DE2323712A1 - Phasenschieberplatte und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Description

Phasenschieberplatte und Verfahren zu deren Herstellung (Priorität: 15. Mai 1972, Japan, Nr. 47 185)

Die Erfindung betrifft ein holographisches Gerät, insbesondere eine optische Phasenschieberplatte und ein Verfahren zu deren Herstellung, zur Ausbildung von holographischen Analog-Musterinformationen, wie ausgerichtete Lochinformaticnen, Muster, Anordnungen, Zeichen usw.

In der Holographie bedeuten bessere Qualitäten eines Hologramms, daß das rekonstruierte Bild weniger Störungen enthalten muß. Der Beugungswirkungsgrad muß hoch sein und die Abweichung der Information muß möglichst gering gehalten werden.

Eines der am weitesten verbreiteten holographischen Verfahren zur Aufzeichnung von Informationen ist die Holographie der Fourier-Transformation, die durch eine Linse durchgeführt wird.

Wie in Fig. 1 der beigefügten Zeichnung dargestellt ist, wird ein durch eine Linse 1 hindurchtretender kohärenter oder Laser-Lichtstrahl 2 auf ein lichtempfindliches Aufzeichnungsmedium

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4 fokussiert, und zwar durch ein die Information tragendes oder vermittelndes Element 3. Er interferiert mit einem Bezugslichtstrahl 5, der von einer anderen Lichtquelle auf das Aufzeichnungsmedium 4 fokussiert wird, so daß die Information auf dem Aufzeichnungsmedium 4 in Form eines Interferenzmusters 6 aufgezeichnet wird.

Die größte Schwierigkeit bei dem Holographieverfahren der beschriebenen Art besteht in der Intensitätsverteilung des Lichts über das Aufzeichnungsmedium 4. Wie in Fig. 2 dargestellt, nimmt die Lichtintensität mit dem Abstand von der optischen Achse ab, was zur Verschlechterung eines fokussierten Bildes führt. Zur Überwindung dieser Schwierigkeit wird bisher ein Defokussierverfahren angewendet, bei dem das Auszeichnungsmedium 4 aus der Brennebene der Linse 1 verschoben wird. Dieses Verfahren hat jedoch den Mangel, daß der Radius des Hologramms vergrößert wird, was zu einer" merklichen Abnahme der Aufzeichmrags- oder Informationsdichte führt.

Bei der Fourier-Transformationsholographie wird zur Lösung der obigen Schwierigkeit gemäß Fig. 3 der Zeichnung eine Phasenschieberplatte 7 mit einem ein- oder zweidimensionalen, nichtgleichförmigen Muster in engen Kontakt mit dem Informationsträgerelement 3 gebracht, so daß die Phase des hindurchtretenden Lichts willkürlich geändert werden kann. Beispiele für die Phasenschieberplatte 7 sind im Querschnitt in den Figuren 4a und 4b dargestellt. Die Phasenschieberplatte 7 gemäß Fig. 4a wird hergestellt, indem durch Vakuumabscheidung durch eine Maske hindurch auf einer Basis 8 ein gewünschtes zweidimensionales Muster aus transparenten Substanzen 9 aufgebracht wird. Alternativ kann ein dünner transparenter Film auf der Basis ausgebildet und durch eine Maske auf herkömmliche Weise geätzt werden. Die Phasenschieberplatte 7 der in Fig. 4b gezeigten Art wird hergestellt, indem durch Dampf abscheidung Substanzen 11 durch eine Maske hindurch aufgebracht werden,

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die In einem sehr geringen Abstand von der Basis 10 derart angeordnet ist, daß die Ablagerung auf der unteren Oberfläche der Basis 10 verhindert werden kann. Wie in Fig. 4b zu sehen, hat der abgelagerte Teil 11 eine flache Oberfläche 11' und geneigte Seiten 11". Bei Verwendung der beschriebenen Phasenschieberplatten 7 kann die Phase des durch die die Information tragenden Elemente 3 hindurchtretenden Lichts willkürlich geändert und die unerwünschte Konzentration des Lichts auf dem Aufzeichnungsmedium 4 verhindert werden. Demzufolge kann auch die Konzentration des Lichts auf dem Aufzeichnungsmedium 4 vermieden werden, so daß die Qualität des Hologramms im Vergleich mit einem Hologramm wesentlich verbessert werden kann, das nach einem ohne Phasenschieberplatte arbeitenden Verfahren hergestellt wurde.

