DE2146679C3

DE2146679C3 - Verfahren und Anordnung zur Aufnahme und Wiedergabe von Hologrammen

Info

Publication number: DE2146679C3
Application number: DE19712146679
Authority: DE
Inventors: Horst Dr.-Ing. 8000 Muenchen Kiemle
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-09-17
Filing date: 1971-09-17
Publication date: 1979-04-19
Also published as: DE2146679B2; DE2146679A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Aufnahme und Wiedergabe von Hologrammen, bei dem der vom Gegenstand kommende Gegenstandsstrahl und der Bezugsstrahl in jeweils mehrere Strahlen gleicher Intensität aufgeteilt wird, bei dem die Gegenstandsstrahlen mit jeweils einem der Bezugsstrahlen an räumlich getrennten Stellen des Aufzeichnungsträgers unter Bildung von Teilhologrammen zur Interferenz gebracht werden, wobei für jedes der interferierenden Strahlenpaare der Winkel zwischen Bezugs- und Gegenstandsstrahl der gleiche, die Phase des Bezugsstrahls im Vergleich zum Gegenstandsstrahl aber verschieden ist, und bei dem zur Wiedergabe die Teilhologramme mit Wiedergabestrahlen, die in ihrer Geometrie und Phase den Bezugsstrahlen bei der Aufnahme entsprechen, beleuchtet und die die Teilhologramme Verlassenden Strahlen unter Umkehrung der bei der Aufnahme gegebenen Geometrie des Gegenstandsstrahlengangs vereinigt werden, sowie Anordnungen hierfür.

Bei der Rekonstruktion eine*; Hologramms treten außer dem erwünschten Gegenstandsstrahl auch unerwünschte Strahlen auf. Diese unerwünschten Strahlen bestehen einerseits in einem konjugierten Gegenstandsstrahl und andererseits in einem ungebeugten Strahlenanteil des das Hologramm bei der Wiedergabe ausleuchtenden Bezugsstrahles. Die unerwünschten Strahlen stellen eine erhebliche Einschränkung dieser Aufnahme- und Wiedergabetechnik in räumlicher Hinsicht dar. Sollen nämlich störende Überlagerungen

des gewünschten rekonstruierten Gegenstandsstraihles durch diese weiteren unerwünschten Strahlen vermieden werden, so können nur solche Aufnahme- und Wiedergabeanordnungen zur Anwendung gelangen, bei denen eine räumliche Selektion der bei der Wiedergabe des Hologramms auftretenden verschiedenen Strahlen gewährleistet ist

Durch die LiteratursteUe »Journal of the Optical Society of America«, VoL 56, No. 7, July I966, Seiten 849 bis 866, ist es bereits für ein von der Holographie Gebrauch machendes Interferenz-Mikroskop bekannt, den bei der Wiedergabe eines Hologramms auftretenden unerwünschten konjugierten Gegenstandsstrahl dadurch zu eliminieren, daß bei der Aufnahme gleichzeitig zwei Hologramme hergestellt wenden, deren Bezugsstrahlen sich gegenseitig durch eine relative Phase von π/2 unterscheiden. Bei der gleichzeitigen Ausleuchtung der Hologramme mit diesen beiden Bezugsstrahlen zur Wiedergabe in Verbindung mit einer phasenrichtigen Zusammenfassung der rekonstruierten Strahlen löschen sich hieirbei die von den beiden Hologrammen ausgehenden konjugierten Gegenstandsstrahlen aus, während sich die erwünschten Gegenstandsstrahlen addieren. Nachteilig an diesem Aufnahme- und Wiedergabeprinzip ist, daß die bei der Rekonstruktion der beiden Hologramme gleichzeitig auftretenden unerwünschten, ungebeugten Strahlen sich nicht ebenfalls auslöschen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses letztgenannte Prinzip zur Unterdrückung störender-Strahlen bei der Hologrammwiedergabe dahingehend weiterzubilden, daß neben dem bei der Hologrammwiedergabe auftretenden störenden konjugierten Gegenstandsstrahl auch der in gleicher Weiss störende ungebeugte Strahl nicht mehr in Erscheinung tritt

Ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß vier Teilhologramme hergestellt werden, wobei für die Phasen der vier BezugsstrahJen im Vergleich zu den entsprechenden Gegenstandsstrahlen die Werte NuIL π/2, π und 3/2λ gewählt werden.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die gleichzeitige Aufnahme und Wiedergabe eines Gegenstandes von vier Hologrammen mit Hilfe von vier in der Phase sich in der angegebenen Weise unterscheidenden Bezugsstrahlen zu einer gegenseitigen Auslöschung sowohl der konjugierten Gegenstandsstrahlen als auch der ungebeugten Strahlen durch Interferenz führt, während sich die erwünschten GegenstandsstrahJen addieren. so

Wie später noch näher erläutert werden wird, bringt das erfindungsgemäße Verfahren dann besondere Vorteile mit sich, wenn der Winkel zwischen der Richtung des Gegenstandsstrahles und des Bezugsstrahles bei der Aufnahme für alle vier Hologramme möglichst klein gewählt wird. Da der Gegenstandsstrahl selbst ein ganzes Spektrum von Raumrichtungen einnimmt, wird diese Bedingung dann optimal erfüllt, wenn für jedes der vier Teilhologramme die Richtung des Bezugsstrahles mit der Winkelhalbierenden des eo Fächers des Raumrichtungsspektrums des Gegenstandsstrahles zusammenfällt.

Zweckmäßig wird die Aufteilung des Gegenstandsstrahles auf die vier herzustellenden Teilhologramme durch Strahlenteiler vorgenommen und auch die vier Bezugsstrahlen von einem Bezugsstrahl über Strahlteiler, in Verbindung mit an geeigneten Stellen im Strahlengang angeordneten Phasenschiebern, abgeleitet und auf die vier Teilhologramme aufgeteilt

Bei einer zweckmäßigen Anordnung zur Durchführung des Verfahrens besteht die Strahlteileranordnung sowohl für den Gegenstands- als auch für den Bezugsstrahl aus einer Matrix von in zwei Reihen und vier Spalten angeordneten acht Strahlteilern, die zu den Matrixreihen und -spalten unter 45° verlaufen. Dabei strahlen der Bezugsstrahl in Richtung der einen durch zwischengeschaltete jr/2-Phasenschieber ergänzten Strahlteilerreihe und der Gegenstandsstrahl in Richtung der anderen Strahlteilerreihe ein. Außerdem weisen die Strahlteiler in aufeinanderfolgenden Strahlrichtungen des Bezugsstrahles und des Gegenstandsstrahles im Sinne einer gleichmäßigen Intensitäts-Aufteilung auf die vier Spalten einen zunehmenden Reflexionsfaktor auf. Die in Richtung der vier Spalten der Strahlteilermatrix verlaufenden, vereinigten Bezugs- und Gegenstandsstrahlenpaare treffen dann auf die allen vier zu erstellenden Teilhologrammen gemeinsame Speicherplatte senkrecht auf.

Bei einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführung zur Durchführung des Verfahren: sind für die Strahlteilung ein erster Strahlteiler für den Gegenstandsstrahl und ein erster Strahlteiler für den Bezugsstrahl vorgesehen, von denen jeweils einer der dort gebildeten beiden Gegenstands- und einer der beiden Bezugsstrahlen hinter dem ersten Strahlteiler einem gemeinsamen zweiten Strahlteiler zugeführt werden, die aus einer zwei Glasteile miteinander verbindenden Zwischenschicht mit gegenüber den Glasteilen unterschiedlichen Brechungsindex, auf die Gegenstands- und Bezugsstrahl von verschiedenen Seiten einfallen, besteht Die beiden zweiten Strahlteiler sind ferner so ausgebildet, daß bei der Aufnahme die jeweils über einen zweiten Strahlteiler gewonnenen Komponenten des Gegenstands- und des Bezugsstrahles paarweise in zueinander paralleler Ausrichtung zusammengefaßt aus den zweiten Strahlteilern austreten und auf die vor den zweiten Strahlteilem angeordnete, allen vier zu erstellenden Teilhologrammen gemeinsamen Speicherplatte senkrecht auftreffen. Dabei ist im Strahlengang zwischen dem ersten Strahlteiler für den Bezugsstrahl und einem der zweiten Strahlteiler ein «-Phasenschieber angeordnet

Besonders zweckmäßig ist es, im Hinblick auf die letztgenannte Anordnung, wenn sie einen solchen räumlichen Aufbau und eine solche Gestaltung der ersten und der zweiten Strahlteiler einschließlich der mit den zweiten Strahlteilern vereinigten Glasteile und einen solchen räumlichen Aufbau von Umlenkspiegeln erhält daß die Wegiängen sämtlicher Strahlenkomponenten, abgesehen vom Λ-Phasenschieber, bezogen auf die Strahlaustrittsebene der Strahlteiler optisch gleich lang s^v:id.

