DE2032108A1

DE2032108A1 - Volumenholographische Vorrichtung

Info

Publication number: DE2032108A1
Application number: DE19702032108
Authority: DE
Inventors: James Bruche Townsend Mass Thaxter (V St A )
Original assignee: Sperry Rand Corp , New York, N Y (V StA)
Priority date: 1969-06-30
Filing date: 1970-06-29
Publication date: 1971-01-28
Also published as: FR2054598B1; GB1312967A; FR2054598A1; JPS4822447B1; US3652145A

Description

ΗΛΤΕλΙΤλΝ-WälJF·

DIPL-ING. CURT WALLACH DIPL.-ING. GONTHER KOCH DR. TINO HAIBACH

8MÜNCHEN2, 29. Juni 1970 UNSERZEicHEN: '12 672 - K/vM-Sperry Rand Corporation, New York, USA.

Volumenholographische Vorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine holographische Vorrichtung und insbesondere auf eine elektrisch steuerbare volumenholographische Vorrichtung.

Ein Hologramm ist grundsätzlich ein Beugungsgitter, erzeugt auf einem geeigneten Aufzeichnungsträger, z.B. einem photographischen Film durch die Interferenz zwischen zwei kohärenten einfallenden Lichtstrahlen, die vorzugsweise von einer gemeinsamen Lichtquelle abgeleitet werden und so angeordnet sind, daß sie auf dem Aufzeichnungsmedium überlagert werden. Der eine Strahl wird gewöhnlich als Bezugswelle bezeichnet und der andere Strahl als Gegenstandswelle. Bei der Erzeugung eines holographischen Beugungsgitters wird der abzubildende Gegenstand im Lichtpfad der Gegenstandswelle so angeordnet, daß der Gegenstand die Welle unterbricht, bevor sie auf den Aufzeichnungsträger auftrifft. Der Gegenstand kann z.B. ein Diapositiv sein, durch das die Gegenstandswelle hindurchgeschickt wird oder auch ein dreidimensionaler Gegenstand,von dem die Gegenstandswelle nach dem Aufzeichnungsträger reflektiert wird. Jede Zuwachsfläche des Hologramms enthält dann eine Information von allen Punkten des Gegenstandes sichtbar von jener Fläche und entspricht so einer speziellen Ansicht des Gegenstandes. Im Falle dreidi-

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mensionaler Gegenstände ist eine Lichtquelle mit einem hohen Grad an MonoehromatIsmus oder guter zeitlicher Kohärenz erforderlich, um eine Verzerrung in der Tiefendarstellung des rekonstruierten Bildes zu vermeiden. Deshalb ist eine Laserquelle für eine dreidimensionale Darstellung wesentlich und in jedem Falle ist sie allgemein zu bevorzugen, um helle hochqualitative Bilder zu erzeugen.

Nachdem ein holographisches Beugungsgitter in der erwähnten Weise aufgezeichnet ist und nachdem der Film gemäß herkömmlichen Verfahren entwickelt wurde, ergibt sich ein Bild des aufgezeichneten Gegenstandes nur durch Beleuchtung des entwickelten Filmes mit einer Bezugswelle in Abwesenheit sowohl der Gegenstandswelle als auch des aufgezeichneten Objekts. Obgleich es für die Rekonstruktion des Bildes nicht unbedingt erforderlich ist, können die besten Ergebnisse gewöhnlich erlangt werden, wenn die Bezugswelle die gleiche Wellenlänge, Ausbreitungsrichtung und gleichen Einfallswinkel hat wie bei der Aufnahme des Hologramms. Unter diesen Bedingungen wird die Bezugswelle durch das Hologramm gebeugt, wobei die meiste Lichtenergie in dem Beugungsbild erster Ordnung konzentriert wird_s wodurch ein virtuelles Bild des Gegenstandes erzeugt wird, welches durch einen Betrachter wahrgenommen werden kann, der durch das Aufzeichnungsmedium von einer Seite hindurchblickt, die der Bezugswelle gegenüberliegt, und zwar in einem geeigneten Winkel gegenüber der Bezugswelle. Wenn die Lage des Beobachters aus der gegebenen Stellung etwas geändert wird, dann erscheint das Bild in einer unterschiedlichen Perspektive. Das Ausmaß der zulässigen Bewegung ist natürlich begrenzt durch die Apertur (Größe des Hologramms), die nach dem gegenwärtigen Stand der Technik ziemlich klein ist und infolgedessen ergeben sich Grenzen sowohl hinsichtlich des Betrachtungsbereichs als auch hinsichtlich der Zahl der Beobachter.

