DE2109395A1

DE2109395A1 - Holographische Speicheranordnung

Info

Publication number: DE2109395A1
Application number: DE19712109395
Authority: DE
Inventors: Peter John Endwell; McCurry Robert Ellsworth Vestal; Speicher Charles Andrew Endwell; N.Y. Magill (V.St.A.)
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1970-03-02
Filing date: 1971-02-27
Publication date: 1971-09-16
Also published as: US3651498A; FR2081604B1; FR2081604A1; GB1303933A; JPS541608B1

Description

210939S

BSblingen, 25. Februar 1971 pr-£r

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Ämtl. Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: Docket EN 969 057

Holographische Speicheranordnung

Die Erfindung betrifft eine holographische Speicheranordnung mit einer Vielzahl von holographische Einzelaufzeichnungen enthaltenden Bereichen, die aus einer unter dem Einfluß eines magnetischen oder elektrischen Feldes die Polarisationsrichtung eines Strahles drehenden Material bestehen oder mit einer aus einem derartigen Material bestehenden Schicht überzogen oder hinterlegt sind.

Bekannte Speicheranordnungen, wie Magnetkernspeicher, Magnettrommel- oder Scheibenspeicher sowie aus photographischen Aufzeichnungen bestehende Speicher weisen relativ hohe Speicherdichten auf und können durch wahlweisen Zugriff zu den einzelnen Speicherplätzen ausgelesen werden. Die mit den genannten Speichern erzielbare Speicherdichte und vor allem die erzielbare Auslesegeschwindigkeit reicht jedoch insbesondere für moderne Großspeicher bei weitem nicht aus. Durch die Anwendung holographischer Verfahren konnte die Speicherdichte weitgehend gesteigert werden. Eine entsprechende Erhöhung der Zugriffsgeschwindigkeiten wurde jedoch nicht erreicht.

Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, einen einfachen optischen Speicher anzugeben, der bei großer Speicherdichte und Informationskapazität außerordentlich kurze Zugriffszeiten hat. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine holographische Speicheranordnung mit einem Träger mit einer Vielzahl von holö-

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graphische Einzelaufzeichnungen enthaltenden Bereichen, die aus einem unter dem Einfluß eines magnetischen oder elektrischen Feldes die Polarisationsrichtung eines Strahles drehenden Material bestehen oder mit einer aus einem derartigen Material bestehenden Schicht überzogen oder hinterlegt sind, gelöst, die gekennzeichnet ist durch eine Quelle zur Erzeugung einer polarisierten, mindestens mehrere Einzelaufzeichnungsbereiche gleichzeitig beaufschlagenden Auslesestrahlung, einen im Abbildungsstrahlengang liegenden Analysator, der die an unerregten Bereichen gebeugte oder reflektierte polarisierte Strahlung nicht durchläßt, Mittel zur steuerbaren Erzeugung eines magnetischen oder elektrsehen, eine Drehung der Polarisationsebene bewirkenden Feldes im Bereich der jeweils auszulesenden Bereiche und durch Lichtdetektoren zur Umwandlung der ausgelesenen, den Analysator durchsetzenden optischen Information in elektrische Impulse.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß jede Aufzeichnung ein besonderes, eine analoge oder digitale Information darstellendes Muster erzeugt, und daß die Lichtdetektoren so angeordnet sind, daß sie das jeweils ausgelesene Muster in elektrische Signale umwandeln.

Eine andere besonders vorteilhafte Ausbildungsform des Erfindungsgedankens ist gekennzeichnet durch senkrecht zueinander verlaufende und paarweise mit einer Spannungsquelle steuerbar verbindbare Leiter zum Anlegen magnetischer Felder an bestimmte holographische Aufzeichnungen enthaltende Bereiche oder Gruppen solcher Bereiche.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Aufzeichnungen aus Phasenholograminen, vorzugsweise aus reflektierenden Phasenhologrammen, bestehen.

Eine besonders einfache und einen hohen Wirkungsgrad aufweisende Ausführungsform des Erfindungsgedankens ist schließlich dadurch

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gekennzeichnet, daß die Aufzeichnungen aus Kinoformen, vorzugsweise aus reflektierenden Kinoformen, bestehen. Unter Kinoform wird ein Objekt verstanden, das die Phasenlage einer es durchsetzenden oder an ihm reflektierten Strahlung so beeinflußt, daß ein bestimmtes Beugungsmuster erzeugt wird. Im Gegensatz zum Hologramm, bei dem alle Elemente, auch die linienförmigen Elemente eines Beugungsmusters durch eine Vielzahl von Einzelpunkten gebildet werden, die durch eine entsprechende Vielzahl von Fresnelzonenplatten des Aufzeichnungsträgers erzeugt werden, werden beim Kinoform linienförmige Bereiche durch linienförmige Strukturen des Aufzeichnungsträgers erzeugt, was zur Folge hat, daß ein Kinoform im Vergleich zu einem das gleiche Beugungsmuster erzeugenden Hologramm wesentlich einfacher ist und aus einer wesentlich kleineren Anzahl von Einzelelementen besteht.