Das Holographieverfahren, das mit einer der oben beschriebenen Phasenschieberplatten arbeitet, hat jedoch einen Mangel, der anhand Fig. 4 erläutert werden soll. Die diskreten dünnen Filme 9 oder 11 werden direkt auf der Basis 8 oder ausgebildet, so daß das durch den dünnen Filmbereich hindurchtretende Licht infolge der darin auftretenden mehrfachen Reflexionen einen Reflexionsverlust erleidet. Es unterscheidet sich in der Intensität von dem durch den nicht mit dem dünnen Film beschichteten Teil hindurchtretenden Licht. Infolgedessen wird das zweidimensionale dünne Filmmuster auf der Phasenschieberplatte in Form von Differenzen in der Lichtintensität in einem rekonstruierten Bild wiedergegeben, wodurch die Qualität des rekonstruierten Bildes verschlechtert wird. Diese Erscheinung tritt besonders stark in Erscheinung, wenn ein Hologramm mit vielen niederfrequenten Komponenten rekonstruiert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optische Phasenschieberplatte zu schaffen, durch die die Intensität des hindurchtretenden Lichts gleichmäßig verteilt werden kann.

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Ferner soll eine optische Phasenschieberplatte zur Verwendung in einem Holographiegerät geschaffen werden,, durch die das hindurchtretende Licht willkürliche Phasen haben und die Intensität des hindurchtretenden Lichts gleichmäßig verteilt, werden kann.

Die erfindungsgemäße Phasenschieberplatte zeichnet sich aus durch eine Basis, einen ersten dünnen transparenten, auf der Basis mit gleichmäßiger Stärke gebildeten Film, und durch einen zweiten dünnen transparenten, auf dein ersten dünnen transparenten Fi3.in gebildeten Film mit einem gewünschten Muster. Die Mehrfach-Reflexionsverluste an den verschiedenen Stellen über die Phasenschieberplatte können bei dieser Anordnung wesentlich vergleichmäßigt werden, so daß die Intensität des hindurehtretenden Lichts gleichmäßig verteilt wird.

Anhand des in der beigefügten Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen (die bereits erwähnten Figuren werden der Vollständigkeit halber nochmals mit aufgeführt): Fig. 1 eine schematische Ansicht zur Erläuterung des Fourier-Transforraationshologramms;

Fig. 2 in einem Diagramm die Intensitätsverteilung des Lichts auf einem fotoempfindlichen Aufzeichnungsmedium, wie sie sich bei der herkömmlichen Herstellung eines Fourier-Transformationshologramms ergibt; Fig. 3 eine Ansicht .zur Erläuterung des Fourier-Transformationshologramms bei Verwendung einer Phasenschieberplatte ;

Fig. 4a

und 4b Querschnitte bekannter Phasenschieberplatten; Fig. 5 einen Teilschnitt in vergrößertem Maßstab einer Phasenschieberplatte mit einer transparenten Basis und einem darauf durch Dampfabscheidung abgelagerten

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dünnen Film, die bei Mehrfach-Reflexionsverlusten angewendet wird;

Fig. 6 ein Diagramm zur Erläuterung der Abhängigkeit zwischen den Mehrfach-Reflexionsverlusten und der Stärke eines durch Dampfabscheidung gebildeten dünnen Films; und

Fig. 7 den Querschnitt einer erfindungsgemäßen Phasenschieberplatte .

Anhand Fig. 5 sei zunächst das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip erläutert. Die in Fig. 5 im Teilschnitt gezeigte Phasenschieberplatte enthält einen ersten dünnen Film 12 mit einem Reflexionsindex %, einen zweiten dünnen Film 13 mit der Stärke d.. und dem Reflexions index η.., und eine Luftschicht" 14 mit dem Reflexionsindex η . Fällt ein Laser-Lichtstrahl mit der Wellenlänge λ unter einem rechten Winkel auf den ersten dünnen Film 12, so berechnet sich der/ Mehrfach-Reflexionsverlust aus

/Rl² =1 ^ⁿ° * ⁿⁱ * ⁿ

' ηί (* + n)^z (n^

(n

4π n₁ d..
worin δ = ·

Bei konstanter Wellenlänge und konstanten Reflexionsindizes entspricht die Abhängigkeit zwischen δ und Ir/ dem Diagramm der Fig. 6. Aus Fig. 6 ist ersichtlich, daß für einen gegebenen

Mehrfach-Reflexionsverlust R mehrere Werte für δ erhalten werden, so daß der Mehrfach-Reflexionsverlust konstant gemacht werden kann, obwohl die Stärke des dünnen Films unterschiedlich ist. Wenn daher ein dünner transparenter Film mit gleichmäßiger Stärke auf eine Basis aufgebracht und ein weiterer dünner Film mit dem gewünschten Muster auf dem ersten dünnen Film aufgebracht wird, so können die Mehrfach-Refle- xionsverluste an allen Punkten über die Phasenschieberplatte

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einander gleich gemacht werden. ■

