DE2034904A1 - Optischer Speicher fur kohärent op tische Systeme - Google Patents

Optischer Speicher fur kohärent op tische Systeme

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DE2034904A1 DE19702034904 DE2034904A DE2034904A1 DE 2034904 A1 DE2034904 A1 DE 2034904A1 DE 19702034904 DE19702034904 DE 19702034904 DE 2034904 A DE2034904 A DE 2034904A DE 2034904 A1 DE2034904 A1 DE 2034904A1
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Description

Optischer Speicher für kohärent-optische Systeme
Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Speicher für kohärent-optische Systeme, bestehend aus einer Anordnung mit einem steuerbaren Elektronenstrahl und einem vom Elektronenstrahl durch Abtastung örtlich in seinen Transmissionseigenschaften veränderbaren Sp ei eher medium'.
Ein optischer Speicher dieser Art ist durch die Literaturstelle "IEEE Journal of Quantum Electronics", Juli 1966, Seiten 182 bis 184, bekanntgeworden. Er wird hierbei in einem Laser als steuerbares räumliches Filter benutzt. Dieser Laser macht von einem sogenannten "concentrocanjugierten" Resonator Gebrauch. Ein solcher Resonator ist hinsichtlich seiner transversalen Moden hochgradig entartet und so bemessen, daß jeder Mode auf dem Spiegel des Resonators einen beugungsbegrenzten Punkt darstellt. Der das örtlich in seiner Transmission steuerbare Filter darstellende optische Speicher ermöglicht in einem solchen Resonator die Anregung der stimulierten Strahlung in einem gewünschten Mode dadurch, daß das steuerbare Filter von einer elektrooptischen Platte Gebrauch macht, die vor einem der beiden Resonatorspiegel angeordnet ist und durch den Elektronenstrahl Örtlich doppelbrechend aufgeladen wird. Um die örtlich doppelbrechend aufgeladene elektrooptische Platte im Sinne einer räumlichen Steuerung der stimulier-
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ten Strahlung des Lasers ausnutzen zu können, wird zusätzlich innerhalb des Resonators ein Polarisator be-· nötigt. Außerdem weist die el-ektrooptisehe Platte eine , sehr geringe Ansprechempfindlichkeit auf. Große ReIa-... xationszeiten lassen sich im allgemeinen nicht ver- .,.-... meiden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen optischen Speicher für kohärent-optische Systeme weitere Lösungen anzugeben, die mit einem einfachereren Aufbau auskommen und u.a. höhere Ansprechempfindlichkeiten ™ erzielen.
Ausgehend von einem optischen Speicher für kohärentoptische Systeme, bestehend aus einer- Anordnung mit einem steuerbaren Elektronenstrahl und einem vom Elektronenstrahl durch Abtastung örtlich in seinen Transmissionseigenschaften veränderbaren Speichermedium wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Speichermedium für einen einfallenden kohärenten Lichtstrahl ein in Abhängigkeit der Richtung und der Energiedichte des Elektronenstrahls örtlich in seiner Transparenz und/oder seiner optischen Dicke veränder-
• bares reversibles Material ist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich optische Speicher für kohärent—optische Systeme in einfacher Yfeise auch dadurch verwirklichen lassen, daß als Speichermedium ein in seiner Transparenz und/oder seiner optischen Dicke veränderbares reversibles Material vorgesehen wird. Solche Materialien sind bekannt und weisen eine relativ hohe Ansprechempfindlichkeit auf.
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Bei einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht das Speichermedium aus einem reversiblen fotografischen Material, vorzugsweise Photοchromglas. Der einfallende kohärente Lichtstrahl durchsetzt praktisch dämpfungsfrei das Photochromglas bis auf die Auftreffstelle des :".. Elektronenstrahls. Die hier durch Schwärzung hervorgerufene örtliche Veränderung der Transparenz kann im -. Sinne der optischen Speicherung von Information, beispielsweise bei der optischen Datenverarbeitung, ausgenutzt werden.
Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform besteht das Speichermedium aus einem Farbzentren bildenden Kristall, beispielsweise einem Alkalihalogenid.
Bei einer dritten bevorzugten Ausführungsform besteht das Speichermedium aus einem thermoplastischen Material, das beispielsweise hinsichtlich seiner optischen Dicke durch den gesteuerten Elektronenstrahl beeinflußt wird. Es handelt sich hierbei um einen sogenannten Phasenspeicher, also einen Speichernder die eingespeicherte Information durch örtlich unterschiedliche Phasenlage des hindurchtretenden kohärenten Lichtes darstellt.
