DE2109275A1

DE2109275A1 - Holographisches Gerat

Info

Publication number: DE2109275A1
Application number: DE19712109275
Authority: DE
Inventors: Henry John McMahon Donald Howland Carlisle Soref Richard Allan Chestnut Hill Mass Caulfield (V St A )
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1970-02-27
Filing date: 1971-02-26
Publication date: 1971-09-09
Also published as: US3635538A; CA931003A; JPS5114387B1; FR2079096A5; GB1338271A

Description

PATENTANWÄLTE

DIPL-ING. CURT WALLACH

DIPL.-ING. GÜNTHER KOCH 2109275

DR. TINO HAIBACH

8 München 2, 26.Februar 1971

UNSER ZEICHEN: IjJ 074 -

Sperry Rand Corporation, New York, USA,

Holographisches Gerät

Die Erfindung bezieht sich auf eine holographische Vorrichtung

und insbesondere auf einen holographischen Datenspeicher. ^

In den letzten Jahren ist der Gesichtspunkt der dreidimensionalen Bildrekonstruktion durch Holographie allgemein bekannt geworden, jedoch erst kürzlich wurde dem Gebiet der Holographie zusätzliche Aufmerksamkeit zuteil und zwar wegen der hohen Informationsspeicherkapazität, die die Holographie zu bieten scheint. In dieser Beziehung wurden zahlreiche Versuche auf die Entwicklung von Winkelmultiplexanordnungen gerichtet, wobei eine Vielzahl von Hologrammen auf einer einzigen holographischen Platte dadurch aufgezeichnet wurde, daß der Einfallswinkel der BezugswäLle relativ zur Gegenstandswelle geändert wurde oder indem stattdessen die Winkellage der Platte relativ zu der einfallenden Gegenstandswelle und der Bezugswelle der aufeinanderfolgenden Aufzeichnungen geän- { dert wurde. Die Wiedergabe der aufgezeichneten Signalinformation wird in der gleichen Weise bewirkt, d.h. durch Steuerung des Winkels der Bezugswelle (Wiedergabewelle) oder durch Reorientierung der holographischen Platte, um selektiv die Signalinformation zu rekonstruieren, die in einem der Hologramme aufgezeichnet ist, das gerade wiedergegeben werden soll* Demgemäß würde eine holographische Speichereinrichtung, die in' dieser Weise konstruiert ist, die gleiche Funktion ausüben wie eine Mikrofilmbibliothek, jedoch auf geringerem Raum und mit dem Vorteil einer sehr viel leichteren Zugänglichkeit.

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Im -Interesse einer Vereinfachung der Ausbildung des holographischen Aufzeichnungsgerätes und um eine Relativbewegung zwischen den Bauteilen zu vermeiden, wird zurzeit die Bezugswellen-Winkelsteuerung durch Entwicklungen auf diesem Gebiet untersucht. Es hat sich jedoch gezeigt, daß schwerwiegende Auslegungsprobleme überwunden werden müssen, um eine zufriedenstellende Winkelmultiplexvorrichtung zu schaffen, die sowohl in der Lage ist, eine hohe Auflösung als auch eine Selektivität in vielen Winkeln zu erreichen. Ein analoger (kontinuierlicher) Lichtstrahldeflektor könnte für diesen Zweck geeignet sein, aber es ist wahrscheinlicher, daß ein Mehrstufendigital-Lichtdeflektor erforderlich ist, um eine Gleichförmigkeit und Wiederholbarkeit der gewählten Lichtstrahlwinkel zur Aufzeichnung und Wiedergabe zu gewährleisten. Nach dem heutigen Stande der Technik sind Digitallichtdeflektoren, die in der Lage sind, einen Strahl in eine Mehrzahl von Richtungen mit unterschiedlichem Winkel zu richten,durch die Notwendigkeit beschwert, eine Vielzahl individueller Lichtdeflektorstufen zu benutzen, von denen jede Polarisations-Orientierungs-Bauteile zusätzlich zu den Lichtdef 1 eχ ionsbauteilen enthält und möglicherweise sind auch Isolatorbauteile erforderlich, um ein Übersprechen zwischen den einzelnen Stufen zu vermeiden. Außerdem ist zu berücksichtigen, daß für eine extrem hohe Speicherkapazität von z.B. 10 Sits die Winkellagenkapazität des Deflektors ungewöhnlich groß und möglicherweise sogar unausführbar würde. Außerdem scheint es im Hinblick auf die Auflösungsgrenzen der zurzeit verfügbaren holographischen Medien, daß sogar dann, wenn ein zufriedenstellend arbeitender Lichtdetektor vorgesehen wird, die erforderliche Größe des Aufzeichnungsmediums übermäßig groß würde und zwar etwa einen Quadratmeter groß für eine Aufzeichnungskapazität in der obenerwähnten Größenordnung.

