DE2328069A1 - Optische ablenkvorrichtung und deren anwendung bei holographischen speichern - Google Patents

Optische ablenkvorrichtung und deren anwendung bei holographischen speichern

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Description

Unser Zeichen:.T 1396
THOMSON-CSF
173 Bd.Haussmann
75008 Paris. Frankreich
Optische Ablenkvorrichtung und deren Anwendung "bei holographischen Speichern.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ablenkung ·. eines Lichtbündels, die sich insbesondere für Systeme zum Aufzeichnen und Lesen von Informationen mit großer Speicherdichte eignet, die auf der holographischen Technik beruhen. · '
Es sei daran erinnert, daß die Informationsspeicherung "bei dieser Technik dadurch erfolgt, daß eine Platte aus lichtempfindlichem Material gleichzeitig durch zwei kohärente Lichtbündel beleuchtet wird, von denen das eine Lichtbündel eine Objektebene beleuchtet, Vielehe die aufzuzeichnende Information trägt, während das andere Bündel ein Bezugsbündel bildet. Nach dem Entwickeln bildet die lichtempfindliche Platte ein Hologramm, das bei Beleuchtung mit einem Leselichtbündel wenigstens ein Bild der Objektebene liefert, das bei Projektion auf eine Matrix von Photodetektoren die Verwertung der aufgezeichneten Information ermöglicht.
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Für die Informationsspeicherung mit großer Speicherdichte ist es bekannt, die Fläche des hohcLographischen Speichers in eine gewisse Anzahl von Zonen zu unterteilen, die auch "Seiten" genannt werden, wobei jede dieser Zonen oder Seiten durch das Hologramm eines genau definierten ebenen modulierenden Objekts gebildet ist, das in der Objektebene angeordnet wird.
Es ist auf" diese Weise möglich, Speicher zu realisieren, deren Kapazität nach oben aus technologischen Gründen
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auf etwa 10 Bits begrenzt ist.
Für die Erzielung noch größerer Speicherkapazitäten ist es also notwendig, eine andere Organisation anzuwenden, bei der die Aufzeichnung von mehreren Hologrammen in der gleichen Zone oder Seite des Speichers vorgesehen ist. In diesem Fall stellt jedes Hologramm ein genau ^ definiertes Objektdar, dessen Aufzeichnung durch · einen besonderen Wert des Winkels zwischen dem Bezugsbündel und dem Objektbündel-gekennzeichnet ist. Beim Lesen der in einer solchen Seite des holographischen Speicheis enthaltenen Information muß das Lesebündel nacheinander die gleichen tfinkelstellungen einnehmen, wie sie das Bezugsbündel beim Aufzeichnen eingenommen hatte, wobei diese Winkelstellungen beispielsweise in Bezug auf die Speicherebene angegeben sind, damit die optimalen optischen Bedingungen für die Wiederherstellung der aufgezeichneten Information erhalten werden. Es ist also notwendig, eine Vorrichtung vorzusehen, die es ermöglicht, beim Aufzeichnen einer Speicherseite die Orientierung des Bezugsbündels zu verändern und beim selektiven Lesen eines der Elementarhologramme dieser Seite ein Lesebündel zu liefern, das · sehr präzise diejenige Winkelstellung des Bezugsbündels
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wiedergibt, die dem betreffenden Elementar-Hologramm entspricht.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Ablenkvorrichtung für ein Lichtbündel, welche die Vervielfachung der Kapazität eines auf der holographischen Technik beruhenden Systems zum Aufzeichnen und Lesen von Informationen ermöglicht.
Nach der Erfindung ist eine optische Ablenkvorrichtung zur Ablenkung eines Strahlungsenergiebündels unter der Steuerung durch elektrische Signale in mehreren Richtungen, die sich in einem Punkt.einer Ebene schneiden, gekennzeichnet durch wenigstens eine Ablenkeinrichtung mit einer ersten Linse, die das Bündel empfängt und im Inneren eines elektrisch gesteuerten Ablenkgliedes konvergieren läßt, an das die elektrischen Signale angelegt werden,und mit einer zweiten Linse, welche die aus dem Ablenkglied austretende Strahlungsenergie empfängt und zusammen mit der ersten Linse ein afokales optisches System bildet, und ferner gekennzeichnet durch eine dritte Linse, welche die aus der zweiten Linse austretende Strahlungsenergie in der Ebene zur Konvergenz bringt.
