Динамическая голография

ДИНАМИЧЕСКАЯ ГОЛОГРАФИЯ, преобразование когерентных волн (пучков), происходящее в процессе их записи, в отличие от обычной (статической) голографии, где запись и восстановление разделены во времени процедурой проявления голограммы. В динамической голографии запись и считывание голограмм происходят в нелинейных средах, изменяющих свои оптические характеристики непосредственно во время записи под действием падающего на них излучения. Под действием световых пучков в нелинейной среде происходит пространственная модуляция коэффициента поглощения, показателя преломления или поляризации среды, соответствующая распределению интенсивности в создаваемой этими пучками интерференционной картине, - возникает голографическая динамическая решётка (динамическая голограмма). Она изменяет амплитуды и фазы записывающих и считывающих пучков, приводя к их взаимодействию. В результате запись и считывание голограммы оказываются неразрывно связанными. Другое отличительное свойство динамических голограмм - обратимый характер реакции нелинейной среды, позволяющий реализовать многократную реверсивную (способную возвращаться в исходное состояние) запись.

Особенности динамической голографии определяются нелинейным взаимодействием световых пучков в объёме динамической голограммы, которое может вызывать  появление  новых  пучков  и перераспределение энергии падающих пучков излучения. Эффективность и направление энергообмена зависят от типа динамической решётки (амплитудная или фазовая) и от сдвига решётки по фазе относительно образующей её интерференционной картины. Оптимальный сдвиг составляет π/2 и реализуется в средах с резонансными механизмами нелинейности, а также в электрооптических фоторефрактивных кристаллах. Используя такие решётки, можно на выходе голограммы достичь любого перераспределения энергии падающих на неё пучков и сформировать пучки с заданными пространственными характеристиками. Нелинейный характер взаимодействия пучков в динамической голографии делает возможными преобразования временных и спектральных характеристик излучения. Динамическая  голография позволяет производить в реальном времени те же пространственные преобразования световых полей, что и обычная голография: создание объёмных мнимых и действительных изображений, ассоциативную выборку и свёртку изображений, сложение и вычитание общих фрагментов различных изображений, обращение волнового фронта и др. Взаимодействия световых пучков и их преобразования определяются свойствами нелинейных сред и схем записи динамических голограмм.

Механизмы записи динамической голографии разнообразны и охватывают практически все виды нелинейно-оптических взаимодействий. Наиболее высокую чувствительность записи динамических голограмм обеспечивают среды, связанные с поглощением света, которое приводит к образованию возбуждённых состояний атомов и молекул, свободных электронов и дырок, фононов и др. Инерционность процессов записи и стирания голограмм в  таких  средах составляет обычно 10^-9 - 10^-6 с и определяется временами жизни исходных и последующих возбуждённых состояний, а также скоростями их диффузии в среде.

Тепловой механизм записи, обусловленный неравномерной генерацией фононов (вследствие неоднородного освещения среды), даёт возможность регулировать время релаксации голограмм от 10^-7 до 10^-3 с при изменении периода решётки от 30 до 3000 мм^-1. Предельно высокая чувствительность (до 10^-8 Дж/см²) в сочетании с инерционностью 10^-8 с достигается при записи динамических голограмм на узких резонансных линиях поглощения паров щелочных металлов, что требует использования перестраиваемых по частоте лазеров.

В качестве регистрирующих сред для динамической голографии используются кристаллические сегнетоэлектрики с линейным электрооптическим эффектом с характерными временами релаксации 10^-2-10² с и плотностью энергии порядка 0,1-1 Дж/см². Полупроводниковые соединения позволяют записывать голограммы в видимом, ИК и УФ диапазонах спектра с быстродействием до 10^-12 с, а использование наноразмерных структур значительно снижает требуемые плотности энергии.

Наиболее быстрые механизмы записи динамических голограмм обусловлены нелинейной поляризуемостью атомов, молекул в газах и конденсированных средах в поле интенсивной световой волны, которая вызывает квадратичную и кубическую нелинейности среды с инерционностью 10^-15-10^-12 с. Комбинационно активные усиливающие среды позволяют реализовать запись динамических голограмм с увеличением энергии преобразуемого пучка до 10⁹ раз.

Динамическая  голография используется для формирования узконаправленных световых пучков мощных лазеров; в системах наблюдения сквозь оптически неоднородные среды; в оптических информационных технологиях, включая создание логических элементов с быстродействием 10^-12 с; в системах оперативной голографической памяти, предельно быстрой коммутации информационных каналов (10^-12-10^-13 с); в системах голографического распознавания образов; при разработке лазеров на динамических решётках; для исследования быстропротекающих процессов и т. д.

Лит.: Оптическая голография / Под редакцией Г. Колфилда. М., 1982. Т. 2; Винецкий В. Л., Кухтарев Н. В. Динамическая голография. К., 1983; Одулов С. Г., Соскин М. С., Хижняк А. И. Лазеры на динамических решетках. М., 1990.