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Außerdem wird ein reelles Bild durch das Hologramm von einem Beugungsbild erster Ordnung auf jener Seite des Films erzeugt, die dem virtuellen Bild gegenüberliegt. Bisher hat sich das meiste Interesse auf das virtuelle Bild konzentriert, da das reelle Bild pseudoskopisch ist, d.h. es stellt eine invertierte bzw. konjugierte Wiedergabe des Gegenstandes dar, wobei Vorsprünge des Gegenstandes als Vertiefungen auf dem Bild erscheinen und so fort. Es kann jedoch ein natürliches, nicht pseudoskopisches reelles Bild erzeugt werden, wenn die Bezugswelle während der Rekonstruktion (Bilderzeugung) aus einer Richtung fortschreitet, die entgegengesetzt zu der Richtung ist, die benutzt wurde bei der Herstellung des Hologramms. Hierdurch wird die Möglichkeit geschaffen, das Bild auf einem Betrachtungsschirm aufzuzeichnen, aber allgemein hat man keinen großen Nutzen, dies bei dreidimensionalen Objekten zu tun, wenn nicht als Betrachtungsschirm irgendeine Art eines dreidimensional lichtdiffusen Mediums benutzt wird.

Nach dem gegenwärtigen Stand der Technik wird gewöhnlich zur Aufzeichnung ein handelsüblicher photographischer Film benutzt. Es Ist auch bereits bekannt, photochrome Materialien sowohl in Filmform als auch in Volumenform zu benutzen und kürzlich ist die Erzeugung holographischer Beugungsgitter in Kristallkörpern gelungen (vergl. Physics Letters, Volume 13,No.7 S.223* "Hologrammspeicher in Lithium Niobat"). In allen Fällen werden Hologramme als dünn oder dick klassifiziert gemäß der Auflösung (Interferenzabstand des Interferenzmusters) des aufgezeichneten Details relativ zur Dicke des Aufzeichnungsmediums. Wenn das aufgezeichnete Detail die Dicke des Aufzeiehnungsraediums beträchtlich überschreitet, wird ein Hologramm als "dick" angesehen. Da das aufgezeichnete Detail sich vergrößert, wenn der Winkel zwischen Bezugswelle und Gegenstandswelle vergrößert wird, wird der photographische Film mit einer Emulsionsstärke von 15/um ein "dickes" Medium, wenn der Winkel zwischen Bezugswelle und Gegenstandswelle etwa 10° oder mehr beträgt. Ein

•A

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volumenholographisches Medium, a.B. ein Kristall', fällt andererseits unter die Klassifikation "dick" bei Winkelabständen in . der Größenordnung eines Bruchteils eines Grades und mehr.

