DE2161168B2

DE2161168B2 - Verfahren zur Herstellung eines Hologramms eines Informationsmusters

Info

Publication number: DE2161168B2
Application number: DE2161168A
Authority: DE
Inventors: Akira Tokio Fukuhara
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1970-12-09
Filing date: 1971-12-09
Publication date: 1979-04-26
Also published as: NL170894C; NL170894B; FR2117968B1; DE2161168A1; DE2161168C3; FR2117968A1; NL7116828A; GB1376158A; US3781084A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hologramms eines Informationsmusters, bei welchem der Objektstrahl unter Durchstrahlung einer Matrix aus unregelmäßig ferroelektrischen Kristallplatten mit zur a-, b- oder oAchse des Kristalls senkrecht geschnittenen Endflächen und esner solchen Dicke zwischen den Endflächen, daß sie Halbwellenlängen- oder Viertelwellenlängenplatten sind, gebildet wird, wobei die Kristallplatten so angeordnet werden, daß entweder die a- oder die 6-Achse parallel zur Polarisationsrichtung des einfallenden, linear polarisierten Lichts verläuft und wobei an die Kristallplatten parallel zu deren c-Achse eine die elektrische Polarisation derselben beeinflussendes elektrisches Feld angelegt wird.

Es ist ein Verfahren zur Herstellung eines Hologramms eines Informationsmusters bekannt (DE-OS 19 37 842), bei welchem das Informationsmuster dadurch erzeugt wird, daß eine Matrix aus senkrecht zur c-Achse geschnittenen unregelmäßig ferroelektrischen Kristallplatten von linearpolarisiertem Licht durchsetzt wird, dessen Polarisationsebene unter einem Winkel von 45° zur a- und zur 6-Achse der Kristallplatten liegt. Die spontane Polarisation der Kristallplatten verläuft parallel zur c-Achse und kann durch Anlegen eines Spannungsimpulses ausreichender Größe zwischen den zur c-Achse senkrechten Flächen mit Hilfe von auf diesen Flächen befindlichen Elektroden in ihrer Richtung um 180° umgekehrt werden. Die Dicke der Kristallplatten ist so gewählt, daß sie Viertelwellenlängenplatten darstellen, so daß das linear polarisiert in die Kristallplatten eintretende Licht diese je nach deren spontanen Polarisation als rechtszirkular oder linkszirkular polarisiertes Licht verläßt. Durch eine Viertelwellenlängenplatte, die hinter den Kristallplatten im Strahlengang liegt, wird aus dem zirkulär polarisierten Licht wieder linear polarisiertes Licht, wobei die Polarisationsebene bei vorheriger rechtszirkularer Polarisation gegenüber derjenigen bei vorheriger linkszirkularer Polarisation um 90° verdreht ist Ein hinter der Viertelwellenlängenplatte vorgesehener Analysator, der Licht der einen Polarisationsrichtung durchläßt, sperrt das Licht der anderen Polarisationsrichtung.

Durch Einstellen der spontanen Polarisation der einzelnen Kristallplatten mit Hilfe der Spannungsimpulse in einer gewünschten Weise, läßt sich ein (veränderbares) Hell-Dunkel-Informationsmuster erstellen, das holographisch gespeichert werden kann, indem für die Durchstrahlung der Kristallplatten kohärentes Licht verwendet wird, welches mit einem kohärenten Bezugsstrahl zur Interferenz gebracht wird, und das sich ergebende Interferenzbild etwa auf einen photographischen Film festgehalten wird.

Ein grundsätzlich gleiches Verfahren zur Herstellung eines Informationsmusters und nachfolgender Speicherung desselben als Hologramm mit Hilfe unregelmäßig ferroelektrischer Viertelwellenlängen-Kristallplatten, deren spontane Polarisation umklappbar ist, und weiteren unveränderlichen Viertelwellenlängenplatten ist auch aus der DE-OS 20 10 509 bekannt.

Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß der Hell-Dunkeleffekt stark von der Einfallsrichtung des polarisierten Lichts auf die Kristallplatten abhängt. Andererseits ist wegen der räumlichen Ausdehnung der Matrix der Kristallplatten ein für alle Kristallplatten gleicher Einfallswinkel des polarisierten Lichts kaum verwirklichbar, so daß der Hell-Dunkeleffekt von der Lage der Kristallplatten in der Matrix abhängig ist.

