DE2460218A1

DE2460218A1 - Linearer dateneingabewandler

Info

Publication number: DE2460218A1
Application number: DE19742460218
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl Ing Eschler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-12-19
Filing date: 1974-12-19
Publication date: 1976-06-24
Also published as: FR2295528B1; FR2295528A1; DE2460218C2; GB1464519A; US3998521A

Description

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SIEMENS AKTIENG-ESSLLoCHAFiI! . München 2, den ' ~"

Berlin und München Wittelsbacherplatz 2

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Linearer Dateneingabewandler

Linearer Dateneingabewandler für holographische Datenspeicher, bestehend aus einem Lasersender, aus einem Strahlteiler, der den Strahl des Lasersenders in einen Objektstrahl und einen Referenzstrahl aufspaltet, aus einem im Objektstrahlengang angeordneten akustooptischen Modulator, der den Objektstrahl im Modulator mit eingespeisten Informationen räumlich moduliert, und aus einer Hologrammplatte, auf die der Objektstrahl und der Referenzstrahl gelenkt wird»

Lineare akustooptische Dateneingabewandler sind für den Zweck der schnellen Dateneingabe in Holographiespeichern aus einem in Proc. of the Electro-Optical Syst. Design Conf., New York, Sept. 18 - 20, 1973, S. 90 - 101 abgedruckten Aufsatz bekannt. Der dort genannte Piaζo-¥andler eines akustooptischen Modulators nimmt hierbei seriell die zu speichernde Information in Form eines impulsmodulierten Hochfrequenzsignals auf. Eine entsprechend modulierte hochfrequente Ultraschallwelle durchläuft den Modulator mit Schallgeschwindigkeit. Sobald die gesamte modulierte Schallwelle die Apertur des Modulators ausfüllt, wird dieser mit einem extrem kurzen Laserimpuls ausgeleuchtet, während dessen Dauer sich die Schallwelle praktisch nicht bewegt. Die räumlich modulierte erste optische Beugungsordnung wird durch eine Linse auf den zu beschreibenden Teil eines Speicherbandes fokussiert.

Dieser Datenwandler hat jedoch den Nachteil, daß zur Beleuchtung ein Nanosekunden-Trapulslaser erforderlich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen schnellen linearen Dateneingabewandler anzugeben, der mit Dauerstrichlasern beleuchtet und mit geringen Steuerleistungen betrieben werden kann.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Modulator aus einem ersten und einem zweiten akustooptischen Lichtablenker besteht, deren Schallwellen senkrecht zueinander lauf en_; und daß die Signaleingänge beider Lichtablenker über eine Summierschaltung mit einer Kette unabhängig voneinander einschaltbarer oder analog modulierbarer Hochfrequenz-Oszillatoren verbunden sind.

Die beiden akustooptischen Lichtablenker werden mit dem gleichen Hochfrequenzsignal mit mehreren unterschiedlichen Frequenzen angesteuert. Die beiden Schallmedien werden deshalb von Schall-

von Signalen

wellen durchlaufen, die durch Addition-x-vieler Frequenzen erzeugt werden. Eine eingestrahlte Lichtwelle wird daher in eine "Vielzahl von Richtungen abgebeugt. Die Bewegung des akustischen Beugungsgitters bewirkt außerdem eine Verschiebung der Lichtfrequenzen der abgebei&en Lichtstrahlen um eben diese Ansteuerfrequenzen. Damit entstehen bei Ansteuerung eines akustooptischen Lichtablenkers mit η Oszillatoren η Lichtstrahlen mit η unterschiedlichen Lichtfrequenzen.

Bei Ansteuerung des zweiten akustooptischen Lichtablenkers mit dem gleichen Signal werden die bereits abgebeugten η Lichtstrahlen in einer zu der ersten Richtung senkrecht stehenden zweiten Richtung abgebeugt« Es entsteht daher ein zweidimensionales Lichtpunkteraster, wobei alle Punkte verschiedene Lichtfrequenzen aufweisen.

Mit dem Referenzstrahl interferenzfähig ist wegen der geringen Linienbreite der meistens verwendeten Gaslaser (Größenordnung 1 KHz) nur Licht mit der gleichen Frequenz wie der des Referenzstrahls, also Licht, welches bei Ansteuerung der Lichtablenker mit den Frequenzen f.- im ersten Lichtablenker in die positive erste BeugungsOrdnung und im zweiten Lichtablenker in die negative erste BeugungsOrdnung oder umgekehrt abgebeugt wird.

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Alle Lichtpunkte des zweldiroensionalen Rasters, die in der zur nullten Ordnung hin gerichteten Hauptdiagonalen liegen, erfüllen dlle angegebene Bedingung, d.h. Ihre Lichtfrequenzen sind gleich und stimmen überdies mit der Lichtfrequenz des Lasers überein: Die Doppelverschiebung der Lichtfrequenzen dieser Bunkte wurde durch den zweiten Lichtablenker -vollständig kompensiert.

