DE2010509A1

DE2010509A1 - Elektrisch betriebener optischer Verschluß

Info

Publication number: DE2010509A1
Application number: DE19702010509
Authority: DE
Inventors: Akio Kodaira Kumada (Japan). P HOIg
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1969-03-10
Filing date: 1970-03-05
Publication date: 1970-09-17
Also published as: JPS5335459B1; GB1297055A; FR2049049B1; FR2049049A1; US3684351A; DE2010509C3; DE2010509B2; NL7003309A

Description

Patentanwälte Dlpl.-lng. R. BEETZ sen. DIpI-In,-;. K. LAWPUECHT

Dr.-Ing. R. BEETZ Jr. 8 München _22lSt_ein_Sdorf₈t_{s¥Ll5#455p(l}-_5i456H) 5-3

HITACHI, LTD., Tokio (Japan)

Elektrisch betriebener optischer Viexsciiltiß

Die Erfindung bezieht sich aiii" ein Sehaltelement für einen Lichtstrahl und insbesondere auf einen MustererzBuger (Seitenzusammensetzer) in einem Itolographi schein Speijeher.

TIm mit den Entwicklungen in der InfoTmationsindustrie Schritt zu halten, wurden die Kapazitäten von elektronischen Rechenmaschinen sehr schnell erhöht, um eine solche mit einer Speicherkapazität von 10 Bits zu -yerWirklichen!, Es
wird weiter erwartet, daß während der nächsten Dekade ein Ul tragroß format spei eher von 10 - 10 Bits "verfügbar sein wird. Herkömmlich wird jedes Bit von gewünschter Information an einem zugehörigen einzelnen Punkt in einem Speicherraum gespeichert» Mit anderen Worten kann ein Punkt eines Speicherraumes nur ein Bit speichern. Entsprechend einein

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solchen System werden Speicher unvermeidlung groß, und es kann nur Jeweils ein Informationsbit zu einer Zeit behandelt werden. So hatte eine größere Kapazität einen großen Zeit- und Platzaufwand zur Folge.

Dieser Nachteil läßt sich, durch Verwendung der Holographie sehr gering halten, wie im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert wird.

In der Zeichnung zeigern

Fig. 1 ein schematisches Diagramm zur Erläuterung des Prinzips eines Systems zur Erzeugung eines holographischen Musters;

Fig. 2 ein schematisches Diagramm zur Erläuterung der Art der Reproduktion eines nach dem System in Fig. 1 erhaltenen Hologramm-Musters j

Fig. 3 eine Skizze zur Erläuterung der Gitterdeformation eines ferroelektrisch-ferroelastischen Kristalls nach Polarisationsumkehr j

Fig. h eine Skizze zur Erläuterung der Zustände eines Lichtstrahls, der als ein linear polarisierter Lichtstrahl in eine z-/latte eines ferroelektrisch- ferroelastischen Kristalls eintritt und durch sie hindurchgeht}

Fig. 5 eine Skizze zur Erläuterung des Wechsels der Polarisationsebene (Schwingungsebene) eines Lichtstrahls, wenn ein polarisierter Licht-

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strahl in ein konjugiertes Element einfällt, das eine Viertelwellenplatte aus einem ferroelektriech-ferroelastiechen Kristall und eine fixierte Viertelwellenplatte umfaßt;*

Flg. 6 eine Skizze zur Erläuterung der Ausbildung von transparenten Elektroden an einem ferroelektrisch-ferroelastischen Kristall bei dem erfindungsgemttßen optischen Verschluß;'

Flg. 7 β. die Zusammensetzung eines Hologrammspeichers nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 7 b und 7 c Schaltbilder von X- und Y-Steuermitteln zur Zuführung von Signalen zum optischen Verschluß nach Fig. 7 a; und

ein anderes Ausftthrungsbeispiel des Elektrodenaufbau·· des optischen Verschlusses gemäß der Erfindung·

Sin holographischer Speicher umfaßt eine Laserstrahlquell· 1 zur Ausstrahlung von Laserstrahlen, ein Kollimatorlinsensystem 2 zur Kollimation der von der Quelle 1 ausgestrahlten Laserstrahlen, einen. Gegenstand 3 von Interesse, •in Ablenksystem h zur Ableitung von Bezugsstrahlen und ein Speichermedium 5 zur Speicherung der Interferenzmuster des Gegenstandes und der Bezugsstrahlen, wie Fig· 1 zeigt. Der Gegenstand 3 kann aus einem Gleitstreifen bestehen, in bzw. auf den digitale Daten oder Datenmuster gelocht oder aufgedruckt sind, und das Speichermedium 5 ist ein kontinuierlich von einer Spule zugeführter photographischer Film. Das HoIo-

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gramm (Speicher), das so auf dem Speichermedium 5 gebildet wird, ist die Fouriertransformation des Gegenstandes 3» für den Gegenstand einzigartig ist und aus geraden Spektrallinien in Gitterformation besteht.

