DE4107827A1

DE4107827A1 - HOLOGRAMS SAVED BY SPECTRAL HOLE BURNING AND THEIR LOGICAL LINKING

Info

Publication number: DE4107827A1
Application number: DE19914107827
Authority: DE
Inventors: Urs Paul Prof Dr Wild; Alois Dr Renn; Alfred Johann Rudolf D Meixner; Caro Cosimo Agostino De
Original assignee: Ciba Geigy AG
Current assignee: Novartis AG
Priority date: 1990-03-13
Filing date: 1991-03-11
Publication date: 1991-09-19
Also published as: JPH06161338A; FR2659758B1; GB9105079D0; GB2242036B; FR2659758A1; GB2242036A

Description

Die Erfindung betrifft ein Substrat mit durch spektrales Lochbrennen in Gegenwart eines elektrostatischen Feldes gespeicherten, beim Auslesen paarweise interferierenden Hologrammen, ein Verfahren zur Herstellung des Substrats, ein Verfahren zum Aufzeichnen und zur Wiedergabe von Interferenzbildern von Objekten und dessen Verwendung für die Interferometrie, die Bildverarbeitung oder die optische Korrelation, sowie ein Verfahren zur logischen Verknüpfung von Hologrammen.The invention relates to a substrate with spectral hole burning in the presence of a electrostatic field stored holograms that interfere in pairs when reading out, a method of manufacturing the substrate, a method of recording and for the reproduction of interference images of objects and their use for the Interferometry, image processing or optical correlation, as well as a method for the logical linking of holograms.

Ein Verfahren zum optischen Aufzeichnen und Lesen von Informationen mittels Speicherung von Hologrammen durch spektrales Lochbrennen bei verschiedenen Feldstärken eines elektrostatischen Feldes, aber ohne Phasenkontrolle von Referenz- und Objektstrahl, ist in der DE-A 37 39 429 beschrieben. Als besonderer Vorteil des Verfahrens wird die hohe Speicherkapazität angesehen. In der Dissertation von A. J. R. Meixner, Diss. ETH N. 8726, Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (1989) wird beschrieben, daß zwei durch spektrales Lochbrennen erzeugte Hologramme dann interferieren, wenn die Aufzeichnungsfrequenzen bei konstantem elektrostatischen Feld nahe beieinanderliegen oder die Aufzeichnung bei konstanter Frequenz und zwei nahe beieinander liegenden Feldstärken des elektrostatischen Feldes vorgenommen wird. Die Art der Interferenz hängt dabei von Phasenbeziehungen der beteiligten Objekt- und Referenzstrahlen ab. Dies hat insofern Bedeutung für die Datenspeicherung, als hierdurch beim Einlesen von Informationen ein unerwünschtes Überschreiben entsteht und die Information nicht mehr ungestört ausgelesen werden kann.A method of optically recording and reading information using storage of holograms by spectral hole burning at different field strengths electrostatic field, but without phase control of the reference and object beam, is in DE-A 37 39 429 described. A particular advantage of the process is the high Storage capacity viewed. In the dissertation by A. J. R. Meixner, Diss. ETH N. 8726, Swiss Federal Institute of Technology Zurich (1989) describes that two by Spectral hole-burning holograms interfere when the recording frequencies with a constant electrostatic field close to each other or the Recording at a constant frequency and two closely spaced field strengths of the electrostatic field is made. The type of interference depends on Phase relationships of the object and reference beams involved. In this respect, this is important for data storage, as an undesirable when reading in information Overwriting occurs and the information is no longer read undisturbed can be.

Im Handbook of Optical Holography, Academic Press, Inc., S. 379-413 (1979) sind einige Methoden zur holographischen digitalen Datenspeicherung beschrieben. Es wird auch erwähnt (Seiten 409-416), daß eine parallele digitale Datenverarbeitung mit optischen Speichern gemäß der Bool'sche-Algebra grundsätzlich möglich ist, wenn beim Auslesen von Daten der Referenzstrahl phasenverschoben unter einem definierten Winkel auf den optischen Speicher gerichtet wird. Some are in the Handbook of Optical Holography, Academic Press, Inc., pp. 379-413 (1979) Methods for holographic digital data storage are described. It is also mentioned (Pages 409-416) that parallel digital data processing with optical memories according to Boolean algebra is basically possible when reading out Data of the reference beam out of phase at a defined angle on the optical Memory is directed.

Es wurde nun gefunden, daß mittels der Methode des Lochbrennens in Gegenwart eines elektrostatischen Feldes in einem Substrat mehr als zwei Hologramme so gespeichert werden können, daß sie beim Auslesen paarweise interferieren und zwar je nach den Phasenbeziehungen zwischen Referenz- und Objektstrahlen bei der Speicherung eines zweiten oder weiterer Hologramme. Hieraus ergibt sich die Möglichkeit, die gespeicherten Hologramme beim Auslesen miteinander zu verknüpfen. Diese Substrate eignen sich besonders als optische computerverträgliche Speicher für eine parallele digitale Datenverarbeitung.It has now been found that by means of the hole burning method in the presence of a electrostatic field in a substrate more than two holograms can be stored in this way can interfere in pairs when reading, depending on the phase relationships between reference and object beams when storing a second or other holograms. This results in the possibility of the stored holograms to link together when reading. These substrates are particularly suitable as optical computer-compatible memory for parallel digital data processing.

Ein Gegenstand der Erfindung ist ein Substrat mit im UV-, VIS- oder IR-Bereich oder zwei oder drei dieser Bereiche inhomogen verbreiteter Absorptionsbande und mit durch spektrales Lochbrennen in Gegenwart eines elektrostatischen Feldes gespeicherten Hologrammen, dadurch gekennzeichnet, daß sich mindestens drei Hologramme in spektraler Nachbarschaft befinden und beim Auslesen paarweise interferieren.An object of the invention is a substrate in the UV, VIS or IR range or two or three of these areas of inhomogeneously distributed absorption band and with through spectral hole burning in the presence of an electrostatic field stored holograms, characterized in that at least three holograms are in spectral Neighborhood and interfere in pairs when reading.

