4. Fenomen fotorefrakcji
Podstawowy mechanizm w przetwarzaniu
obrazów
Równoległość w czasie rzeczywistym
Wykorzystanie laserów małej mocy
Wykorzystanie „gołych” materiałów
Ogromna pojemność informacyjna
5. Historia fotorefrakcji
Odkrywca – A. Askhin i inni
(Laboratoria Bella – 1966r.)
„Optyczna degradacja” w LiNbO3
Holograficzne pamięci optyczne - krótko
Intensywne badania
Pamięć dynamiczna – połowa lat 70-tych
XX w.
Doprecyzowanie zjawiska i nowe odkrycia
7. Opis efektu
Przestrzenna modulacja fotoprądu przez
niejednorodne oświetlenie
Obecność odpowiednich donorów
Wybijanie elektronów z centrów zanieczyszczeń
Migracja elektronów
Wychwytywanie elektronów
Przestrzenne pole elektryczne
Modulacja współczynnika załamania na skutek
efektu elektro-optycznego
8. Generacja nośników ładunku
Śladowe zanieczyszczenia
Fe – pułapka donorowoakceptorowa
Wewnętrzna przemiana
Fe2+ ↔ Fe3+
Nowe charakterystyczne
pasmo
Fotojonizacja
Inne mechanizmy (samowychwytywanie elektronów,
centra barwne, przejścia
wielojonowe i wielofotonowe)
9. Właściwości Fe i Fe
2+
Krawędź absorpcji dla 3,2 eV
charakterystyczne pasmo dla 2,5 eV
3+
11. Dyfuzja
Wzbudzenie zjonizowanych
donorów i elektronów
Różnica rozkładów gęstości
Rozkład ładunku
przestrzennego zgodny
w fazie z natężeniem
Przesunięte przestrzenne
pole elektryczne o ćwierć
okresu
12. Dryf
Statyczne pole elektryczne
Zjonizowane donory: coskx
Dryfujące elektrony: cos(kx+φ)
Ładunek przestrzenny: sinkx
Pole elektryczne: -coskx
Stała gęstość prądu
Przestrzenna modulacja
przewodności
14. *
j ph = β ijk E j E k
Efekt fotowoltaiczny
Wytworzenie fotoprądu bez przyłożonego
napięcia
Wybijanie elektronów do pasma
przewodnictwa
Anizotropowy wychwyt elektronów
*
j ph = β ijk E j E k
jph = βijkEjEk*
jph = -β333E3E3* = -β333I = -καI
15. Efekt elektro-optyczny
Przestrzenne zmiany współczynnika
załamania pod wpływem pola
elektrycznego
Zmiana wymiarów lub orientacji elipsoidy
współczynników załamania
Wspólny opis:
Δ(1/n2)ij = rijkEk + RijklEkEl
rijk – efekt Pockelsa
Rijkl – efekt Kerra
16. Podsumowanie
Fala padająca o odpowiedniej
długości
Generacja, przemieszczanie
i wychwytywanie
fotoelektronów
Powstanie ładunku
przestrzennego
Powstanie przestrzennego
pola elektrycznego
Zmiana współczynnika
załamania poprzez efekt
elektro-optyczny
18. Powiązania z optyką nieliniową
Nieliniowość dynamicznej holografii
Nieliniowość 3-go rzędu
Pewna bezwładność odpowiedzi
Eksperymentalne możliwości w czasie
quasi rzeczywistym
Mniejsza optyczna gęstość mocy
19. Mieszanie dwóch fal
Dwie koherentne
wiązki laserowe
Kryształ
fotorefrakcyjny –
zazwyczaj BaTiO3
Wiązka 1 przekazuje
energię wiązce 2
20. Mieszanie czterech fal
Tylko 3 fale pierwotne
Generacja czwartej fali
Zapis hologramu przez
wiązki P1 i S
Odczyt przez wiązkę
P2 z przeciwnego
kierunku
C – wiązka sprzężona
fazowo do S
21. Sprzężenie fazy
Dokładne odwrócenie frontu fazowego fali
Odbicie od lustra sprzęgającego fazę
i powrót do źródła
Odwrócenie osi czasu
Pozwala na pozbycie się zniekształceń
fazowych
23. Solitony
Paczki falowe propagujące się bez zmiany
kształtu
Wymagany nieliniowy ośrodek optyczny
zapewniający samoogniskowanie
kompensujące dyspersję i dyfrakcję
Przestrzenne solitony w kryształach
fotorefrakcyjnych
26. Czynniki wyboru
Czułość fotorefrakcyjna
Dynamiczny zakres
Przesunięcie fazowe między n i I
Czas zapisu i kasowania
Przestrzenna zależność fazowa
Zależność pola elektrycznego
Potrzebne długości fali lasera
Współczynnik sygnału do szumu
Operacje w temperaturze pokojowej
33. Sieci neuronowe
109 obrazów
Odczyt co 1 ms →
1012 oper. / s
Dynamiczna holografia
objętościowa
Wektor wejściowy – wiązki
referencyjne
Odpowiedź – wiązki
holograficzne
34. Pozostałe zastosowania
Przestrzenny modulator ciekłokrystaliczny
Korelator optyczny (przemysł)
Lustra ze sprzężeniem fazowym
– Wzmacnianie sygnałów w telekomunikacji
– Elementy aparatury satelitów szpiegowskich
Pamięci holograficzne
36. Przyczyny powstania
Ograniczenia tradycyjnej technologii
Fizyczny kres możliwości – efekt
nadparamagnetyczny
Szybki zapis i odczyt – czas rzędu
nanosekund
Duża gęstość składowania – 1012 bit / cm3
Możliwe pamięci niekasowalne
41. Problemy
Szumy detektora
Wysoka wrażliwość na zmianę kąta
i długości fali
Zmiany właściwości materiału
Brak osiowości układu
Wychwytywanie innego światła przez
detektor
42. Technologia
Składowanie ECC (error correction code)
Pojemność strony do 106 pikseli
Pojemność modułu do 1 Gbit (możliwości
materiałowe i czas odczytu)
1 Tbit pamięci z wielu modułów –
przestrzenny multiplexing
43. HRAM
Optyczne skanery
Bardzo szybkie sterowanie promieniami
Bezpośrednie przesyłanie informacji
z różnych miejsc do detektora
Informacja odczytywana w dowolnej
kolejności
1 Tbit = 32 x 32 (1 Gbit)
Dwukrotnie wolniejszy zapis od odczytu
Kasowalna pamięć wielokrotnego z-o
50. Bibliografia
P. Günter, J.-P. Huignard, Photorefractive Materials and
Their Applications I, Springer-Verlag 1988
Francis T. S. Yu, Shizhuo Yin, Photorefractive Optics,
Academic Press 2000
P. Günter, Electro-optic and Photorefractive Materials,
Springer-Verlag 1987
Jon William Toigo, Uciec przed potopem danych,
w Świat Nauki 8 / 2000
http://odi.iap.physik.tu-darmstadt.de/gloss.html
http://www.forumakad.pl/archiwum/98/6/artykuly/15-badania.ht
http://wombat.ict.pwr.wroc.pl/dydaktyka/multimedia/opto/opto_4