Die Erfindung befaßt sich mit der Lösung des Problems durch Verminderung äx& der für den Lichtdeflektor erforderlichen Bit-Kapazität, während gleichzeitig die Auflösungsmöglichkeit verfügbarer Aufzeichnungsnföien benutzt wird.

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Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe bei einer holographischen Datenspeichervorrichtung dadurch gelöst, daß holographische Aufzeichnungsmittel zur Aufzeichnung einer Vielzahl von Hologrammen in einer reihenweisen Anordnung vorgesehen sind, und daß diesen Hologrammen Mittel zugeordnet sind, damit jedes selektiv auf einen Lichtstrahl ansprechen kann, der durch das Hologramm hindurchläuft, um die in dem gewählten Hologramm gespeicherten Daten herauszulesen.

Die Erfindung schafft demgemäß ein Gerät, bei welchem die Auslesewahl nicht nur von der Orientierung der Wiedergabewelle abhängt, sondern bei welchem von einer Vielzahl von Hologrammen,die im Pfad der Welle liegen, eines ausgewählt wird, um die gespeicher- » ten Daten wiederzugeben. Dies wird dadurch erreicht, daß mehrere holographische Platten in Kaskade angeordnet werden und jede getrennte Daten speichert, um einen Stapel von Platten im Pfad der Wiedergabewelle zu bilden,und außerdem sind Mittel vorgesehen, die die Möglichkeit schaffen, daß die Bezugswelle bei der Wiedergabe einer Information jedes gewählten Hologramms des Stapels wirksam wird. Eine zweidimensionale Anordnung derartiger Stapel kann in der Nähe eines Lichtstrahldeflektors angeordnet werden, der die Wiedergabewelle auf einen der Stapel richtet, der seinerseits eines seiner Hologramme aktiviert, um es erkennbar zu machen.

Die zu^peichernde Information kann in einem elektrisch steuerbaren kristallinen volumenholographischen Gerät aufgezeichnet werden. Bei diesen Geräten ist die Rekonstruktion der Wellenfront, die ein Bild der aufgezeichneten Daten erzeugt, abhängig vom Vorhandensein bzw. Fehlen eines elektrischen Feldes, das an das Hologramm angelegt wird. Beim Fehlen des elektrischen Feldes läuft die Wiedergabewelle durch die Hologramme unbehindert durch das Interferenzmuster, das darin aufgezeichnet ist, hindurch und demgemäß wird keine Diffraktionsschleife erzeugt, die den

⁺'vergl. insbesondere deutsche Patentanmeldung P 20 32 108.8

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aufgezeichneten Daten entspricht. Bei Anwendung eines elektrischen Feldes wird jedoch das Hologramm wirksam, um ein Bild der aufgezeichneten Daten zu erzeugen. Außerdem wird durch geeignete Anordnung der Richtung von Aufzeichnungswelle und Wiedergabewelle ein reelles Bild zur Betrachtung auf einem Schirm erzeugt. Wie weiter unten im einzelnen auseinandergesetzt, muß die spezielle Plazierung, der individuellen Hologramme des Stapels relativ zu den einfallenden Lichtwellen während der Aufzeichnung und Wiedergabe beobachtet werden, um eine ordnungsgemäße Operation zu gewährleisten. Die Wiedergabe der gewünschten Information wird nur dadurch bewirkt, daß ein elektrisches Feld dem betreffenden Hologramm angelegt wird.

Bei einer alternativen Anordnung können elektrisch steuerbare Hologramme durch Kristalle ersetzt werden, die nicht auf ein elektrisches Feld anzusprechen brauchen, soweit es die holographische Wiedergabe anbelangt. Die Information im Kristall muß jedoch in hohem Maße polarisationsempfindlich sein. In diesem Falle ist ein elektrisch steuerbarer Polarisationsschalter in der Nähe jeder Seite der entsprechenden holographischen Platte angeordnet. Dieselben Begrenzungen bezüglich der Plazierung der verschiedenen Komponenten relativ zu den Lichtwellen sind bei dieser Anordnung vorhanden, wie sie bei den elektrisch steuerbaren holographischen Einrichtungen vorstehend beschrieben wurden. Ein Auslesen von Daten, die auf selektiven Hologrammen aufgezeichnet sind, wird durch Erregung der Polarisationsschalter auf den beiden Seiten bewirkt. Unter diesen Bedingungen haben die Hologramme,für die die zugeordneten Polarisationsschalter unbetätigt bleiben, keine Wirkung inbezug auf die Rekonstruierung der aufgezeichneten Daten. Das Hologramm zwischen den erregten Schaltern erzeugt andererseits ein Beugungsgitter, das der aufgezeichneten Signalinformation entspricht. Die A_rbeitsweise basiert auf der Polarisation der Wiedergabebezugswelle, die senkrecht in der Weise orientiert ist, daß sie nicht mit dem