Das Ablesen des Speichers kann.entsprechend Fig. 2 durch Richten eines Laserstrahls von einer Quelle 1 auf einen beliebig gewölbten Teil des Speichermediums 5 vorgenommen werden. Der durch den Speicher 5 durchtretende Laserstrahl wird durch eine Linse 6 auf einem Ablesemittel (bestehend aus einer Matrix von einigen tausend bis einigen zehntausend photoelektrischer Wandlerelemente) fokussiert. Im Gegenstand 3 werden Digitaldaten selektiv in periodisch angeordneten Punkten gespeichert. Um die Daten in einem photographischen Film dichter zu speichern, wird das Datenblatt in kleinere Blocks unterteilt, und jeder Block speichert die Information eines Wortes. So speichert ein Speicher kleine Hologrammreihen, wovon jede ein Inforinationswort darstellt. Mit diesem Verfahren lassen sich

O ρ

maximal Informationen von 1 χ 10 Bits je 1 cm speichern.

Indessen wird die Information des optischen Punktmusters eines Hologramms herkömmlich unter Verwendung unveränderlicher Mittel, wie z. B. Lochkarten, auf einen Film geschrieben. Z _a Ba wird die Information von optischen Punkt-

k ■
mustern von 10 Pits, die in zweidimensionaler Ausdehnung verteilt sind, durcli ein Linsensystem in einem Punkt auf einem Speichermedium aus photoempfindlich-em Material mit einem Radius von 1 min fokussiert und dort gespeichert. Diese 10 -Bit-Information kann genau gleichzeitig behandelt werden und wird daher eine "Seite" genannt, die eine Informationsmengeneinheit ist» Die Obergrenze von Seiten, die in einer einzelnen Ebene eines Speichermeditunis gespeichert

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BAD ORfGfNAL

werden können, liegt nach der allgemeinen Annahme unter Berücksichtigung des Speichermediums und der optischen Sy-

k
sterne bei etwa 10 und wird das "Volumen" genannte Das bedeutet, daß ein Volumen Informationen von 10 Bits ent-

12 h

hält und Informationen von 10 Bits als 10 Volumen gespeichert werden. In der Praxis wird die Information Seite für Seite "eingeschrieben", so daß, um Informationen

1 2
von 10 Bits unter Verwendung von Lochflächen einzuschrei-

R
ben, 10 gelochte Flächen erforderlich werden. Neben dem erheblichen für den Austausch der Lochflächen benötigten Zeitaufwand wird noch mehr Zeit benötigt, um diese Lochflächen herzustellen, so daß der Gesamtzeitaufwand sehr groß wird. Z, B. ist, selbst wenn eine Fläche unter Anwendung der Photoatz-Technik in einer Minute hergestellt wird,-

eine Zeit von nahezu 200 Jahren erforderlich, um 10 Flächen herzustellen.

Daher ist es erwünscht, eine beliebig steuerbare Ver-

Schlußvorrichtung von mehr als 10 für das Holographie-Einschreibesystem zu schaffen.

Diese optische Verschlußvorrichtung sollte folgenden

Bedingungen genügen:

(1) Jeder Verschluß kann unabhängig von der effektiven Menge von durchgehenden Lichtstrahlen (die Phase der Lichtstrahlen kann geändert werden, um eine Steuerung der Intensität von Lichtstrahlen in einem Polarisationssystem sowie Absorption oder Reflektion zu bewirken) und zugehörigen Informationsbits betrieben werden;

(2) In dem Fall eines Systems, bei dem das Schalten der optischen Verschlüsse elektrisch gesteuert wird,· sollte

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die Information in einer Matrixanordnung vorgesehen sein, um die Adressierauswahl der Information durch ein Spannungskoinzidenzverfahren (oder Stromkoinzidenzverfahren) zu vereinfachen;

(3) Als eine Zusatzbedingung zur Bedingung (2) sollten charakteristische Eigenschaften der optischen Verschlüsse unabhängig voneinander steuerbar sein un;l eine Speicherwirkung für das Einschreibsignal haben; und

(h) Als weitere Zusatzbedingung zur Bedingung (2) sollten bei dem Spannungskoinzidenzverfahren charakteristische Eigenschaften der optischen Verschlüsse einen Schwellenwert für einen Spannungsimpuls eines Einschreibsignals habem (Um die Bedingungen (3) und (k) zusammenzufassen, sollte das optische Verhalten unter Steuerung eine Hystereseeif;enschaf't und Bistabilität bezüglich des Einschreibsignals z, B» des Spannungsimpulses haben.)