Die erfindungsgemäße Ablenkvorrichtung gewährleistet die Ablenkung des Bezugsbündels mit Hilfe der vor der Speicherebene -angeordneten Ablenkeinrichtung selektiv in einer von mehreren verschiedenen Richtungen, die in der gleichen Zone des Speichers konvergieren, wodurch die Aufzeichnung von mehreren Elementar-Hologrammen in der gleichen Seite des Speichers ermöglicht wird; die gleiche Ablenkvorrichtung ermöglicht das Lesen der aufgezeichneten Information mit Hilfe eines Lesebündels, das den gleichen Weg wie das Bezugsbündel zurücklegt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigen: .
Fig.1 eine, schematische Darstellung einer Anordnung zum Aufzeichnen und Lesen von Informationen in einem holographischen Speicher mit einer Ablenkvorrichtung nach der Erfindung und
Figj.2 eine perspektivische Darstellung einer anderen Ausführungsform der Ablenkvorrichtung naqh der Erfindung.
Fig.1 zeigt eine Lichtquelle S, eine erste Sammellinse L1 mit der gegenstandsseitigen Brennebene F^ und der bildseitigen Brennebene Fp, ein Ablenkglied D, das so angebracht ist, daß die Brennebene F^ in dem Ablenkglied liegt, eine zweite Sammellinse Lp mit der bildseitigen Brennebene F,, deren gegenstandsseitige Brennebene mit der Ebene Fp zusammenfällt, und eine dritte Sammellinse L, mit der bildseitigen Brennebene π , deren gegenstandsseitige. Brennebene mit der Ebene F7 zusammenfällt. Als Beispiel ist angegeben, daß die verschiedenen Linsen die gleiche optische Achse haben, obgleich dies nicht unbedingt notwendig ist.
Die Zeichnung zeigt ferner sehr schematisch ein Objektb.ündel 28, das von einer Vorrichtung 25 erzeugt wird, eine Objektebene 27 über ein Objektiv 26 beleuchtet und die Zone A der Ebenen beleuchtet.
Die Lichtquelle S liefert ein kohärentes Lichtbündel 2, dessen Achse durch den.Brennpunkt der Linse L^ geht und einen ¥inkel 9 mit dieser Achse 1 bildet. Diese
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Lichtquelle ist in der Zeichnimg sehr schematisch dargestellt. Sie kann praktisch in irgendeiner bekannten Weise ausgeführt sein, insbesondere mit Hilfe eines Lasers, das ein monochromatisches kohärentes Lichtbündel liefert, in Verbindung mit einem Objektiv und einem Ablenkglied, das die Ablenkung θ bewirkt.· Es isb außerdem notwendig, das gleiche Laser als Quelle für die beiden Bündel 2 und 28 zu verwenden; die Vorrichtung 25 ist dann durch eine Linsenmatrix gebildet, die das von der' Lichtquelle S kommende Licht empfängt und die beiden Bündel 2 und 28 so überträgt, daß sie in der gleichen Zone der Ebenen konvergieren.
Die Linse L1 bewirkt die geometrische Konvergenz des Bündels 2 in einem sekundären Brennpunkt B.
