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Nonlinear Optics LabNonlinear Optics Lab. . HanyangHanyang Univ.Univ.
레이저 응용 광학의 몇 가지 원리- Holography- Optical memory- Short pulse generation- Nonlinear optics
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홀로그래피 (Holography)Hologram : whole message
- 1948, Dennis Gabor : 홀로그래피 발명(1972년 노벨상 수상)- 1960, 미국 Michigan 대학, E. Leith, J. Upatnieks : 레이저 이용,
투과형 off-axis 홀로그램.- 1960, 소련, Denisyuk : 반사형 홀로그램 (슬릿 이용),
밝은 실내에서도 가시화됨. - 1970, 미국 Benton : 무지개 홀로그램 (백색광),
여러 방향의 모습을 동시 기록, 입체감이 뛰어남. - 1977, 미국 Cross : 스테레오 홀로그램
D. Gabor
Denisyuk
Benton
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홀로그래피의 원리
1. 사진
색과 빛의 세기를 기록
깊이감이 없음
2. 실물
r1
r2
r3
)}({exp rkti rr⋅−ω
색과 빛의 세기 및 위상을 감지
깊이감과 시차를 느낌
film
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홀로그램의 제작 및 재생 (투과형)
1. 제작
laser beam
film
mirror
2. 재생
film
mirror
기준광과 물체로부터의 반사광을
간섭시켜 그 세기를 기록하고 현상
위상정보가 기록됨.
virtual image
object
기준광만 비추면 홀로그램에 회절된
광에 의해 물체의 입체 허상이 보임.
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Holography의 예
This 10x8 inch two-step full color reflectionholographic stereogram of an Acura NSX was madeusing a single laser wavelength (647 nm), anda single high-resolution photographic plate.Color was produced using the "In-Situ" color controltechnique developed by Spatial Imaging alum Julie Parker.Data courtesy of Alias Research and HondaR&D Company.
Here is a large-scale one-step holographic stereogram.The film measures 1 x 1 meters, and the image volumeoccupies approximately 1 meter of depth. This hologramwas produced in conjuction with research done forGeneral Motors Corporation in 1991. It is composed of1000 separate exposures, and displays a 45 degreeviewing angle.
- Display(3차원 영상, 입체 TV, Head up display, …)
- Interferometry(변형, 진동, 유속, 결함 측정, …)
- Holographic optical memory- Pattern recognition- Diffractive optical elements(DOE)- 신용카드, 지폐(불법복제 방지)- 광고, 장식, …
홀로그래피의 응용
금속캔의 하중에 의한 응력분포
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Capacity(
Gbit/in
2)
10-1
10
1
1980 1990 2000 2010
(Products)
PC(Phase change)
MO(Magneto-Optic)
Mixed
CD ROM(650MB)
DVD ROM(4.7GB*2)
ASMO
5.25”MO(1X)
5.25”MO(2X)
1st DVD RAM2.6GB*2
MAMMOS
HD DVD~1.5GB*2
IOPM
Holography
5.25”MO(8X)
CD ROM(650MB)PD
(650MB)
2nd DVD RAM4.7GB*2
3rd DVD RAM~15GB*2
3D multi-layer
102
광메모리 (optical memory)
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1. CD(compact disc), DVD 종이, 마이크로필름, 오디오, 비디오 테이프
자기 테이프,
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변 형 된 부 분 인 pit 와 원 상 태그대로인 land에서의 빛의 반사도차이를 감지 => 픽업
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2. Holographic optical memory
- CD/DVD보다 수십배 기록밀도 높음
- 재료 :
광굴절 무기단결정 (Photorefractive crystal)
광굴절 고분자 (photorefractive polymer)
광변색성 고분자 (photochromic polymer)
광이성화 고분자 (Photoisomerization polymer)
홀버닝 재료 (Spectral hole burning material)
- 다중화 : 각도, 위상, 파장
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Ar+ ion laser
λ/2 WP
PBS
BE SLM spatialfilter
CCD
reference beam
image beam
polymer
shutter
λ/2 WP
camera
(PDR1)
514.5 nm
computer
Holographic data storage
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Original images and reconstructed images in PDR1 film
< Original Images > < Reconstructed Images >
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HDDS (holographic digital data storage)
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Photorefractive Crystal을 이용한 VHDDS(Volume holographic digital data storage)- IBM
Holographic data storage HM-100 -Holoplex
Input beam(signal arm)
SLM
Signal Beam
Input beam(reference arm)
Recording/Readout Head
Lens of high NA
ReferenceBeam
Axis of disk rotation
CCD
HolographicDisk Shift
MationOutput beam(reconstrnctionarm)
z
x
L
θs
za
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Short pulse generation- Q switching- Mode locking
1. Q switching: sudden switching of the laser cavity Q from a low value to a high value
full mirror output coupleractive medium
Switching method- Rotating mirror- Electro-optic switching- Saturable absorber
Pulse width ~ 10 ns
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Rate equations
ννν νσ IcgINc
dtdI
t−= 2)(
222122 )( KNIN
hdtdN
+Γ−−= νννσ
Put, tNch
Ixνν=
1
2
NNy =, , tcgt=τ
xyxyddx
−≈−= )1(τ
τ
y x
y
x
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2. Mode locking: locking the phases of longitudinal modes by modulating the cavity Q
Modulation method- Acousto-optic modulation- Electro-optic modulation- Saturable absorber
Pulse width ~ 10 fs full mirror output coupleractive medium
modulator
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Acousto-optic modulator: photoelastic effect에 의한 공간적인 굴절률 변조 회절격자 입사광 회절
PZT(piezo-electric transducer)
acousto-optic cell
기준광
회절광
Electro-optic modulator: Electro-optic effect에 의한 편광에 따른 굴절률 변조 입사광의 편광변화 편광기 이용
ACpolarizer
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)sin()sin(ˆ),( mmmmmm tzkEetzE φω +=r
Mode locking pulse
Electric filed of m-th longitudinal mode
where, L
mkmπ
= ckmm =ω,
Assume, 0=mφ
Total electric field in the cavity
)}(cos),()(cos),({2
),( 0)(
0)(0 ctzktzActzktzAtzE NN +−−= +−ε
where, N : number of modes