Die Erfindung wird anschließend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus einer Vielfach-Hologramm-

anordnung.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel besteht aus einer Vielfach-Hologrammanordnung 1, Auswahlschaltungen 9 und 10, einer Steuerung 8, einem Analysator 6, einer aus Photodioden 3a - 3n bestehenden Lichtdetektormatrix 3 und einer Auswerteinrichtung Die Vielfach-Hologrammanordnung 1 enthält einen beispielsweise aus Glas bestehenden Träger la, der mit einer geeigneten lichtempfindlichen Emulsion Ib überzogen ist. Die Information ist in voneinander getrennten Bereichen 2a bis 2n holographisch gespeichert. Die einzelnen Hologramme 2a bis 2n sind mit dünnen, aus einer Nickel-Eisen-Legierung bestehenden Schichten überzogen und gegen diese isoliert. Auf der gegenüberliegenden Seite des Trägers sind senkrecht zueinander verlaufende und gegeneinander isolierte Ko-

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ordinatenleitungen X und Y aufgedampft. Die gegenseitige Isolierung wird beispielsweise durch ein dünne Schicht aus Siliconoxyd bewirkt. In den Schnittpunkten der Koordinatenleitungen X und Y liegen an der gegenüberliegenden Seite des Trägers die dünnen magnetischen Schichten.

Die Anordnung kann beispielsweise durch folgendes Verfahren hergestellt werden. Zunächst werden die einzelnen Hologramme durch eine an sich bekannte Belichtung der lichtempfindlichen Schicht erzeugt. Die Belichtung kann entweder durch photographische Verfahren oder durch eine computergesteuerte Lichteinwirkung erfolgen. Es werden entweder Trägerfrequenzhologramme oder Kinoforme beschrieben. Nach der Aufzeichnung der holographischen Information wird die Emulsion gebleicht, so daß sich ein Profil ergibt, dessen Höhe eine Funktion der Belichtung ist. Anschließend werden durch an sich bekannte Verfahren dünne magnetische Filme auf die einzelnen Hologramme aufgebracht. Während des Aufbringens der dünnen Schichten wird an diese ein magnetisches Feld gelegt, so daß eine einachsige Anisotropie mit einer bestimmten Vorzugsrichtung erzeugt wird.

Soll keine lichtempfindliche Schicht verwendet werden, so werden an den Kreuzungspunkten der Koordinatenleiter in Anwesenheit von magnetischen Feldern magnetische Schichten aufgebracht und anschließend so geätzt, daß das gewünschte Relief eines Hologramms oder Kinoforms entsteht. Der Ätzvorgang kann durch an sich bekannte photochemische Verfahren erfolgen, bei denen die Tiefe der Ätzung eine Funktion der holographischen Belichtung ist. Es ist aber auch möglich, das gewünschte Relief auf den magnetischen Schichten durch die Einwirkung eines gesteuerten Elektronenstrahls oder Laserstrahls zu erzeugen. Da bei den vorgeschlagenen Nickel-Eisen-Schichten die Kerr-Rotation gering ist, wird eine andere Anordnung vorgeschlagen, bei der die Drehung der Polarisationsrichtung durch die Aufbringung einer ferromagnetisehen Halbleiterschicht, beispielsweise Europiumchalcogenid-Schicht, auf die Hagnetschicht erhöht wird. Die Europiumchalcogenid-Schicht kann

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beispielsweise in der im US-Patent 3 475 738 beschriebenen Art aufgebracht werden.

Die aus den Photodioden 3a bis 3n bestehende Lichtdetektormatrix der in Fig. 1 dargestellten Anordnung wird mit an sich bekannten Verfahren hergestellt. Die Lichtdetektormatrix ist so in bezug auf die Vielfach-Hologrammanordnung 1 ausgerichtet, daß sie das an einem beliebigen Hologramm der Anordnung reflektierte Licht aufnimmt. Die Photodioden 3a bis 3n sind so vorgespannt, daß sie bei Fehlen von Licht ein relativ niedriges Ausgangssignal und bei Anwesenheit von Licht ein relativ hohes Ausgangssignal erzeugen. Die Lichtdetektorenmatrix 3 1st durch Leitungen 4 mit" der Auswerteinrichtung 5 verbunden, die beispielsweise mehrere Einheiten zur Umformung und Verarbeitung der durch die oben beschriebenen Muster erzeugten Signale enthält.