An Hand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargesitllt sind, soll die Enmdung im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeuten

F i g. 1 und 2 die schematische Darstellung der üblichen Aufruihnie und Wiedergabe eines Hologramms,

Fig.3 ein Ausfüll rungsbeispiel für die vorliegende Anordnung,

F i g. 4 ein Ausfühmngsbeispiel für einen Strahlteiler der Anordnung nach F i g. 5,

Fig.5 ein weiteres Ausfühmngsbeispiel für die vorliegende Anordnung.

Bei der Aufnahme eines Hologramms strahlen, wie

das F i g. 1 zeigt, zwei Strahlen gleichzeitig auf die das spätere Hologramm darstellende Speicherplatte 5 ein, und zwar der informationstragende Gegenstandsstrahl Eg und der informationslose Bezugsstrahl Er. Sie interferieren auf der Speicherplatte S, die die Intensität / des Interferenzfeldes registriert

(D

IO

Hierin bedeuten Er+ Eg die komplexen Amplituden der elektrischen Feldstärke des Bezugs- und des Gegenstandsstrahles und Z den Wellenwiderstand. Die Transmission T der fertigen Hologramme ist unter ι > gewissen vorteilhaften Experimentierbedingungen eine lineare Funktion der Intensität /

Γ^ΙΕ,,+ Ej². (H)

Zur Wiedergabe wird das Hologramm H, wie F i g. 2 zeigt, mit der Bezugswelle E_r durchstrahlt. Die Feldstärke unmittelbar hinter dem Hologramm ist

E_R\E_R+ E_o\

= E„

(III)

Hierin bedeutet Eo* die zur komplexen Amplitude Ec der elektrischen Feldstärke der Gegenstandswelle Eg jn konjugiert komplexe Amplitude. Der erste Term der Gleichung (III) ist ungebeugt, aber gleichmäßig gedämpft, der das Hologramm H verlassende ungebeugte Strahl Ei'. Der zweite Term ist der erwünschte rekonstruierte Gegenstandsstrahl Eg", der der Gegen-Standsstrahl Eg proportional ist und daher dieselbe Amplituden- und Phasenverteilung im Raum, also auch dieselbe Information hat Der dritte Term ist der unerwünschte konjugierte Gegenstandsstrahl Eg*.

Bei der bekannten Aufnahme- und Wiedergabetechnik lassen sich gegenseitige Störungen des erwünschten rekonstruierten Gegenstandsstrahles Eg, des hierzu konjugierten Gegenstandsstrahles Eg* und des ungebeugten Strahles Ef dadurch vermeiden, daß der Bezugsstrahl Er und der Gegenstandsstrahl Eg bei der Aufnahme aus verschiedenen Richtungen auf die Speicherplatte S auffallen. Wie die F i g. 1 und 2 erkennen lassen, ist die räumliche Trennung der genannten Strahlen bei der Wiedergabe um so besser, je größer der Richtungswinkel φ ist, der den Bezugsstrahl Er und den Gegenstandsstrahl Eg miteinander bei der Aufnahme einschließt Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich die unerwünschten Strahlen, nämlich der direkte Strahl Ef und der konjugierte Gegenstandsstrahl Eg*, vollständig eliminieren, d.h, daß der Winkel φ zwischen dem Bezugsstrahl Er und dem Gegenstandsstrahl Eg bei der Aufnahme frei gewählt werden kann.