Interferenzen von Hologrammpaaren treten in einer durch die Frequenz ν und die elektrische Feldstärke E gebildeten Ebene im allgemeinen außerhalb der Orte (ν_i, E_i) auf, an welchen die Hologramme gespeichert wurden. Paarweise bedeutet, daß je nach Lage (ν_i, E_i) der einzelnen Hologramme auch Überlagerungen von Interferenzen verschiedener Hologrammpaare am gleichen Ort (ν_i, E_i) auftreten können, wobei der Einfluß der beteiligten Hologramme auf das am Ort (V, E) resultierende Hologramm von deren Lage (ν_i, E_i) und relativen Referenzstrahlphase abhängt.Interferences of hologram pairs generally occur in a plane formed by the frequency ν and the electric field strength E outside the locations (ν _i , E _i ) at which the holograms were stored. In pairs means that depending on the position (ν _i , E _i ) of the individual holograms, interference from different hologram pairs can also overlap at the same location (ν _i , E _i ), the influence of the holograms involved on the location (V, E ) resulting hologram depends on their position (ν _i , E _i ) and relative reference beam phase.

Das Substrat liegt bevorzugt in Form eines Filmes vor.The substrate is preferably in the form of a film.

Als Substrat sind z. B. strahlungsempfindliche Aufzeichnungsmaterialien geeignet, wie sie beispielsweise in der DE-A 37 39 426 beschrieben sind. Es kann sich um Verbindungen handeln, die durch die Bestrahlung physikalische oder chemische Änderungen erfahren, wodurch die Absorption außerhalb des Bereichs der inhomogenen verbreiterten Absorptionsbande verschoben wird.As a substrate z. B. radiation-sensitive recording materials suitable as they are described for example in DE-A 37 39 426. It can be connections act which undergo physical or chemical changes as a result of the irradiation, whereby the absorption is shifted outside the region of the inhomogeneous broadened absorption band.

Erfindungsgemäß in Frage kommende strahlungsempfindliche Verbindungen sind z. B. Porphin-Abkömmlinge, wie Porphyrin, deuterisiertes Porphyrin, Tetraphenylporphyrin, 7,8-Dihydroporphyrin (Chlorin), ferner Porphyrazine, z. B. wie unsubstituierte oder substituierte Phthalocyanine, ferner Chinizarin, α-Diketone, wie Benzil, Camphorchinon oder Biacetyl, Oxazine, wie z. B. das Iminium-perchlorat von 3,7-Bisethylamino-2,8-dimethyl- phenoxazin, ferner Tetrazine, wie z. B. Dimethyl-s-tetrazin oder Diphenyl-s-tetrazin, Spiropyrane, Isoimidazole, Azirine, sowie Verbindungen, die als Laserfarbstoffe dem Fachmann bekannt sind.Radiation-sensitive compounds which are suitable according to the invention are, for. B. Porphine derivatives, such as porphyrin, deuterized porphyrin, tetraphenylporphyrin, 7,8-dihydroporphyrin (chlorine), also porphyrazines, e.g. B. like unsubstituted or substituted Phthalocyanines, also quinizarin, α-diketones, such as benzil, camphorquinone or Biacetyl, oxazines such as e.g. B. the iminium perchlorate of 3,7-bisethylamino-2,8-dimethyl phenoxazine, also tetrazines, such as. B. dimethyl-s-tetrazine or diphenyl-s-tetrazine, spiropyrans, Isoimidazoles, azirines, as well as compounds that are used as laser dyes for the skilled worker are known.

Verbindungen, die sich durch cis-trans-Iosmerisierung photochemisch umwandeln lassen, wie z. B. Maleinsäure, Fumarsäure oder Crotonsäure, kommen auch in Frage.Compounds that can be photochemically converted by cis-trans isomerization such as B. maleic acid, fumaric acid or crotonic acid are also suitable.

Besonders bevorzugte Verbindungen sind Porphin-Abkömmlinge, Porphyrazine, Chinizarin, α-Diketone und Tetrazine.Particularly preferred compounds are porphine derivatives, porphyrazines, quinizarin, α-diketones and tetrazines.

Die strahlungsempfindlichen Verbindungen können in Substanz z. B. in Form dünner Schichten auf einem Trägermaterial verwendet werden. Zweckmäßig besteht das Substrat aus einer Matrix, in der die strahlungsempfindliche Verbindung eingearbeitet ist, und hierbei auch chemisch in der Matrix gebunden sein kann. Als Matrix können z. B. Einkristalle, Polymere, flüssigkristalline Polymere oder Langmuir-Blodgett-Filme verwendet werden. Vorteilhaft stellt das Substrat ein transparentes Polymer dar, das strahlungsempfindliche Verbindungen enthält und bevorzugt in Form von Filmen eingesetzt wird. Die Menge der Verbindungen kann 0,001 bis 30, bevorzugt 0,01 bis 10 und insbesondere 0,01 bis 0,05 Gew.-% betragen, bezogen auf das Polymer. Geeignete natürliche und synthetische Polymere und die Herstellung von erfindungsgemäß zu verwendenden Substraten auf der Basis von Polymeren sind in der DE-A 37 39 426 beschrieben. Beispiele sind Cellulose und Cellulosederivate, Polyolefine (Polyethylen, Polypropylen, Polyisobutylen, Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polyvinylacetale,Polyacrylnitril, Polyacryl- oder Polymethacrylsäureester oder -amide), Polyester (Polyethylenterephthalat), Polyamide, Polyimide, Polycarbonate, Polyurethane, Polyether, Polyacetale und Epoxidharze.The radiation-sensitive compounds can in substance z. B. in the form of thinner Layers can be used on a carrier material. The substrate suitably exists from a matrix in which the radiation-sensitive compound is incorporated, and here can also be chemically bound in the matrix. As a matrix z. B. single crystals, Polymers, liquid crystalline polymers or Langmuir-Blodgett films can be used. The substrate advantageously represents a transparent polymer that is sensitive to radiation Contains compounds and is preferably used in the form of films. The amount of Compounds can be 0.001 to 30, preferably 0.01 to 10 and in particular 0.01 to 0.05 wt .-%, based on the polymer. Suitable natural and synthetic Polymers and the production of substrates to be used according to the invention on the The basis of polymers are described in DE-A 37 39 426. Examples are cellulose and cellulose derivatives, polyolefins (polyethylene, polypropylene, polyisobutylene, polystyrene, Polyvinyl chloride, polyvinyl acetals, polyacrylonitrile, polyacrylic or polymethacrylic acid esters or amides), polyesters (polyethylene terephthalate), polyamides, polyimides, polycarbonates, Polyurethanes, polyethers, polyacetals and epoxy resins.