Außer ihrer Klassifikation in "dünn", "dick" werden Hologramme außerdem noch nach ihrer Absaptionsart oder ihrer Phasengattung klassifiziert je nacl/Mem, ob die Beugungsbilder, die sie er» zeugen, wenn sie durch den Lichtstrahl beleuchtet werden, durch selektive Absorption oder selektive Verzögerung des Beleuchtungsstrahls gewonnen werden. Es leuchtet ein, daß Absorptionshologramme weniger wirksam sind als Phasenhologramme, insofern nämlich als sie einen niedrigeren Prozentsatz des einfallenden Beleuchtungsstrahls auf das Beugungsbild erster Ordnung fokussieren einfach deshalb, weil ein Teil der Energie des Beleuchtungsstrahles absorbiert wird, während nur ein geringer oder keine Absorption bei Phaserihologrammen entsteht. Infolgedessen werden Phasenhologramme allgemein wegen ihrer größeren Leistungsfähigkeit bevorzugt. Ein vollständig zufriedenstellendes Verfahren zur Erlangung von Phasenhologrammen in photographischen Filmen wurde bis jetzt jedoch noch nicht gefunden. Infolgedessen war trotz der hohen Leistungsfähigkeit die Bildqualität ziemlich schlecht, weil beträchtliche Verzerrungen in dem rekonstruierten Bild auftraten. Diese Beschränkung wird umgangen, wenn das erwähnte kristallholographische Medium benutzt wird. In diesen Vorrichtungen ist ein reines Phasengitter erzeugt, ohne daß es notwendig wäre, eine Behandlung oder Entwicklung durchzuführen, indem Inhomogenitäten bezüglich des örtlichen Brechungsindexes erzeugt werden, die optisch in den Kristall gemäß der auffallenden Bezugswelle und der auffallenden Gegenstandswelle induziert werden.

Das kristalline holographische Medium, das in der obenerwöhnten Literaturstelle beschrieben ist, nämlich Lithium Niobat und

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Lithium Tantalat, sind durch einen begrenzten Spektralansprechbereich und eine niedrige Empfindlichkeit gekennzeichnet. Infolgedessen sind Wellen extremer Intensität erforderlich, um Inhomogenitäten bezüglich des Brechungsindexes mit genügender Amplitude zu induzieren, damit ein genau definiertes Phasenhologramm konstruiert werden kann« Außerdem ergibt sich, daß die maximale Amplitude der Inhomogenitäten des Brechungsindexes unter der Annahme unendlicher Belichtungszeit proportional der Quadratwurzel der Wellenintensität ist, während bei Amplituden geringer als die maximale Amplitude die Änderung des Brechungsindexes abhängt von dem Produkt der Strahlintensität und Belichtungszeit. Infolgedessen sind, wenn nicht die Belichtungszeit extrem lang gemacht wird, die Ergebnisse noch weit von einem optimalen Wert entfernt, selbst wenn eine Lichtquelle höchster Leistung benutzt wird, z.B. ein Argonionen-Laser, um das Hologramm zu konstruieren. Außerdem ist es bekannt, daß die holographische Beugungswirksamkeit jpiianaeren Faktoren noch von der Amplitude der Brechungsindexänderungen abhängt und infolgedessen wird die Intensität des rekonstruierten Bildes durch die vergleichsweise niedrige Empfindlichkeit bekannter Volumen-holographischer Vorrichtungen beeinträchtigt.

Gemäß der Erfindung weist die volumenholographische Vorrichtung einen Polarkristall auf, dessen Charakteristik so ist, daß kohärente Lichtstrahlen, die in wenigstens teilweise überlagerter Beziehung einfallen, ein Interferenzmuster mit stehender Welle bilden, das durch Brechungsindex-Inhomogenitäten repräsentiert wird, wobei Mittel vorgesehen sind, um ein elektrisches Feld in dem Kristall zu erzeugen, das die Empfindlichkeit des Kristalls gegenüber Lichtstrahlen erhöht und dadurch die Amplitude der Inhomogenitäten des Brechungsindexes vergrößert.

Vorzugsweise zeigt der Polarkristall ferroelektrisehe Eigenschaften und das elektrische Feld ist in einer Richtung quer zur

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Ausbreitungsrichtung der Lichtwellen orientiert. Der Kristall kann aus Strontium-Barium Niobat bestehen und es können Mittel vorgesehen sein, um das elektrische Feld zu verändern,'wodurch die Intensität des rekonstruierten Bildes steuerbar wird.

