$ также можно оценить: $\Delta \Theta \approx \Lambda /d$ , где $d$ – толщина голографической решетки. Здесь $\Lambda$ дается $\Lambda =(\lambda /2\sin \Theta$ ).

Используя снова типичные числа ( $\lambda =500{\text{ nm}},\ d=1{\text{ cm}},\ \Theta =45^{\circ }$ ), в итоге получается $\Delta \Theta \approx 4\times 10^{-5}{\text{ rad}}\approx 0.002^{\circ }$ , демонстрируя впечатляющую угловую избирательность объемных голограмм.

Применение объемных голограмм

Селективность по Брэггу делает объемные голограммы очень важными. Яркими примерами являются:

Лазеры с распределенной обратной связью (DFB-лазеры), а также лазеры с распределенным брэгговским отражателем (DBR-лазеры), в которых селективность по длине волны объемных голограмм используется для сужения спектрального излучения полупроводниковых лазеров.
голографической памяти Устройства для хранения голографических данных , в которых селективность по Брэггу используется для мультиплексирования нескольких голограмм в одном фрагменте голографического записывающего материала, эффективно используя третье измерение запоминающего материала.
Волоконные брэгговские решетки , в которых используются объемные голографические решетки, зашифрованные в оптическом волокне. Фильтры длины волны используются в качестве внешней обратной связи, в частности, в полупроводниковых лазерах. ^[4] Хотя идея аналогична идее лазеров DBR, эти фильтры не интегрированы в чип. С помощью таких фильтров также мощные лазерные диоды становятся узкополосными и менее чувствительными к температуре.
Спектроскопию изображений можно достичь, выбрав одну длину волны для каждого пикселя во всем поле зрения камеры. ^[5] Объемные голограммы используются в качестве настраиваемых оптических фильтров для создания монохроматических изображений, также известных как гиперспектральные изображения .
Низкочастотная (« ТГц ») рамановская спектроскопия . ^[6]

См. также

Динамическая теория дифракции

Сноски

^ Х. Когельник (ноябрь 1969 г.). «Теория связанных волн для толстых голограммных решеток». Технический журнал Bell System . 48 (9): 2909–2947. дои : 10.1002/j.1538-7305.1969.tb01198.x .
^ Дж. Гудман (2005). Введение в оптику Фурье . Издательство Робертс и Ко.
^ Рихтер, Дэниел; Фойгтландер, Кристиан; Беккер, Риа; Томас, Йенс; Таннерманн, Андреас; Нольте, Стефан (2011). «Эффективные объемные брэгговские решетки в различных прозрачных материалах, индуцированные фемтосекундными лазерными импульсами». Лазеры и электрооптика в Европе (CLEO EUROPE/EQEC), конференция 2011 г. и 12-я Европейская конференция по квантовой электронике . п. 1. дои : 10.1109/CLEOE.2011.5943325 . ISBN 978-1-4577-0533-5 . S2CID 38327893 .
^ «OptiGrate — пионер и ведущий производитель объемных решеток Брэгга» . optigrate.com .
^ Блез-Уэллетт С.; Дайгл О.; Тейлор К. «Настраиваемый фильтр Брэгга для визуализации: новый путь к интегральной полевой спектроскопии и узкополосной визуализации» (PDF) . photonetc.ekomobi.com .
^ «Системы ТГц-рамановской спектроскопии» . www.coherent.com . Проверено 21 июля 2019 г.

[kogelnik-1] Х. Когельник (ноябрь 1969 г.). «Теория связанных волн для толстых голограммных решеток». Технический журнал Bell System . 48 (9): 2909–2947. дои : 10.1002/j.1538-7305.1969.tb01198.x .

[goodman-2] Дж. Гудман (2005). Введение в оптику Фурье . Издательство Робертс и Ко.

[richter-3] Рихтер, Дэниел; Фойгтландер, Кристиан; Беккер, Риа; Томас, Йенс; Таннерманн, Андреас; Нольте, Стефан (2011). «Эффективные объемные брэгговские решетки в различных прозрачных материалах, индуцированные фемтосекундными лазерными импульсами». Лазеры и электрооптика в Европе (CLEO EUROPE/EQEC), конференция 2011 г. и 12-я Европейская конференция по квантовой электронике . п. 1. дои : 10.1109/CLEOE.2011.5943325 . ISBN 978-1-4577-0533-5 . S2CID 38327893 .

[4] «OptiGrate — пионер и ведущий производитель объемных решеток Брэгга» . optigrate.com .

[5] Блез-Уэллетт С.; Дайгл О.; Тейлор К. «Настраиваемый фильтр Брэгга для визуализации: новый путь к интегральной полевой спектроскопии и узкополосной визуализации» (PDF) . photonetc.ekomobi.com .

[6] «Системы ТГц-рамановской спектроскопии» . www.coherent.com . Проверено 21 июля 2019 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]