Es wurde gefunden, daß bei einigen Arten von Ferroelektrika die spontane Polarisation umgekehrt werden kann und daß die x- und die y-Achse gleichzeitig ausgewechselt werden können, indem man ein elektrisches Feld oberhalb eines bestimmten Schwellenwertes (der als hoer/itives elektrisches Feld bezeichnet wird) anlegt oder auch eine rm chanische Beanspruchung oberhalb eines bestimmten Schwellenwertes (genannt die koerzitive Belastung) einwirken läßt. Dies ist einer 90 -Drehung mn die z-Achsn und anschließender "Spiegelreflektion" äquivalent. Diese Erscheinung hat eine Speichereigenschaft,, Insbesondere wurde ^e-

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BAD ORiGINAt

funden, daß bei einer bestimmten Art von ferroelektrischen Stoffen, wie z. ß, Kaliumdihydrophosphat (im folgenden mit KDP bezeichnet), Gadoliniummolybdat (im folgenden mit MOG bezeichnet) und Borazit die spontane Polarisation umgekehrt werden kann und die x- und die y-Achse ausgetauscht werden können, wenn ein elektrisches Feld oder eine mechanische Belastung oberhalb des Koerzitivwertes darauf einwirkt, wie Fig. 3 zeigt, wobei es sich um Stoffe handelt, die von gewöhnlichen Ferroelektrika, wie z. B. Triglyzin-sulfat, Bleisrirkonattitanat oder Bariumtitanat abweichen. In Fig. 3 ist die Polarisation a vor dem Schalten auf der linken Seite und diejenige b nach dem Schalten auf der rechten Sei ie gezeigt. Es wurde gefunden, daß eine solche Erscheinung bei einer gewissen Art von Ferroelektrika auftritt, die zur Gruppe mm2 gehören, und diese Stoffe sollen ferroelektrisch-ferroelastische Stoffe genannt und als Gruppe imm2 klassifiziert werden, die zu den ferroelektrisch-ferroelastischen Arten "%2 mFmm2, ^ijitiFmmZ und ()m2Fmin2 gehört. Solche Kristalle zeigen in der ferroelektrischferroelastischen Phase Doppelbrechung und haben untereinander verschiedene Brechungsindizes qC , β und Q für Lichtstrahlen, die längs der x-, y- und z-Achse des Kristalls schwingen. Nimmt man beispielsweise den MOG-Einkristall, der zur'Gruppe imm2 gehört, so sind die Brechungsindizes für Lichtstrahlen einer Wellenlänge λ = 5893 A, die parallel zur χ-, y- und z-Achse schwingen, η = 1.8^28, η =

χ y

1.8^32 und η = 1.897· Wie diese Daten andeuten, . zeigen Kristalle, die¹ zu der Gruppe imm2 gehören, Doppelbrechung als biaxiale Kristalle, Das wichtigste Ergebnis der vorstehenden Erläuterung ist, daß brauchbare Stoffe für die 90°-Rotaticii ihrer optischen Axialebene nur ferroelektrisch· ferroelastische Stoffe sind, die zur Art ¥2mFmm2, 6m2Fmm2 und 43mFmini? gehören.

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Vie Fig. k zeigt, ist eine MOG-Kristall-z-Platte 10 (die so geschnitten ist, daß sie zwei gegenüberliegende Flächen senkrecht zur z-Achse hat) in Diagonalstellung zwischen gekreuzten Polarisatoren 7 und 8 (einem Polarisator und einem Analysator) angeordnet. Hier stehen die Schwingungsebenen der Polarisatoren 7 und 8 senkrecht aufeinander, und die Oberflächen der Pdlarisatoren 7» 8 und des MOG-Kristails 10 sind parallel zueinander. Wenn ein Strahl von weißern Licht 9 in eine solche Anordnung eintritt, wird er am Polarisator 7 ein linear polarisierter Lichtstrahl, verändert sich dann durch die Verzögerung des t durch den Kristall 10 durchtretenden Lichts zu einem elliptisch, kreisförmig oder linear polarisierten Lichtstrahl und tritt schließlich teilweise durch den Analysator 8 hindurch. Ein Polarisator oder Analysator läßt solche Komponenten des einfallenden Strahls durch, die die gleiche Schwingungsebene wie die des I'olarisators bzw, Analysators haben. So wird eine Interferenzfarbe aufgrund des Phasenunterschieds bezüglich des Lichtstrahls aus verschiedenen, einen weißen Lichtstrahl ergebenden Wellenlängen beobachtet.