Bei einer vierten bevorzugten Ausführungsform wird als Speichermedium ein schichtförmiges Halbleitermaterial vorgesehen. Dünne Halbleiterschichten haben bei geeigneter Bemessung stark lichtabsorbierende Eigenschaften. Diese Absorption läßt sich durch Elektronenbeschuß in gewissen Spektralbereichen durch Sättigung aufheben und damit die Halbleiterschicht örtlich transparent machen.
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Als Halbleitermaterial eignen sich Mischhalbleiter, insbesondere eine Mischung aus Gallium, Arsen und Phos-, phor (Ga As^ „P) bei einer Schichtstärke von Vorzugsweise 0,3 bis 3/um."
Besonders günstige Verhältnisse ergeben sich dann, wenn das gegebenenfalls auf eine Trägerplatte aufgebrachte Speichermedium zusammen mit dem Elektronenstrahlerzeuger in einem vakuumdichten Gefäß, vorzugsweise einem Glaskolben, angeordnet wird, das wenigstens ein Fenster zum Durchtritt des auf das Speichermedium einfallenden kohärenten Lichtstrahls aufweist. Um den störenden Einfluß von Ausgaserscheinungen auf die einwandfreie Betriebsweise einer solchen Anordnung zu unterbinden, ist es sinnvoll, das vakuumdichte Gefäß an eine Ionengetterpumpe anzuschließen.
In Anwendungsfällen, in denen es wünscheneswert ist, beispielsweise durch Verbrauch des Speichermediums, dieses gegen ein anderes auszutauschen, ist es sinnvoll, das vakuumdichte Gefäß mit wenigstens einer Schleuse auszurüsten.
Je nach Wahl des verwendten Speichermediums ist eine Hilfsstrahlungsquelle zum Löschen der im Speichermedium gespeicherten Information vorzusehen. Auch kann es mitunter von Vorteil sein, zur Sensibilisierung des Speichermediums von einer Hilfsstrahlungsquelle Gebrauch zu machen.
Wird das in seiner Transparenz veränderbare Speichermedium auf einen einen Spiegel darstellenden Träger
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aufgebracht, so läßt sich auf diese Weise ein optischer Speicher in Form eines in seinem Reflexionsverhalten steuerbaren Spiegels verwirklichen.
Optische Speicher mit kurzen Relaxationszeiten lassen sich dadurch realisieren, daß das Speichermedium für eine eine Aufladung vermeidende ausreichende Volumen- und/oder Oberflächenleitfähigkeit bemessen ist und gegebenenfalls zum Ableiten der über den Elektronenstrahl aufgebrachten Ladungen mit Elektroden ausgerüstet ist.
Der optische Speicher nach der Erfindung läßt sich be- ". ™ sonders vorteilhaft als räumliches Filter in einem Laserresonator verwenden, vorzugsweise einem Laser mit hoher Degeneration transversaler Moden. Wird in einem solchen Anwendungsfall als Speichermedium eine Halbleiterschicht verwendet, so ist es zweckmäßig, die Halbleiterschicht so zu gestalten, daß sie im vom ■
Elektronenstrahl gepumpten Bereich unter Inversion gleichzeitig verstärkendes Material des Lasers ist.
Der optische. Speicher nach der Erfindung läßt sich besonders vorteilhaft als räumliches Filter in einem Laserresonator verwenden, vorzugsweise einem Laser mit Λ hoher Degeneration transversaler Moden. Wird in einem solchen Anwendungsfall als Speichermedium eine Halbleiterschicht verwendet, so ist es zweckmäßig, die Halbleiterschicht so zu gestalten, daß sie im vom Elektronenstrahl gepumpten Bereich unter Inversion gleichzeitig verstärkendes Material des Lasers ist.
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An Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeuten -
Fig. 1 eine erste Prinzipdarstellung eines optischen '
Speichers nach der Erfindung, Fig. 2 eine zweite Prinzipdarstellung eines optischen
Speichers nach der Erfindung, .