Das elektrische Feld bewirkt ein Ansteigen sowohl inbezug auf die Breite des spektralen Ansprechens als auch bezüglich der Empfindlichkeit des Kristalls. Dies rührt daher, daß die maximale Amplitude der optisch induzierten Brechungsindex-Inhomogenitäten primär von der elektrischen Feldstärke abhängt und nicht von der Lichtstrahlintensität wie bei bekannten Kristallholographischen Einrichtungen. Demgemäß erzeugen Laser,z.B. Helium-Neon-Laser, mit niedriger Leistung Licht genügender Intensität, um ein Beugungsgitter hoher Wirksamkeit bei einer volumenholographischen Vorrichtung zu schaffen, die gemäß den Prinzipien vorliegender Erfindung gestaltet ist« Allgemein können die erforderlichen elektrischen Feldstärken leicht realisiert werden, aber bei jenen Anwendungen^ wo extrem hohe Spannungen benutzt werden, ist es zu bevorzugen, den Kristall in ein Dielektrikum einzutauchen, um einen Lichtbogen zwischen den Elektroden zu vermeiden^ der um den Kristall herumläuft.

Nachdem das Phasenhologramm in dem Kristall ausgebildet ist, wird das Bild,wie beschrieben, durch Beleuchtung des Kristalls mit einer Bezugswelle rekonstruiert,, In diesem Falle ist es jedoch nicht notwendig, irgendeine Entwicklung ater Behandlung vor der Rekonstruktion vorzunehmen* xvie dies bei einem photographisahen Film notwendig ist, da das holographische Beugungsgitter innerlich entwickelt ist und im Kristall als direkte Folge der Interferenz zwischen Bezugswelle und Gegenstandswelle gehalten wird.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung stellt die Möglichkeit der Steuerung der Intensität des rekonstruierten Bildes durch Änderung der Feldstärke dar,, wobei die Bildhelligkeit am

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größten ist, wenn die elektrische Feldstärke während der Rekonstruktion etwa äquivalent jener ist, die bei der Aufnahme des Hologramms benutzt wurde. Wenn die Feldstärke vermindert wird, dann fällt die Bildhelligkeit entsprechend ab, bis das Bild schließlich verschwindet, wenn das elektrische Feld Null wird oder leicht negativ wird. Durch ein späteres Wiederanlegen des elektrischen Feldes wird das Bild zurückgewonnen. Demgemäß ist das Verfahren reversibel, wobei die Bildintensität proportional gemäß entsprechenden Änderungen der Amplitude des elektrischen Feldes absinkt bzw. ansteigt. Außerdem kann das Hologramm thermisch gelöscht werden, wie es bei bekannten Vorrichtungen der Fall ist und zwar einfach dadurch, daß der

Kristall auf eine vorbestimmte Temperatur, z.B. auf 170 C, bei einem Lithium Niobat-Kristall erhitzt wird.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Rekonstruktion des Bildes eines in einem holographischen Speicher aufgezeichneten Gegenstandes und dieses Verfahren umfaßt die Stufen der Beleuchtung des Speichermediums mit einem Lichtstrahl und das Anlegen eines elektrischen Feldes im Speichermedium. Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen volumenholographischen Vorrichtung.

Zur Erzeugung eines holographischen Beugungsgitters in einem Kristall 10 wird ein eben polarisierter Lichtstrahl 11, der in der Zeichenebene orientiert ist, durch einen Laser 12 geliefert, der durch eine halbdurchlässige Strahlaufspaltvorrichtung 13 läuft, um eine Bezugswelle 14 zu erzeugen, die sich direkt nach dem Kristall ausbreitet und auf diesen durch ein optisches Fenster 16 eines Plastikgehäuses 17 auftrifft.