Spektrale Nachbarschaft bedeutet, daß benachbarte Hologramme bei konstantem elektrischem Feld und bei einer Frequenz ν₁ und ν₂ gespeichert sind und der Frequenzabstand ν₁-ν₂ nur so groß ist, daß die Hologramme beim Auslesen paarweise interferieren. Der Frequenzabstand kann durch die Linienbreite der Hologramme beeinflußt werden. Es können sich mehrere Hologramme, z. B., bis zu über 10 000 Hologramm in gleicher spektraler Nachbarschaft befinden. Es können sich auch zwei oder mehrere solcher Hologrammgruppen ohne Interferenz zwischen Hologrammen benachbarter Gruppen gespeichert sein, wenn der Abstand des elektrostatischen Feldes groß genug gewählt wird. Die spektrale Nachbarschaft ν₁-ν₂ kann z. B. 0,1-300 GHz betragen und bevorzugt 0,1-30 GHz, besonders 1 bis 10 GHz und ganz besonders 2 bis 5 GHz. Spectral neighborhood means that neighboring holograms with constant electrical Field and at a frequency ν₁ and ν₂ are stored and the frequency spacing ν₁-ν₂ is only so large that the holograms interfere in pairs when reading out. The Frequency spacing can be influenced by the line width of the holograms. It can have several holograms, e.g. B., up to over 10,000 hologram in the same spectral Neighborhood. There can also be two or more such hologram groups stored without interference between holograms of neighboring groups be if the distance of the electrostatic field is chosen large enough. The spectral neighborhood ν₁-ν₂ z. B. 0.1-300 GHz and preferably 0.1-30 GHz, especially 1 to 10 GHz and very particularly 2 to 5 GHz.

Spektrale Nachbarschaft bedeutet auch, daß benachbarte Hologramme bei konstanter Frequenz ν und den elektrischen Feldern E₁ und E₂ gespeichert sind und die Differenz E₁-E₂ der elektrischen Felder so groß ist, daß die Hologramme beim Auslesen paarweise interferieren. Wie zuvor beschrieben können Hologrammgruppen ohne Interferenz von Hologrammen benachbarter Gruppen gespeichert werden, wenn der Frequenzabstand groß genug gewählt wird. Es können auch negative elektrostatische Felder angewendet werden, die durch Umpolung erzeugt werden. Der Betrag von E₁-E₂ kann z. B. 2 bis 40 kV/cm, besonders 4-20 kV/cm sein.Spectral neighborhood also means that neighboring holograms at constant frequency ν and the electric fields E₁ and E₂ are stored and the difference E₁-E₂ of the electric fields is so large that the holograms interfere in pairs when reading out. As previously described, hologram groups can be made without interference from holograms Adjacent groups can be saved if the frequency spacing is large enough is chosen. Negative electrostatic fields can also be applied, which are generated by polarity reversal. The amount of E₁-E₂ can e.g. B. 2 to 40 kV / cm, especially 4-20 kV / cm.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Substrats mit beim Auslesen paarweise interferierenden Hologrammen in Form von spektralen Löchern, bei dem man durch spektrales Lochbrennen in einem Substrat, das im UV-, VIS- oder IR-Bereich oder in zwei oder drei dieser Bereiche inhomogen verbreiterte Absorptionsbanden aufweist, unter Einwirkung eines in seiner Feldstärke einstellbaren äußeren elektrostatischen Feldes und Bestrahlung mit im Absorptionsbereich liegenden schmalbandigen Laserlicht mindestens 2 Hologramme am gleichen Ort des Substrats speichert, dadurch gekennzeichnet, daß manAnother object of the invention is a method for producing a substrate with holograms interfering in pairs when reading out in the form of spectral holes, in which by means of spectral hole burning in a substrate which is in UV, VIS or IR region or absorption bands widened inhomogeneously in two or three of these regions has, under the influence of an adjustable in its field strength outer electrostatic field and radiation with narrow-band in the absorption area Laser light stores at least 2 holograms at the same location on the substrate, characterized in that one

a) storing a second and further holograms in the event of a phase shift from 0 to π or multiples thereof between the reference and object beams involved makes, and
b) the holograms at

b1) constant laser frequency ν and different field strengths E₁, E₂ and E₃ stores or

b2) constant field strength E and spectrally adjacent laser frequencies ν₁, ν₂ and ν₃ stores, or

b3) a field strength E₁ and laser frequency ν₁ and then at a field strength E₂ and spectrally adjacent laser frequency ν₂, and

b4) if appropriate, the methods b1, b2 and b3 are repeated at least once at different field strengths, other spectrally adjacent laser frequencies, or other field strengths and other spectrally adjacent laser frequencies, and
c) the storage, if appropriate, at a different location on the substrate at least once repeated.

Phasenverschiebung bedeutet, daß die Phase von Referenz- und Objektstrahlen bei der Speicherung eines zweiten und weiterer Hologramme jeweils um einen definierten Wert geändert wird. Vorzugsweise wird die Phase des Referenzstrahls geändert. Vorteilhaft wird die Phase bei der Speicherung weiterer Hologramme jedesmal um den gleichen Wert geändert, z. B. in der Folge 0, π, 0, π. . .Phase shift means that the phase of reference and object beams at the Storage of a second and further holograms each by a defined value will be changed. The phase of the reference beam is preferably changed. Advantageous the phase when storing further holograms is always the same value changed, e.g. B. in the sequence 0, π, 0, π. . .

Die Anzahl der Hologramme, die bei konstanter Frequenz und unterschiedlicher Feldstärke aufgezeichnet werden kann, hängt von der elektrischen Spannungsfestigkeit des Aufzeichnungsmaterials ab. Der Bereich der elektrischen Felstärke kann z. B. ±500 kV/cm, bevorzugt ±300 kV/cm und insbesondere ±100 kV/cm betragen. Die Anzahl der Hologramme, die bei konstantem Feld und unterschiedlicher Frequenz gespeichert werden kann, hängt im wesentlichen vom Bereich der inhomogen verbreiterten Absorptionsbande des lichtempfindlichen Aufzeichnungsmaterials ab. Die Anzahl kann über 10 000 betragen, bevorzugt bis zu 3000.The number of holograms at constant frequency and different field strength can be recorded depends on the dielectric strength of the recording material from. The range of electric field strength can e.g. B. ± 500 kV / cm, preferably be ± 300 kV / cm and in particular ± 100 kV / cm. The number of holograms which are stored with a constant field and different frequencies can depends essentially on the area of the inhomogeneously broadened absorption band of the light-sensitive material. The number can be over 10,000, preferably up to 3000.