Fig. 3 ein Änwendungsbeispiel eines optischen Speichers
nach der Erfindung in einem Laser, ~ Fig. 4 eine weitere Ausführungsform eines optischen \ Speichers nach, der Erfindung,
Fig. 1 zeigt eine Trägerplatte Tr, die auf der linken Seite das Speichermedium SM in Schichtform, und zwar in Form einer absorbierenden Halbleiterschicht, trägt, die so bemessen ist, daß sie von dem von unten links her einfallenden, in seiner Richtung und gegebenenfalls in seiner Leistungsdichte steuerbaren Elektronenstrahl Es im Bereich der Auftreffstelle bis zur Sättigung gepumpt wird. Mit anderen Worten wird das die Halbleiterschieht darstellende Speichermedium SM für das von links her auf sie einfallende kohärente Licht Ls lediglich im Bereich der Auftreffstelle des Elektronenstrahls Es durchlässig, was durch den Teillichtstrahl Tl angedeutet ist. Das Speichermedium SM kann also mit anderen Worten durch entsprechende Steuerung des Elektronenstrahls über der Fläche der Schicht diese an einer beliebigen Stelle zum Durchtritt eines Teilstrahls transparent machen. Bei Verwendung einer Phötochromglasplatte als Speichermedium tritt das von links einfallende kohärente Licht Ls unter Ausschluß des Auftreffortes des
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Elektronenstrahls Es durch die Platte hindurch. Im Bereich der Auftreffstelle des Elektronenstrahls wird die Photochromglasplatte geschwärzt und damit die Transparenz an dieser Stelle stark herabgesetzt bzw. überhaupt beseitigt. Bei Verwendung von thermoplastischem, in seiner optischen Dicke steuerbaren Material als Speichermedium tritt ebenfalls sämtliches von links einfallende kohärente Licht Ls durch das als Schicht oder-Platte ausgebildete thermoplastische Material hindurch, jedoch ändert sich die relative Phasenbeziehung des am Auftreffort des Elektronenstrahls durch das Speichermedium hindurchtretenden kohärenten Teil,s des Lichtes relativ zum übrigen hindurchdringenden kohärenten Licht Ls (Phasenspeicher).
Entsprechende Ergebnisse werden dann erzielt, wenn, wie in Fig. 2 dargestellt, das Speichermedium SM mit einem Spiegel Sp hinterlegt ist. Weist das Speichermedium SM SchichtforjcQ auf, so kann es unmittelbar auf den die Trägerplatte darstellenden Spiegel Sp aufgetragen sein. Ist das Speichermedium SM eine absorbierende Halbleiterschicht, die vom Elektronenstrahl Es im Bereich seiner Auftreffläche bis zur Sättigung gepumpt wird, dann wird das von links auf das Speichermedium einfallende kohären te Licht Ls bis auf den reflektierten Teilstrahl TIr im Bereich der Auftreffstelle des Elektronenstrahls Es absorbiert. Ist das Speichermedium eine Platte aus Photo chromglas, die von einem Spiegel hinterlegt ist, dann wird das von links einfallende kohärente Licht Ls bis auf den Lichtanteil, der am Ort der Auftreffstelle des Elektronenstrahls in die Photochromglasplatte eindringt,
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praktisch verlustlos reflektiert. Entsprecherides gilt hinsichtlich der Phasenbeziehungen der reflektierten Lichtanteile bei Verwendung eines thermoplastischen, in seiner optischen Dicke steuerbaren Materials als Speichermedium.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Anordnung handelt es sich um eine Anwendung des optischen Speichers nach der Erfindung als in seiner Transparenz steuerbares Filter in einem Laser. Diese Las'eranordnung macht von einem sogenannten "concentro-conjugierten" Resonator Gebrauch. Dieser Resonator besteht aus zwei ebenen Spiegeln, nämlich dem Spiegel Sp1 und dem das Speichermedium SM in Schichtform tragenden Spiegel Sp, zwischen denen zwei Sammellinsen O und wiederum zwischen den Sammellinsen das aktive, von einer Pumplichtquelle Ps bis zur Inversion gepumpte aktive Material M angeordnet sind. Bei dieser Anwendung ist, wie auch bei der noch zu beschreibenden Ausführungsform nach Fig. 4, angenommen, daß das Speichermedium SM eine absorbierende, vom Elektronenstrahl bis zur Sättigung pumpbare Halbleiterschicht ist.
Die beiden Sammellinsen O haben von dem ihnen jeweils benachbarten Spiegel den Abstand f und den gegenseitigen Abstand 2f. Der Abstand f entspricht dabei der Brennweite der Sammellinsen O. Ein solcher Resonator ist hinsichtlich seiner transversalen Moden hochgradig entartet und hat darüber hinaus die Eigenschaft, daß jeder Mode, in dem die stimulierte Strahlung auftritt,
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auf den Spiegeln Sp1 und Sp einen beugungsbegrenzten Punkt annimmt. Da die das Speichermedium SM darstellende Halbleiterschichtdurch ihre absorbierenden Eigenschaften den Spiegel Sp nur an den Stellen zur Wirkung kommen läßt, an denen der Elektronenstrahl Es die Halbleiterschicht pumpt, wird jeweils die kohärente'Strahlung des Lasers in dem Mode angeregt, der im Bereich der Auftreffstelle des Elektronenstrahls auf der Halb-
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leiterschieht einen solchen beugungsbegrenzten Punkt ergibt. Der Strahlungsverlauf des stimulierten kohärenten Lichtes Ls ist in Fig. 3 durch kreuzweise Schraffierungen angegeben.