Zwischen der Vielfach-Hologrammanordnung 1 und der Lichtdetektormatrix 3 ist der Analysator 6 so angeordnet, daß seine Durchlaßrichtung für polarisiertes Licht senkrecht zur Richtung der Polarisationsebene der an der Vielfach-Hologrammanordnung 1 reflektierten Strahlung liegt, wenn die Anordnung 1 nicht zur Bewirkung eines Auslesevorganges erregt ist. Wird die Vielfach-Hologrammanordnung 1 im Bereich des auszulesenden Hologramms erregt, so wird die Polarisationsebene des in diesem Bereich reflektierten Lichtes gedreht, so daß dieses durch den Analysator 6 hindurchtreten kann und auf einzelne der Photodioden 3a bis 3n der Lichtdetektormatrix 3 fällt.

In vorliegendem Ausführungsbeispiel fällt ein polarisierter Strahl 7 auf die gesamte Oberfläche der Vielfach-Hologrammanordnung 1. Soll nicht ausgelesen werden, so ist das an der Vielfach-Hologrammanordnung 1 reflektierte Licht unter einem Winkel von 90° in bezug auf die Durchlaßrichtung des Analysators 6 linear polarisiert, so daß nur sehr wenig oder überhaupt kein Licht zur Lichtdetektormatrix 3 gelangt. Soll jedoch Information aus dem Speicher ausgelesen werden, so werden von der Steuerung 8 elektrische Signale zu den X- und Y-Auswahlschaltungen 9 und 10

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übertragen, die die jeweils erforderlichen Koordinatenleitungen X und Y der Vielfach-Holograininanordnung 1 erregen. Im Kreuzungsbereich zweier erregter Koordinatenleitungen entsteht ein Magnetfeld, das den Magnetisierungsvektor des gewünschten Hologramms direkt oder umkehrt, so daß das gespeicherte codierte Informationsmuster ausgelesen wird. Die Umkehr des Magnetisierungvektors bewirkt, daß ein kleiner Querschnitt der Strahlung 7, der auf das ausgewählte Hologramm auffällt und an diesem reflektiert wird, eine Drehung seiner Polarisationsebene erfährt, so daß eine Komponente seines Lichtvektors mit der Durchlaßrichtung des Analysators 6 übereinstimmt und so zu den betreffenden Photodioden der Lichtdetektormatrix 3 gelangt.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

(l) Holographische Speicheranordnung mit einem Träger mit einer Vielzahl von holographische Einzelaufzeichnungen enthaltenden Bereichen, die aus einem unter dem Einfluß eines magnetischen oder elektrischen Feldes die Polarisationsrichtung eines Strahles drehenden Material bestehen oder mit einer aus einem derartigen Material bestehenden Schicht überzogen oder hinterlegt sind, gekennzeichnet durch eine Quelle zur Erzeugung einer polarisierten, mindestens mehrere Einzelaufzeichnungsbereiche gleichzeitig beaufschlagenden Auslesestrahlung (7), einen im Abbildungsstrahlengang liegenden Analysator (6), der die an unerregten Bereichen (2a - 2n) gebeugte oder reflektierte polarisierte Strahlung nicht durchläßt, Mittel (X-Y-Koordlaatenleitungen) zur steuerbaren Erzeugung eines magnetische» oder elektrischen, eine Drehung der Polarisationsebene bewirkenden Feldes im Bereich der jeweils auszulesenden Bereiche (2a - 2n) und durch Lichtdetektoren (3a - 3n) zur Umwandlung der ausgelesenen, den Analysator durchsetzenden optischen Information in elektrische Impulse.
2. Holographische Speicheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Bereich (2a - 2n) ein besonderes, eine analoge oder digitale Information darstellendes Muster erzeugt und daß die Lichtdetektoren (3a - 3n) so angeordnet sind, daß sie das jeweils ausgelesene optische Muster in elektrische Signale umwandeln.
3. Holographische Speicheranordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch senkrecht zueinander verlaufende und paarweise mit einer Spannungsquelle steuerbar verbindbare Koordinatenleitungen zum Anlegen magnetischer Felder an bestimmte holographische Aufzeichnungen enthaltende Bereiche oder Gruppen solcher Bereiche.

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4. Holographische Speicheranordnung nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufzeichnungen aus Phasenhologrammen, vorzugsweise aus reflektierenden Phasenhologrammen bestehen.
5. · Holographische Speicheranordnung nach den Ansprüchen 1-3,

dadurch gekennzeichnet, daß die Aufzeichnungen aus Kinoformen, vorzugsweise aus reflektierenden Kinof ernten bestehen.
6. Holographische Speicheranordnung nach den Ansprüchen 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufzeichnungen in an sich bekannter Weise durch Bleichen einer belichteten lichtempfindlichen Emulsion, durch eine photolitographisch gesteuerte Ätzung oder durch Abtragung mittels Elektronenoder Laserstrahl der die Information enthaltenden Schicht erzeugt werden.
7. Holographische Speicheranordnung nach den Ansprüchen 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufzeichnungen durch photolitographisch gesteuertes Ätzen oder durch Abtragung mittels Elektronen- oder Lasertrahl einer die Information enthaltenden magnetisierbaren Schicht erfolgt.

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