Der Unterschied von E₁ und E₂ im Verfahren b1) und b3) bzw. von ν₁ und ν₂ im Verfahren b2) und b3), die zur Speicherung gewählt werden können, hängt im wesentlichen von den Eigenschaften des Aufzeichnungsmaterials ab, besonders der homogenen Bandbreite, des Unterschieds der elektrischen Dipolmomente der beteiligten Elektronenzustände, und wesentlich auch von der Temperatur.The difference between E₁ and E₂ in the process b1) and b3) or ν₁ and ν₂ in the process b2) and b3) that can be selected for storage essentially depends on the properties of the recording material, especially the homogeneous bandwidth, the difference in the electrical dipole moments of the participating electron states, and significantly also from the temperature.

In der Verfahrensstufe b1) und b3) kann z. B. der Betrag von E₁-E₂ bis 40 kV/cm, bevorzugt von 4 bis 20 kv/cm sein.In process stage b1) and b3) z. B. the amount of E₁-E₂ to 40 kV / cm, preferred from 4 to 20 kv / cm.

In der Verfahrensstufe b2) und b3) kann z. B. der Unterschied der Laserfrequenz ν₁-ν₂ 0,1 bis 300 GHz, bevorzugt 0,1 bis 30 GHz, bevorzugter 1 bis 10 GHz und insbesondere 2 bis 5 GHz betragen.In process stage b2) and b3) z. B. the difference in laser frequency ν₁-ν₂ 0.1 to 300 GHz, preferably 0.1 to 30 GHz, more preferably 1 to 10 GHz and in particular 2 to 5 GHz.

Wenn nach der Verfahrensstufe b3) mehr als zwei Hologramme gespeichert werden, kann dies eine Kombination der Verfahrensstufen b1) und b2) darstellen. Hierbei kann man auch so vorgehen, daß man zunächst mindestens 2 Hologramme nach Verfahrensstufe b1) und dann mindestens ein weiteres Hologramm nach der Verfahrensstufe b2) speichert. Selbstverständlich kann auch umgekehrt verfahren werden.If more than two holograms can be saved after process step b3) this represents a combination of process stages b1) and b2). Here you can also proceed in such a way that initially at least 2 holograms according to process stage b1) and then stores at least one further hologram after process stage b2). Of course, the reverse can also be done.

Bei Wiederholung des Verfahrens a) wird die höhere oder niederere Feldstärke so gewählt, daß eine paarweise Interferenz mit den zuvor gespeicherten Hologrammen stattfinden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Unterschied von E₃-E₂ gleich E₂-E₁. Bei Wiederholung des Verfahrens b) wird die andere Laserfrequenz ν so gewählt, daß eine paarweise Interferenz mit den zuvor gespeicherten Hologrammen stattfinden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Unterschied von ν₃-ν₂ gleich ν₁-ν₂. Werden bei der Speicherung weiterer Hologramme die gleichen Unterschiede gewählt, so erhält man symmetrische Anordnungen der Hologramme.If procedure a) is repeated, the higher or lower field strength is selected so that that there is a pair of interference with the previously stored holograms can. In a preferred embodiment, the difference of E₃-E₂ is the same E₂-E₁. When the method b) is repeated, the other laser frequency ν is selected so that that there is a pair of interference with the previously stored holograms can. In a preferred embodiment, the difference from ν₃-ν₂ is the same ν₁-ν₂. If the same differences are selected when storing further holograms, symmetrical arrangements of the holograms are obtained.

Die Phasenverschiebung zwischen Objekt- und Referenzstrahlen beträgt bevorzugt 0 bis π und besonders 0, π/3, π/2, 2π/3 oder π. Bei einer Phasenverschiebung von 0 wird im Überlappungsbereich, bezogen auf die aus Frequenz und Feldstärke gebildete Ebene, direkt zwischen den Hologrammen eine destruktive Interferenz und etwas außerhalb der Mitte konstruktive Interfernz beobachtet. Bei einer Phasenverschiebung von π ist es umgekehrt. Das Substrat wird bei der Speicherung bevorzugt auf 100 K oder weniger, und besonders 5 K oder weniger gekühlt.The phase shift between object and reference beams is preferably 0 to π and especially 0, π / 3, π / 2, 2π / 3 or π. With a phase shift of 0, Overlap area, based on the level formed by frequency and field strength, directly destructive interference between the holograms and just outside the Constructive interference observed in the middle. With a phase shift of π it is the other way round. The substrate is preferably stored at 100 K or less, and particularly 5 K or less chilled.

Die Leistung des Laserlichts kann bei der Bestrahlung bzw. Speicherung z. B. 0,01 bis 10 μWatt betragen. Geeignete Laser sind z. B. in der DE-A 37 39 426 beschrieben.The power of the laser light can be z. B. 0.01 to Amount to 10 μWatt. Suitable lasers are e.g. B. described in DE-A 37 39 426.

Im erfindungsgemäßen Verfahren wird bevorzugt eine Speichervorrichtung verwendet, die aus zwei transparenten Elektroden besteht, zwischen denen sich eine dünne Schicht des Speichermaterials befindet. Die Elektroden können z. B. aus Quarz oder Gläsern bestehen, bei denen auf einer Oberfläche eine elektrisch leitende und optisch transparente Schicht aufgebracht ist. Die Elektroden können z. B. Abmessungen von 100 mm×50 mm ×500 μm bis 10 mm×5 mm×100 μm besitzen. Die elektrisch leitende Schicht kann z. B. aus Metalloxiden (Indiumtrioxid, ITO-Glas) der Metallen bestehen, die im allgemeinen auf die Oberfläche aufgedampft werden. Die Schichtdicke des Speichermaterials (Substrats) kann z. B. von 1 μm bis 500 μm, bevorzugt 10 μm bis 100 μm betragen. Das Substrat liegt bevorzugt in Form eines Films vor. Insbesondere ist das Substrat ein transparentes Polymer, das einen Farbstoff enthält. Die Speichervorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung sind in der DE-A 37 39 426 beschrieben.A storage device is preferably used in the method according to the invention, which consists of two transparent electrodes, between which there is a thin layer of the storage material. The electrodes can e.g. B. consist of quartz or glasses, which have an electrically conductive and optically transparent surface Layer is applied. The electrodes can e.g. B. Dimensions of 100 mm × 50 mm × 500 μm to 10 mm × 5 mm × 100 μm. The electrically conductive layer can e.g. B. consist of metal oxides (indium trioxide, ITO glass) of the metals, which in general be evaporated onto the surface. The layer thickness of the storage material (substrate) can e.g. B. from 1 micron to 500 microns, preferably 10 microns to 100 microns. The substrate is preferably in the form of a film. In particular, the substrate is a transparent one Polymer that contains a dye. The storage device and method for the same Production are described in DE-A 37 39 426.