Bei dem in F i g. 3 schematisch dargestellten ersten Ausführungsbeispiel für die vorliegende Anordnung wird zur gleichzeitigen Aufnahme der vier Teilhologramme eine gemeinsame Speicherplatte S verwendet Vier örtlich an verschiedenen Stellen der Speicherplatte S aufzunehmende Teilhologramme sind durch die Zahlen 1, 2, 3 und 4 angedeutet Die Zahlen 1 bis 4 markieren auch die vier Spalten der aus acht Strahlteilern bestehenden, zwei Strahlteilerreihen und vier Strahlteilerspalten aufweisenden Strahlteilermatrix. Von den acht Strahlteilern bilden die Strahlteiler 11 21, 31 und 41 die eine Strahlteilerreihe und die Strahlteiler 12,22,32 und 42 die andere Str?hlteilerreihe. Die beiden Strahlteilerreihen verlaufen in Richtung des einfallenden Gegenstandsstrahles Eg und des Bezugsstrahles Er und sind hierzu unter 45° im Strahlengang angeordnet Der Bezugsstrahl Er und der Gegenstandsstrahl Eg werden in üblicher Weise von einer nicht dargestellten kohärenten Lichtquelle über Strahlteiler abgeleitet wobei im Strahlengang des Gegenstandsstrahles EG der aufzunehmende Gegenstand 0 angeordnet ist. Zwischen den aufeinanderfolgenden Strahlteilern 12, 22, 32 und 42, die lediglich füi den Bezugsstrahl Er als Strahlteiler wirksam sind, sine jeweils Λ/2-Phasenschieber 5 angeordnet. Die λ/2-Phasenschieber 5 bewirken, daß die nicht näher bezeichne ten .Bezugsstrahlenanteile für die vier Teilhologramme 1 bis 4 über die genannten Strahlteiler hinweg einer gegenseitigen Phasenunterschied von 0. π/2. π und 3/2n aufweisen. Die über die Strahlteiler U, 21, 31 und 41 gewonnenen Anteile des Gegenstandsstrahles Eg füi die vier Teilhologramme durchdringen die Strahlteilei 12, 22,32 und 42 praktisch ohne Reflexion und werder auf diese Weise in paralleler Ausrichtung zu der Be?\igsstrahlenanteilen gegen die Speicherplatte i abgestrahlt Die der Speicherplatte S beigefügte Bezeichnung (H) so!! andeuten, daß die Speicherplatte i mit dem Vierfachhologramm H bei der Wiedergabe identisch ist Bei der Wiedergabe des Vierfachhologramms H wird dieses wiederum über die Strahlteiler 12, 22, 32 und 42 mit den von dem Bezugsstrahl Ei abgeleiteten, die gegenseitige Phasenverschiebung 0 π/2, η und 3/2» aufweisenden Bezugsstrahlenanteilen ausgeleuchtet, die hierdurch rekonstruierten Gegenstandsstrahlenanteile der vier Teilhologramme über die Strahlteiler 11, 21, 31 und 41 zum Gegenstandsstrahl zusammengefaßt und zwar unter gegenseitiger Auslösung der von den vier Teilhologrammen ebenfalls erzeugten unerwünschten Strahlenanteile. Der auf diese Weise zurückgewonnene Gegenstandsstrahl erzeugt am Ort des Gegenstandes 0 der Aufnahme das dreidimensionale Bild dieses Gegenstandes. Handelt es sich bei dem Vierfachhologramm //nicht bereits um ein Reliefhologramm, bei dem die rekonstruierten Gegenstandsstrahlenanteile der vier Teilhologramme in Reflexion erzeugt werden, sondern um ein Transmissionshologramm, dann ist es erforderlich, die Rückseite des Hologramms bei der Wiedergabe mit einem Spiegel abzudecken, damit dieselbe Anordnung auch für die Wiedergabe verwendet werden kann. Dies gilt auch für das weitere, in F i g. 5 dargestellte Ausführungsbeisf !si. Damit die Strahlteiler 12, 22,32 und 42 die von den Strahlteilern 11, 21, 31 und 41 reflektierten Gegenstandsstrahlenanteile nicht teilweise in Richtung der Phasenschieber 5 reflektieren, was zu einer Neuausbildung von Störstrahlen bei der Wiedergabe führen würde, müssen wenigstens die Strahlteiler 22,32 und 42 im Sinne dieser Forderung gestaltet sein. Ein Ausführungsbeispiel, das lediglich die Strahlteiler 42 und 41 als Ausschnitt zeigt, ist in Fig.4 angegeben. Hierbei ist vorausgesetzt daß der Gegenstandsstrahl Eg und der Bezugsstrahl Er linear polarisiert sind Wie Fig.4 erkennen läßt besteht der Strahlteiler 42 aus zwei im Strahlengang des Bezugsstrahles Er hintereinander angeordneten Glaskeilen Ki und K 2. Zur Erzielung gleicher WegÜngen für den Bezugs- und den Gegenstandsstrahl besteht der Strahlteiler 41 aus einer in seiner Dicke entsprechend gewählten planparallelen