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aufgezeichneten Interferenzmuster der Hologramme zusammenwirkt. Bei einer Reorientierung durch Betätigung des Polarisationsschalters an der Vorderseite des gewählten Hologramms wirkt Jedoch die Bezugswelle mit dem aufgezeichneten Beugungsgitter zusammen. Die übrigen Polarisationsschalter kehren die Bezugswelle in ihre ursprüngliche Polarisation um, so daß keines der übrigen Hologramme beeinflußt wird.

Nachstehend werden Datenspeicher gemäß der Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig.la eine perspektivische Darstellung einer kristallinen holographischen Platte,

Pig. Ib eine perspektivische Darstellung eines Halters für |

die Platte gemäß Fig.la,

Fig. Ic eine perspektivische Darstellung des Lageraufbaus zur Stapelung mehrerer Platten,

Fig. 2a eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Aufzeichnung,

Fig. 2b eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Wiedergabe der gespeicherten Informationen,

Fig. j5 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform gestapelter Hologramme, die in Verbindung mit den Ausführungsbeispielen nach Fig.2a und 2b benutzbar sind*

Ein polarkistalliner Körper 10 aus beispielsweise Strontium-Barium Niobat (SBN), der als holographisches Aufzeichnungsmedium wirkt, ' wird in metallische kanalartige Führungen 11,12 eingeschoben, die auf einem transparenten plattenartigen Hiter IJ festgelegt sind. Eine gleichförmige Ausrichtung des Kristalls 10 am Halter 13 wird mittels einer Feder 14 bewirkt, die in der oberen Kanalführung 11 liegt und gegen den Oberrand des Kristalles wirkt, wobei der rechte Rand des Kristalls an einem Isolationsanschlag 15 anstößt, der am Halter IJ rechtwinkelig zu den Kanalführungen 11,12 befestigt ist. Die Elektroden 16 und 17 sind am Oberrand und am

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Unterrand des Kristalles 10 ausgebildet und sie bestehen beispielsweise aus einer aufgetragenen Silberfarbe, um eine elektrische Spannungsquelle über Leitungen 18,19 an den Kristall anschließen zu können, wobei die Leitungen 18,19 mit den metallischen Kanalführungen 11,12 verbunden sind. Bei der oberen Kanalführung 11 wird die Erregung der Elektrode 16 über die Feder 14 zugeführt, während bei der unteren Kanalführung 12 eine unmittelbare Kontaktberührung mit der Elektrode 17 hergestellt wird. Die C-A-chse des Kristalls ist vorzugsweise vertikal derart orientiert, daß sie mit dem elektrischen Feld in Fluchtung steht, das in dem Kristall beim Anlegen einer Gleichspannung an den Elektroden 16, 17 ausgebildet wird.

Nach Festlegung des Kristalls 10 im Halter 13 wird der Halter in einen FührungsBchlitz 21 des festen Aufbaus 22 eingeführt, der aus einem Material bestehen kann, das spanabhebend leicht bearbeitet werden kann.. Wie in Fig.Ic angedeutet, nimmt der Aufbau 22 eine Vielzahl von Kristallen auf, die in den Haltern Ij5 festgelegt sind, die ihrerseits in gleichmäßigem Abstand zueinander in einer Reihenanordnung liegen, bereit zur Aufzeichnung einer Signalinformation in den Kristallen angeordnet sind. Die elektrischen Leitungen 18,19, die mit den einzelnen Kristallhaltern I3 verbunden sind, sind durch den Aufbau 22 an irgendeiner geeigneten Stelle hindurchgeführt, um so einen Anschluß an eine äußere Spannungsquelle zu ermöglichen. Ein Deckel 23 ist auf der Oberseite des Aufbaus 22 aufgeschraubt, um zu gewährleisten, daß die Kristalle 10 in präziser Weise darin festgelegt sind. Es besteht keine Begrenzung der Zahl der Kristalle 10, die auf diese Weise gestapelt werden können, jedoch zum Zwecke einer beispielsweisen Veranschaulichung der Abmessungen wird ein Stapel mit zehn Kristallen betrachtet. Sowohl der Kristall 10 als auch der transparente Halter 13 können etwa 1 mm dick ausgebildet werden, wobei der Kristall eine Breiten- und. Höhenabmessung von etwa 10 mm besitzt, während der Halter eine Höhe und Breite von je etwa 20 mm besitzt.