Wie Fig. 3 ferner erkennen laßt, ist der optische Speicher zusammen mit der ihn steuernden Elektronenstrahlanordnung zu einer Baueinheit vereinigt, und zwar ist der Spiegel Sp mit dem schichtförmig auf ihn aufgebrachten Speichermedium SM und dem Elektronenstrahlerzeuger Ee in dem vakuumdichten Gefäß K untergebracht, das im Bereich des Spiegels Sp Fenster F aufweist. Die Fenster F sind dabei unter dem Brewsterwinkel zur Resonatorachse angeordnet. Der Spiegel Sp übt in dieser Anordnung gleichzeitig die Funktion einer Auskoppelvorrichtung aus und ist hierzu nur teilreflektierend ausgebildet. Der durch den Spiegel Sp am Ort der Auftreffstelle des Elektronenstrahls Es durch das Speichermedium SM hindurchtretende kohärente Teilstrahl ist entsprechend Fig. 1 mit Tl bezeichnet. Die das Speichermedium SM darstellende Halbleiterschicht trägt am oberen und unteren Ende Elektroden e, deren nach außen geführte Anschlüsse mit a bezeichnet sind. Die
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Elektroden mit ihren Anschlüssen dienen im Sinne einer kurzen Relaxationszeit des optischen Speichers einem raschen Ladungsausgleich.
Wie bereits im vorstehenden zum Ausdruck gebracht worden ist, ist es zweckmäßig, das Halbleitermaterial so zu wählen, daß die Halbleiterschicht im vom Elektronenstrahl gepmpten Bereich unter Inversion gleichzeitig verstärkendes Material des Lasers ist.
Die in Fig. 4 schematisch·dargestellte Baueinheit aus optischem Speicher und Elektronenstrahlanordnung ermöglicht einen Austausch des Speichermediums SM.. Sie besteht aus einem vakuumdichten Gefäß K', das nach Art eines Trichters gestaltet ist und an seinem den kleineren Durchmesser aufweisenden Ende den Elektronenstrahlerzeuger Ee aufnimmt. Am anderen Ende geht das vakuumdichte Gefäß K1 in einen Flansch k über und ist an dieser Stelle mit einer Abschlußplatte versehen, die die Trägerplatte Trr für das schachtförmig darauf aufgetragene Speichermedium SM darstellt. Die Trägerplatte Tr1 ist hierbei "mittels nicht näher dargestellten Schrauben lösbar mit dem Flansch k des vakuumdichten Gefaßtes Kf verbunden. Eine zwischen den Flansch k. und die Trägerplatte Tr1 eingebrachte Ringdichtung d sorgt für den nötigen vakuumdichten Abschluß. Das kohärente Licht Ls fällt wiederum von links durch ein im vakuumdichten Gefäß K' angebrachtes Fenster F' auf das Speichermedium SM ein, das wiederum am Auftreffort des Elektronenstrahls Es bis zur Sättigung gepumpt wird und an dieser Stelle als Teilstrahl Tl durch das Speicherme- dium und die Trägerplatte hindurchtritt. Das Fenster F'
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ist entsprechend den Fenstern F nach Fig. 3 zur Strahlachse des kohärenten Lichtes Ls unter dem Brewsterwinkel angeordnet.
Wie Fig. 4 weiter erkennen läßt, ist der Innenraum des vakuumdichten Gefäßes K1 durch eine bewegbar angeordnete Platte Kp im Sinne der Schaffung einer Schleuse unterteilbar ausgeführt. Bei Austausch des Speichermediums SM wird die Platte Kp durch geeignete, nicht näher-dargestellte Mittel, beispielsweise eine Magnetvorrichtung, in die gestrichelte Lage gebracht und damit der den Elektronenstrahlerzeuger Ee enthaltende Teilraum (erste Kammer) vom übrigen Teilraum (zweite Kammer) getrennt. In dieser Stellung der Platte Kp ist die Ionengetterpumpe IP lediglich mit der ersten Kammer und die Vakuumvorpumpe VP lediglich mit der zweiten Kammer verbunden. Die Ionengetterpumpe IP hält das Vakuum im Bereich der ersten Kammer aufrecht. Das Vakuum in der zweiten Kammer wird beim Austausch des Speichermediums aufgehoben und nach Durchführung des Austausches mit Hilfe der Vakuumvorpumpe VP wieder hergestellt. Anschließend wird die Platte Kp in ihre Ruhelage zurückgeschwenkt un die Ionengetterpumpe IP in ihrer Wirkung wiederum auf beide Teilräume des vakuumdichten Gefäßes K\ ausgedehnt.
