DE2503824A1 - Holografiespeicher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Holografiespeicher, bestehend aus einer kohärenten Lichtquelle, einem Strahlteiler, mindestens einem Lichtablenker, einer Abbildungsoptik, einem Speichermedium mit einer Vielzahl von matrixförmig angeordneten Unterhologrammen und einer Detektoranordnung.

Wird kohärentes Licht räumlich moduliert, so kann man die durch diese Lichtquelle transportierten Informationen holografisch speichern. In diesem Fall läßt sich jeder Raumfrequenz, d.h. jedem Interferenzstreifensystem, eine Einheit binärer Information, ein bit, zuordnen. Sein Vorhandensein entspricht der binären 1, sein Fehlen der binären O.

Mit Hologrammen können ohne Zuhilfenahme optischer Elemente an beliebigen Orten im Raum Bilder projiziert werden. Darauf gründet sich die Möglichkeit, holografische Speicher mit nichtmechanischem wahlfreiem Zugriff zu sehr großen Kapazitätsmengen zu bauen. Holografische Speicherung löst gleichzeitig die bei anderen optischen Speichern hoher Kapazität auftretenden mechanisch-optischen Toleranzprobleme, da die Datenausgabe durch Abfragen eines außerhalb des Hologramms liegenden, relativ grob strukturierten Bildes erfolgt.

Jedem holografisch gespeicherten bit entspricht ein Punkt auf einer Gegenstandsoberfläche, dessen zugehöriges Interferenzfeld auf der ganzen Hologrammfläche gleichmäßig gespeichert wird, Die Punkte werden dabei als Raster im Raum angeordnet.

VPA 9/710/4096 ÜH/Kow

-2-

609832/0 4 33

ORIGINAL. INSPtu tiiu

Beim parallelen Auslesen derart gespeicherter Informationen ist für jedes bit ein eigener Fotodetektor nötig. Um den technischen Aufwand in Grenzen zu halten, wird die Speicherfläche in kleine Unterholοgramme eingeteilt, deren Kapazität einem parallel auslesbarem Bruchteil der Gesamtkapazität entspricht. Zur Rekonstruktion wird ein Lichtstrahl mit einer Ablenkeinheit über die Speicherfläche geführt, wobei der Querschnitt des Wiedergabestrahls der Fläche eines Unterhologramms entspricht.

Bei einfachen Anordnungen des blockorganisierten holografischen Speichers ist die erreichbare Speicherdichte aus linsenoptischen und beugungstheoretischen Gründen begrenzt. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Holografiespeicher anzugeben, bei dem die Speicherdichte erheblich erhöht werden kann.

Ausgehend von einem Holografiespeicher der eingangs näher genannten Art wird zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagen, daß jedes Unterhologramm mehrere überlagerte Datenblöcke in Form von Flächenhologrammen aufweist.

Vorteilhafterweise ist dabei das Speichermedium lokal sensibilisierbar. Die Abbildungsoptik weist vorzugsweise Hololinsenplatten auf.

Mit dem erfindungsgemäßen Holografiespeicher werden also die bei bekannten Speichern dieser Art erreichten Grenzen der Speicherdichte überschritten, so daß eine wesentliche Voraussetzung zur Realisierung schneller holografischer Massenspeicher gegeben ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben; es zeigen:

Figur 1 schematisch den Strahlengang in einem erfindungsgemäßen Holografiespeicher,

VPA 9/710/4096 -3-

609832/0433

Figur 2 eine andere Möglichkeit für den Objektstrahlengang und Figur 3 eine mögliche Anordnung der Hololinsenplatten.