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Zur Vereinfachung der Behandlung und Stapelung der Kristallhalter 1J> im Lageraufbau 22 genügt ein Abstand von 2,5 mm zwischen benachbarten Haltern. So beträgt die Gesamtlänge bei einem Aufbau mit zehn Kristallen etwa 35 mm. Die Herstellung eines länglichen Kristalls würde die Möglichkeit schaffen, mehrere diskrete holographische Schichten in einer einheitlichen kristallinen Einrichtung anzuordnen, vorausgesetzt daß ein genügender Abstand zwischen benachbarten Hologrammschichten aufrechterhalten wird, so daß eine Kopplung dazwischen ausgeschlossen ist. In jedem Fall, selbst wenn getrennte Kristalle gestapelt werden, muß Sorge dafür getragen werden, daß keine Lichtbogenbildung um den Kristall herum bewirkt wird. Das Eintauchen der Kristalle in.einem ölbad geeigneter Transparenz und mit geeignetem Brechungsindex und mit gelgneten f Isolationseigenschaften kann für diesen Zweck nützlich sein.

Die Arbeitsweise der Kristalle als holographische Aufzeichnungsmedien basiert auf einer Bildung eines Phasengitters darin, das durch lokalisierte Brechungsindex-Inhomogenitäten repräsentiert wird, die optisch in den Kristall durch Interferenz, zwischen den beiden einfallenden Lichtwellen induziert werden. D.h. ein Gitter wird durch räumlich modulierte Brechungsindexmuster erzeugt, die in dem Kristall gemäß den Lichtstrahlen erzeugt werden, wobei das Gitter ohne die Notwendigkeit erzeugt wird, eine Entwicklung oder Behandlung vorzunehmen, wie dies bei einem photographischen Film notwendig ist. Außerdem iann die elektrische | Steuerung des Interferenzverfahrens realisiert werden, wenn geeignete kristalline Materialien benutzt werden. Z.B. kann Strontium-Barium-Niobat mit der folgenden chemischen Formel benutzt werden:

^Srx^Ba(l-x) ^Nb2°6 '

dabei ist χ größer als 0,25 und kleiner als 0,75· Es hat sich gezeigt, daß hierdurch Bilder guter Qualität wirksam erzeugt werden können, wobei gleichzeitig die Aufzeichnung mit vergleichsweise niedriger Lichtintensität durchgeführt werden kann.

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Die Vorrichtung und das Vt- fahren zur Erzeugung getrennter Signaldaten in den verschiedenen kristallinen holographischen Platten und das selektive Auslesen der aufgezeichneten Daten wird nunmehr unter Bezugnahme auf die Pig.2a und 2b beschrieben. Aus Gründen der Einfachheit der Darstellung und Diskussion sind nur drei Kristalle oder Platten in einem übafcrieben Aargestellten Abstand in diesen Figuren dargestellt, und zwar ohne die anderen Komponenten, die in Fig.Ic dargestellt -sind. In den Ansichten gemäß Fig.2a und 2b ist die C-Achse eines jeden Kristalls jeweils senkrecht zu dem darin erzeugten elektrischen Feld ausgerichtet, und zwar innerhalb der Zeichenebene. In Fig.2a liefert ein Laser

26 eine Lichtwelle 27, die auf einen Strahlteiler 28 auffällt, der etwa die Hälfte der Lichtenergie als Bezugswelle 29 durchläßt, die direkt durch die in Reihe angeordneten Kristalle 10 hindurchläuft. Die andere Hälfte der Lichtenergie im Laserstrahl