Die Mchitstrahlrichtungen werden über die Hochfrequenz-Oszillatoren ein— oder ausgeschaltet. Auf der Hologrammplatte werden Biterferenizmuster aufgezeichnet, welche bei der Rekonstruktion eine schräg liegende lineare Punktkette ergeben, wobei in Abhängigkeit von den Ans teuer Signalen Leerstellen (Oszillator ausgeschaltet) und Lichtpunkte (Oszillator eingeschaltet) entstehen.

Durch Verwendung von zwei Liehtablenkern ist die Auflösung des Datenelngabewandlers wegen des größeren Abstandes der In der Diagonale des Lichtpunktrasters liegend en Lichtpunkte gegenüber einem Dateneingabewandler mit nur einem Lichtablenker um einen Faktor |? größer. Ein derartiger linearer Dateneingabewandller besitzt eine Datenrate zwischen 10 und 100 M blt/s. Die ZaML dier einschaltbaren Hochfrequenz-Oszillatoren kann bis über 200 betragen. Außerdem kann der Dateneingabewandler aus kommerziell erhältlichen akustooptischen Modulatoren aufgebaut werden.

Ein kompakter linearer Dateneingabewandler ergibt sich dann, wenn der erste und der zweite akust ο optische Lichtablenker zu einer einzigen Lichtablenkerzelle zusammengebaut ist. Hierzu sind! zwei elektrische Schallwandler auf zwei senkrecht zuelnandientstehenden Oberflächen des Schallmediuras angeordnet. DieSB erzeugen zwei sich kreuzende Schallwellen, Bei Ansteuerung der belien Schallwandler mit dem gleichen Hochfrequenzsignal wird' eine eingestrahlte Lichtwelle in die gleichen üichtungen abgebeugt wie durch zwei hintereinander angeordnete akustooptisch© Llchtablenker.

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Als Lasersender können insbesondere kommerziell erhältliche leistungsstarke Gaslaser mit Linienbreiten in der Größenordnung von 1 KHz eingesetzt werden.

Zur Ausblendung aller außer den in der Diagonale des Punkterasters liegenden Lichtstrahlen wird insbesondere im Strahlengang hinter den beiden Modulatoren eine Blende angeordnet.

Mit dem Dateneingabewandler kann prinzipiell sowohl analoge als auch digitale Information optisch dargestellt werden, da die Lichtstrahlrichtungen nicht nur unabhängig voneinander ein- und ausgeschaltet, sondern auch analog moduliert werden können, Er ist also auch zur holographischen Aufzeichnung von Analoginformationen geeignet.

Einzelheiten der Erfindung werden an Hand von Ausführungsbeispielen in der Figurenbeschreibung erläutert.

Figur 1 zeit einen erfindungsgemäßen linearen akustooptischen Dateneingabewandler,

Figur 2 eine Schaltskizze zur elektronischen Ansteuerung des Datenwandlers,

Figur 3 eine kompakte Lichtablenkerzelle, Figur 4 ein Lichtpunktraster und

Figur 5 die Rekonstruktion eines Hologrammes.

In der Figur 1 ist ein akustooptischer Dateneingabewandler mit einem Modulator dargestellt, welcher aus zwei hintereinander angeordneten akustooptischen Lichtablenkern besteht. Von einem Gaslaser 1 wird ein Lichtstrahl 2 ausgesandt und durch einen Strahlteiler 3 in einen Objektstrahl 4 und einen Referenzstrahl 5 aufgeteilt. Der Obgektstrahl 4 läuft in das Schallmedium eines akustooptischen Lichtablenkers 6, welcher über einen Schallwandler 7 gleichzeitig mit mehreren äquidistanten Oszillatorfrequenzen z.B. zwischen 50 und 90 MHz angesteuert wird.

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Durch die im Schallmeäium laufende Schallwelle wird der Objektstrahl 4 in mehrere Richtungen abgelenkt. Diese abgelenkten Lichtstrahlen werden in das Schallmedium eines zweiten akusto-optischen Lichtablenkers 8 mit einem Schallwandler 9 eingeführt. In diesem Schallmeäium läuft die Schallwelle senkrecht zu der Richtung der im ersten Schallmeäium laufenden. Schallwelle. Es erfolgen nun wieder Ablenkungen in mehreren Richtungen. Die aus dem zweiten akustooptischen Lichtablenker 8 austretenden Lichtstrahlen durchlaufen in Form eines Lichtpunktrasters gemäß Figur 4 eine Linse 10. Da durch die unterschiedlichen Ansteuerfrequenzen der akastooptischen Lichtablenker 6 und 8 die Lichtstrahlen unterschiedliche Lichtfrequenzen aufweisen, können nicht alle Lichtstrahlen nach ihrer Umlenkung durch den Spiegel 11 auf der Hologrammplatte 12 mit dem Referenzstrahl 5, der durch den Spiegel 13 zur Hologrammplatte 12 gelenkt wird, interferieren. Einzelheiten dazu werden an Hand der Figuren 4 und 5 erläutert.

Wie eingangs erwähnt werden die beiden akustooptischen Lichtablenker 6 und 8 durch das gleiche Signal angesteuert.

Die zugehörige elektronische Ansteuerschaltung zeigt'die Figur 2.