Dieser Nachteil tritt bei dem im folgenden beschriebenen Verfahren in weitaus geringerem Maße auf. Man wählt die Polarisationsrichtung des auf die Kristallplatten einfallenden Lichts nicht mehr unter 45° zur a- und zur fr-Achse, sondern parallel zu einer dieser beiden Achsen. Dann bleibt linear polarisiertes Licht linear polarisiertes Licht, wählt man aber die Dicke der Kristallplatten als Viertelwellenlängenplatte, wenn sie wegen einer Anordnung in Reflexion zweimal durchsetzt werden, oder bei einmaliger Durchsetzung als Halbwellenlängenplatte, dann ist das Licht bei umgeklappter elektrischer Polarisation der Kristallplatten gegenüber demjenigen bei nicht umgeklappter elektrischer Polarisation der Kristallplatten um eine halbe Wellenlänge phasenverschoben. Stellt man nun ein Hologramm mit einer bestimmten Polarisation der Kristallplatten in der Matrix her und dann ein zweites auf dem gleichen Speichermedium, wobei die spontane elektrische Polarisation für bestimmte der Kristallplatten aus der Matrix umgekehrt ist, dann erhält man bei Wiedergabe dieses Doppelhologramms durch auslöschende Interferenz für diejenigen Kristallplatten dunkle Stellen, für die die Polarisation zwischen den beiden Belichtungen umgekehrt wurde, während sich helle Stellen ergeben für diejenigen Kristallplatten der Matrix, für die die Polarisation nicht umgekehrt wurde.

Es erweist sich, daß bei diesem Verfahren der Hell-Dunkeleffekt weit weniger von der Einfallsrichtung des Lichts auf die Kristallplatten der Matrix abhängt, als bei den Verfahren der DE-OS 19 37 842 und der DE-OS 20 10 509.

Allen beschriebenen Verfahren nach dem Stand der Technik ist jedoch gemeinsam, daß es wegen der Beugung des Lichts an den Kristallplatten der Matrix zu

Interferenzen zwischen Lichtbündeln kommt, die verschiedene Kristallplatten durchsetzt haben, was bewirkt, daß in bestimmten Richtungen das Licht intensiviert, in anderen dafür ausgelöscht wird. Dieser Effekt ist deshalb unerwünscht, weil er bei Verwendung von photographischem Material als Aufzeichnungsmedium für das Hologramm bewirkt, daß an Bereichen intensivierender Interferenz die Schwärzung des Films in die Sättigung gelangt, so daß sie nicht mehr intensitätsabhängig ist, während an anderen Stellen die Lichtintensität so gering ist, daß keine Schwärzung mehr beobachtet werden kann. Dadurch ist eine getreue Wiedergabe eines Informationsmusters nicht mehr gewährleistet

Aufgabe der Erfindung ist es daher, räumliche Intensitätskonzentrationen auf dem Hologramm, die durch die regelmäßige Matrixanordnung der Kristallplatten infolge der Beugung bewirkt werden, zu verringern.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das holographische Aufzeichnungsmedium einer Doppelbelichtung unterworfen wird und daß vor jeder Belichtung das elektrische Feld so angelegt wird, daß in den Kristallplatten ein Polarisationszustand so bewirkt wird, daß die Verteilung der Polaritäten über die Matrix der Kristallplatten regellos ist, daß aber die Polarität für die dem Informationsmuster entsprechenden Kristallplatten zwischen den beiden Belichtungen wechselt, während sie für die nicht dem Informationsmuster entsprechenden Kristallplatten konstant bleibt. Dkse regellose Verteilung der Polaritäten der Kristallplatten über die Matrix bewirkt eine regellose Verteilung der Phasen des Lichts, welches die Kristallplatten durchsetzt hat, und damit eine Schwächung der unerwünschten Intensitätskonzentrationen auf dem Aufzeichnungsmedium für das Hologramm.

Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung erläutert. Auf dieser zeigt

Fig. la in schematischer Darstellung eine der möglichen Anordnungen einer mit Elektroden versehenen unregelmäßig ferroelektrischen Kristallplatte in Bezug auf das einfallende Licht,

Fig. Ib eine weitere mögliche Anordnung derselben,

F i g. 2a ein Modell des Gitterzustands eines unregelmäßig ferroelektrischen Kristalls für den einen Sinn der spontanen Polarisation,

Fig.2b ein Modell derselben für den anderen Zustand der spontanen Polarisation,

F i g. 3 eine graphische Darstellung der gekrümmten Brechungsindexfläche für Gd₂(MoO₄)S als unregelmäßig ferroelektrische Substanz,

Fig.4 eine Matrix aus unregelmäßig ferroelektrischen Kristallplatten mit schematisch dargestellter ^r,s Steuerung für diese,

F i g. 5 ein Diagramm, welches die Intensitätsverteilung auf dem Aufzeichnungsmedium für ein Hologramm zeigt, die sich bei einer Matrixanordnung der Kristallplatten infolge der Beugung ergibt,

F i g. 6a die Gesamtanordnung einer Hologrammaufzeichnungsvorrichtung mit einer Matrix aus unregelmäßig ferroelektrischen Kristallplatten als Mustererzeuger, und

Fig.6b eine Darstellung zur Erläuterung der Reproduktion mittels eines Hologramms, welches mit Hilfe der in Fig.6a gezeigten Vorrichtung aufgezeichnet worden ist.