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Der restliche Teil der Lichtenergie des Lichtstrahles II wird durch die Vorrichtung 13 reflektiert und bildet eine Gegenstandswelle 18, die vom Gegenstand 19 auf den Kristall reflektiert wird und zwar wenigstens teilweise die Bezugswelle 13 überlagernd bzw. überlappend. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, sind die Mittelachsen 15 und 20 von Bezugswelle und Gegenstandswelle in einer Ebene angeordnet, die die C-Achse des Kristalls 10 enthält. Ein elektrisches Feld parallel zur kristallographischen Achse C wird am Kristall 10 mittels Silberelektroden 21 und 22 angelegt, die auf gegenüberliegenden Seiten des Kristalls aufgetragen sind und durch Leitungen 23 und 24 durch das Gehäuse 17 hindurchgeführt und an eine Spannungsquelle 26 angeschlossen sind. Streben 27 und 28 sind mit ihren jeweiligen Enden am Kristall 10 und am Gehäuse 17 angeschlossen, um den Kristall in einem Flüssigkeitsbad 29 innerhalb des Gehäuses zu tragen. Zur Herstellung derartiger Verbindungen ist ein Kleber geeignet, der unter der Bezeichnung "Dow-Corning Silastic 732 RTV" auf dem Markt ist. Die Funktion des FlUssigkeitsbades 29 besteht darin, einen Lichtbogen zwischen den Elektroden und um die äußeren Oberflächen des Kristalls bei hoher elektrischer Feldstärke zu vermeiden. Eine dielektrische Substanz, z.B. ein Dielektrikum, welches unter der Bezeichnung "Dow-Corning 550 Fluid" auf dem Markt ist oder irgendein Medium sehr viel niedrigerer Leitfähigkeit als sie der Kristall besitzt, kann für diesen Zweck benutzt werden. Außerdem sollte die Flüssigkeit natürlich optisch transparent sein, um Lichtabsorption zu vermindern und vorzugsweise sollte sie einen Brechungsindex besitzen, der etwa gleich ist jenem des Kristalls und des optischen Fensters 16 und 31* um Reflexionsverluste an den Zwischenflächen zwischen Flüssigkeitsbad uiü Fenster zu vermeiden.

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Wie erwähnt,wird durch Interferenz in dem Kristall 10 zwischen Bezugswelle und Gegenstandswelle eine stationäre Intensitätsvertellung erzeugt, die lokale Änderungen im Brechungsindex induziert, die allgemein als Brechungsindex-Inhomogenitäten bezeichnet werden. Die Inhomogenitäten modulieren räumlich das Brechungsindexmuster des Kristalls 10 und bilden ein Phasenhologramm. Es wird angenommen, daß die Inhomogenitäten durch Wanderung von Raumladungen photoerregter Elektronen verursacht werden. Diese Ladungen sind normalerweise stationär, aber unter der Kraft des elektrischen Feldes suchen sie aus den Bereichen hoher optischer Intensfcät herauszuwandern und sie werden in Bereichen niedriger optischer Erregung gesammelt. Die inneren Felder, die von dieser Verteilung gesammelter Ladungen herrühren, erzeugen die räumliche Modulation des, Brechungsindexes,

heiist

Es wurde beobachtet, daß dieser Effekt, das/die Verteilung gesammelter Ladungen, durch die Anwendung des elektrischen Feldes wesentlich verbessert wird, wodurch ein kristalliner holographischer Speicher hoher Wirksamkeit und breiter Spektralempfindlichkeit in einem Bereich geschaffen wird, der von infrarot über das sichtbare Spektrum nach ultraviolett reicht.

Die gewählte Orientierung der kristallographischen C-Achse und des elektrischen Feldes relativ zu der Bezugswelle und der Objektwelle 14 bzw. .1-8 stellen die gegenwärtig bevorzugte Beziehung dieser Faktoren bei einem Medium aus

Sr_xBa(l-x)Nb₂0₆(0,75>x>0,25)

dar und zwar zum Zwecke einer Erlangung eines rekonstruierbaren holographischen Bildes hoher Wirksamkeit und guter Qualität. Es ist jedoch festzustellen, daß ein gemäß den Lehren der Erfindung arbeitendes Gerät auch mit anderen Relativstellungen zwischen angelegtem Feld, Kfistall-C-Aehse und einfallenden Lichtstrahlen benutzt werden kann. So können beispielsweise, wie bei bekannten holographischen Vorrichtungen,mehrere Gitter in