Bei dem in Figur 1 schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Holografiespeicher ist mit 1 ein von einer nicht dargestellten kohärenten Lichtquelle stammender Laserstrahl bezeichnet, der auf einen Strahlteiler 2 trifft und dort in einen Referenz-Strahl 3 und in einen Objektstrahl 4 aufgespalten wird. Mit 5 ist ein akustooptischer Lichtablenker bezeichnet, der so viele Ablenkpositionen aufweist, wie Unterhologramme auf der Speicherplatte 17 vorhanden sind. Die erzeugte Vielfalt von Objektstrahlen wird durch die Linsen 6, 7 und 9 so geführt, daß sie auf ein Linsenraster 11 auftreffen, das die Beleuchtungswellen für den Eingabewandler 14 erzeugt. Das Linsenraster 11 kann entweder aus konventionellen Linsen oder aus holografisch hergestellten Linsen, sog. Hololinsen, bestehen. Die Linsen 10, 12 13 und 15 werden zur vollständigen und gleichmäßigen Ausleuchtung des Eingabewandlers 14 und des anzusteuernden Unterhologramms benötigt.

Die Linse 10 wird überflüssig, wenn man die Kondensorfunktion der Linse 10 in das holografische Linsenraster integriert. Im Zusammenhang mit den Linsen 13 und 15 haben die Linsen 16 und die Aufgabe, beim Auslesen der gespeicherten Information ein reelles Bild des Eingabewandlers 14 an der Detektormatrix 18 erscheinen zu lassen.

Bei der Verwendung von Speichermaterialien, die lokal sensibilisierbar bzw. entwickelbar sind, wie es z.B. bei Thermoplasten der Fall ist, besteht die Möglichkeit, eine andere Form der Dateneingabe, d.h. der Objektstrahlführung, zu wählen. Dazu wird der Objektstrahl 4, wie es Figur 2 zeigt, mittels eines Strahlaufweitungssystems 30, 31 so aufgeweitet, daß die nachfolgende Kombination aus Eingabewandler 14 und Linsenraster 11 voll ausgeleuchtet wird. Der Eingabewandler setzt

VPA 9/710/4096 -4-

609832/0433 .

die Information wie üblich in eine optische Transmissionsverteilung um. Das Linsenraster 11 hat die Aufgabe, die gesamte Speicherplatte 17 auszuleuchten. Dabei wird vorausgesetzt, daß die Speicherplatte lokal sensibilisierbar ist.

Zur Kompensation eventuell auftretender Frequenzverschiebungen im Referenzstrahl ist ein an sich bekannter Frequenzkompensator 29 vorgesehen.

Der vom Strahlteiler 2 abgespaltene Referenz strahl 3 Gj¹Ig. 1) wird an einem Spiegel 20 umgelenkt und durchläuft einen aktiven Strahlteiler 21, vorzugsweise einen elektrooptischen Lichtablenker, in dem so viele Teilreferenzstrahlen 22 erzeugt werden können, wie Überlagerungen durchgeführt werden sollen. Aus jedem dieser Teilreferenzstrahlen 22 v/erden nun die eigentlichen Referenzstrahlbündel erzeugt. Dazu durchläuft jeder Teilstrahl einen eigenen zweistufigen akustooptisehen Ablenker 23 sowie zur Vinkelvergrößerung und Transformation die Linsen.24, 25 und 27. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Reihenfolge von akustooptischem Lichtablenker 23 und elektrooptischem Strahlvervielfacher 21 umzukehren. Man kommt dann mit einem einzigen akustooptisehen Ablenker aus.

Anschließend treffen die Strahlen auf eine Platte 28 mit einer Vielzahl kleiner Hologramme, die die eigentlichen Referenzstrahlen erzeugen, eine sog. Hololinsenplatte. Jedem Unterhologramm (37 in Fig. 3) ist auf der Hololinsenplatte 28 ein Referenzstrahlhologramm zugeordnet. Die Anordnung der HoIolinsenplatten hängt von der Uberlagerungsgeometrie ab.

Wie Figur 3 zeigt, ist es vorteilhaft, die Referenzstrahlen immer im gleichen Yfinkel Ψ zum Objektstrahl auf ein Unterhologramm 37 auftreffen zu lassen. Dies führt zu einer Anordnung, bei der die Referenzstrahlen auf einem Kegelmantel um die Objektstrahlen herumgeschwenkt werden, wobei sich der Drehwinkel

VPA 9/710/4096 -5-

609832/0433

aus der Objektbandbreite und dem Öffnungswinkel /des Kegels bestimmt. Aus diesem Grund werden die Hololinsenplatten 28 vorzugsweise kreisförmig um den Objektstrahl 4 herum angeordnet.