27 wird vom S^rahlteiler 28 als Signalwelle J>1 auf einen Spiegel 32 reflektiert, von der die Welle durch einen transparenten Körper und dann durch die Kristalle 10 im wesentlichen zusammen mit der Bezugswelle 29 geschickt wird. Der transparente Körper 30 enthält die aufzuzeichnenden Daten und die Aufzeichnung in einem gewählten Kristall wird nur dadurch bewirkt, daß eine Gleichspannung an jenes Kristall über dessen Elektroden 16,17 angelegt wird. Unter dieser Bedingung wird ein holographisches Phasengitter in dem gewählten und erregten Kristall 10 erzeugt, das den Daten bzvi. der Information . des transparenten Körpers 30 entspricht und zwar durch Interferenz zwischen Bezugswelle 29 und Signalwelle jjl. Die übrigen Kristalle durchlaufen die Lichtwellen mit nur geringer gegenseitiger Wirkung, wobei die Einwirkung auf diese Kristalle um Größenordnungen geringer ist als die Einwirkung auf den vorgewählten Kristall. In den übrigen Kristallen wird eine unterschiedliche Information auf die gleiche Weise gespeichert, indem der transparente Körper JQ durch einen neuen transparenten Körper ersetzt wird, wenn eine weitere Aufzeichnung erfolgt, wobei gleichzeitig

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eine elektrische Erregung dem jeweiligen Kristall angelegt wird. Die Bezugswelle 29 und die Signalwelle j51 können in irgendeiner Weise polarisiert werden und zwar in zufälliger Weise, um eine Aufzeichnung zu erhalten; aber da übermäßig polarisiertes Licht, d.h. Licht, welches ebenpolarisiert parallel zur Kristallachse

C ist, am meisten für die Wiedergabe nützlich ist, ist es zweckweil mäßig, die Wiedergabewellen in gleicher Weise zu polarisieren,iösä

auf diese Weise optimale Ergebnisse erlangt werden können.

Im folgenden wird auf Fig.2b bezuggenommen. Das Auslesen der gespeicherten Daten wird dadurch bewirkt, daß eine Lichtwelle vom Laser 2.6 auf den holographischen Stapel von Kristallen 10 gerichtet wird und daß dann selektiv der betreffende Kristall erregt wird, " dessen Daten wiedergegeben werden sollen. Eine Wiedergabewelle J5j5 wird längs des gleichen Pfades gerichtet, der zur Aufzeichnung der Daten benutzt wurde, jedoch schreitet die Welle in entgegengesetzter Richtung fort. Dies geschieht, um ein reelles Bild auf einem Aufzeichnungsschirm y\ zu erhalten, der an einer Stelle plaziert ist, die von dem betreffenden transparenten Körper j50 während der Aufzeichnung eingenommen wurde und der Schirm besitzt die gleiche relative Stellung gegenüber dem Hologrammstapel. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß das rekonstruierte Bild irgendeiner aufgezeichneten Information an einer präzisen Stelle des Betrachtungsschirmes 34 rekonstruiert wird. Andererseits kann, wenn es erwünscht ist, die aufgezeichneten Daten von verschiedenen Kri- (j stallen ineinander nicht überlappender Beziehung wiederzugeben, das jeweilige Aufzeichnungstransparent j50 an" verschiedenen Stellen angebracht werden und zwar jeweils benachbart zu der vorigen Stellung, so daß das rekonstruierte Bild auf dem Betrachtungsschirm an einer Stelle erscheint, die von den betreffenden Gegenständen während der Aufzeichnung eingenommen wurde. Die in einem der Kristalle 10 erzeugten Daten werden einfach dadurch wiedergegeben, daß eine Gleichspannungsquelle an die Elektroden 16,17 angelegt wird.

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Das wiedergegebene Bild hat eine maximale Helligkeit, wenn die Wiedergabespannung etwa die gleiche Amplitude hat; wie die- oei der Aufzeichnung angelegte Spannung. Ein Absinken der Spannung bewirkt eine Reduktion der Bildhelligkeit, bis dann, wem>flie Spannung Null wird, überhaupt kein Bild mehr erzeugt wird« So besitzt Jedes Hologramm, wenn es entregt wird oder in einem Nicht-Wiedergaoestatus befindlich ist, nur eine unwesentliche Wirkung auf die räumliche Phasen- oder Intensitätsverteilung des Wiedergabelichtstrahles-, der hindurchtritt. Infolgedessen läuft nicht gebeugtes Licht der Nullordnung sowie das die Daten tragende Licht der ersten Ordnung, das aus dem erregten Kristall austritt, durch die übrigen Kristalle unbeeinflußt durch das aufgezeichnete Interferenzmuster . hindurch.