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dem Kristall gleichzeitig gespeichert werden, indem nur die Wellenlänge und/oder der Einfallswinkel des kohärenten Signales und der Bezugswelle geändert werden, wie dies in der Volumenholographie üblich ist. Es ist ferner festzustellen, daß, soweit es die Größe der induzierten Brechungsindexänderungen abetrifft, die im wesentlichen unabhängig von der Polarisierung der Bezugswelle und der Gegenstandswelle 14 bzw. 18 sind, jede Art von Polarisation benutzt werden kann, um das Hologramm zu erzeugen. Hologramme, die jedoch in der Weise aufgezeichnet werden, daß die Polarisierung von Bezugswelle und Gegenstandswelle unterschiedlich ist von der Polarisation der rekonstruierenden Bezugswelle, erfordern jedoch eine spezielle Betrachtung bezüglich der Richtung und Polarisation der Rekonstruktionsbezugswelle, die nötig sind, um das Bild gemäß den üblichen holographischen Techniken zu reproduzieren.

Nachdem das holographische Beugungsgitter auf dem Kristall 10 in der vorbeschriebenen Weise erzeugt ist, kann ein Bild des Gegenstandes rekonstruiert werden, indem der Kristall allein mit der Bezugswelle 14 beim Fehlen des Gegenstandes und der Gegenstandswelle 18 beleuchtet wird. Dann sieht ein Betrachter an der Stelle J>2 längs der Erstreckung der Mittelachse 20 in einem geeigneten Abstand vom Kristall 10 ein virtuelles Bild des Gegenstandes 19 an einer Stelle, die ursprünglich von dem Gegenstand eingenommen wurde. Um das rekonstruierte Bild zu verbessern, wird die Gegenstandswelle 14 vorzugsweise außerordentlich gepolt, d.h. in einer Ebene polarisiert parallel zu dem außerordentlichen Index des Indexellipsoides, der dem doppelt brechenden Kristallmaterial zugeordnet ist. Andere Polarisationsorientierungen können bei der Rekonstruktion benutzt werden, jedoch nur auf Kosten einer Verschlechterung des erzeugten Bildes. Die Intensität des Bildes ist am hellst§n, wenn die elektrische Feldstärke während der Rekonstruktion im wesentlichen gleich ist der Feldstärke bei der Herstellung des Hologramms. Wenn die elektrische Feldintensität durch Drehen des Steuer-

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knopfes 33 der Spannungsquelle 26 erniedrigt wird, um die an den elektroden 21 und 22 anliegende Spannung zu vermindern, dann fällt die Bildintensität entsprechend ab. An gewissen . Punkten dicht bei der Feldstärke Null oder unter Bedingungen mit kleiner umgekehrter Feldstärke, die mittels eines Schalters 3^ der ^üpannungsquelle 26 hervorgerufen werden kann, um die Polarität der den Elektroden angelegten Spannung zu verändern, bleibt das Bild nicht mehr sichtbar. Wenn das Feld Jedoch wieder in seiner ursprünglichen Polarität angelegt wird, wird das Bild wieder sichtbar und erreicht eine maximale Intensität, wenn die Feldstärke im wesentlichen gleich Jener ist, die bei der Aufnahme verwendet wurde.

Der gewählte Kristall könnte ein solcher sein, bei dem Brechungsänderungen in einem Höchstmaß lokalisiert sind, um eine hohe Auflösung und einen kompakten Informationsspeicher zu gewährleisten. Strontium Barium Niobat in einer Zusammensetzung von S r_Y Ba₁-Nb₀O,-, wobei χ vorzugsweise den Bereich von Werten von 0,25 und 0,75 aufweist, hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen. Außerdem konnten Leistungen bis herauf zu 2. erlangt werden mit kubisch gestalteten Einzelkristallen aus

^SrO,75^BaO,25^Nb2°6
die etwa 0,3 cm in Jeder Dimension waren, wobei ein Feld von

