Определение оптимальных условий обращения волнового фронта в фоторефрактивном кристалле класса симметрии 43m

Полный текст на elibrary.ru

Ссылка для цитирования:

Навныко В.Н. Определение оптимальных условий обращения волнового фронта в фоторефрактивном кристалле класса симметрии 43m // Оптический журнал. 2025. Т. 92. № 8. С. 3–13. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-08-3-13

Naunyka V.N. Determination of optimal conditions for wavefront phase conjugation in the photorefractive crystal of symmetry class 43m [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2025. V. 92. № 8. P. 3–13. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-08-3-13

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Обращение волнового фронта при дифракции оптического излучения на фазово-амплитудных голографических решётках в кубическом фоторефрактивном кристалле класса симметрии ͞43m. Цель работы. Определение оптимальных условий четырёхволнового взаимодействия в фоторефрактивном кристалле класса симметрии ͞43m, при которых достигается наибольшая интенсивность обращённой волны. Метод. Численное решение системы уравнений связанных волн, в которой учтены вклады линейного электрооптического, фотоупругого и обратного пьезоэлектрического эффектов, а также линейное поглощение кристалла. Основные результаты. При оптимальных условиях в полупроводнике среза (111) с параметрами GaAs достигается больший коэффициент отражения при четырёхволновом взаимодействии, чем в кристаллах срезов (110) и (001). При заданном коэффициенте линейного поглощения локальные максимумы коэффициента отражения достигаются в случае, когда толщина кристалла лежит в окрестности 20 мм. Для каждого кристаллического среза установлены значения ориентационного угла кристалла и азимутов линейной поляризации пучков оптического излучения, при которых интенсивность обращенной волны достигает наибольшего значения. Практическая значимость. Представленные в статье данные могут быть полезны для повышения эффективности дифракции оптического излучения на голографических решётках в полупроводнике GaAs за счёт выбора оптимальных значений параметров кристалла и голографической установки.

Ключевые слова:

обращение волнового фронта, фоторефрактивный кристалл, голографическая решётка, коэффициент отражения

Благодарность:

работа поддержана Министерством образования Республики Беларусь (договор от 22.03.2021 № 1410/2021) в рамках Государственной программы научных исследований № 6 «Фотоника и электроника для инноваций» на 2021–2025 гг. (задание 6.1.14).

Коды OCIS: 160.5320, 190.4380, 090.7330

Список источников:

1. Петров М.П., Степанов С.И., Хоменко А.В. Фоторефрактивные кристаллы в когерентной оптике. СПб.: Наука, 1992. 320 с.
Petrov M.P., Stepanov S.I., Khomenko A.V. Photorefractive crystals in the coherent optics [in Russian]. St. Petersburg: Nauka, 2004. 320 p.
2. Петров В.М., Шамрай А.В. Интерференция и дифракция для интерференционной фотоники. СПб.: Издательство «Лань», 2019. 460 с.
Petrov V.M., Chamrai A.V. Interference and diffraction for interference photonics. St. Petersburg: Publishing house “Lan”, 2019. 460 p.
3. Frejlich J. Photorefractive materials for dynamic optical recording: fundamentals, characterization, and technology. N.J.: JohnWiley & Sons Inc., 2020. 310 p.
4. Katti A., Yadav R.A. Optical spatial solitons in photorefractive materials. Singapore: Springer Nature, 2021. 169 p.
5. Wang H., Jiao Z., Sun M., Liu C., Zhu J. High-contrast phase imaging based on nonlinear holographic hot image model // AIP Advances. 2022. V. 12. P. 065315. https://doi.org/10.1063/5.0089116
6. Chai Y., Marsal N., Wolfersberger D. Fully controllable multichannel waveguides induced by counterpropagating Bessel beams // Scientific Reports. 2022. V. 12. P. 17566. https://doi.org/10.1038/s41598-022-22384-w
7. Lai P., Chang C., Liu X., Wei D. Multiplexing linear and nonlinear Bragg diffractions through volume gratings fabricated by femtosecond laser writing in lithium niobate crystal // Photonics. 2023. V. 10. P. 562. https://doi.org/10.3390/photonics10050562

