Media-security

ГОЛОГРАФИЯ ВОЛНОВЫХ ПАКЕТОВ

Ю.Т.Мазуренко

В настоящее время возможно получение сверхкоротких оптических импульсов, длительность которых достигает 10^-14 с. Волновые пакеты, сформированные из таких импульсов, имеют продольные размеры, существенно меньшие, чем характерные размеры элементов оптических систем. Это позволяет реализовать условия, при которых дифракция волнового пакета на пространственных неоднородностях приводит к изменению не только пространственной, но и временной структуры излучения. Если распределение неоднородностей надлежащим образом соответствует распределению в пространстве и времени амплитуды и фазы некоторой нестационарной волны, то (в рамках определенных ограничений) возможно восстановление этой волны при дифракции волнового пакета на пространственных неоднородностях. В частности, могут быть осуществлены непосредственная регистрация в объемной среде и восстановление ограниченной во времени нестационарной волны при использовании плоского волнового пакета в качестве опорного излучения /I/.

Более широкие возможности открываются при использовании пространственного спектрального разложения нестационарных волн. Обратная величина частотного разрешения оптических спектральных приборов может достигать Т = 10^-9-10^-8 с, что существенно превышает доступные длительности сверхкоротких импульсов. При спектральном разложении импульса с длительностью, существенно меньшей чем Т, поле, формируемое вблизи плоскости спектра прибора, представляет

- 31 -

собой волну с переменной по сечению частотой, продолжающуюся в течение времени Т. Распределение амплитуды и фазы в поперечном сечении этой волны повторяет распределение амплитуды и фазы в спектре исходного временного сигнала. Если относительный временной сдвиг двух импульсов не превышает Т, то волны их спектрального разложения могут интерферировать. Картина интерференции, зарегистрированная на фотопластинке, может быть названа спектральной голограммой. Спектральная голограмма содержит запись амплитудного спектра сигнального импульса относительно спектра опорного импульса /2-5/. Если направить на спектральную голограмму волну спектрального разложения опорного импульса, то в результате дифракции формируется копия волны спектрального разложения сигнального импульса и сопряженная ей волна. Сложение частотных составляющих этих волн с помощью спектрального прибора, работающего в обратном ходе лучей, приводит к формированию реальной временной копии сигнального импульса, а также его копии, обращенной во времени /3-5/. Временное разрешение восстановления и максимальная длительность сигнального импульса, который может быть записан и воспроизведен, определяются, соответственно, длительностью опорного импульса и временем Т /3-5/.

Сигнальный волновой пакет может содержать в направлении, перпендикулярном спектральному разложению, движущееся одномерное изображение. Такое изображение может быть зафиксировано в виде двумерной спектральной голограммы, содержащей по двум координатам запись пространственной и временной информации. При дифракции волны спектрального разложения опорного волнового пакета и спектральном сложении дифрагированных волн движущееся изображение восстанавливается. В простейших случаях использование двумерной спектральной голограммы позволяет пространственно разделить опорный и сигнальный импульсы, а при восстановлении - прямую и обратную временные копии сигнального импульса /3-5/. На основе аналогичных принципов возможны регистрация и восстановление движущихся двумерных изображений /6/.

При интерференции встречных волн спектрального разложений двух импульсов вблизи плоскости спектр возникает стоячая волна, характеризуемая веерообразном расположением пучностей в соответствии

- 32 -

с тем, что длины волн интерферирующих излучений изменяются в поперечном направлении. Регистрация такой стоячей волны приводит к получению объемной спектральной голограммы. С помощью объемной спектральной голограммы возможно восстановление в отраженном свете только прямой или только обращенной во времени копии сигнального импульса, причем эффективность восстановления может быть близкой к единице /5/.

Естественным развитием принципа объемной спектральной голограммы является динамическая спектральная голограмма. Такая голограмма позволяет осуществлять в реальном времени запись и восстановление оптических импульсов. При этом возникает возможность разнообразных сверхбыстрых преобразований оптических временных сигналов, таких как корреляция, свертка или обращение сигнала во времени. Возможно динамическое смешивание пространственных и временных сигналов. Так, если на динамической спектральной голограмме регистрировать монохроматический пространственный сигнал и восстанавливать ее как спектральную голограмму, то в результате будет сформирован временной сигнал, который является аналогом исходного пространственного сигнала, возможен и обратный процесс динамического время - пространственного преобразования оптических сигналов /7/.

Другая область приложений спектральной динамической голографии связана с фотохронографией. Картина интерференции волны спектрального разложения сверхкороткого импульса с встречной плоской монохроматической волной имеет вид быстро вращающейся объемной решетки. Регистрация такой решетки в динамической среде позволяет реализовать вращающееся голографическое зеркало. Такого рода зеркало может быть использовано для пространственного сканирования светового луча в методе фотохронографии. Это дает временное разрешение фотохронографии, принципиально ограниченное только длительностью сверхкороткого импульса, например, 10^-12–10^-14 с /7/.

Рассмотрение общего случая взаимодействия волн спектрального разложения волновых пакетов в оптически нелинейной среде позволяет сформулировать принципы спектральной нелинейной оптики как системы преобразований временных оптических сигналов посредством

- 33 -

нелинейного взаимодействия их спектров. Методы спектральной нелинейной оптики дают существенно новые возможности преобразования импульсных временных и пространственных световых сигналов /7/.

Л и т е р а т у р а

1. Маэуренко Ю.T. Оптика и спектроскопия. 1985. т.59, с.608.

2. Малышев В.И., Масалов А.В., Сычев А.А. ЖЭТФ, 1970, т.59, с.48.

3. Мазуренко Ю.T. Оптика и спектроскопия. 1984, т.56, с.583.

4. Мазуренко Ю.T. Оптика и спектроскопия, 1984, т.57, с.8.

В, Маэуренко Ю.Т. Квантовая электроника, 1985, т.12, с.1235.

6. Мазуренко Ю.T. ЖТФ, 1984, т.1О, с.539.

7. Мазуренко Ю.T. Оптика и спектроскопия, 1985, т.59, с.57.