Glasplatte. Der am Strahlteiler 41 gegen den Strahlteiler 42 reflektierte Anteil des Gegenstandsstrahles trifft auf den Glaskeil K 2 unter dem Brewsterwinkel auf und tritt durch den Glaskeil hindurch, wobei an der Grenzfläche des Glaskeiles K 2 auf Seiten des einfallenden Bezugsstrahles Er ein kleiner Anteil reflektiert und nach seinem Austritt aus dem Glaskeil Kl 17,1 Absorber A absorbiert wird. Für den durchtretenden Anteil des Bezugsstrahles Erwirken die beiden Glaskeile Ki und K 2 gemeinsam wie die planparallele Glasplatte entsprechend dem Strahlteiler 41. Die einander zugehörigen Strahlteiler 21/22, 31/32 und 41/42 können im Unterschied zu Fig. 3 auch so unterschiedlich gestaltet sein, daß auf besondere Phasenschieber verzichtet werden kann.

Wie im folgenden an Hand einer kurzen mathematischen Betrachtung gezeigt werden soll, findet eine

gegenseitige Auslöschung der unerwünschten Strahlenanteile bei der Hologrammwiedergabe dann statt, wenn die über .die Strahlteiler abgeleiteten Bezugs- und Gegenstandsstrahlenanteile für die vier Teilhologramme 1 bis 4 gleiche Energieanteile aufweisen. Diese Voraussetzung IaBt sich bei der Strahlteileranordnung nach F i g. 3 dadurch in einfacher Weise erfüllen, daß die Teilerverhältnisse der Strahlteiler 12, 22, 32 und 42 einerseits und der Strahlteiler 11, 21, 31 und 41 andererseits in ihrer Aufeinanderfolge einen entsprechend gewählten abnehmenden Reflexionsfaktor bzw. entsprechend gewähltes abnehmendes Strahlteilerverhältnis zwischen dem reflektierten und dem durchgelassenen Strahlanteil aufweist.

Unter Bezugsnahme auf Gleichung (II) ergeben sich für die Transmissionsfaktoren Π, Γ2, Γ3 und TA für die vier Teilhologramme die folgenden Beziehungen:

TX -

Tl 73
T4

EtL
4

=	Εκ	*² +*	*Er,* 4
=	Er	² +	~T
=	Er	² +	E₀ 4
=	Er	² +	T

² -JEr Es. _+JEr Μ

(IV)

Ec

Werden die vier Teilhologramme 1 bis 4, die in F i g. 3 im Vierfachhologramm H zusammengefaßt sind, in der dort angegebenen Weise mit den von dem Bezugsstrahl Er abgeleiteten vier gegeneinander phasenverschobenen Bezugsstrahlenanteilen mit den komplexen Amplituden Er, JEr, — Er und — JEr bestrahlt, so folgt analog zu den Beziehungen nach (III) für die Strahlenfelder hinter den Einzelhologrammen

(j\E_K

Eo _E E*_G\

τ)

(V)

Werden diese vier Gleichungen (V) addiert, was physikalisch dem kohärenten phasenrichtigen Zusammenfassen der vier Strahlungsfelder über die Strahlteilermatrix entspricht, so ist erkennbar, daß sich nicht nur die konjugierten Gegenstandsstrahlen, sondern auch die ungebeugten Strahlen auslöschen und die erwünschten Gegenstandsstrahlenanteile der vier Hologramme übrig bleiben, die alle gleich sind und sich zum Gegenstandsstrahl mit dem komplexen Amplitudenbetrag Er² ■ Eg addieren.