8. Толстик А.Л., Ивакин Е.В., Даденков И.Г. Преобразование световых пучков и диагностика материалов методами динамической голографии // Журнал прикладной спектроскопии. 2023. Т. 90. № 2. С. 316–323. https://doi.org/10.47612/0514-7506-2023-90-2-316-323
Tolstik A.L., Ivakin E.V., Dadenkov I.G. Light beam transformation and material diagnostics by dynamic holography methods // Journal of Applied Spectroscopy. 2023. V. 90. P. 407–413. https://doi.org/10.1007/s10812-023-01547-1
9. Bile A., Tari H., Fazio E. Episodic memory and information recognition using solitonic neural networks based on photorefractive plasticity // Appl. Sci. 2022. V. 12. P. 5585. https://doi.org/10.3390/app12115585
10. Vlieg E.A., Talandier L., Dangel R., Horst F., Offrein B.J. An integrated photorefractive analog matrix-vector multiplier for machine learning // Appl. Sci. 2022. V. 12. P. 4226. https://doi.org/10.3390/app12094226
11. Одулов С.Г., Соскин М.С., Хижняк А.И. Лазеры на динамических решетках: оптические генераторы на четырехволновом смешении. М.: Наука, 1990. 272 с.
Odulov S.G., Soskin M.S., Hijnyak A.I. Dynamic grating lasers: optical generators based on four-wave mixing [in Russian]. Moscow: Science, 1990. 272 p.
12. Ding Y., Eichler H.J. Crystal orientation dependence of the photorefractive four-wave mixing in compound semiconductors of symmetry group ͞43m// Opt. Comm. 1994. V.110. P.456–464. https://doi.org/10.1016/0030-4018(94)90449-9
13. Stepanov S.I., Petrov V.M. Degenerate four-wave mixing via shifted phase holograms in cubic photorefractive crystals // Opt. Comm. 1985. V. 53. P. 64–68. https://doi.org/10.1016/0030-4018(85)90263-9
14. Erdmann A., Kowarschik R. Theory of degenerate fourwave mixing in anisotropic, optically active photorefractive crystals // IEEE J. of Quant. Electron. 1988. V. 24. №. 2. P. 155–161. https://doi.org/10.1109/3.109
15. Литвинов Р.В., Полковников С.А., Шандаров С.М. Самовозбуждение взаимно обращенных световых волн в кубическом гиротропном фоторефрактивном кристалле с приложенным меандровым электрическим полем // Квантовая электроника. 2001. Т. 31. № 2. С. 167–172.
Litvinov R.V., Polkovnikov S.I., Shandarov S.M. Selfexcitation of mutually phase-conjugated light waves in a cubic gyrotropic photorefractive crystal subjected to a square-wave electric field // Quantum Electronics. 2001. V. 31. № 2. P. 167–172. https://doi.org/10.1070/QE2001v031n02ABEH001911
16. Гусельникова А.В., Шандаров С.М., Плесовских А.М. и др. Векторное четырехволновое взаимодействие света на отражательных решетках в кристаллах титаната висмута // Оптический журнал. 2006. Т. 73. № 11. С. 22–27.
Gusel’nikova A.V., Shandarov S.M., Plesovskikh A.M., et al. Vector four-wave mixing of light at reflective gratings in bismuth titanate crystals // Journal of Optical Technology. 2006. V. 73. № 11. P. 760–763. https://doi.org/10.1364/JOT.73.000760
17. Salazar A., Góez R., Sierra D. et al. Optical wavelet correlator by four-wave mixing via reflection holograms in a BSO crystal // Opt. Comm. 2004. V. 239. P. 287–296. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2004.05.049
18.Nehmetallah G., Banerjee P., Khoury J. Adaptive defect and pattern detection in amplitude and phase structures via photorefractive four-wave mixing // Appl. Opt. 2015. V. 54. № 32. P. 9622–9629. https://doi.org/10.1364/AO.54.009622
19. Shcherbin K., Gadret G., Jauslin H.R. et al. Slowing down of light pulses using backward-wave four-wave mixing with local response // J. Opt. Soc. Am. B. 2015. V. 32. № 12. P. 2536–2547. https://doi.org/10.1364/JOSAB.32.002536
20. Yadav T.K., Maurya M.K., Kumar S. et al. Dielectric and photoconductivity dependence study of four-wave mixing process in photorefractive materials // Indian Journal of Physics. 2022. V. 96. P. 3289–3296. https://doi.org/10.1007/s12648-021-02244-5
21. Навныко В.Н. Анализ закономерностей встречного четырехволнового взаимодействия в кубическом фоторефрактивном кристалле среза (001) // Письма в ЖТФ. 2023. Т. 49. Вып. 20. С. 35–38. https://doi.org/10.21883/PJTF.2023.20.56345.19699
Naunyka V.Counterpropagating four-wave mixing on amplitude–phase holographic gratings in a qubic photorefractive crystal // Tech. Phys. Lett. 2023. V.49. №10. P.71–74. https://doi.org/10.61011/TPL.2023.10.57064.19699
22. Shcherbin K., Odoulov S., Litvinov R. et al. Contribution of nonlinear absorption and elasto-optic effect in photorefractive grating recording in GaAs // J. Opt. Soc. Am. B. 1996. V. 13. № 10. P. 2268–2277. https://doi.org/10.1364/JOSAB.13.002268
23. Montemezzani G., Zgonik M. Light diffraction at mixed phase and absorption gratings in anisotropic media for arbitrary geometries // Phys. Rev. E. 1997. V. 55. № 1. P. 1035–1047. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.55.1035
24. Навныко В.Н. Встречное четырехволновое взаимодействие на фазово-амплитудных голографических решетках в кубическом фоторефрактивном кристалле // Квантовая электроника. 2022. Т. 52. № 20. С. 731–738.
Naunyka V. Counterpropagating four-wave mixing on amplitude–phaseholographic gratings in a qubic photorefractive crystal // Bulletin of the Lebedev Physics Institute. 2022. V. 49. Suppl. 1. P. S58–S67. https://doi.org/10.3103/S1068335622130073
25. Ja Y.H. Using the shooting method to solve boundaryvalue problems involving nonlinear coupled-wave equations // Opt. and Quant. Electron. 1983. V. 15. P. 539–546. https://doi.org/10.1007/bf00620022
26. Dargys A., Kundrotas J. Handbook on physical properties of Ge, Si, GaAs and InP. Vilnius: Science and Encyclopedia Publishers, 1994. 264 p.
27. Mallick S., Miteva M., Nikolova L. Polarization properties of self-diffraction in sillenite crystals: reflection volume gratings // J. Opt. Soc. Am. B. 1997. V. 14. № 5. P. 1179–1186. https://doi.org/10.1364/JOSAB.14.001179