Die erfindungsgemäße Phasenschieberplatte gemäß Fig. 7 enthält eine transparente Basis 16 mit dem Reflexionsindex η«, einen ersten dünnen transparenten Film 17 mit dem Reflexionsindexn. und der gleichmäßigen Stärke d,-, einen zweiten dünnen transparenten Film mit dem gewünschten Muster mit dem Reflexionsindex n, und der Stärke d und eine Luftschicht mit dem Reflexionsindex n_Q. Die Wellenlänge λ des auf die Phasenschieberplatte fallenden Laser-Lichts 19 ergibt sich aus

d = λ/2 (H₃-I)

Wenn der erste und zweite Film 17 bzw. 18 den gleichen Reflexionsindex, nämlich n* = η aufweisen, so ergibt sich aus Gleichung (1.) für den Mehrfach-Reflexionsverlust eines dünnen Films mit der Stärke d₂ = d₁ + d aus Gleichung (1)

IRl² =1- —~-

² (n^ n/Xn/ n^) sin

n_o)²- (n^- n/Xn/- n^) sinJ*

₁ dp
worin δ

2 - >r

In gleicher Weise ergibt sich der Mehrfach-Reflexionsverlust im dünnen Film 17 mit der Stärke dp zu

1 - ~"'oⁿ1 ⁿ2

H₁ ²Cn₂₊ n₀)²- Cn₁ ²- n.,²)^²- n,²)

worin b^ - r-*—^

2 i„ ,2

Wenn |R^| == |Rp| , dann muß gelten:
^ 4

- sin² (-^) (4)

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2πη

T.' (5)

Ersetzt man in Gleichung (5) d₀ = d„ + d und d = dann ergibt sich durch Einsetzen in Gleichung (4)

sin" -J = sin" (-J- + _ΪΓ4-_Τ) (6)

Damit gilt :

₁ O₁ Hn₁ O₁ S₁ πη sin *γ" - sin (^ + jj—^-γ) sin -^- + sin ^- + -—ί—τ· = O

γ ^ ^ -—ί—τ· ¹ " ¹ " (7)

Für die Gleichheit von [R₁!² und !R₂I ² gilt also folgende Bedingung

Wenn also ein dünner Film mit einer gleichmäßigen Stärke d^ auf der gesamten Oberfläche einer Basis ausgebildet und darauf ein zweiter dünner Film mit einem gewünschten Muster mit einer Stärke d aufgebracht wird, so kann der Mehrfach-Reflexionsverlust an jeder Stelle auf der Phasenschieberplatte gleichgemacht werden.

Bei der Phasenschieberplatte 7 der in Fig. 4b gezeigten Art ist der Mehrfach-Reflexionsverlust des durch die geneigte Seitenfläche 11" hindurchtretende Lichts nicht gleich dem durch andere Teile hindurchtretenden, weil sich die Stärke der geneigten Seitenfläche 11" kontinuierlich ändert. Die Fläche der flachen Teile 11^f ist wesentlich größer als die der geneigten Oberflächen 11", so daß die Intensität des durch

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_ Jg _

die Phasenschieberplatte hindurchtretenden Lichts im wesentlichen gleichmäßig gemacht werden kann.

Vorzugsweise wird der Wert m gleich einer Stärke d gewählt, um die Vakunmab3.agerung zu erleichtern. Als Optimalwert kann a zu 5 gewählt werden, wenn Zinksulfid (ZnS) mit einem Reflexionsiniex n. = 2,3 gewählt wird, oder zu 7» wenn Ceriumfluorid (CeF) mit dem Reflexionsindex n. =1,67 verwendet wird.

Erfindungsgemäß wird zunächst ein dünner transparenter Film auf eine transparente Basi" aufgebracht. Darauf wird ein zweiter dünner transparenter Film mit einem gewünschten Muster mittels einer Maske auf dem ersten dünnen transparenten Film aufgebracht, wie es in Fig. 4a oder 4b dargestellt ist. Wie erwähnt, kann der Mehrfach-Reflexionsverlust an jedem Punkt der Phasenschieberplatte gleichgemacht werden, indem die Stärke des ersten und zweiten Films, die auf der transparenten Basis aufgebracht v/erden, so gewählt wird, daß die Intensität des durch die Phasenschieberplatte hindurchtretenden Lichts gleichmäßig verteilt werden kann. Hierdurch kann die Änderung der Lichtintensität eines rekonstruierten Bildes eliminiert und die Qualität desselben verbessert werden. Die erfindungsgemäße Phasenschieberplatte ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn sie in einem Holographiegerät zur Aufzeichnung analoger Informationen verwendet wird. Ferner dient die erfindungsgemäße Phasenschieberplatte zur Unterdrückung der Sprenkelstörungen des Laser-Lichts infolge seiner Kohärenz. D.h., wenn eine herkömmliche Phasenschieberplatte mit unregelmäßigem Muster in Kontakt mit einem transparenten zweidimensionalen Informationsübertragungsglied gebracht wird, wird die Intensität des durch dasselbe hindurchtretenden Lichts nicht gleichmäßig verteilt. Auch diese Schwierigkeit kann mit der erfindungsgemäßen Phasenschieberplatte überwunden werden.