Handelt es sich beim verwendeten reversiblen Material um ein Speichermedium, das die eingespeicherte Information über große Zeiträume festhält (Langzeitspeicher), dann muß zum Löschen des Speichers eine Hilfsstrahlungs-
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quelle geeigneter Bemessung vorgesehen werden, deren Licht dem Speichermedium zugeführt wird (Löschvorgang), Mitunter läßt sich mit Hilfe' einer solchen Hilfsstrahl lungsquelle auch eine Sensibilisierung des Speichermediums in gewünschter Weise herbeiführen.
16 Patentansprüche
4 Figuren
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Claims (16)

  1. P a t e η t a n Sprüche
    Optischer Speicher für kohärent-optische Systeme, bestehend aus einer Anordnung mit einem steuerbaren Elektronenstrahl und einem vom Elektronenstrahl durch Abtastung örtlich in seinen Transmissionseigenschaften veränderbaren Speichermedium, dadurch gekennzeich net, daß das Speichermedium (SM) für einen einfallenden kohärenten Lichtstrahl (Ls) eine in Abhängigkeit der Richtung und der Energiedichte des Elektronenstrahls (Es) örtlich in seiner Transparenz und/oder seiner optischen Dicke veränderbares reversibles Material ist.
  2. 2. Optischer Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermedium (SM) ein reversibles fotografisches Material, vorzugsweise Photochromglas ist.
  3. 3. Optischer Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermedium (SM) ein Farbzentren bildender Kristall, beispielsweise ein Alkalihalogenid ist.
  4. 4. Optischer Speicher nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermedium (SM) ein thermoplastisches Material ist.
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  5. 5. Optischer Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermedium (SM) ein schiehtförmiges Halbleitermaterial ist.. .
  6. 6. Optischer Speicher"nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial ein Mischhalbleiter, insbesondere eine Mischung aus Gallium,
    Arsen und Phosphor (GavAs. P) bei einer Schichtstärke von vorzugsweise 0,3 bis 3/um ist.
  7. 7. Optischer Speicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das gegebenenfalls auf eine Trägerplatte (Tr, Tr1) aufgebrachte Speichermedium (SM) zusammen mit dem Elektronenstrahlerzeuger (Ee) in einem vakuumdichten Gefäß (K, K')> vorzugsweise einem Glaskolben, angeordnet ist, das wenigstens ein Fenster (F, F') zum Durchtritt des auf das Speichermedium (SM) einfallenden kohärenten Lichtstrahls (Ls) aufweist.
  8. 8. Optischer Speicher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das vakuumdichte Gefäß (K) im· Bereich des Speichermediums·(SM) in Strahlrichtung zwei auf einander gegenüberliegenden Seiten angeordnete Fenster (F) aufweist.
  9. 9. Optischer Speicher nach Anspruch 7 oder 8, dadurch
    gekennzeichnet, daß das vakuumdichte Gefäß (K') an
    eine Ionengetterpumpe (IP) angeschlossen ist.
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  10. 10. Optischer Speicher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das vakuumdichte Gefäß (K1) wenigstens eine Schleuse zum Austausch eines Speichermediums (SM) gegen ein anderes aufweist.
  11. 11. Optischer Speicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hilfsstrahlungsquelle zum Löschen der im'Speichermedium (SM) gespeicherten Information vorgesehen ist.
  12. 12. Optischer Speicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hilfsstrahlungsquelle zur Sensibilisierung des Speichermediums (SM) vorgesehen ist.
  13. 13. Optischer Speicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermedium (SM) in Schichtform auf einen einen Spiegel (Sp) darstellenden Träger aufgebracht ist.
  14. 14. Optischer Speicher, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermedium (SM) für eine eine Aufladung vermeidende ausreichende Volumen- und/oder Oberflächenleitfähigkeit bemessen ist und gegebenenfalls der Ladungsableitung dienende Elektroden (e) aufweist.
  15. 15. Verwendung eines optischen Speichers nach einem der vorhergehenden Ansprüche als räumliches Filter in einem Laserresonator, vorzugsweise einem Laser mit hoher Degeneration transversaler Moden, .
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  16. 16. Verwendung eines optischen Speichers nach Anspruch 1 mit einer das Speichermedium bildenden Halbleiterschicht nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschicht im vom Elektronenstrahl (Es) gepumpten Bereich unter Inversion gleich zeitig verstärkendes Material des Lasers ist.
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