Enthält der Gegenstandsstrahl Information, wie es bei allen technischen Anwendungen und insbesondere in der Datenspeicherung der Fall ist, dann setzt er sich aus einer entsprechend großen Zahl elementarer Teilstrahlen (ebene Wellen oder Kugelwellen) zusammen. Alle diese Teilstrahlen interferieren außer mit dem Bezugsstrahl auch miteinander, wodurch auf der rechten Seite der Gleichungen (V) die Terme, die den Faktor |£g/4|² enthalten, ein ganzes Winkelspektrum unerwünschter so Störstrahlen darstellen. Wie die Rechnung zeigt, löschen sich diese Terme auch dann gegenseitig vollständig aus.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig.3 sind die

Weglängen für die aus dem Bezugsstrahl Er und dem Gegenstandsstrahl Eg im die verschiedenen Hologramme abgeleiteten Strahlenanteile unterschiedlich groß, und zwar sind sie für das Hologramm 4 am kürzesten und für das Hologramm 1 am längsten. Die mit dieser Aufnahme und Wiedergabeanordnung angestrebte Auslöschung unerwünschter Strahlenanteile bei der Wiedergabe ist somit nur dann in vollem Umfange gewährleistet, wenn die zeitliche Kohärenz, d. h. die Kohärenzlänge, des von der nicht näher dargestellten kohärenten Strahlungsquelle zur Wiedergabe abgeleiteten Bezugsstrahles gleich und größer der Wegstrahlendifferenz der auf die Hologramme 1 und 4 einwirkenden Strahlenanteile ist

Für zahlreiche Anwendungsfälle in der Holographie stehen zwar für die Aufnahme kohärente Lichtquellen

mit hoher räumlicher und zeitlicher Kohärenz zur Verfügung, nicht jedoch bei der Wiedergabe. Wird die Unwirksamkeit der störenden Strahlenanteile bei der Wiedergabe durch eine räumliche Trennung der verschiedenen Strahlenanteile herbeigeführt, dann tritt hierbei neben der starken Einschränkung des räumlichen Wirkungsbereichs ebenfalls die Forderung nach einer ausreichend kohärenten Strahlungsquelle auf. Dies ist dadurch bedingt, daß die Anforderungen an die räumliche und zeitliche Kohärenz der verwendeten Strahlungsquelle um so größer sein muß, je größer der Winkel ψ zwischen der Einfallsrichtung des Gegenstandsstrahles Eg und des Bezugsstrahles Er gewählt wird. Dieser Winkel kann aber bekanntlich bei diesem bekannten Verfahren nicht beliebig klein gemacht werden, weil ansonsten die notwendige räumliche Trennung des bei der Wiedergabe rekonstruierten Gegenstandsstrahles Eg" von dem konjugierten Gegenstandsstrahl Eg* und dem ungebeugten Strahl Er" nicht möglich ist. Noch nachteiliger ist, daß bei großem Winkel φ die Interferenz-Maxima und -Minima des aufzuzeichnenden Interferenzfeldes so nahe zusammenrücken, daß sie nur noch von sehr hoch auflösenden und damit unempfindlichen Photoschichten aufgelöst werden können.

Das Verfahren nach der Erfindung weist diese Einschränkung grundsätzlich nicht auf. Es muß lediglich bei der praktischen Durchführung der Aufnahme und der Wiedergabe der vier Teilhologramme dafür gesorgt werden, daß die über die Strahlteiler abgeleiteten Strahlenkomponenten des Bezugsstrahles Er und des Gegenstandsstrahles Eg für alle vier Teilhologramme, abgesehen von den erforderlichen Phasenschiebern, gleich lang gewählt werden.

Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel zeigt die F i g. 5. Für die auch hier wiederum zueinander parallel einstrahlenden Bezugsstrahl Er und Gegenstandsstrahl Eg sind jeweils ein Strahlteiler 40 und 10 mit einem Teilungsverhältnis 1 :1 vorgesehen, die als erste Strahlungsteiler zu bezeichnen sind. Die beiden Gegenstandsteilwellen werden über Spiegel 20 und 30 von der einen Seite und die beiden Bezugsteilwellen hinter dem Strahlteiler 40 jeweils einem noch näher zu beschreibenden zweiten Strahlteiler zugeführt. Der jeweils zweite Strahlteiler findet sich innerhalb einer ein Spezialprisma darstellenden Glasteileanordnung PX und P 2, die jeweils aus den Glasteilen a, b und c besteht. Die Glasteile b und c der Glasteileanordnungen sind unmittelbar zusammengefügt, während die Glasteile a und b über eine Zwischenschicht d miteinander verbunden sind, deren Brechungsindex sich vom Brechungsindex der Glasteile a, b und c unterscheidet und eine vorgegebene Dicke aufweist. Die transparente Zwischenschicht c/stcUt den jeweils zweiten Strahlteiler dar, der die ankommenden Teilstrahlen des Gegenstandsstrahles Es und des Bezugsstrahles Er nochmals im Verhältnis 1 :1 teilt.