Hier ist eine Kette von η Oszillatoren mit den Frequenzen f*, f₂, ... , f_n dargestellt. Diese Oszillatoren 14 sind zusammen mit dem Schieberegister 15 mit η Schaltgattern 16 verbunden. Die Ausgangssignale der η Hochfrequenz-Oszillatoren 14 werden durch eine Summierschaltung 17 addiert und den Schallwandlern 7 und 9 zugeführt. Die Hochfrequenz-Oszillatoren 14 sind unabhängig voneinanäer modulierbar. Durch Ein- und Ausschalten bestimmter Oszillatoren können die zugehörigen Strahlen ein- und ausgeschaltet werden.

Ein Ausgleich für dem im allgemeinen frequenzabhängigen Ablenkungswirkungsgrad, d.h. eine Vergleichraäßigung der Helligkeit

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aller erzeugten Richtungen kann durch geeignete Dimensionierung des Summierers 17 erreicht werden.

Die Figur 3 zeigt einen Modulator, der anstelle der Lichtablenker 6 und 8 aus einer einzigen kompakten Ablenkerzelle "besteht. Diese enthält ein Schallmedium 18, auf dessen zwei zueinander senkrechi/stehenäen Oberflächen je ein piezo-elektrischer Schallwandler 19 angeordnet ist. Das Schallmedium 18 ist von einem Schallabsorber 20 umgeben. Die Schallwandler 19 werden von der in Figur 2 dargestellten Steuerelektronik 21 mit dem gleichen Ansteuersignal angesteuert. Ein auf das Schallmedium auftreffender Laserstrahl 22 wird derart abgebeugt, daß gleichzeitig ein zweidimensionales Raster von Laserstrahlrichtungen entsteht. Die kompakte akustooptische Zelle in Figur 3 kann demnach die beiden Lientablenker 6 und 8 ersetzen.

Anhand der Figuren 4 und 5 wird die Betriebsweise des linearen Dateneingabewandler beschrieben. Die Figur 4 zeigt ein mit den beiden akustooptischen Modulatoren 6 und 8 erzeugtes Lichtpunkteraster mit der zugehörigen Verschiebung der Lichtfrequenzen bei Ansteuerung durch eine Kette von 5 Hochfrequenz-Oszillatoren mit äquidistant abgestuften Frequenzen f^ bis f^. Durch die Bewegung des Ultraschallgitters weisen diese Strahlen jedoch eine Lichtfrequenz auf, die um die jeweilige Schallfrequenz f. verschoben ist und im allgemeinen daher nicht mehr mit dem Referenzstrahl interferierbar ist.

Es ergibt sich, daß die Frequenzverschiebung eines Lichtstrahls, der durch den ersten akustooptischen Lichtablenker in die positive erste Ordnung und durch den zweiten akustooptischen Lichtablenker in die negative erste Ordnung abgebeugt wird, vollkommen kompensiert ist und mit dem Referenzstrahl interferieren kann. Alle diese interferenzfähigen Lichtstrahlrichtungen liegen auf der zur nullten Ordnung gerichteten Diagönalreihe der Lichtpunkte. Alle außerhalb dieser Diagonalreihe liegenden Lichtpunkte

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können mit dem Referenzstrahl nicht interferieren. Nur mit den zuerst genannten Lichtpunkten ist eine Hologramraaufnahme möglich.

Die Figur 5 zeigt eine Rekonstruktion eines mit dem Raster nach Figur 4 aufgenommenen Hologramms. Der Oszillator mit der Frequenz f, war ausgeschaltet.

Trotz der Entstehung eines zweidimensionalen Lichtpunktrasters erhält man also einen linearen Dateneingahewandler für einen holographischen Speicher.

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Claims

Patentansprüche

1. Linearer Dateneingabewandler für holographische Datenspeicher bestehend aus einem lasersender, aus einem Strahlteiler, der den Strahl des Lasersenders in einen Objektstrahl und einen Referenzstrahl aufspaltet, aus einem im Objektstrahlengang angeordneten akustooptischen Modulator, der den Objektstrahl mit eingespeisten Informationen räumlich moduliert und aus einer Hologrammplatte _} auf die der Objektstrahl und der Referenzstrahl gelenkt wird, dadurch gekennzeichnet , daß der Modulator aus einem ersten und einem zweiten akustooptischen Lichtablenker besteht, deren Schallwellen senkrecht zueinander laufen_;und daß die Signaleingänge beider Lichtablenker über eine Summierschaltung mit einer Kette unabhängig voneinander einschaltbarer oder analog modulierbarer Hochfrequenz-Oszillatoren verbunden sind.

2. Linearer Dateneingabewandler nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet , daß der erste und der zweite akustooptisehe Lichtablenker zusammen eine kompakte Lichtablenkerzelle bilden.

3. Linearer Dateneingabewandler nach den Ansprüchen 1 und 2 gekennzeichnet durch einen schmalbandigen Lasersender.

4. Linearer Dateneingabewandler nach den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet , daß im Strahlengang hinter dem Modulator eine Blende angeordnet ist, welche alle außer den in der Diagonale der Ablenkrichtungen liegende Li cht s trahlen ausblend et.

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