Приглашаем посетить сайт

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
ПОЛЯРИЗАЦИОННАЯ ГОЛОГРАФИЯ

ПОЛЯРИЗАЦИОННАЯ ГОЛОГРАФИЯ

ПОЛЯРИЗАЦИОННАЯ ГОЛОГРАФИЯ - метод записи, воспроизведения и преобразования состояния и степени поляризации поля когерентных эл.-магн. волн. Основан на отображении поляризации суммарного поля опорного и объектного источников излучения поляризационно-чувствительными регистрирующими средами [эффект Вейгерта - индуцированная линейно поляризованным светом анизотропия (фотоанизо-тропия); нелинейный эффект Вейгерта - индуцированная циркулярно поляризованным светом гиро-тропия (фотогиротропия)].

При сложении волн, имеющих параллельные поляризации, происходит модуляция лишь интенсивности (картина интерференции), что используется в скалярной голографии[1, 2] (рис. 1, а, 6). При сложении волн, имеющих ортогональные поляризации, происходит модуляция состояния поляризации при отсутствии модуляции интенсивности (рис. 1, в, г), что может быть отображено только поляризационно-чувствит. средой. В П. г. в общем случае сложения опорной и объектной волн произвольных поляризаций наряду с параллельной опорной волне компонентой электрич. вектора объектной волны регистрируется также ортогональная его компонента, что позволяет смоделировать в голограмме векторный характер поля стоячих волн [3, 4]. При этом пространственно-переменное состояние поляризации суммарного поля вызывает в среде возникновение соответственно переменной фотоиндуциров. анизотропии и гиротропии. В процессе поляризационно-голографич. воспроизведения поле объекта восстанавливается наряду с амплитудой и фазой также по состоянию и степени поляризации. Поляризац. голограмма может быть получена как в попутных (схемы Габора, Лейта), так и во встречных пучках (схема Денисюка). В зависимости от времени запоминания среды возможна поляризационно-голографич. запись как в статич., так и в динамич. режимах [5, 6].

Рис. 1. Проекционные картины электрического вектора при сложении двух волн различной поляризации: параллельные линейная и циркулярная поляризации ( а, б) и ортогональные линейная и циркулярная поляризации ( в, г )складываемых волн.

Теоретич. описание П. г. требует существ, усложнения матем. аппарата сравнительно со скалярной голографией. Соединение векторно-матричного метода Джонса с поляризац. обобщением Гюйгенса- Френеля принципа позволяет реформулировать дифракц. интеграл Кирхгофа в векторном виде, что даёт возможность анализировать поле при дифракции на структурах неизотропного характера, в т. ч. на поляризац. голограмме (см. Джонса матричный метод[7]):

где Т- период колебания, l - длина волны, М- матрица Джонса дифрагирующего объекта, E- вектор Джонса просвечивающей волны, - расстояние от объекта до точки наблюдения; l, т, n- направляющие косинусы волнового вектора от объекта до точки наблюдения, - область, занятая объектом.

Количеств. описание индуцированных в среде анизотропии в зависимости от энергии и состояния поляризации излучения, воздействующего на среду в процессе записи, показывает, что под действием актиничного излучения эллиптич. поляризации первоначально изотропная и негиротропная среда в общем случае становится подобной гиротропному кристаллу. При этом в трёх её сечениях в направлении воздействия актиничного излучения и в перпендикулярных направлениях комплексный коэф. преломления принимает значения [8]:

где - исходный коэф. преломления; - коэф. реакции поляризационно-чувствит. среды, обусловившие соответственно изотропный, анизотропный и гиро-тропный отклики на действующую интенсивность эллиптич. поляризации; соответственно первый, второй и четвёртый Стокса параметры действующего излучения.