Das Ablenkglied D ist ein akusto-optisches Ablenkglied. Es besteht aus einem Element 10, das die Ablenkung des einfallenden Lichtbündels 2 bewirkt, und aus einem piezoelektrischen Wandler 11, der mit einem Generator G verbunden ist. Das Element 10 kann unter Verwendung einer Flüssigkeit oder eines Festkörpers, beispielsweise Bleimolybdat gebildet sein. Die durch den Generator G in diesem Element 10 mittels des Wandlers 11 erzeugten Ultraschallwellen der Wellenlänge λ q erzeugen ein Beugungsgitter; da die Wellenebenen die Teilung ρ =λ& haben, verursacht das Beugungsgitter die Beugung des :einfallenden Bündels 2 in einer Richtung, die einen Winkel Θ1 mit der Achse 1 bildet. Dieser Ablenkwinkel θf hängt von der Wellenlänge λ q der Ultraschallwellen und der optischen Wellenlänge λ des eiii- ΐ v fallenden Bündels 2 ab. ' ■
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In Fig.1 ist-geometrisch die Achse 22 der Bahn dargestellt, die ein Bündel zurücklegen würde, das nicht durch das Ablenkglied D gebeugt wird; diese Sachlage besteht dann,wenn der Generator G nicht in Betrieb ist. Die Achse 22 liegt zwischen den Linsen L1 und Lp parallel zu der Achse 1. Ferner sind drei mögliche Wege 3, 4 und 5 für das Austrittsbündel dargestellt, die drei verschiedenen Vierten der Wellenlänge Aq entsprechen; der Weg 3, der einem besonderen Wert von Θ1 und von Aq entspricht, ist als mittlere Lage des aus dem Ablenkglied D austretenden Bündels gewählt, und -die Winkellagen der beiden anderen Wege 4 und 5 sind durch einen Winkel φ in Bezug auf die Achse des Bündels 3 markiert.
Die gebeugten Bündel 3, 4 und 5 konvergieren dann in einem Punkt A der Ebene π , wobei die Bündel 4 und 5 einen Winkel φ1 in Bezug auf die Achse des Bündels 3 haben; die Lage des Punktes A hängt von dem Winkel θ zwischen dem Bündel 2 und der Achse 1 nach den Gesetzen der geometrischen Optik ab.
Die in Fig.1 durch die geometrischen Punkte A und B dargestellten Konvergenzζonen haben eine durch die Beugungserscheinungen bestimmte.· Ausdehnung: Am Punkt B ist die erhaltene Beugungsfigur die Fourier-Transformierte derVerteilung der komplexen Amplituden der aus der Linse L^ austretenden Wellenfläche; diese Beugungsfigur- ist rotationssymmetrisch und, wie allgemein bekannt, durch einen hellen zentralen Fleck gebildet, dessen Durchmesser insbesondere von der Brennweite der Linse für eine gegebene Wellenlänge λ abhängt, und der von Ringen umgeben ist, deren Intensität
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sehr schnell mit zunehmendem Abstand vom geometrischen Mittelpunkt B der Beugungsfigur abnimmt. Die am Punkt A erhaltene Beugungsfigur ißt ähnlich. '-.'. ;
Damit ein Bündel nach Art des Bündels 2 für die Aufzeichnung oder das Lesen eines in "Seiten" organisierten holographischen Speichers verwendet werden kann, muß das lichtempfindliche Aufzeichnungsmaterial in der Speicherebenen angeordnet werden, und die Breite des auf den Punkt A zentrierten Beugungsflecks muß ausreichend groß sein, um eine Seite des holographischen Speichers zu bedecken, wodurch die Vierte der Brennweiten der Linsen L.., Lp und L^ für eine gegebene .Bündelbreite und eine gegebene Wellenlänge λ bestimmt werden. Beispielsweise ist es mit einem Gauß1sehen Bündel 2 von etwa 1 mm Durchmesser, Linsen L^ und Lp mit der gleichen Brennweite in der Größenordnung von einigen Io cm und einer Linse L, mit einer Brennweite von etwa 2 m möglich, auf der Ebenen eine quadratische Seite von 1 mm Seitenlänge auf diese Weise zu beleuchten.
Andrerseits' legen die Werte von λ , der Brennweiten und des Durchmessers des Bunuels 2 auch die Abmessung der auf den Punkt B zentrierten Beugungsfigur fest, wodurch man veranlaßt wird, den Wert der Wellenlänge λ ^ in einem solchen Bereich zu wählen, daß die in dem Ablenkglied D erzeugten Reflexionsebenen ausreichend nahe beieinanderliegen, daß sie das empfangene Bündel 2 in geeigneter Weise ablenken können. Bei dem zuvor angegebenen Zahlenbeispiel liegen die Werte νοηλβ zwischen etwa 20 um und 4OjUm.