Wie die Fig.5 ferner erkennen läßt, sind die Glasteileanordnungen ferner so ausgebildet, daß bei gleichen Weglängen sämtlicher Strahlenkomponenten die jeweils einem der vier Hologramme 1 bis 4

ίο zugeordneten Bezugs- und Gegenstandsstrahlenanteile in paralleler Ausrichtung zusammengefaßt und senkrecht gegen die Speicherplatte 5 abgestrahlt werden. Die erforderlichen gegenseitigen Phasenbeziehungen 0, π/2, π und 3Ι2π für die vier Hologramme 1 bis 4 werden

π bei dieser Anordnung einerseits durch den zwischen dem ersten Strahlteiler 40 und der Glasteileanordnung P2 angeordneten ^-Phasenschieber 6 und andererseits durch den bei Reflexion an der Zwischenschicht d erzeugten Phasensprung von π/2 herbeigeführt. Es ist in diesem Zusammenhang darauf hinzuweisen, daß diesen π/2-Phasensprung auch jeweils die an der Zwischenschicht d der Glasteileanordnungen Pi und Pl reflektierten Gegenstandsstrahlenanteile aufweisen. Dieser Sachverhalt ändert jedoch, wie eine entspre-

r> chend zu Fig.3 durchgeführte Rechnung zeigt, nichts am gewünschten Erfolg der gegenseitigen vollständigen Auslöschung der unerwünschten Strahlenanteile bei der Hologrammwiedergabe. Es ergibt sich bei der Addition der erwünschten rekonstruierten Gegenstandsstrahlen-

jo anteile lediglich eine Verminderung des Betrages der komplexen Amplitude um den Faktor ][2, weil hierbei zwei Anteile mit der Phase Null und zwei Anteile mit der Phase tc/2 in Erscheinung treten.

Durch die bei Fig.5 in Anwendung gebrachten

S5 gleichen Weglängen für die verschiedenen Strahlenkomponenten kann praktisch mit einer lediglich eine kleine zeitliche Kohärenz aufweisenden Strahlungsquelle sowie einem Photomaterial geringer Auflösung ausgekommen werden, da der Winkel zwischen dem Gegenstandsstrahl und dem Bezugsstrahl für ein Hologramm sehr klein gewählt werden kann.

Wie bereits einleitend darauf hingewiesen worden ist, weist der informationstragende Gegenstandsstrahl Eg in der Regel ein ganzes Spektrum von Raumrichtungen auf, so daß der Winkel zwischen Bezugs- und Gegenstandsstrahl nicht für sämtliche räumliche Komponenten des Gegenstandsstrahles zu Null gemacht werden kann. Hierbei ergibt sich jedoch dann ein minimaler Winkel, wenn für jedes der vier Hologramme die Richtung des Bezugsstrahles mit der Winkelhalbierenden des Fächers des Raumrichtungsspektrums des Gegenstandsstrahles zusammenfällt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Aufnahme und Wiedergabe von Hologrammen, bei dem der vom Gegenstand kommende Gegenstandsstrahl und der Bezugsstrahl in jeweils mehreren Strahlen gleicher Intensität aufgeteilt wird, bei dem die Gegenstandsstrahlen mit jeweils einem der Bezugsstrahlen an räumlich getrennten Stellen des Aufzeichnungsträgers unter Bildung von Teilhologrammen zur Interferenz gebracht werden, wobei für jedes der interferierenden Strahlenpaare der Winkel zwischen Bezugs- und Gegenstandsstrahl der gleiche, die Phase des Bezugsstrahls im Vergleich zum Gegenstandsstrahl aber verschieden ist, und bei dem zur Wiedergabe die Teilhologramme mit Wiedergabestrahlen, die in ihrer Geometrie und Phase den Bezugsstrahlen bei der Aufnahme entsprechen, beleuchtet und die die Teilhologramme verlassenden Strahlen unter Umkehrung der bei der Aufnahme gegebenen Geometrie des Gegenstandsstrahlengangs vereinigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß vier Teilhologramme (1,2,3,4) hergestellt werden, wobei für die Phasen der vier Bezugsstrahlen im Vergleich zu den entsprechenden Gegenstandsstrahlen die Werte Null, λ/2, π und 3/2λ gewählt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für jedes der vier Teilhologramme (1, 2, 3, 4) die Richtung des Bezugsstrahles mit der Winkelhalbierenden des Fächers des Raumrichtungsspektrars des Gegenstandsstrahles zusammenfällt