In Fig. 1a sind schematisch die Positionen (Rechtecke) für die Überlappung (Interferenz) von 3 Hologrammen (ausgefüllte Kreise) dargestellt, die nach der Verfahrensstufe b1) bei der Frequenz ν und den Feldstärke n E₁, E₂ und E₃ gespeichert werden.In Fig. 1a, the positions (rectangles) for the overlap (interference) of 3 holograms (filled circles) are shown, which are stored after the process step b1) at the frequency ν and the field strength n E₁, E₂ and E₃.

In Fig. 1b sind schematisch die Positionen (Rechtecke) für die Überlappung (Interferenz) von 3 Hologrammen (ausgefüllte Kreise) dargestellt, die nach der Verfahrensstufe b2) bei der Feldstärke E und den Frequenzen ν₁, ν₂ und ν₃ gespeichert werden. Die Überlappungsbereiche liegen innerhalb der Speicherfrequenzen und bei höherer und niedrigerer Feldstärke.In Fig. 1b, the positions (rectangles) for the overlap (interference) of 3 holograms (filled circles) are shown, which are stored after process step b2) at the field strength E and the frequencies ν₁, ν₂ and ν₃. The overlap areas lie within the storage frequencies and at higher and lower field strengths.

In Fig. 1c sind schematisch die Positionen (Rechtecke) für die Überlappung (Interferenz) von vier Hologrammen dargestellt, die nach der Verfahrensstufe b3) in der Ausführungsform als einer Kombination der Verfahrensstufe b1) bei der Frequenz ν und den Feldstärken E₁ und E₂ (ausgefüllte Kreise) und der Verfahrensstufe b2) bei der Feldstärke E und den Frequenzen ν₁ und ν₂ (leere Kreise) gespeichert werden. Die Überlappungsbereiche liegen innerhalb der Speicherfeldstärken und Speicherfrequenzen.In Fig. 1c, the positions (rectangles) for the overlap (interference) of four holograms are schematically shown, which after process step b3) in the embodiment as a combination of process step b1) at the frequency ν and the field strengths E₁ and E₂ (filled out Circles) and the process stage b2) at the field strength E and the frequencies ν₁ and ν₂ (empty circles) are stored. The overlap areas lie within the storage field strengths and storage frequencies.

In Fig. 1d sind schematisch die Positionen (Rechtecke) für die Überlappung (Interferenz) von 2 Hologrammen (ausgefüllte Kreise) dargestellt, die nach der Verfahrensstufe b3) bei der Frequenz ν₁ und der Feldstärke E₁ sowie bei der Frequenz ν₂ und der Feldstärke E₂ gespeichert werden. Die Überlappungsbereiche liegen innerhalb der Speicherfeldstärken und außerhalb der Speicherfrequenzen.In Fig. 1d the positions (rectangles) for the overlap (interference) of 2 holograms (filled circles) are shown, which are stored after the process step b3) at the frequency ν₁ and the field strength E₁ and at the frequency ν₂ and the field strength E₂ will. The overlap areas lie within the memory field strengths and outside the memory frequencies.

In Fig. 2 ist die apparative Anordnung zur Aufzeichnung und Wiedergabe von Hologrammen dargestellt (siehe auch Beispiel 1).In FIG. 2, the arrangement of apparatus is illustrated for recording and reproduction of holograms (see also Example 1).

In den Fig. 3a und 3b ist das Überlagerungsverhalten bei der Aufzeichnung von senkrecht zueinander stehenden Balken bei konstruktiver bzw. destruktiver Interferenz illustriert. Zwei Bilder (horizontaler und vertikaler Balken) werden bei der Frequenz ν und den Feldstärken E₁ und E₂ gespeichert. Bei der Phaseneinstellung 0 erhält man beim Auslesen bei der Feldstärke (E₁+E₂)/2 und der Frequenz ν₁ beziehungsweise ν₂ konstruktive Überlagerung (Fig. 3a) und bei der Phaseneinstellung π destruktive Überlagerung (Fig. 3b) (in den Überlappungsbereichen erkennt man eine Aufhellung beziehungsweise Verdunkelung gegenüber den nicht überlappenden Bildbereichen).FIGS . 3a and 3b illustrate the superimposition behavior when recording vertical bars with constructive or destructive interference. Two images (horizontal and vertical bars) are stored at the frequency ν and the field strengths E₁ and E₂. With the phase setting 0, when reading out the field strength (E₁ + E₂) / 2 and the frequency ν₁ or ν₂ constructive overlay ( Fig. 3a) and with the phase setting π destructive overlay ( Fig. 3b) (in the overlap areas one recognizes one Brightening or darkening compared to the non-overlapping image areas).

Fig. 4 stellt eine Illustration logischer Operationen dar. Die obere Reihe zeigt die Originalbilder und die Resultate der konstruktiven und destruktiven Überlagerungen. In der zweiten Reihe sind die entsprechenden Intensitäten dargestellt. In der dritten Reihe sind von links nach rechts die logischen Wahrheitstabellen "OR" (Diskrimination 0,5), "AND" (Diskrimination 2,5) und "XOR" (Diskrimination 0,5) dargestellt, die sich aus den überlagerten Bildern ableiten lassen. Figure 4 illustrates an illustration of logical operations. The top row shows the original images and the results of the constructive and destructive overlays. The corresponding intensities are shown in the second row. In the third row from left to right the logical truth tables "OR" (discrimination 0.5), "AND" (discrimination 2.5) and "XOR" (discrimination 0.5) are shown, which are derived from the superimposed images to let.

Fig. 5 illustriert die Paralleladdition von 2 mal 64 Binärzahlen. In der oberen Reihe ist die symbolische Darstellung der beiden Zahlenarrays gezeigt [(a) und (b)]. Hierbei entsprechen dunkle Flächen einer binären "0" und helle Flächen einer binären "1". Darunter ist das Resultat der destruktiven Überlagerung dargestellt (c), und das Resultat der Addition (d), welches unter Verwendung der in Beispiel 3 erläuterten "XOR"-Logik entsteht. Figure 5 illustrates the parallel addition of 2 by 64 binary numbers. The symbolic representation of the two number arrays is shown in the top row [(a) and (b)]. Dark areas correspond to a binary "0" and light areas to a binary "1". Below this is the result of the destructive overlay (c) and the result of the addition (d), which is created using the "XOR" logic explained in Example 3.

Fig. 6 zeigt das Überlagerungsverhalten einer Gruppe von 25 Hologrammen mit konstruktiver Interferenz (a) und destruktiver Interferenz (b). Fig. 6 shows the superposition behavior of a group of 25 holograms with constructive interference (a) and destructive interference (b).