Fig. la zeigt eine unregelmäßig ferroelektrische Kristallplatte 61, beispielsweise aus Gd^MoO₄)J, Ferroelektrische Kristalle sind doppelbrechend und haben einen Brechzahlverlauf in Abhängigkeit von Einfallsund Polarisationsrichtung des Lichts, wie er in F i g. 3 gezeigt ist Die Kristallplatte 61 ist senkrecht zu ihrer c-Achse so geschnitten, daß ihre Dicke zwischen den Schnittebenen der einer HalbwellenläDgenpIatte entspricht Auf den zur c-Achse senkrechten Flächen, den Z-Flächen, sind transparente Elektroden 62 aufgebracht Die Lage der spontanen elektrischen Polarisation P₁ der ferroelektrischen Kristallplatte ergibt sich aus F i g. 2b. Durch Anlegen einer über einer Schwellenspannung liegenden Spannung zwischen den beiden Elektroden 62 klappt die spontane Polarisation Ρ_Λ da es sich um eine unregelmäßig ferroelektrische Kristallplatte handelt, um 180° um und es ergeben sich die Verhältnisse der F i g. 2a. Das Umklappen der spontanen Polarisation ist also mit einem Vertauschen der a- und der 6-Achse gleichbedeutend.

Das einfallende Licht ist linear polarisiert gewählt und zwar so, daß seine Polarisationsrichtung zur a- bzw. ft-Achse parallel ist Aus der Wahl der Dicke der Kristallplatte als Halbwellenplatte zusammen mit den aus F i g. 3 ersichtlichen Brechzahlverhähnissen ergibt sich, daß durch das Umklappen der spontanen Polarisation der Kristallplatte die Polarisation des Lichts unberührt bleibt, daß seine Phase aber um 180° geändert wird.

Fig. Ib zeigt eine weitere mögliche Ausbildung der ferroelektrischen Kristallplatte 61. Sie ist derart geschnitten, daß die einander gegenüberliegenden Endflächen senkrecht zur b- bzw. a-Achse liegen und daß die Stärke zwischen diesen Endflächen gleich der einer Halbwellenlängenplatte ist Die Polarisationsebene des einfallenden Lichts ist wieder parallel zur a- bzw. ft-Achse gewählt Auch bei dieser Anordnung bewirkt eine Umkehr der spontanen Polarisation P_s eine Phasenverschiebung des Lichts um 180°, während seine Polarisationsrichtung unberührt bleibt

In Fig.4 ist eine Matrix aus gemäß Fig. la aufgebauten Gd2<MoO₄)3-Kristallplatten gezeigt Jede Gd2(MoO₄)3-Kristallplatte 112a ist also so ausgebildet, daß ihre vordere und hintere Hauptebene senkrecht zur c-Achse liegen. Die Stärke der Doppelbrechung zwischen den beiden Hauptebenen ist ein ungeradzahliges Vielfaches einer halben Wellenlänge für die Wellenlänge des benutzen Lichts (z. B. 03 μπι für He-Ne-Laserlicht (0,6328 μπι)).ΙηΓε Fläche beträgt 250 · 250 μπι². den einander gegenüberliegenden Hauptflächen fZ-Flächen) sind, beispielsweise durch Aufdampfen von SnCb, transparente Elektroden ausgebildet π solche Gd2(MoO₄)3-Elemente, wobei η eine Zahl ist, deren Größe sich nach dem Verwendungszweck richtet, sind in Abständen von 250 μπι angeordnet, und zwar so, daß einander entsprechende Hauptebenen in einer identischen Ebene liegen und daß die Elemente Zeilen und Spalten bilden. Die transparenten Elektroden der einzelnen Gd2(Mo0₄)3-Kristaliplatten sind über Leitungen 1111 mit einem Elektronenrechner verbunden, der in willkürlicher bzw. zufallsbedingter Ordnung eine Anzahl von η Zuständen »1« oder »0« speichert Sowohl die Kristallplatten, dip entsprechend einem bestimmten Informationsmuster hinsichtlich ihrer spontanen Polarisation geschaltet werden müssen, als auch die Kristallplauen, die zu der Erzeugung einer regellosen Verteilung der Polaritäten über die Matrix geschaltet werden müssen, werden durch den Rechner

geschaltet. Die Kristallplattenmatrix stellt damit einerseits einen Zufallsphasenschieber und andererseits einen Informationsmustergenerator dar.