Ii ρ

10 V/cm angelegt wurde und optische Intensitäten von 0,04 W/cm bei einer Wellenlänge von 633/um. '

Ein generelles Erfordernis des Speichermediums besteht darin, daß es ein polares Material ist, d.h. ein solches, das gepolt werden kann oder seine spontane elektrische Polarisation unter Bezug auf eine Achse ausrichtet, die durch die Hlstallstruktur diktiert wird, und zwar unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes und einer geeigneten Temperatur. Bei einem Kristall aus Strontium Barium Niobat entspricht die Polarachse oder die Polarisationsachse der C-Achse des Kristalls. Ein weiteres generei-

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les Erfordernis des Materials besteht darin, daß in diesem durch elektrooptische Mittel Inhomogenitäten bezüglich des Brechungsindexes induziert werden können·

Materialien, die in der Lage sind, gepolt zu werden, werden allgemein als "ferroelektrisch" bezeichnet. Ferroelektrisehe Materialien haben eine nicht lineare Beziehung zwischen der elektrischen Polarisation und dem angelegten elektrischen Feld und sie besitzen auch eine Hysterese. In gewissen Materialien, z.B. in Strontium Barium Niobat,kann die Polarisationsgröße und Orientierung unter normalen Umgebungstemperaturen von ungefähr 2^ ⁰C beeinträchtigt werden» aber in anderen Fällen, beispielsweise bei Lithium Niobat, muß der Kristall erst auf etwa 1OOO°C oder mehr erhitzt werden, bevor das angelegte Feld die spontane Polarisation orientieren kann. Der letztere Typ von Materialien wird gelegentlich als "eingefroren" ferroelektrisch bezeichnet. ^^e Polarisation als Funktion des angelegten elektrischen Feldes des ferroelektrischen Strontium Barium Niobats eigj-bt eine Nicht-Linearität gegenüber dem Bereich des elektrischen Feldes und der Temperatur, die bei dem beschriebenen Gerät für die elektrische Steuerung des holographischen Wiedergabeverfahrens benutzt wurden. Man nimmt an, daß diese Nicht-Linearität im wesentlichen eine Folge der großen Wirkung des elektrischen Feldes auf die Intensität des rekonstruierten Bildes ist. Es ist Jedoch festzustellen, daß diese Nicht-Linearität nur wesentlich ist, wenn es erwünscht ist, die elektrische Steuerung auch während des Wiedergabeverfahrens durchzuführen. Wenn die elektrische Steuerung nur während der Aufzeichnung erforderlich ist, dann stellt diese Nicht-Linearität keine wesentliche Charakteristik des Speichermediums dar. In jefem Fall, unabhängig von dem Kristallmderial, das benutzt wird, können optimale holographische Ergebnisse erlangt werden, wenn das elektrische Feld gegenüber den kristallographischen

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Symmetrieachsen des Kristalls orientiert wird. Die Orientierung des elektrischen Feldes hängt von der Symmetrie des Kristallmaterials ab, das benutzt wird,und die Größe der benutzten elektrooptischen Koeffizienten,um die optischen Charakteristiken des Materials gemäß bekannten Prinzipien der Kristalloptik zu beschreiben.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche :

{{) Volumenholographische Vorrichtung, dadurch gekennzei chnet , daß sie einen Polarkristall (10) aufweist', dessen Charakteristik so ist, daß kohärente Lichtstrahlen, die in wenigstens teilweise überlagerter Beziehung einfallen, ein Interferenzmuster mit stehender Welle bilden, das durch Brechungsindex-Inhomogenitäten repräsentiert wird, wobei Mittel (21,22) vorgesehen sind, um ein elektrisches Feld in dem Kristall (1O) zu erzeugen, das die Empfindlichkeit des Kristalls gegenüber Lichtstrahlen erhöht und dadurch die Amplitude der Inhomogenitäten der Brechungsindizes vergrößert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß du Polarkristall (10) ferroelektrische Eigenschaften aufweist.

j5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Feld parallel zu einer Symmetrieachse des Kristalls (10) orientiert ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Anlegen des elektrischen Feldes aus zwei Elektroden (21,22) bestehen, die gegenüberliegend am Kristall (10) angeordnet sind und an eine Spannungsquelle (26) anschaltbar sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,