In einer Ausführungsform der Verfahrensstufe b2) kann man auch so vorgehen, daß man zunächst die Hologramme bei den Aufnahmefrequenzen ν₁, ν₂ und ν₃ speichert, und das elektrische Feld E erst beim Auslesen anlegt.In one embodiment of process step b2), one can also proceed in such a way that first stores the holograms at the recording frequencies ν₁, ν₂ and ν₃, and that electric field E only applies when reading out.

Das Verfahren b1) kann am gleichen Ort mindestens einmal wiederholt werden, wobei die neue Feldstärke E zweckmäßig so gewählt wird, daß weitere Interferenzen von Hologrammen stattfinden. Bevorzugt ist der Unterschied der Speicherfeldstärken konstant (Vorteil für die Verfahrensführung). Auf diese Weise können weitere Hologramme gespeichert werden, wobei deren Anzahl im wesentlichen durch die Spannungsfestigkeit des Aufzeichnungsmaterials bestimmt wird. In einer Variante des Verfahrens b1) können auch weitere zwei oder mehrere Hologramme bei einem größeren Unterschied der Feldstärken so gespeichert werden, daß keine Interferenz mit den zuerst aufgezeichneten Hologrammen stattfindet. Die Wiederholung des Verfahrens b1) zur Speicherung weiterer Hologramme führt zu einer alternierenden Speicherung paarweise interferierender und in Richtung der Achse des elektrischen Feldes liegender Hologramme. Unter Mitverwendung der beschriebenen Variante können in Richtung der Achse des elektrischen Feldes Gruppen paarweise interferierender Hologramme angeordnet werden. Das Verfahren b1) kann auch an einem oder mehreren anderen Orten des Substrats wiederholt werden.The method b1) can be repeated at the same place at least once, the new field strength E is appropriately chosen so that further interference of holograms take place. The difference in the storage field strengths is preferably constant (Advantage for the conduct of the procedure). This way you can add more holograms are stored, the number of which is essentially determined by the dielectric strength of the recording material is determined. In a variant of method b1) also two or more holograms with a greater difference in field strengths be stored so that no interference with the holograms recorded first takes place. The repetition of the method b1) for storing further Holograms lead to alternate storage in pairs interfering and in Direction of the axis of the electric field of holograms. With sharing the variant described can in the direction of the axis of the electric field Groups of interfering holograms can be arranged. Procedure b1) can also be repeated at one or more other locations on the substrate.

Analog wird das Verfahren b2) durchgeführt, wobei in entsprechender Weise an Stelle der Feldstärke E die Laserfrequenz ν geändert wird, wobei der Unterschied der Speicherfrequenzen bevorzug konstant ist. Die Hologramme bzw. Gruppen von Hologrammen sind in Richtung der Frequenzachse gespeichert. Die Anzahl der gespeicherten Hologramme wird im wesentlichen durch den Absorptionsbereich der inhomogen verbreiterten Absorptionsbande des Substrats bestimmt.Method b2) is carried out analogously, with a corresponding method instead of Field strength E the laser frequency ν is changed, the difference in the storage frequencies is preferably constant. The holograms or groups of holograms are stored in the direction of the frequency axis. The number of holograms stored is essentially due to the absorption range of the inhomogeneously broadened absorption band of the substrate determined.

Die Verfahren b1) und b2) können auch kombiniert werden, wodurch mit der zweidimensionalen Speicherung in Richtung der Achse der elektrischen Feldstärke und der Frequenzachse eine hohe Speicherdichte erzielt wird. So können z. B. nach Verfahren b1) zwei Hologramme und nach Verfahren b2) mindestens ein Hologramm gespeichert werden. Hierbei ist es möglich, daß Hologramme auch in überlappenden Bereichen gespeichert werden.The methods b1) and b2) can also be combined, whereby with the two-dimensional Storage in the direction of the axis of the electric field strength and the frequency axis a high storage density is achieved. So z. B. according to method b1) two holograms and at least one hologram are stored according to method b2). It is possible that holograms are also stored in overlapping areas will.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Apparatur verwendet werden, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Die einzelnen Bezeichnungen sind im Beispiel 1 erläutert. Ein wesentlicher Teil der Apparatur ist der Spiegel S₂, der auf einem Piezotranslator (7) montiert ist. Durch die angelegte Hochspannung kann die Phase der Referenzstrahlen bei jeder Wiederholung der Speicherung jeweils definiert verschoben werden (Kontrolle der optischen Weglängendifferenz).An apparatus as shown in FIG. 2 can be used to carry out the method according to the invention. The individual names are explained in Example 1. An essential part of the apparatus is the mirror S₂, which is mounted on a piezotranslator ( 7 ). Due to the high voltage applied, the phase of the reference beams can be shifted in a defined manner each time the storage is repeated (control of the optical path length difference).

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können z. B. Interferenzbilder von Objekten in Form von Hologrammen aufgezeichnet werden.With the method according to the invention, for. B. interference images of objects in Form of holograms can be recorded.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Aufzeichnung und Wiedergabe von Interferenzbildern von Bildojekten, bei dem man durch spektrales Lochbrennen in einem Substrat, das im UV-, VIS- oder IR-Bereich oder in zwei oder drei dieser Bereiche inhomogen verbreiterte Absorptionsbanden aufweist, unter Einwirkung eines in seiner Feldstärke einstellbaren äußeren elektrostatischen Feldes und Bestrahlung mit im Absorptionsbereich liegenden schmalbandigen Laserlicht mindestens 2 Hologramme speichert, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Bildobjekt in den Strahlengang des Objektstrahls bringt und paarweise interferierende Hologramme am gleichen Ort des Substrats unter einer Phasenverschiebung zwischen den beteiligten Referenz- und Objektstrahlen von 0 bis π oder Vielfachen davon bei Speicherung eines zweiten Hologramms und gegebenenfalls jedes weiteren HologrammsAnother object of the invention is a method for recording and playback of interference images of image objects, in which one burns through spectral in a substrate that is in the UV, VIS or IR range or in two or three of these ranges has inhomogeneously broadened absorption bands under the influence of one in its Field strength adjustable external electrostatic field and radiation with in the absorption range lying narrowband laser light stores at least 2 holograms, characterized in that an image object in the beam path of the object beam brings and in pairs interfering holograms at the same location of the substrate under one Phase shift between the involved reference and object beams from 0 to π or multiples thereof when storing a second hologram and if necessary any further hologram

a) at constant laser frequency ν and different field strengths E₁ and E₂ or
b) at different, spectrally adjacent laser frequencies ν₁ and ν₂ and constant Field strength E, or
c) at a field strength E₁ and a laser frequency ν₁ and then at a field strength E₂ and a spectrally adjacent laser frequency ν₂ stores the methods a), b) and c) Storage of at least one other hologram, if necessary at least once repeated,
d) the interference image with the reference beam

d1) irradiation and a frequency scan in the range of higher and lower frequency than the storage frequency ν and a field strength which lies within the storage field strengths, or

d2) irradiation and a frequency scan within the range of the storage frequencies and at a field strength which is higher and lower than the storage field strengths, or

d3) irradiation and a frequency scan in the range of higher and lower frequency than the memory frequencies and within the memory field strengths.