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Die Erfindung ist nicht auf eine Phasenschieberplatte mit unregelmäßigen Mustern beschränkt, die zur Verwendung bei Holographiegeräten vorgesehen ist. Vielmehr kann die erfindungsgemäße Phasenschieberplatte auch mit verschiedenen anderen optischen Einrichtungen und Geräten verwendet werden, wenn eine gleichmäßige Verteilung der Intensität des hindurchtretenden Lichts erwünscht ist.

Patentansprüche

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Claims (9)

PATENTANSPRÜCHE

1. Phasenschieberplatte, gekennzeichnet durch eine transparente Basis (16), durch einen ersten, auf der transparenten- Basis ausgebildeten transparenten Film (17) loit gleichmäßiger Stärke, und durch einen zweiten transparenten Film (18) mit einem vorherbestimmten Muster, der auf dem ersten dünnen Film ausgebildet ist, wobei die Stärke des ersten und zweiten dünnen transparenten Films (17 bzw. 18) so bestimmt ist, daß die Intensität des durch die Phasenschieberplatte hindurchtretenden Lichts gleichmäßig über deren gesamte Oberfläche verteilt werden kann«

2. Phasenschieberplatte nach Anspruch 1, dadurch g e kennz eichnet, daß das Muster des zweiten dünnen transparenten Films (18) ein- oder zweidimensional und unregelmäßig verteilt ist, so daß die hindurchtretenden Lichtstrahlen willkürliche Phasen haben.

3. Phasenschieberplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Stärke des ersten und zweiten transparenten Films (17 bzw. 18) so gewählt sind, daß sie die folgenden Beziehungen erfüllen:

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worin cL., d =clle Stärke des ersten bzw. zweiten dünnen

transparenten Films (17 bzv/. 18) η = Reflexionsindex derselben, λ = Wellenlänge des auftreffenden Lichts, und m = positive ganze Zahl

4. Phasenschieberplatte nach Anspruch 3» dadurch g e kennzeichnet , daß die dünnen transjjarenten Filme (17,18) aus ZnS bestehen und m = 5 ist.

5. Phasenschieberplatte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die dünnen transparenten Filme aus CeF bestehen und m = 7 ist.

6. Verfahren zur Herstellung einer optischen Phasenschieberplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß ein erster dünner transparenter Film mit gleichmäßiger Stärke auf einer transparenten Basis ausgebildet wird, und daß auf dem ersten dünnen transparenten Film ein zweiter dünner transparenter Film mit einem gewünschten Muster ausgebildet wird, wobei die Stärke des ersten und dünnen transparenten Films so gewählt wird, daß die Intensität des durch die Phasenschieberplatte hindurchtretenden Lichts an jedem Punkt gleichmäßig ist.

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7. Verfahren zur Herstellung einer optischen Phasenschieborp3.atte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß auf einer transparenten Basis ein erster dünner transparenter Film mit gleichmäßiger Stärke ausgebildet wird, daß über den ersten dünnen transparenten Film ein zweiter dünner transparenter Film aufgebracht wird, und daß der zweite dünne tranraparente Film durch eine Maske mit einem vorher bestirntsten Muster hindurchgeätzt wird, wobei die Stärke des ersten und zweiten dünnen transparenten Films so gewählt wird, daß die Intensität des durch die optische Phasenschieberplatte hindurchtretemden Lichts an federn Punkt gleichmäßig wird.

8. Verfahren zur Herstellung einer optischen Phasenschieberplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß auf einer transparenten Basis ein erster dünner transparenter Film mit gleichmäßiger Stärke ausgebildet wird, und daß über dem zweiten dünnen transparenten Film durch ein Muster mit dem vorher bestimmten Muster, das in sehr geringem Abstand gegenüber dem ersten dünnen transparenten Film angeordnet wird, ein zweiter dünner transparenter Film aufgebracht wird, wobei die Stärke des ersten und zweiten dünnen transparenten Films so gewählt wird, daß die Intensität des durch die

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optische Phasenschieberplatte hindurchtretenden Lichts an jedem Punkt gleich wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch g e kennzeichnet , daß die Stärke des ersten und zweiten dünnen transparenten Films so gewählt wird, daß sie die folgenden Beziehungen erfüllt:

«ι"

worin d.., d = die Stärke des ersten bzw. zweiten dünnen

transparenten Films (17 bzw. 18) η = Reflexionsindex derselben, λ = Wellenlänge des auftreffenden Lichts, und m = positive ganze Zahl.

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