Icon projectПроект ЭП-1801

Адаптивная голографическая интерферометрия

Направление

Оптоэлектроника

Вид проекта

науко-ориентированный

Размещение в СБИ

Нет

Цель проекта

Исследование эффектов в фоточувствительных кристаллах. Разработка математических моделей возникновения упругих полей, вызванных пьезоэлектрическим и флексоэлектрическим эффектами при формировании динамических голограмм в фоточувствительных кристаллах. Разработка математических моделей фазовой демодуляции для встречного и попутного взаимодействия в фоточувствительных кристаллах различных срезов. Экспериментальное определение флексоэлектрических коэффициентов для фоторефрактивных кристаллов класса селлинитов методами адаптивной голографической интерферометрией.

Основные задачи проекта на этапах реализации

Задача исследования нелинейных оптических сред вызвана в первую очередь необходимостью измерения количественных характеристик для вкладов физических явлений в фоточувствительных кристаллах в эффекты самовоздействия световых пучков на динамических голограммах, что позволит развивать физические основы создания устройств голографической интерферометрии. Подобные устройства позволяют проводить дистанционные измерения спектра механических колебаний зеркально и диффузно отражающих объектов в широком динамическом диапазоне.
Основаны такие голографические устройства на встречной или попутной геометрии взаимодействия световых волн на динамических голограммах в нецетросимметричных фоторефрактивных кристаллах класса силленитов. Так встречная геометрия взаимодействия в кристаллах селлинитов при диффузионном механизме записи динамической голограммы характеризуется высокой эффективностью, а малые пространственные периоды отражательных голограмм приводят к высоким градиентам электрических полей, достигающие значений порядка ТВ/м2. Такие гигантские значения, приводят, в следствие флексоэлектрического эффекта к новым явлениям, а также к существенному вкладу в возмущения оптических свойств кристаллов, в том числе и в нетрадиционных для фоторефрактивной голографии кристаллах, в которых отсутствует линейный электрооптический эффект. Обратный флексоэлектрический эффект индуцирует упругие деформации кристалла, которые в свою очередь вследствие фотоупругого эффекта приводят к изменениям в нелинейный отклик, которые выявляются методами голографической интерферометрии, основанной на фазовой демодуляции фазомодулированных световых пучков при взаимодействии со стационарными пучками на динамических голограммах, путем выделения линейной составляющей сигнала демодуляции.
Выявление вкладов в нелинейный отклик, разделение их по физическим механизмам и определение количественных характеристик требует построения соответствующих математических моделей, а также разработки экспериментальных методов и лабораторных установок голографической интерферометрии.

Заинтересованные структуры

каф. ЭП

Потребные ассигнования

Нет

Источники средств

Кафедра электронных приборов. Личные средства руководителя проекта.

Научная новизна проекта

Одним из важных, но недостаточно хорошо изученных к настоящему времени явлений, связанных с упругими деформациями в твердотельных микро-, нанослоях и гетероструктурах, является флексоэлектрический эффект. Как прямой флексоэлектрический эффект, состоящий в линейном отклике электрической поляризации на градиент упругих деформаций, так и его обратный вариант (возникновение в среде упругих деформаций (напряжений), пропорциональных градиенту электрической поляризации (напряженности)), являющиеся слабыми относительно пьезоэффекта в нецентросимметричных кристаллах макроскопических размеров, вносят заметный вклад в упругие деформации и электрическую поляризацию в микро- и нанослоях.
Гигантские значения градиентов упругих и электрических полей в микро- и наноструктурированных полярных материалах, и значительная анизотропия их физических свойств, приводят, вследствие флексоэлектрического эффекта, как к качественно новым явлениям, так и к существенному вкладу в возмущения физических свойств таких систем. В ряде работ, в том числе в работах заявителя, показано, что пренебрежение данным вкладом не позволяет описать некоторые эффекты, наблюдаемые экспериментально в микро- и наноструктурированных полярных материалах. В связи с изложенным, заявляемый проект, цель которого состоит в развитии методов адаптивной голографической интерферометрии, основанной на двухволновом взаимодействии световых волн в фоторефрактивных кристаллах для исследования параметров деформации, смещений и механических напряжений, возникающих при строительстве или эксплуатации инфраструктурных сооружений, производства материалов и компонентов устройств нано-, микро- и оптоэлектроники, а также характеризации упругих полей, возникающих в голографических средах (фоторефрактивных кристаллах), используемых в голографических интерферометрах, вследствие обратного флексоэлектрического эффекта, является актуальным, особенно в рамках задач разработки методов прецизионного и бесконтактного измерения параметров деформаций в тонких пленках и гетероструктурах и методов создания статических и динамических деформаций в тонких пленках и гетероструктурах путем воздействия электрических, механических, акустических и оптических полей. Также важным вкладом в развитие физического материаловедения структурированных полярных диэлектриков будут развитые в результате выполнения проекта теоретические модели, описывающих на основе общего подхода возмущения оптических свойств упругими полями. С использованием результатов, полученных на основе данных моделей, будут решаться задачи по развитию теоретических моделей и экспериментальному исследованию эффектов фазовой демодуляции и сделают возможным существенный вклад в разработку физических основ создания нового поколения устройств обработки сигналов оптического диапазонов. Вклад в данную область науки, который будет следствием выполнения проекта, обладает инновационным потенциалом, как и вклад в развитие методов неразрушающего контроля.