Für die Speicherung können die zuvor für das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Ausführungen und bevorzugten Ausführungsformen angewendet werden. Bei Wiederholung des Verfahrens a), b) und c) Speicherung mindestens eines weiteren Hologramms können mehrere Bildobjekte gespeichert und ausgelesen werden. Die Wiederholung kann an einem anderen Ort des Substrats erfolgen.For the storage, those previously described for the method according to the invention can be used Designs and preferred embodiments are applied. Repeat method a), b) and c) storing at least one further hologram several picture objects can be saved and read out. The repetition can be done at a different location on the substrate.

Für das Auslesen ist es besonders vorteilhaft, wenn die Hologramme unter symmetrischen Speicherbedingungen (also gleichen Frequenzunterschieden bzw. gleichen Unterschieden der Feldstärke) aufgezeichnet werden. Die Orte der Überlappungen (Interferenzen) paarweise interferierender Hologramme befinden sich in der Regel bei Verfahren a) in der Mitte der Speicherfeldstärken und gegenüber der Speicherfrequenz ν bei höherer und niedrigerer Frequenz, bei Verfahren b) in der Mitte der Speicherfrequenzen und bei höherem und niedrigerem elektrischen Feld und beim Verfahren c) bei höherer und niedrigerer Frequenz als der Speicherfrequenzen und innerhalb der Speicherfeldstärken. Die Adressierung zum Auslesen gestaltet sich dadurch einfach, auch wenn eine größere Anzahl paarweise interferierender Hologramme gespeichert sind. Höhere oder niedere Frequenz bzw. höhere oder niederere Feldstärke für die Überlappungsbereiche kann z. B. 0,1 bis 300 GHz, bevorzugt 0,1 bis 30 GHz, besonders 1 bis 10 GHz und insbesondere 2 bis 5 GHz bzw. 2 bis 40 kV/cm, besonders 4 bis 20 kV/cm bedeuten. For reading out, it is particularly advantageous if the holograms are symmetrical Storage conditions (i.e. the same frequency differences or the same differences field strength) are recorded. The places of overlap (interference) in pairs Interfering holograms are usually in process a) in the Middle of the storage field strengths and compared to the storage frequency ν at higher and lower Frequency, with method b) in the middle of the memory frequencies and with a higher one and lower electric field and in method c) at higher and lower frequency than the storage frequencies and within the storage field strengths. The addressing This makes it easy to read, even if a larger number is in pairs interfering holograms are stored. Higher or lower frequency or higher or lower field strength for the overlap areas can e.g. B. 0.1 to 300 GHz, preferably 0.1 to 30 GHz, particularly 1 to 10 GHz and in particular 2 to 5 GHz or 2 to 40 kV / cm, especially 4 to 20 kV / cm.

Das Objekt wird bevorzugt zwischen dem elektromechanischen Verschluß (3) und dem Spiegel S₄ in den Strahlengang des Objektstrahls gebracht. Bei der Wiedergabe wird das Laserlicht im allgemeinen auf 0,1 bis 10% der Leistung bei der Speicherung abgeschwächt. Das Verfahren zur Wiedergabe durch Ausblenden des Objektstrahls ist dem Fachmann geläufig.The object is preferably brought into the beam path of the object beam between the electromechanical shutter ( 3 ) and the mirror S₄. During playback, the laser light is generally attenuated to 0.1 to 10% of the storage power. The person skilled in the art is familiar with the method of reproduction by masking out the object beam.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann z. B. für die holographische Interferometrie, für die holographische Bildverarbeitung wie insbesondere für das Phasenkontrastverfahren, oder für das Verfahren der optischen Korrelation verwendet werden. Diese Verfahren sind z. B. im Handbook of Holography, Academic Press, Inc., (1979) beschrieben. Ferner können mit diesem Verfahren auch regelmäßige Muster, z. B. schachbrettartige Muster erzeugt werden. Solche Muster mit Hell- und Dunkelbereichen können z. B. für die parallele digitale Datenverarbeitung verwendet werden.The inventive method can, for. B. for holographic interferometry, for holographic image processing such as in particular for the phase contrast method, or be used for the method of optical correlation. These procedures are e.g. B. in the Handbook of Holography, Academic Press, Inc., (1979). Can also with this procedure also regular patterns, e.g. B. creates checkerboard-like patterns will. Such patterns with light and dark areas can e.g. B. for the parallel digital data processing can be used.

Das erfindungsgemäße Substrat eignet sich hervorragend als computerverträglicher optischer Speicher, bei dem durch den Stark-Effekt unter gleichzeitiger definierter Phasenverschiebung zwischen Referenz- und Objektstrahlen beim holographischen Lochbrennen bewirkte molekulare Veränderungen für eine z. B. parallele digitale Datenverarbeitung ausgenutzt werden können. Neben dem Vorteil der hohen Speicherkapazität zeichnet sich die Methode durch eine technisch einfache Adressierung über die Phasenverschiebung, die Frequenz und das elektrische Feld aus. Eine weitere Verknüpfung kann man erzielen, wenn man noch eine zeitliche Überlagerung auf dem Detektor vornimmt.The substrate according to the invention is outstandingly suitable as a computer-compatible optical one Memory in which the Stark effect with a defined phase shift between reference and object beams in holographic hole burning caused molecular changes for a. B. parallel digital data processing can be exploited. In addition to the advantage of high storage capacity the method through a technically simple addressing via the phase shift, the Frequency and the electric field. Another link can be achieved if you make a temporal overlay on the detector.