Die Kristalle, die für die obenbeschriebene elektrische Steuerung erforderlich sind, müssen von der Polartype sein, d.h. sie müssen in der Lage sein, gepolt zu werden oder ihre spontane elektrische Polarisation gegenüber einer Achse ausrichten können, die durch den kristallographischen Aufbau bestimmt ist. Derartige Materialien sind ihrer Natur nach ferroelektrisch und haben somit eine quadratische Polarisation gegenüber der angelegten elektrischen Peldcharakteristik, Außerdem muß natürlich das kristalline Material ein solches sein, welches Brechungsindexinhomogenitäten aufweisen kann, die durch elektrooptische Mittel eingeführt werden. Eine Ausrichtung des elektrischen Feldes auf die kristallographische Symmetrieachse (die C-Achse) ist nicht wesentlich, aber sie wird vorzugsweise benutzt, um optimale Ergebnisse zu erhalten.

Ein digitaler Lichtdeflektor ~$6, der zwischen dem Laser 26 und dem Hologrammstapel angeordnet ist, ist bei Systemen nützlich, die mehrere Stapel entweder in einer linearen oder einer zweidimensionalen Anordnung aufweisen. Der Lichtdeflektor ^6 wirkt in derartigen Systemen zur Richtung des Auslesestrahles 33 aus einer Vielzahl von Stapeln. Linsen und/oder Spiegel können in Verbindung mit

■-immmo m.u

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dem Liichtdeflektor benutzt werden, um die Auslesewelle 33 senkrecht zumHölogrammstapel zu richten. Das Auslesen der vorbeschriebenen Information hängt dann sowohl von dem Stapel ab, auf den der Auslese-Strahl gerichtet wird und von dem jeweiligen Hologramm in diesem Stapel, das zur Erregung gewählt wird. Der Lichtdeflektor 36 kann offensichtlich als Teil des Aufzeichnungsgerätes benutzt werden.

Fig.5 zeigt eine alternative Hologrammstapelanordnung. Bei dieser Ausfuhrungsform sind elektrisch gesteuerte holographische Vorrichtungen nicht erforderlich. Stattdessen kann jeder Kristall, in dem zwei Lichtstrahlen miteinander interferieren, um ein räumlich moduliertes Doppelbrechungsmuster zu erzeugen, benutzt wer ■_?;",. Z.B. ist Lithium Niobat für diesen Fall zufriedenstellend. Der ho. ._""·.-phisehe Stapel nach Fig.3 umfaßt abwechselnd elektrisch steuert"¹.-ve " Polarisationsschalter yja._fh₃c₉ d und holographische Kristalle j Ja,b,c. Die Polarisationsschalter/stehen im typischen Falle aus K-lium-Dihydrogen Phosphat (KDP) in Gestalt von Zellen, die in der Längsrichtungs-Pockels-Art betätigt werden, wobei die Z-Achse der KDP-Zelle parallel sowohl zur Richtung der Lichtausbreitung und zu einem elektrischen Feld liegt, das an die Zelle angelegt wird. Die Dicke der Polarisationsschalter 37 kann in der gleichen Größenordnung liegen, wie die Dicke der holographischen Kristallplatten und sie kann etwa 0,1 cm betragen.

Zum Aufzeichnen und zur Wiedergabe von Daten kann eine der Anordnung nach Fig.2a und 2b identische Einrichtung benutzt werden. Die Daten- J aufzeichnung kann, wie im Falle der obenerwähnten,elektrisch gesteuerten holographischen Einrichtung durch zufällig polarisiertes Licht bewirkt werden, jedoch.vorzugsweise erfolgt die Durchführung mit eben polarisiertem Licht, das parallel zur Hauptachse der Hologrammkristalle orientiert ist, d.h. mit anderen Worten normal zur Zeichenebene. Um eine Information in irgendeinem Kristallhologramm aufzuzeichnen, werden die anderen Kristalle zeitweise aus dem Stapel entfernt und vorzugsweise durch ein Material ersetzt, das eine äquivalente Transparenz und einen entsprechenden Brechungsindex