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Die vorstehend beschriebene Vorrichtung ermöglicht es also , auf Grund eines einzigen einfallenden Bündels ein Austrittsblindel 3, 4 oder 5 zu erhalten» das auf der Ebene π in„einer Zone mit gegebenem Mittelpunkt A (dessen Lage durch die Richtung des einfallenden Bündels, festgelegt ist) mit einem Einfallswinkel ( φ· in Bezug auf die Richtung des Bündels 3) zu erhalten, der in einer Ebene in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ q der im Ablenkglied D^ durch den Generator G erzeugten Wellen veränderlich ist. ,
Um eine räumliche Änderung des Winkels φ1 zu erreichen, ist es möglich, zu dem Element 10 des Ablenkglieds D einen zweiten piezoelektrischen Wandler hinzuzufügen, der an einen Generator angeschlossen ist, der Reflexionsebenen erzeugt, die senkrecht zu den vorstehenden Reflexionsebenen sind. Eine weitere Lösung besteht darin,ein zweites Ablenkglied zu verwenden, wie in Fig.2 dargestellt ist.
In Fig.2 sind perspektivisch die gleichen Bauteile wie in Fig.1 dargestellt, nämlich die Lichtquelle S, das Ablenkglied D, die Ebene π und die Linsen L^, L2? L,, die in der zuvor beschriebenen Weise angeordnet sind, abgesehen von der Brennebene F,, die in Fig.1 den beiden Linsen Lp und L, gemeinsam ist: In Fig.2 sind nämlich zwischen die bildseitige.Brennebene F^ der Linse L^ und die gegenstandsseitige Brennebene F,-der Linse L, Teile eingefügt, welche die Ablenkung der Lichtbündel in der anderen Koordinatenrichtung ermöglichen. Diese Teile haben die gleiche optische Achse 1 wie die bereits in Fig.1 gezeigten Teile, wobei diese Achse der Z-Achse des dargestellten Koordinatensystems entspricht? sie sind durch ein Ablenk-
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glied D1 und zwei zu beiden Seiten des Ablenkglieds D1 angeordnete Linsen L^ und L^ gebildet, wobei die (parallel zur XY-Ebene liegende )Symmetrieebene des Ablenkgliedes D1 die bildseitige Brennebene der Linse L^ bzw. die gegenstandsseitige Brennebene der Linse L^ bilden. Die gegenstandsseitige Brennebene der Linse L^ ist die Ebene F^ und die bildseitige Brennebene der Linse Lc ist die Ebene F,-. Das Ablenkglied. D1 kann vorzugsweise wie das Ablenkglied D durch ein Element 20 gebildet sein, das in der XY-Ebene einen quadratischen Querschnitt hat und in Verbindung mit einem an einen Generator G1 angeschlossenen piezoelektrischen Wandler 21 -die Ablenkung des Lichtbündels bewirkt.
Entsprechend der Darstellung lenkt das.Ablenkglied D mit Hilfe der vom Generator G parallel zur YZ-Ebene erzeugten Reflexionsebenen das einfallende Bündel 6 „(.das zur Vereinfachung parallel zur Z-Achse dargestellt ist) in der XZ-Ebene ab ("X-Ablenkung»); zwei mögliche Austrittswege sind durch zwei Bündel 7 und 8 dargestellt, die dann geometrisch am Punkt C auf der Symmetrieebene des Ablenkglieds D1 konvergieren, wobei der Punkt C der Mittelpunkt einer Beugungsfigur ist, die der Beugungsfigur mit dem Mittelpunkt B analog ist, Die Bündel 7 oder 8 werden vom Ablenkglied D* mit Hilfe von Reflexionsebenen abgelenkt, die parallel zur XZ-Ebeae liegen und vom Generator G1 erzeugt werden. Ein in der XZ-Ebene einfallendes Bündel wird somit in der Y-Richtung abgelenkt("Y-Ablenkung"); es sind zwei mögliche Wege 9 und 10 für das aus dem Ablenkglied D1 austretende Bündel dargestellt. Die Bündel konvergieren geometrisch auf der Ebene π im Punkt A, wie bereits; zuvor gezeigt wurde.