Prinzipiell kann man die Hololinsenplatten 28 auch kleiner machen als die Speicherplatte 17, so daß die Referenzstrahlen divergent auseinander laufen und die Speicherplatte unter verschiedenen Winkeln treffen. -

• -

Durch die räumliche Strahlführung läßt sich keine einheitliche Polarisationsrichtung mehr für Objekt- und Referenzstrahlen erreichen. Die Polarisationsdreher 26 in den Referenzstrahlengängen sorgen dafür, daß die Polarisationsrichtung der_:Referenz-"" strahlen immer in der Speicherebene liegt. Damit die Referenz- . strahlen einen interferenzfähigen Anteil im Objektstrahl finden, wird dieser mit einem A/4 Plättchen 8 zirkulär polarisiert.

Bei einer anderen Möglichkeit der Referenzstrahlführung verzichtet man auf die Hololinsenplatte 28 und die Referenzstrahlen 22 werden direkt nach der Linse 27 auf die Speicherplatte 17 gerichtet. Da die verschiedenen Referenzstrahlbündel die Speicherplatte 17 aus unterschiedlichen Winkeln treffen, ist eine rechtwinklige Rasterung für die Unterteilung der Speicherplatte sowie für die Erzeugung der Lichtablenkerpositionen nicht mehr geeignet. Vielmehr muß eine von der Zahl der Überlagerungen abhängige mehrzählige Symmetrie in die Rasterung eingebaut werden, so daß jedes Referenzstrahlbündel die gleiche Unterteilung auf der Speicherplatte sieht. Dies erfordert ein komplizierteres Frequenzraster in der Ansteuerelektronik für die akustooptischen Lichtablenker 5, 23, wobei jedoch der Vorteil auftritt, daß alle Ablenker mit dem gleichen Frequenzraster betrieben werden können. Diese Ansteuerung der akustooptischen Lichtablenker gilt auch für das erste AusXihrungsbeispiel der Referenzstrahlführung.

Die Erzeugung einer bestimmten Ablenkposition mit akusto-

VPA 9/710/4096 -6-

609832/0433"

optisehen Ablenkern in Objekt- und Referenzstrahl durch ein Frequenzraster hat den weiteren Vorteil, daß die durch den Doppeleffekt verursachte Frequenzverschiebung in beiden Teilstrahlen gleich groß ist und somit die Teilstrahlen interferenzfähig bleiben.

Mit dem erfindungsgemäßen Holografiespeicher ist es also möglich, mehrere Datenblöcke in ein Unterhologramm einzuschreiben. Gleichzeitig können besonders dünne Speicherschichten verwendet werden, in denen nur sog. Flächenhologramme aufgezeichnet werden können. Mit diesem Hologrammtyp kann man der durch die Auflösung gegebenen maximalen Speicherdichte sehr nahe kommen.

3 Patentansprüche
3 Figuren

VPA 9/710/4096 -7-

60 9 832/0433

Claims (3)

Patentansp r'ü ehe

1. Holografiespeicher, bestehend aus einer kohärenten Lichtquelle, einem Strahlteiler, mindestens einem Lichtablenker, einer Abbildungsoptik, einem Speichermedium mit einer Vielzahl von matrixförmig angeordneten Unterhologrammen und einer Detektoranordnung, dadurch gekennzeichnet , daß jedes Unterhologramm mehrere überlagerte Datenblöcke in Form von Flächenhologrammen aufweist.

2. Holografiespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Speichermedium lokal sensibilisierbar ist.

3. Holografiespeicher nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Abbildungsoptik HoIolinsenplatten aufweist.

VPA 9/710/4096

609832/0433

•f.

Leerseite