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besitzt. Dies muß geschehen, da die Aufzeichnung nicht selektiv ist, wie dies bei dem vorerwähnten Ausführungsbeispiel geschah. In allen übrigen Beziehungen ist das Aufzeichnungsverfahren jedoch das gleiche wie vorstehend erwähnt und soweit es die relative Lage des datentragenden Transparentkörpers J50, die Hologramme und Lichtwellen anbetrifft. Die Auslesung demgegenüber ist selektiv. Dies wird mit ungewöhnlich.gepoltem Licht vom Laser 26 oder Licht vom Deflektor 36 bewirkt,·das normalerweise parallel zur Zeichenebene orientiert ist, d.h. senkrecht zur außergewöhnlichen Achse der Kristalle. Wie erwähnt, ist die Z-Achse der KDP Polarisationsschalter parallel zur Richtung der Lichtausbreitung ausgerichtet. Demgemäß liegen die X- und Y-Achsen der KDP-Zellen quer zur Lichtausbreitung und sie sind so orientiert, daß jede in einem Winkel von 45 gegenüber der Lichtpolarisation steht. So treten beim Fehlen einer elektrischen Erregung der Polarisationsschalter 37 die Lichtstrahlen unbeeinflußt hindurch und sie werden in gleicher Weise nicht durch die Hologramme beeinflußt, weil sie senkrecht zur außergewöhnlichen Achse orientiert sind. Um ein jedes Kristallhologramm bezüglich des hindurchtretenden Lichtstrahles 3>3 empfindlich zu machen und die aufgezeichneten Daten zu rekonstruieren, muß die Lichtpolarisation räumlich um 9O⁰ gedreht und parallel zu der außergewöhnlichen Achse ausgerichtet werden. Dies wird dadurch bewirkt, daß ein längsgerichtetes elektrisches Feld parallel zur Z_TAchse der KDP-Zelle angelegt wird und zwar unmittelbar vor dem gewählten Kristall 58, worauf die Polarisation des einfallenden Ausleselichtstrahles um 90 infolge der KDP-Zelle oder des Schalters 37 gedreht wird, die als Halbwellenplatte arbeitet. Gleichzeitig muß der Polarisationsschalter auf der Seite des gewählten Hologramms,die vom Laser 26 entfernt liegt, aktiviert werden, um den Lichtstrahl in der horizontalen Polarisation zu reorientieren, d.h. in anderen Worten senkrecht zur außergewöhnlichen Achse, um zu gewährleisten, daß keiner der Strahlen der Nullorder oder der die Beugungsinformation tragende Strahl durch irgendein im Stapel folgendes Hologramm beeinflußt wird.

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Es ist zu bemerken, daß es bei dieser Ausführungsform nicht wichtig ist, daß die Polarisationsschalter 37 elektrisch aktiviert werden. Stattdessen können mechanisch betätigte Polarisationsrotoren benutzt werden und in diesem Falle ist eine der Achsen sämtlicher doppelt brechender Rotatormaterialien normalerweise parallel zur Lichtpolarisation des Ausleselaserstrahles 33 orientiert. Dann tritt der Lichtstrahl 33 durch sämtliche Rotatoren hindurch, ohne reorientiert zu werden und er ist im wesentliche unwirksam zur Rekonstruierung eines aufgezeichneten Datenwertes in den verschiedenen Hologrammen. Um die Daten in einem gegebenen Hologramm zu lesen, werden die Polarisarionsrotatoren auf jeder Seite des gewählten Hologramms physikalisch um 45° gedreht, wodurch ihre Achsen um 45 gegenüber der Polarisation ä des Lichtstrahles 33 gedreht werden, wodurch die gleiche Wirkung einsetzt, wie bei den elektrisch gesteuerten Polarisationsschaltern.

Datenspeichersysteme gemäß vorstehenden Ausführungsbeispielen liefern außer den Vorteilen einer geringen Größe und einer leichten Datenzugänglichkeit noch sehr viel weitere Vorteile. So können sie beispielsweise leicht und schnell auf den neuesten Stand gebracht werden. Dies wird einfach nur dadurch bewirkt, daß ein bestimmtes Hologramm oder ein Stapel von Hologrammen eine kurze Zeitdauer lang, z.B. 10 Sekunden, einem intensiven Strahl ausgesetzt werden, um die vorher aufgezeichnete Information zu löschen und dann kann der Kristall zur Aufzeichnung neuer Daten " benutzt werden. Infolge dieser Möglichkeit der Löschung von Daten ergibt sich, daß eine wiederholte oder verlängerte Auslesung den gleichen Effekt einer graduellen Herabsetzung der holographischen Aufzeichnungen hat. Solche Wirkungen können jedoch dadurch vermindert werden, daß der Auslesestrahl pulsier1/6der hinsichtlich seiner Intensität vermindert wird, je nachdem was sich als

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zweckmäßig erweist. Bei dem Ausführungsbeispiel mit elektrisch gesteuertem Strahl, wo Kristalle aus Strontium-Barium-Niobat benutzt werden, kann insbesondere die verminderte Intensität des Auslesestrahles in gewisser Weise kompensiert werden, indem ein Auslesestrahl einer längeren Wellenlänge benutzt wird,als der Aufzeichnungsstrahl hatte, weil das Hologramm weniger lichtempfindlich gegenüber Licht größerer Wellenlänge ist.