Развита последоват. теория П. г. в двумерных и трёхмерных поляризационно-чувствит. средах, основывающаяся на (1), (2), а также проведены эксперим. исследования, позволяющие сделать ряд заключений. 1. Имеет место асимметрия в состояних поляризаций восстановленного и сопряжённых изображений. В частном случае ортогонально- и циркулярно-поляризован-ных опорной и объектной волн сопряжённые изображения не возникают. 2. Состояние поляризации опорной волны оказывается необходимым согласовать с коэф. реакции среды. Существенно важно, что как при наличии только фотоанизотропии или только фотогиротропии так и в общем случае произвольное пространственно-переменное по поляризации поле объекта возможно адекватно восстановить. При несогласованной со свойствами среды опорной волне имеют место преобразования состояния поляризации восстановленного поля. 3. Использование неполяризованной опорной волны позволяет воспроизвести степень поляризации частично поляризованного, а также микроструктуру нелоляризованного волновых полей объекта.

Рис. 2. Картина дифракции сложнополяризованного объекта на решётке анизотропного профиля (неоднородный по сечению кристалл рубина). В центре - недифрагированный, нулевой порядок, ослабленный нейтральным фильтром. Слева и справа от него - дифракционные изображения соответственно + 1-го и - 1-го порядков. Взаимно дополнительный по интенсивности характер этих изображений иллюстрирует распределение право- и левоциркулярно поляризующих участков сечения кристалла.

С помощью П. г. решается ряд ранее недоступных задач. Преобразование состояния поляризации восстановленного изображения даёт информацию о векторных коэф. фотореакции, и в конечном итоге о фотоперестройках элементарных центров регистрирующей среды. Это особенно перспективно в совокупности с динамич. режимом записи, когда практически любая среда оказывается способной топографически записать и воспроизвести поле эл.-магн. волн (см. Динамическая голография). П. г. может быть использована в изучении напряжённого и напряжённо-деформиров. состояния разл. объектов и конструкций. Методами П. г. возможно создание дифракц. элементов с перем. профилем анизотропии и гиротропии. Подобные структуры способны разлагать поступающее на них поле пространственно-переменной поляризации на ортогональный базис, выделяя компоненты базиса соответственно в положит. и отрицат. порядки дифракции (рис. 2). Обращение волнового фронта в П. г. может быть использовано для коррекции генерируемого лазером излучения со сложным распределением поляризации по фронту. Представляется перспективным применение П. г. в гидро- и аэродинамич. экспериментах, в задачах переработки оптич. информации и создании оптич. памяти. Избыточность отображённой на поляризац. голограмме исходной информации (интенсивность, ориентация, эксцентриситет, направление вращения эллипса поляризации) свидетельствует о принципиально новых возможностях гибкой и оперативной её переработки во мн. приложениях [9-11].

Лит.:l)Gabor D.,A new microscopic principle, "Nature", 1948, v. 161, p. 777; 2)Денисюк Ю. H., Об отображении оптических свойств объекта в волновом поле рассеянного им излучения. "ДАН СССР", 1962, т. 144, в. 8, с. 1275; 3) Какичашвили Ш. Д., О поляризационной записи голограмм, "Оптика и спектроскопия", 1972, т. 33, № 2, с. 324; 4) его же, Метод фазовой поляризационной записи голограмм, "Квантовая электроника", 1974, т. 1, № 6, с. 1435; 5) Weigert F., Uber einen neuen der Strahlung in lichtempfindlichen Schichten, "Verhand. Deutsch. Phys. Ges.", 1919, Bd 21, S. 479; 6) Buckingham A. D., Birefringence resulting from the application

of an intense beam of light to anisotropic medium, "Proc. Phys. Soc.", 1956, v. В 69, p. 344; 7) Какичашвили Ш. Д., Поляризационная голография, "УФН", 1978, т. 126, в. 4, с. 681; 8) его же, О закономерности в явлениях фотоанизотропии и фотогиротропии, "Оптика и спектроскопия", 1987, т. 63, № 4, с. 911; 9) Jonathan J. М., May M., Interferograms generated by anisotrppic photographic recording of two partially coherent vibrations perpendicularly polarized, "Appl Opt.", 19SO, v. 19, №4, p. 624; 10) Todorоv T. e. a., Polarization holography for measuring photoinduced optical anisotropy "Appl. Phys.", 1983, v. В 32, № 2, p. 93; 11) A ttia M., Jоnat-han J. M. C., Anisotropic gratings recorded from two circularly polarized coherent waves, "Opt. Commun.", 1983, v. 47, № 2, P. 85. Ш. Д. Какичашвили.