Mit Hilfe einer solchen Ablenkvorrichtung ist es also möglich, den Einfallswinkel eines Bündels in einer gegebenen Zone mit dem Mittelpunkt A In einer diskreten Folge von η Lagen zu verändern, die rings um die mittlere Lage des nacheinander aus den beiden Ablenkgliedern D und D1 austretenden Bündels beliebig sein können, wobei jede dieser Lagen durch ein Paar von zwei besonderen Werten der Frequenzen der Generatoren G und G1 markiert ist. Es ist jedoch möglich^ diese beiden Werte so miteinander zu verknüpfen, daß die η Lagen auf einer Kegelfläche liegen, die den Punkt A als Scheitel und die mittlere Lage als Achse hat.
Diese Änderung des Einfallswinkels erfolgt in sehr schneller, präziser und reproduzierbarer Weise, so daß sie sich besonders für die Informationsspeicherung mit großer Speicherdichte in einem holographischen Speicher eignet.
Patentansprüche

Claims (4)

  1. Patentansprüche
    Optische Ablenkvorrichtung zur Ablenkung eines Strahlungsenergiebündels - unter der Steuerung durch elektrische Signale in mehreren Richtungen, die sich in einem Punkt einer Ebene schneiden, gekennzeichnet, durch wenigstens eine Ablenkeinrichtung mit einer ersten Linse, ■ die das .Bündel empfängt und im Inneren eines elektrisch gesteuerten Ablenkgliedes konvergieren läßt, an das die elektrischen Signale angelegt werden, und mit einer zweiten Linse, welche die aus dem, Ablenkglied austretende Strahlungsenergie empfängt und zusammen mit der ersten Linse ein afokales optisches System bildet, und ferner gekennzeichnet durch eine dritte Linse, welche die aus der zweiten Linse austretende Strahlungsenergie in der Ebene zur Konvergenz bringt.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne 1?» daß das Ablenkglied ein akusto-optisches Ablenkglied ist, das eine Ablenkebene hat, die parallel zu der gemeinsamen optischen Achse der ersten Linse und der zweiten Linse liegt, und daß die erste Linse und die zweite Linse eine gemeinsame Brennebene haben, die senkrecht zu der Ablenkebene im Innern des akusto-optischen Ablenkgliedes liegt.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bündel zu der Eintrittsfläche der ersten Linse parallel ist, und daß eine der Brennebenen der dritten Linse durch den Schnittpunkt der Ablenkrichtungen geht.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Linse und die dritte Linse eine gemeinsame Brennebene haben.
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    Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Ablenkeinrichtung vorgesehen ist, welche den gleichen Aufbau wie die erste Ablenkeinrichtung hat, und daß die beiden Ablenkeinrichtungen hintereinander angeordnet und in Bezug aufeinander so ausgerichtet sind, daß ihre Äblenkrichtungen auf einer Fläche liegen, deren geradlinige Erzeugende durch den Schnittpunkt geht.
    Anordnung zum Aufzeichnen und zum Lesen von Informationen mit Einrichtungen zur Erzeugung eines kohärenten Lichtbündels, Einrichtungen zur Trennung des Lichtbündels in ein Bezugsbündel und in ein Objektbündel, wobei das Objektbündel beim Aufzeichnen eine Objektebene beleuchtet, welche die Informationen trägt, und das Objektbündel mit dem Bezugsbündel in einer Zone einer Aufzeichnungsebene konvergiert, die ein lichtempfindliches Aufzeichnungsmaterial trägt, gekennzeichnet durch eine optische Ablenkvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche die Ablenkung des Bezugsbündels bewirkt, wobei die Aufzeichnungsebene mit der Ebene des Schnittpunktes zusammenfällt.
    Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzliches Ablenkglied vorgesehen ist, das im gemeinsamen Weg des Objektbündels und des Bezugsbündels angeordnet ist und die Konvergenz der Bündel auf der Aufzeichnungsebene in einer vorbestimmtenZone von mehreren vorgesehenen Zonen bewirkt.
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