Wenn ein ferroelektrisch-ferroelastischer Kristall, der zur imni2-Gruppe gehört, in Würfelform geschnitten wird, wobei die Flächen parallel zu den Kristallachsen liegen, ψ geschliffen wird, bis er optisch ebene Oberflächen besitzt, an den z-Flächen,mit Elektroden versehen, zwischen gekreuzten Polarisatoren In Diagonalstellung angeordnet und einem einfallenden Strahl von weißem Licht ausgesetzt wird, tritt eine Interferenzfarbe entsprechend der Dicke des Kristalls aufgruijd von Doppelbrechung auf» Dies ergibt sich durch di» Phasendifferenz und Λ±α Verzögerung von Lichtstrahl en, He für jeden Kristall typisch ist. Die Verzögerung H gehorcht dt.r Gleichung*

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_ ο —

R = d

. Δη

worin d die Dicke des Kristalls ist, durch den ein Lichtstrahl hindurchgeht, und Δη¹ die Doppelbrechung darstellt. In ferroelektrisch-ferroelastlschen Stoffen werden die x-Achse und die y-Achse durch Polarisationsumkehr ausgetauscht, wie oben beschrieben ist. So sind sowohl die Dicke d als auch die Doppelbrechung einer Änderung unterworfen, d, h«, daß, wenn man die Verzögerungen entsprechend dem positiven und dem negativen Zustand mit R (+) und R (-) bezeichnet, R (+) und R (-) als»

R ( + ) = d_x ο (f.ß)

d *-w» d dargestellt werden können. Da üblicherweise =

/3 ^ OC x⁺y

O₈ 01 r* 0,001 und — — = 1 *>/ 0, 1 ist₅ ändert sich die

Interferenzfarbe aufgrund der Doppelbrechung bei einer Polaris ationsumkehrung. So läßt sich ein Element erhalten, das die Interferenzfarbe je nach der Dicke deutlich ändert. Indessen sind im Fall eines MOG-Einkri stall s"

^dx~ ^dv -3 ft ^ Ot _2

-—— = 1,5 x 10 ^J und — =2x10

d + d ' it

χ y 0

und daher ändert sich die Farbe nicht sehr deutlich, d. h_o der Farbmodulationsbereich ist nicht weit, wenn nur die Verzögerung aufgrund der Doppelbrechungsänderung bei Polarisationsumkehr ausgenutzt wird.

Durch die Erfindung wird der obige Nachteil beseitigt,

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indem die Durchgangsrichtung des einfallenden Strahls mit der Richtung der spontanen Polarisation, d. h. der Richtung des angelegten elektrischen Feldes, zusammenfällt. Daher sind der optische Weg d und die Werte der Doppelbrechung (TlOt *>*Tn' ) beide bei Polarisationsumkehr unvariabel. Infolgedessen zeigen solche Elemente eine Anzahl von besonderen Erscheinungen in ihrem Lichtdurchgang. Solche Erscheinungen und ihre Prinzipien sollen im folgenden beschrieben werden.

Wenn ein gegenüber dem koerzitiven elektrischen Feld stärkeres elektrisches Feld an die oben erwähnten transparenten Elektroden einer z-Platte aus einem MOG-Kristall angelegt wird, kehrt die elliptische Polarisation, die durch den Kristall hindurchgegangen ist, ihre optische Richtung um, da die spontane Polarisation umgekehrt wird und die optische Axialebene um 90 gedreht wird. So haben die Verzögerungen vor und nach der Anlegung eines elektrischen Feldes gleiche Größe, jedoch umgekehrte Vorzeichen.

Wie Fig. 5 zeigt, wird ein optischer Verschluß gebildet, indem man eine Kohärentlichtquelle 1, die Lichtstrahlen einer Wellenlänge λ aussendet, eine Viertelwellenplatte 11, eine Viertelwellenplatte aus einem MOG-Einkristall 12, die mit transparenten Elektroden 13 an z-Flächen versehen ist, und einen Analysator 8 auf der optischen Achse anordnet. Hier kann die Kohärentlichtquelle 1 eine Lichtquelle sein, die mit einer Polarisationsplatte versehen ist, oder eine Laserquelle mit einem Brewster-Fenster. Die MOG-Platte 12 kann ein Polarisationsebenen-Rotationselement genannt werden. Das heißt, daß, wenn eine dem koerzitiven elektrischen Feld wenigstens gleiche Spannung an die Platte 12 angelegt wird, ihre Doppelbrechung

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und die Verzögerung des durch die Platte 12 durchgegangenen Strahls ihre Vorzeichen ändern. Da so die Verzögerung Hq der Viertelwellenplatte 11 und die Verzögerung R_r der " MOG-Platte 12 von gleicher Größe sind, wird die gesamte Verzögerung Ri

R = R_Q i R_Q = 2R₀ oder O.

So arbeitet die. zusammengesetzte Einheit der Platten und 12 als Halbwellenplatte oder als Platte ohne Verzögerung. Hierbei sollten die Platten 11 und 12 in einer Diagonalstellung bezüglich der Schwingungsrichtung des einfallenden linear polarisierten Lichtstrahls angeordnet werden. Wenn ein linear polarisierter Lichtstrahl durch eine solche zusammengesetzte Einheit einer Halbwellenplatte hindurchgeht, rotiert die Polarisationsebene um 90 . Wenn dagegen ein Lichtstrahl durch eine Platte ohne Verzögerung hindurchgeht, erfährt die Schwingungsebene keine Änderung. Eine Polarisationsumkehr läßt sich auch durch Einwirkung einer wenigstens der Koerzitivbelastung gleichen mechanischen Belastung hervorrufen.