Patentansprüche;

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Claims

Patentansprüche :

Holographische Datenspeichervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine holographische Aufzeichnungseinrichtung (10) zur Aufzeichnung mehrerer Hologramme in einer Reihenanordnung aufweist und daß Mittel (16,17) den Hologrammen zugeordnet sind, um selektiv eines der Hologramme auf einen Lichtstrahl (33) ansprechbar zu machen, der durch das Hologramm hindurchgeschickt wird, um die in diesem Hologramm gespeicherten Daten auszulesen.

2. Datenspeicher nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, *

daß die Aufzeichnungsmittel aus doppelt brechendem kristallienem Material (10) bestehen.

3. Datenspeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzei chnet , daß die Aufzeichnungsmittel (10) aus polarisierbarem Material bestehen, das ferroelektrische Eigenschaften aufweist.

4. Datenspeicher nach den Ansprüchen 2 oder 3* dadurch gekennzei chnet, daß die Aufzeichnungsmittel aus mehreren holographischen Platten (13) bestehen. λ

5. Datenspeicher nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die eine selektive Ansprechbarkeit bewirkenden Mittel (16,17) Teile (18,19) aufweisen, die ein elektrisches Feld an ein ausgewähltes Hologramm anlegen.

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β. Datenspeicher nach den Ansprüchen 4 und 5* dadurch gekennzeichnet, daß die eine selektive Auswahl ermöglichenden Mittel individuelle Elektroden (16,17) aufweisen, um ein elektrisches Feld an irgendeiner gewünschten holographischen Platte (13) gemäß einem Potential anzulegen, das den Elektroden anliegt.

7. Datenspeicher nach Anspruch 6,
dadurch gekennzei chne t , daß jede holographische Platte [IJ) aus einem Kristall (10) aus doppelt brechendem Material besteht und in einem Halter (13) angeordnet ist, und daß dieser Kristall in dem Halter durch metallische Träger (11,12) auf gegenüberliegenden Rändern festgelegt ist, und daß diese Ränder Elektroden (16,17) bilden, und daß die Träger (11,12) in elektrischem Kontakt mit den entsprechenden Elektroden (16,17) stehen.

8. Datenspeicher nach Anspruch 7*
dadurch gekennzei chnet , daß einer der Träger (11) mit metallischen Federn (14) versehen ist, die den Kristall (10) in Berührung mit dem anderen Träger (12) drücken.

9. Datenspeicher nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Polarisatxonsschalter (37) zwischen den holographischen Platten (13) und dem Vorderende der Reihenanordnung angeordnet sind und daß das Auslesen der gespeicherten Daten in einer ausgewählten holographischen Platte (13) dadurch bewirkt wird, daß die Polarisationsschalter (37) auf beiden Seiten der Platte betätigt werden.

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10. Datenspeicher nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Polarisationsrotatoren vorgesehen sind, von denen jeweils einer zwischen benachbarten holographischen Platten in Reihenanordnung hiermit angeordnet ist.

11. Datenspeicher nach Anspruch 10,
dadurch gekennzei chnet, daß die Polarisationsrotatoren elektrisch gesteuerte Halbwellenplatten sind.

12. Datenspeicher nach den Ansprüchen 10 oder 11,

dadurch gekennzeichnet, f

daß ein Polarisationsrotator benachbart zur äußeren Oberfläche von wenigstens der vorderen holographischen Platte vorgesehen ist.

13. Datenspeicher nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß eine.oder mehrere zusaätzliche holographische Aufzeichnungsmittel vorgesehen sind, um jeweils Reihenanordnungen von Hologrammen zu erzeugen, daß eine Lichtquelle (26) einen Lichtstrahl (33) auf die Hologrammreihe entwirft und daß Lichtablenkmittel (36) zwischen der Lichtquelle (26) und der Hologrammreihe liegen, um den Strahl (33) auf ein ausgewähltes Hologramm i dieser Reihe zu richten.

14. Datenspeicher nach Anspruch 13*
dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl (33) rechtwinkelig zu einer gewählten Anordnung gerichtet wird und in einer Richtung fortschreitet, die der Richtung der Lichtausbreitung (31) entgegengesetzt ist, die zur Aufzeichnung der Daten im Hologramm benutzt wurde.

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15· Datenspeicher nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl (3J5) eben polarisiert ist und zwar parallel zu einer vorbestimmten Achse des Kristalls (10) der Aufzeichnungsmittel.

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