DE2161168B2 - Verfahren zur Herstellung eines Hologramms eines Informationsmusters - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines Hologramms eines InformationsmustersInfo
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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 ΡΛ 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 Ps 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 (1)
- 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.30
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