Die Eignung zur Rotation der optischen Axialebene um 90 unter Einwirkung eines elektrischen Feldes oder einer mechanischen Belastung ist eine besondere Eigenschaft von ferroelektrisch-ferroelastischon Kristallen. Daher kann die oben genannte Funktion nur mit einer Kombination von zwei Viertelwellenplatten erreicht werden, von denen wenigstens eine aus einem ferroelektrisch-ferroelastischen Kristall der Gruppe imm2 besteht. Eine solche Einheit, die zum Rotieren der Schwingungsebene des einfallenden linear polarisierten Lichtstrahls bei Einwirkung eines elektrischen Feldes oder einer mechanischen Belastung geeignet ist, soll Polarisationsebenen-Rotationseinheit genannt werden,

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BAD ORIGINAL

Wenn ein Polarisator angeordnet wird, um einen Licht strahl zu empfangen, der durch eine Polarisationsebenen-Rotationseinheit mit zu deren Schwingungsrichtung senkrechter (oder paralleler) Schwingungsrichtung hindurchgeht, ergibt sich ein optischer Verschluß, dessen Durchlässigkeit I

I = sin² -~—Tf = 1 öder 0 ist.

Weiter kann die Dicke der ferroelektrisch-ferroelastischen Platte und der Viertelwellenplatte nicht nur eine Viertelwellenlänge, sondern auch eine ■ Wellenlänge sein·

In der japanischen Patentanmeldung 20816/19-68 wurde ein System vorgeschlagen, das einen MOG-Einkristall umfaßt, der mit durchsichtigen Linien- und Reihenelektroden an den Llchtdurchlaßfläohen versehen ist, wobei eine wenigstens dem halben koerzitiven elektrischen Feld gleiche Spannung an jede Linien- oder Reihenelektrode angelegt werden kann, um dem Kristall eine Polarisationsumkehr entsprechend dem äußeren Signal nach einem Spannungskoinzidenzverfahren aufzudrücken. Wenn ein linear polarisierter Lichtstrahl auf einen positiv oder negativ polarisierten Teil in einem solchen Kristall auffällt, kann man eine dort eingeschriebene Information· ohne Zerstörung ablesen,, da der Kristall je nach seinem Polarisationszustand den Lichtstrahl durchläßt oder sperrt.

Bei diesem System werden jedoch durchsichtige Matrix-Elektroden an lichtdurchlassenden Flächen einer ferroelektrisch- ferroelastischen Viertelwellenplatte angeordnet, und daher erstreckt sich die Wirkung der Polarisationsumkehr nicht lur auf die gekreuzten Teile der Elektroden,

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sondern auch auf die ganze Streifenzone der Elektrode. Daher war es schwierig, einen solchen optischen Schalter durch Anbringung von Elektroden an Teilen einer Kristallplatte zu verwirklichen, der eine Schaltfunktion nur bei einem Lichtstrahl ausübt, der durch diese Teile durchgeht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein optisches Verschlußsystem zu schaffen, das zur beliebigen Durchführung einer Schaltfunktion durch genaues Hervorrufen oder Nlchthervorrufen von durchsichtigen Teiler, an gewünschten Stellen geeignet ist. Außerdem soll ein Mustererzeuger geschaffen werden, der das genannte Verschlußsystem umfaßt und kontinuierlich IeL ent und genau ein bestimmtes Informationsrauster entsprechend einem bestimmten Signal erzeugen kann. Schließlich soll durch die Erfindung ein holographischer Speicher großer Kapazität ermöglicht werdenβ

Wesentlich für die Löaung der Erfindung ist die Anordnung einer Wellenlängenplatte und einer z-Platte aus einem ferroelektrisch-ferroelastischen Kristall mit einem Abstand von ¹ Wellenlängen zwischen den gegenüberliegenden z-Flächen zwischen einem Paar von Polarisationsmitteln, wobei transparente Elektroden an den z-Flächen. der ferroelektrisch-ferroelastischen Kristallplatte niedergeschlagen sind. Bei diesem Aufbau ist Vor*- sorge getroffen, daß ein dem koerzltiven Feld des ferroelektrisch- f erroelastischen· Kristalls wenigstens gleiches elektrisches Feld an einem erforderlichen Teil des Kristalls über die transparenten Elektroden angelegt werden kann.