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufteilung des Gegen-Standsstrahles (Eg) auf die vier herzustellenden Teilhologramme (1,2,3,4) durch Strahlteiler (11,21, 31,41,20, d) vorgenommen wird, und daß auch die vier Bezugsstrahlen von einem Bezugsstrahl (Er) Ober Strahlteiler (12,22,32,42,40, d) in Verbindung mit an geeigneten Stellen im Strahlengang angeordneten Phasenschiebern, abgeleitet und auf die vier Teilhologramme aufgeteilt werden.

4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlteileranordnung sowohl für den Gegenstands- als auch für den Bezugsstrahl aus einer Matrix von in zwei Reihen und vier Spalten angeordneten acht Strahlteilern (11, 21, 31, 41, 12, 22, 32, 42) besteht, die zu den Matrixreihen und -spalten unter 45° verlaufen, daß femer der Bezugsstrahl (Er) in Richtung der einen, durch zwischengeschaltete π/2-Phasenschieber (5) ergänzten Strahlteilerreihe und der Gegenstandsstrahl in Richtung der anderen Strahlteilerreihe einstrahlen, daß außerdem die Strahlteiler in ihrer Aufeinanderfolge in Strahlrichtung des Bezugsstrahles und des Gegenstandsstrahles (Eg) im Sinne einer gleichmäßigen Intensitäts-Aufteilung auf die vier Spalten einen zunehmenden Reflexionsfaktor aufweisen, und daß die in Richtung der vier Spalten der Strahlteilermatrix verlaufenden vereinigten Bezugsund Gegenstandsstrahlenpaare auf die allen vier zu erstellenden Teilhologrammen (1,2,3,4) gemeinsame Speicherplatte (^senkrecht auftreffen.

5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Strahlteilung ein erster Strahlteiler (10) für den Gegenstandsstrahl (Eg) und ein erster Strahlteiler (40) für den Bezugsstrahl (Er) vorgesehen sind, daß jeweils einer der dort gebildeten beiden Gegenstands- und einer der beiden Bezugsstrahlen hinter dem ersten Strahlteiler einem gemeinsamen zweiten Strahlteiler zugeführt werden, der aus einer zwei Glasteile (a, b) miteinander verbindenden Zwischenschicht (d) mit gegenüber den Glasteilen unterschiedlichem Brechungsindex, auf die Gegenstands- und Bezugsstrahl von verschiedenen Seiten einfallen, besteht, daß ferner die beiden zweiten Strahlteiler (Pi, P2) so ausgebildet sind, daß bei der Aufnahme die jeweils Ober einen zweiten Strahlteiler gewonnenen Komponenten des Gegenstands- und des Bezugsstrahles paarweise in zueinander paralleler Ausrichtung zusammengefaßt aus den zweiten Strahlteilern austreten und auf die vor den zweiten Strahlteilern angeordnete, allen vier zu erstellenden Teflhologrammen (1,2,3,4) gemeinsame Speicherplatte (S) senkrecht auftreffen, und daß im Strahlengang zwischen dem ersten Strahiteüer für den Bezugsstrahl und einem der zweiten Strahlteiler ein ^-Phasenschieber (6) angeordnet ist

6. Anordnung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen solchen räumlichen Aufbau und eine solche Gestaltung der ersten und der zweiten Strahlteiler (30, 40, d) einschließlich der mit den zweiten Strahlteilern vereinigten Glasteile (a, b, c) und einen solchen räumlichen Aufbau von Umlenkspiegeln, daß dia Weglängen sämtlicher Strahlenkomponenten, abgesehen vom π-Phasenschieber, bezogen auf die Strahlaustrittsebene der Strahlteiler (P 1, P 2) optisch gleich lang sind.