Zur Erzeugung des Hologramms unter Vermeidung unerwünscht hoher Intensitätskonzentrationen, die sich als Folge der regelmäßigen Anordnung der Kristallplatten in der Matrix durch Beugung bzw. Interferenz ergeben, wird zunächst an Matrixelemente, die der im Rechner gesteuerten Zufallsverteilung entsprechen, Spannung gelegt Die erforderlichen Spannungsimpulse haben eine Größe von 300 bis 400 V. Hierauf wird das Hologrammaufzeichnungsmedium mit kohärentem Licht der angegebenen Polarisation durch die Kristallplattenmatrix belichtet. Danach wird mit umgekehrten Spannungsimpulsen wie oben die Polarität nur derjenigen Kristallplatten invertiert, die dem Informationsmuster entsprechen. In diesem Zustand der Kristallplattenmatrix wird das Hologrammaufzeichnungsmedium erneut belichtet

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel bilden die Z-Ebenen die Hauptebenen der Kristallplatten. Es können jedoch auch Kristallplatten mit y-Ebenen als Hauptebenen, entsprechend Fig. Ib, verwendet werden. Auch in diesem Fall müssen die Spannungsimpulse, wie erwähnt, zwischen den einander gegenüberliegenden Z-Flächen angelegt werden.

F i g. 6a zeigt die Gesamtanordnung zur Hologrammaufzeichnung. Wie dort zu sehen, wird ein Lichtstrom aus einer Laser-Lichtquelle 75 mittels eines als Strahlenteiler wirkenden halbdurchlässigen Spiegels 77 aufgeteilt. Eines der Teillichtbündel wird als Informa tionslicht mit Hilfe einer Linse 73 so aufgeweitet, daß die einzelnen Lichtstrahlen etwa parallel zueinander verlau fen. Es fällt auf eine Kristailplattenmatrix 7i, die sowoh als der Zufallsphasenschieber als auch der Informations mustererzeuger dient. Danach wird der Lichtstrah durch eine Fourier-Transformationslinse 74 auf eine Platte 76 zur Hologrammbildung fokussiert, die in dei Brennebene der Linse liegt Das andere durch der

ίο halbdurchlässigen Spiegel 77 erzeugte Teillichtbünde wird als Bezugslicht verwendet und durch einer Reflektor 78 reflektiert Es fällt von dort unter einerr bestimmten Winkel auf das Hologramm-Aufeichnungs· medium 76 und bildet durch Interferenz mit den Informationslicht das Hologramm.

Wird anders als gemäß Fig.6a eine Anordnung gewählt, bei der das Informationslicht vor dei Interferenz mit dem Bezugslicht zur Hologrammbildung die Kristailplattenmatrix zweimal durchsetzt, danr müssen die Kristallplatten nicht als Halbwellenlängensondern als Viertelwellenlängenplatten ausgebildet sein Die Gewinnung des erzeugten Signals aus derr

Hologramm geschieht, wie in Fig.6b gezeigt, dadurch daß das Hologrammaufzeichnungsmedium 76 mit kohärentem Licht bestrahlt wird, und zwar entgegengesetzt zu der Richtung des Bezugslichts bei dei Aufzeichnung des Hologramms. Dann entsteht das Informationsmuster an der gleichen Stelle bezüglich des Hologrammaufzeichnungsmediums, an der sich vorher die Kristailplattenmatrix befunden hat

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung eines Hologramms eines Informationsmusters, bei welchem der Objektstrahl unter Durchstrahlung einer Matrix aus unregelmäßig ferroelektrischen Kristallplatten mit zur a-, b- oder £>Achse des Kristalls senkrecht geschnittenen Endflächen und einer solchen Dicke zwischen den Endflächen, daß sie Halbwellenlängen- oder Viertelwellenlängenplatten sind, gebildet wird, wobei die Kristallplatten so angeordnet werden, daß entweder die a- oder die ö-Achse parallel zur Polarisationsrichtung des einfallenden, linear polarisierten Lichts verläuft und wobei an die Kristallplatten parallel zu deren c-Achse ein die elektrische Polarisation derselben beeinflussendes elektrisches Feld angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das holographische Aufzeichnungsmedium einer Doppelbelichtung unterworfen wird und daß vor jeder Belichtung das elektrische Feld so angelegt wird, daß in den Kristallplatten ein Polarisationszustand so bewirkt wird, daß die Verteilung der Polaritäten über die Matrix der Kristallplatten regellos ist, daß aber die Polarität für die dem Informationsmuster entsprechenden Kristallplatten zwischen den beiden Belichtungen wechselt, während sie für die nicht dem Informationsmuster entsprechenden Kristallplatten konstant bleibt.

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