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Gegenstand der Erfindung ist daher eine optische Verschlußvorrichtung, gekennzeichnet durch ein Paar von Polarisationsmitteln, eine z-Platte aus einem ferroelektrisch- ferroelaetischen Kristall mit der kristallographi-

sehen Symmetrie von mm , der zwischen dem Paar von Polarisationsmitteln angeordnet ist und die Dicke von A

für eine bestimmte Wellenlänge λ des einfallenden Lichtstrahls hat, eine Mehrzahl von untereinander parallelen transparenten Elektroden, die an einer der z-Flächen angebracht sind, wobei eine einheitliche transparente Elektrode an der ganzen Oberfläche der anderen z-Fläche ausgebildet ist, und elektrische Mittel zur Anlegung eines dem koerzitiven elektrischen Feld des Kristalls wenigstens gleichen elektrischen Feldes an die Elektroden und eine \. -Platte für die Wellenlänge λ , wobei η ein beliebiger positiver ganzer Zahlenwert oder Null ist.

Es sollen nun vorzugsweise Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung im Zusammenhang mit den Figuren 6 bis 8 beschrieben werden.

Wie Fig. 6 zeigt, ist zunächst eine Viertelwellenplatte aus einem ferroelektrisch-ferroelastischen Element aus einer GOM-Einkristall-z-Platte mit den Abmessungen 12 min χ 0,387 mm hergestellt (die Normale der Endflächen ist fooij oder mit anderen Wore ten (001 )-Fläche) , die ein weiteres Paar von gegenüberliegenden Flächen parallel zur £i 1OJ-Ebene aufweist. An einer der z-Flächen ist eine Mehrzahl von transparenten Elektroden 13 aus Zinnoxyd, , SnO„, (es läßt sich auch eine aufgedampfte Elektrode aus InO verwenden) nach der NESA-Technik in der 111 Oj-Richtung ausgebildet, so daß sie jeweils eine Breite von 0,5 nun und einen Abstand von 0,5 nun aufweisen, und mit entsprechenden Anschlußdrähten 15 verbunden. An der anderen z-

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Fläche ist eine gemeinsame transparente Elektrode lk auf der ganzen Oberfläche ausgebildet und mit einem Anschlußdraht 16 verbunden. So ergibt sich ein ferroelektrischferroelaetisches Element 21 gemäß Fig. 6.

Dann werden, wie in Fig. 7 a gezeigt ist, zwischen einer Kollimatorlinee 20 und einer ferroelektrisch-ferroelastischen Platte 21 ein Polarisator 7, eine Viertelwellenplatt· 18 und eine Schattenmaske 17 in dieser Reihenfolge in Ausrichtung mit dem Element 21 angeordnet. Die Viertelwellenplatte 18 ist in einer Diagonalβteilung angebracht· Hinter dem Element 21 sind ein Analysator 19» ein· Viertelwellenplatte 18*, leine Schattenmaske 17* und •in welter·· ferroelektrisch-ferroelaetleohes Element 21' in dieser Reihenfolge angeordnet, wobei die Streifenelektroden das Elemente 21* senkrecht zu denen des Elements stehen. Hinter dom Element 21* ist ein Analysator 8 in senkrechter Stellung sum Element 21* angeordnet, und schließlich folgen noch eine Fokussierlinse 20* und ein photographischer Film 5· Die Elemente 21 und 21* sind mit 5 Streifenelektroden in vertikaler bzw. horizontaler Richtung versehen. Wenn eine negative Spannung an die X-Steu-•ranschlußdrähte 15 des Elements 21 angelegt wird, um die Polarisation gleichmäßig in die negative Richtung zu lenken, wird die VerKÖgerung R der Kristallplatte R ■ -η—- λ , üb so dan Elnfallstrahl von dem He-Ne-Gaslaser 1 im Zusammenhang mit der Verzögerung der Viertelwellenplatte 18 zu sparren· Venn dann ein· positive Spannung an eine beliebige Elektrode angelegt wird, um die spontane Polarisation umsukehren, wird die Verzögerung R « + —τ— A» , und die Gasamtverzögerung des Elements 21 und der Viertelwellenplatt· 18 wird ' λ. als Ergebnis der Summierung, bei der die Einheit als Halbwellenplatte wirkt. So setzt sich nur