Ожидаемые результаты

- Разработка и сборка портативной системы адаптивного голографического интерферометра на основе двухволнового взаимодействия фазово-модулированного светового пучка со стационарным пучком накачки на динамических голограммах в фоточувствительных кристаллах, предназначенная для измерения спектра колебаний или упругих деформаций в широком динамическом диапазоне.
- Модифицированная теоретическая модель формирования упругих полей динамических голограмм, обусловленного пьезоэлектрическим и флексоэлектрическим эффектами в фоточувствительных кристаллах различной симметрии и на ее основе будут разработаны численные алгоритмы расчета эффективных флексоэлектрических коэффициентов для образцов с произвольной ориентацией относительно кристаллографических осей.
- Выявление преобладающего механизма формирования абсорбционной составляющей динамической голограммы в кристаллах класса силленитов. С его учетом будут развиты теоретические модели возмущений диэлектрической проницаемости фоточувствительных кристаллов на оптических частотах и теоретические модели фазовой демодуляции для встречного и попутного взаимодействия в фоточувствительных кристаллах различных срезов двух векторных световых пучков. Будут разработаны численные алгоритмы расчета ориентационных и поляризационных характеристик процесса фазовой демодуляции в фоторефрактивных кристаллах класса силленитов для образцов произвольного среза.
- Будут экспериментально выявлены основные закономерности поведения ориентационных и поляризационных характеристик для линейной и квадратичной составляющих сигнала фазовой демодуляции в кристаллах силленитов при попутной геометрии взаимодействия и определены оптимальные условия для оценки эффективных флексоэлектрических коэффициентов при различных ориентациях вектора решетки.
- Будет установлена степень соответствия разработанных теоретических моделей полученным экспериментальным данным и будут даны количественные оценки эффективных флексоэлектрических коэффициентов кристаллов титаната и силиката висмута.
- Полученные результаты позволят исследователями, специализирующихся в области оптического материаловедения, физики твердого тела, динамической голографии, фоторефрактивной нелинейной оптики, взаимодействия лазерного излучения с веществом расширить и уточнить представления о влиянии фотоиыдуцированного поглощения света и обратного флексоэлектрического эффекта на фундаментальные эффекты, наблюдаемые в фоточувствительных кристаллах. Можно ожидать, что разработчики устройств динамической голографии и голографической интерферометрии, предназначенных для оптической обработки информации и измерения и контроля спектров механических колебаний объектов, смогут использовать разработанные алгоритмы численного анализа и измеренные значения эффективных флексоэлектрических коэффициентов для оптимизации конструкции и характеристик разрабатываемых систем прикладного назначения.
- Результаты проекта, связанные с влиянием флексоэлектрического эффекта на оптические свойства наноструктурированных материалов, могут быть использованы в научно-исследовательских работах фундаментального характера по тематике взаимодействия лазерного излучения с веществом и изучения оптических и упругих свойств кристаллов. Результаты анализа преобладающего механизма формирования абсорбционной составляющей динамической голограммы в кристаллах силленитов позволят уточнить существующие представления о механизмах фотохромного эффекта и его зависимости от длины волны индуцирующего излучения. Использование результатов измерения эффективных флексоэлектрических коэффициентов кристаллов силленитов возможно и для решения прикладных задач, связанных с разработкой и оптимизацией параметров измерительных устройств голографической интерферометрии, функционирующих в линейном режиме фазовой демодуляции.
Долгосрочным эффектом проекта будет, в первую очередь, полученный научно-технический задел в области оптического материаловедения, физики твердого тела, динамической голографии, фоторефрактивной нелинейной оптики, взаимодействия лазерного излучения с веществом, который будет использован как для продолжения фундаментальных исследований по тематике взаимодействия лазерного излучения с веществом, так и для проведения прикладных работ по созданию измерительных устройств, основанных на принципах голографической интерферометрии.

Целевая аудитория (потребители)

Предприятия, специализирующиеся на выпуске оптического и оптико-электронного оборудования, университеты, научно-исследовательские институты.