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daß die Elektroden (21,22) so angeordnet und konstruiert sind, daß das elektrische Feld im wesentlichen parallel zur Polarachse des Polarkristalls Mx* (10) liegt.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, äsß der Kristall (10) im wesentlichen rechteckige Querschnitte in drei rechtwinkelig aufeinander stehenden Ebene aufweist.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Gehäuse (17) mit optischen Penstern (16-,3I) an gegenüberliegenden Seiten aufweist, daß Mittel (27>28) vorgesehen sind, um den Kristall (10) im Gehäuse (17) so zu tragen, daß Licht, das durch eines der Fenster (16,351) eintritt, auf den Kristall (10) auftreffen kann, und daß ein Dielektrikum (29) im Gehäuse (17) den Kristall (10) umgebend angeordnet ist, um einen Lichtbogenüberschlag zwischen den Elektroden zu vermeiden.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7> dadurch gekennzeichnet, daß der Kristall (10) aus Strontium Barium Niobat besteht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Strontium Barium Niobat die Zusammensetzung von Sr_xBa₃^_xNb₂O₆ hat, wobei χ den Wert im Bereich zwischen 0,25 und 0,75 hat.

10. Vorrichtung-nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ ei c h η e t ,

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dafi der Kristall (10) gepolt ist und daß die Vorrichtungweiter Kittel (13) aufweist, um Bezugs- und Gegenstandswelle*n auf den Kristall (IO) in der Weise aufzubringen« daß die stehende Welle des Interferenzmusters gebildet wird.

11« Vorrichtung nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet, da.fi die Mittel zum Anlegen des elektrischen Feldes wenigstens swel Elektroden (21,22) aufweisen,, die an gegenüberliegenden Enden des Kristalls (10) befindlich sind, und das elektrische Feld in einer Richtung im wesentlichen parallel zur Polarachse des Kristalls (10) orientleren·

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarachse im wesentlichen quer zur Ausbreitungsachse von Bezugswelle und Gegenstandswelle verläuft.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12« dadurch gekennzeichnet« dafi Ih eine χ Ebene,die die Mittelachse von Bezugswelle und Oegenstandswelle einschließt, im wesentlichen parallel zur Polarachse des Kristalls (10) verläuft.

14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um nur die Bezugswelle auf den Kristall gelangen zu lassen, wenn ein Bild des Gegenstandes rekonstruiert werden soll, das in einem Interferenzmuster im Kristall aufgezeichnet wurde.

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15· Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugswelle eine eben polarisierte Welle ist und zwar, polarisiert parallel zu dem außergewöhnlichen Index des Kristalls (10)·

16. Vorrichtung nach den Ansprüchen 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (21,22) zum Anlegen des elektrischen Feldes im Kristall (10) Mittel (33) aufweisen, die die Intensität des Feldes zu ändern gestatten, wodurch die Intensität des Bildes steuerbar wird.

17. Vorrichtung nach den Ansprüchen 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbreitungsachse der Bezugswelle im wesentlichen quer zur C-Achse des Kristalls (10) verläuft.

18. Verfahren zur Aufzeichnung eines Hologramms in einem holographischen Aufzeichnungsmedium unter Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermedium (10) mit Lichtstrahlen beleuchtet wird, die wenigstens teilweise überlagert auftreffen, und daß dem Speichermedium (10) ein elektrisches Feld angelegt wird.

19· Verfahren nach Anspruch 18, dadurch g e k e η η ζ eichnet, daß das Speichermedium ein Polarkristall ist.

20. Verfahren zur Rekonstruktion des Bildes eines Gegenstandes, das in einem holographischen Speichermedium gemäß den Ansprüchen 18 und 19 aufgezeichnet wurde,

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dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß das Speichermedium (10) mit einem Lichtstrahl beleuchtet wird« und daß ein elektrisches Feld dem Speichermedium angelegt wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet» daß die Intensität des elektrisches Feldes gesteuert wird, um die Intensität des rekonstruierten Bildes zu steuern.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeich η e t , daß das Speichermedium ein Polarkristall ist.

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