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der durch diesen Streifenteil durchgehende Lichtstrahl durch den Analysator 19 fort, um dann in das Element 21* einzutreten. Da die Elektroden des Elements 21 * quer zu denen des Elements 21 stehen, werden Teile der fünf Elektroden entsprechend dem positiv polarisierten Teil mit Lichtstrahlen bestrahlt. Das Element 21^f kann in gleicher Weise wie das Element 21 arbeiten, und daher kann eine Information von 5 Bits entsprechend einer Linie in einem holographischen Muster im Film 5 gleichzeitig gespeichert werden. Hier ist festzustellen, daß die Polarisation unter den Elektroden jeweils unabhängig an- und abgeschaltet wird. Die Steuerspannung wurde von den Steuerkreisen zugeführt, die in den Figuren 7 b und 7 c dargestellt sind, und betrug sowohl für die positiven als auch für die negativen Signale 150 Volt. Die Schaltzeit war 1 msec, .und die Spannungsimpulsbreite war 2 msec. Selbst nachdem die Impulsspannung verschwindet, läßt sich di· Richtung der spontanen Polarisation, d. h. der Zustand des erzeugten optischen Musters im gespeicherten Zustand halten. In dieser Weise wird ein holographisches Muster durch die Linse 20* in den Film 5 so eingeschrieben, daß es ein Punkt von einem Millimeter Durchmesser wird und dort gespeichert ist. Da bei diesem Ausführungsbeispiel die Empfindlichkeit de« photographischen Films niedrig nar, wurde? eine Belichtungszeit von 100 msec gewählt, und das Element 21 wurde so angeordnet, daß es alle 100 msec von Linie zu Linie geschaltet wurde. Ein weiteres Element 21^f wurde ebenfalls alle 100 msec geschaltet, um das Muster der nächsten Linie zu erzeugen« Nach fünfmaliger Wiederholung dieser Vorgänge war eine Information von 5 x 5 ■ 25 Bits auf einem Punkt fokussiert und eingeschrieben. Entsprechende Schritte wurden für andere Punkte des photographischen Films wiederholt. So ließ sich eine In-

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K
formation von etwa 10 Bits in einer Fläche von 2 cm χ 2 cm auf einem photographischen Film speichern. Die Dichte der Information konnte so wirksam erhöht werden«

Vorstehend wurde ein Mustererzeuger zur Verwendung in einem Reihenspeicher unter Laserhologrammbenutzung beschrieben. Die Erfindung läßt sich jedoch ebenso als topologischer optischer Verschluß zum Sperren unnötiger Lichtstrahlen und für andere Zwecke, z» B. als Auswahlzugriffsmatrix-Verschluß verwenden, der als ein Zusammensetzer bzw. Mischer von Auswahlzugriffsgleitbildern in einer Lehrmaschine arbeitet» In solchen Fällen, in denen die Zahl von Verschlüssen klein ist, wie im Fall des obigen Beispiels, kann ein Element eingespart werden. Zum Beispiel wird, wie in Fig. 8 gezeigt ist, ein ferroelektrisch-ferroelastischer Kristall auf einer Seite mit sechs transparenten Streifenelektroden 13 mit Abmessungen von 6 nun χ 8 mm vorgesehen, die von einem transparenten Streifen mit Abmessungen von 6 nun χ 50 mm unter einem Abstand von 2 bis 2,5 mm zwischen jedem Paar von benachbarten Elektroden zwecks Schaffung einer elektrodenlosen Teilfläche abgeteilt sind. Auf der anderen Seite wird eine gemeinsame Elektrode auf der ganzen Oberfläche geschaffen. Dann werden Anschlußdrähte mit den einzelnen Elektroden verbunden« Nachher ordnet man sechs Kristalle mit einem solchen Aufbau in einer in Fig. 8 gezeigten Weise an, und auf der einen Seite wird jede Gruppe von sechs Anschlußdrähten, die mit der zugehörigen Stelle verbunden sind., gemeinsam verbunden und herausgeführt, um eine Reihe zn bilden. So bilden sechs Reihen an der Vorderseite und sechs Linien an der Rückseite eine Matrix, und so entsteht ein Auswahlzugriffsinatrix-Verschluß, bei dem irgendein© Adresse nach einem Spannungskoinzidenzverfahren beliebig gewählt werden kann»

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Obwohl mit diesem System nicht mehr als eine Adresse in der Matrix beliebig behandelt werden kann, ist eine Vielfachbelichtung möglich, wenn der Betrieb zeitlich nacheinander erfolgt. So hat auch dieses System sehr weite Anwendungsmöglichkeiten.

·♦

Wie im vors teilenden beschrieben ist, bringt die Erfindung folgende Vorteile:

(a) Auch ein monolithischer Körper aus ferroelektrischferroelastischem Stoff, wie z. B. ein MOG-Einkristall

' läßt sich für einen Mustererzeuger verwenden, und

eine Polarisationsumkehr aufgrund der Anlegung eines koerzitiven elektrischen Feldes kann nach Wunsch nur in den begrenzten Kreuzungszonen der Elektroden an beiden Oberflächen vorgenommen werden, so daß ein genaues Einschreibe- oder Mustererzeugungselement ermöglicht wird;

daraus folgt, daß

(b) z, B₀ ein Mustererzeuger von hohem S/N(Nutz/Stör)-Verhältnis (Störabstand) erhältlich ist, wenn man das Element mit einem kohärenten Strahl und einer

geeigneten Maske verwendet, da kein unnötiger Lichtstrahl in unerwünschte Zonen eindringt.

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Claims

Patentansprüche

1 »/Optische Verschlußvorrichtung, g e k e η η -zeichnet durch ein Paar von Polarisationsmitteln (z. B« 1, 8), eine z-Platte aus einem ferroelektrisch- ferroelastischen Kristall (z. B_e 12) mit der kri-

2 stallographisehen Symmetrie von mm , der zwischen dem Paar von Polarisationsmitteln angeordnet ist und die Dicke von λ für eine bestimmte Wellenlänge λ des einfallenden Lichtstrahls hat» eine Mehrzahl von untereinander parallelen transparenten Elektroden (z. B. 13)· die an einer der z-Flächen angebracht sind, wobei eine einheitliche transparente Elektrode (1*») an der ganzen Oberfläche der anderen z-Fläche ausgebildet ist, und elektrische Mittel (z. B* 15» 16) zur Anlegung eines dem koerzitiven elektrischen Feld des Kristalls wenigstens gleichen elektrischen Feldes· an die Elektroden und eine

\-Platte (z. B. 11) für die Wellenlänge \ , wobei η ein beliebiger positiver ganzer Zahlenwert oder Null ist.
2. Verschlußvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ferroelektrisch-ferroelastische Kristall (12) aus Gadoliniuramolybdat besteht.

3· Verschlußvorrichtung nach Anspruch 1, weiter gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Schattenmasken (17» 17·)', die zwischen der X -Platte (18) und dem ferroelektrisch-ferroelastischen Kristall (21*) angeordnet sind und kreisförmige Öffnungen haben, die zu der Mehrzahl von transparenten Elektroden (13) ausgerichtet sind.

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^o Verschluüvorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dai.i der ferroelektrisch-ferroelastische Kristall (21¹ bzw. 21) aus Gadoliniummolybdat besteht»

3o Mustererzeuger mit zwei in Reihe angeschlossenen optischen Verschlüssen (A, Β), jeder gekennzeichnet durch ein Paar von Polarisationsmitteln (7, 19 bzw. 19, ^), einen ferroelektrisoh-ferroelastischen Kristall (21 bzw<, 21', der zwischen dem Paar -von Polari sationsmitteln angeordnet ist und gegenüberstehende z-Flächen aufweist, deren Ab-

^ stand r X für eine bestimmte Wellenlänge J^ des einfallenden Lichtstrahls ist, eine Mehrzahl von gegenseitig parallelen transparenten Elektroden (13) ^¹¹ einer der z-Flächen, eine gemeinsanif transparente Elekti"ode (1^) an der ganzen Oberfläche der anderen z-Fläche und elektrische Mittel (X _Co. X„ bzw« Y . _0O Y ) zur Anlegung eines dem koerzitiven elektrischen Feld des Kristalls wenigstens gleichen elektrischen Feldes an die Elektroden und eine X-PIa tte (1K bzw. 1 fl« ) fiSr die Wellenlänge ^ , wobei η ein beliebiger positiver ganzer Zahlenwert oder O ist und wobei ein Polarisationsmi ttel (19) beiden Verschlüssen gemeinsam 1st sowie die Mehrzahl von parallelen Elektroden (13) eines Verschlusses (a) quer zu denen des

ψ anderen Verschlusses (β) angeordnet ist.

6, Mustererzeuger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dal' der ferroel ektrisch-forroelastlsche Kristall (21 bzw, 21') aus Gadoliniummoiybdat besteht,

7t Hologrammspeicher, gekennzeichnet durch ein Paar voii Lins er; (2O₁ 20^!), zwei zwiscinüi dem Paar von Linsen angeordnete M'istererzeuger, wovon jeder zwei, optische Verschlüsse Ir. Heibenschalttsng auf w?i := r und jeder Verschluß

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ein Paar von Polarisationsmitteln, einen zwischen dem Paar von Polarisationsmitteln angeordneten ferroelektrischferroelastischen Kristall mit gegenüberliegenden z-Schnittflächen in einem Abstand von ι \ für eine bestimmte

Wellenlänge ^ (worin η ein beliebiger Ganzzahlwert oder O ist), eine Mehrzahl von gegenseitig parallelen transparenten Elektroden an einer z-Fläche_f eine gemeinsame transparente Elektrode an der gesamten Oberfläche der anderen z-Fläche, elektrische Mittel zum Anlegen eines wenigstens dem koerzitiven elektrischen Feld des Kristalls gleichen

elektrischen Feldes über die Elektroden und eine r

Platte umfaßt, ein vor einer der Linsen (20) angeordnetes Nadelloch im Abstand der Brennweite der Linse, eine Kohä-> rentstrahlenquelle (i) vor dem Nadelloch, Hologrammerzeugungsmittel (5) hinter der.anderen Linse (2O¹) in deren Fokusebene und eine Kohärentbezugsstrahlenquelle zum Bestrahlen des Hologrammerzeugungsmittels unter einem bestimmten Winkel*

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