Grundlage für die parallele digitale Datenverarbeitung können z. B. die logischen Operationen nach den Definitionen gemäß der Bool'schen Algebra sein, wie es z. B. im Handbook of Optical Holography, Academic Press, Inc., (1979) S. 409 bis 413 beschrieben ist. Die Logik der Verknüpfung hängt von der bei der Speicherung der Hologramme gewählten Phasenverschiebung der Referenz- und Objektstrahlen sowie von dem gewählten Helligkeitsdiskriminationsniveau des Detektors ab.The basis for parallel digital data processing can e.g. B. the logical Operations according to the definitions according to Boolean algebra, as it is e.g. B. in Handbook of Optical Holography, Academic Press, Inc., (1979) pp. 409 to 413 is. The logic of the link depends on that when the holograms are saved selected phase shift of the reference and object beams as well as from the selected one Brightness discrimination level of the detector.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur logischen algebraischen Verknüpfung von Hologrammen in Form von spektralen Löchern, bei dem man durch spektrales Lochbrennen in einem Substrat, das im UV-, VIS- oder IR-Bereich oder in zwei oder drei dieser Bereiche inhomogen verbreiterte Absorptionsbanden aufweist, unter Einwirkung eines in seiner Feldstärke einstellbaren äußeren elektrostatischen Feldes und Bestrahlung mit im Absorptionsbereich liegenden schmalbandigen Laserlicht mindestens 2 Hologramme speicher, dadurch gekennzeichnet, daß man die Hologramme am gleichen Ort des Substrats unter einer Phasenverschiebung zwischen den beteiligten Referenz- und Objektstrahlen von 0 bis π oder Vielfachen davon bei Speicherung eines zweiten Hologramms und Speicherung jedes weiteren HologrammsAnother object of the invention is a method for logical algebraic linking of holograms in the form of spectral holes, in which one passes through spectral Hole burning in a substrate in the UV, VIS or IR range or in two or three of these areas have inhomogeneously broadened absorption bands under the action an external electrostatic field and radiation adjustable in its field strength with narrow-band laser light in the absorption range at least 2 Memory holograms, characterized in that the holograms are the same Location of the substrate under a phase shift between the reference and involved Object beams from 0 to π or multiples thereof when storing a second hologram and storage of each additional hologram

a) at constant laser frequency ν and different field strengths E₁ and E₂, or
b) at different, spectrally adjacent laser frequencies ν₁ and ν₂ and constant Field strength E, or
c) at a field strength E₁ and a laser frequency ν₁ and then at a field strength E₂ and a spectrally adjacent laser frequency ν₂ stores the methods a), b) and c) Storage of at least one further hologram, if necessary at least once repeated,
d) optionally repeating the processes a), b) or c) or combinations thereof at least once at a different location on the substrate, and
e) when reading out holograms interfering in pairs, linked by e) the holograms under the shooting conditions and the overlap areas.

Die genaue Lage der Überlappungsbereiche in der Ebene aus Frequenz und elektrischem Feld kann experimentell durch einen Frequenzscan bei verschiedenen Feldstärken ermittelt werden, so daß eine geaue Adressierung der Orte der Überlappung durch Einstellung der Feldstärke und Frequenz möglich ist. Die Logik hängt von der gewählten Phasenverschiebung ab.The exact location of the overlap areas in the plane of frequency and electrical Field can be determined experimentally by a frequency scan at different field strengths be so that an accurate addressing of the places of overlap by adjustment the field strength and frequency is possible. The logic depends on the phase shift chosen from.

Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Erfindung näher.The following examples explain the invention in more detail.

Example 1

Es wird die in Fig. 2 dargestellte Meßanordnung verwendet. Als Strahlungsquelle dient ein mit einem Farbstofflaser (1a) kombinierter Argon-Ionen-Laser (1), der auf 635 nm eingestellt und stabilisiert und auf eine Leistung von 1 Mikrowatt abgeschwächt wird. Der Farbstofflaser ist mit dem Laserfarbstoff DCM der Firma Exaton, Overlook Station, Dayton OH 45 431, USA ausgerüstet. Das Lasermodell (1, 1a) stammt von der Firma Coherent, Palo Alto, CA 94 304, USA (Modell CR-599-21). Der Ausgangsstrahl wird am Spiegel S₁ umgelenkt und durchläuft ein Strahlteleskop (2) mit einem Vergrößerungsfaktor 15. Nach dem Strahlteleskop (2) befindet sich ein Strahlteiler (4), in dem der Ausgangsstrahl in Referenzstrahl (5) und Objektstrahl (6) aufgespalten wird. Der Referenzstrahl (5) läuft direkt zum Umlenkspiegel S₂, der auf einem Piezotranslator (7) montiert ist und der mit einer Hochspannungsquelle (8) verbunden ist. Mit der angelegten Hochspannung wird die Phase des Referenzstrahls eingestellt. Mit einer Spannung von 100 V wird eine Phasenverschiebung 0 zwischen den Referenzstrahlen bei der ersten und zweiten Aufzeichnung eingestellt. Bei 160 Volt beträgt die Phasenverschiebung π.The measuring arrangement shown in FIG. 2 is used. An argon ion laser ( 1 ) combined with a dye laser ( 1 a) serves as the radiation source, which is set and stabilized at 635 nm and weakened to a power of 1 microwatt. The dye laser is equipped with the DCM laser dye from Exaton, Overlook Station, Dayton OH 45 431, USA. The laser model ( 1, 1 a) comes from Coherent, Palo Alto, CA 94 304, USA (model CR-599-21). The output beam is deflected at the mirror S 1 and passes through a beam telescope ( 2 ) with a magnification factor of 15 . After the beam telescope ( 2 ) there is a beam splitter ( 4 ) in which the output beam is split into the reference beam ( 5 ) and object beam ( 6 ). The reference beam ( 5 ) runs directly to the deflection mirror S₂, which is mounted on a piezotranslator ( 7 ) and which is connected to a high voltage source ( 8 ). The phase of the reference beam is set with the applied high voltage. With a voltage of 100 V, a phase shift 0 between the reference beams is set in the first and second recording. At 160 volts the phase shift is π.

Der Objektstrahl (6) wird über die Umlenkspiegel S₃ und S₄ durch den elektromechanischen Verschluß (3) zum Strahlteiler (9) geführt, auf den auch der Referenzstrahl (5) trifft. Hinter dem Strahlteiler (9) befindet sich ein weiterer elektromechanischer Verschluß (10). Der Referenzstrahl (5) und der Objektstrahl (6) werden auf der Zylinderlinse (11) vereint und vergrößert. Die vereinigten Strahlen fallen auf ein Beugungsgitter (12) und von dort auf einen Photovervielfacher (Diodenarray) (13) als Detektor, der mit einem Oszillograph (14) verbunden ist.The object beam ( 6 ) is guided via the deflecting mirror S₃ and S₄ through the electromechanical shutter ( 3 ) to the beam splitter ( 9 ), which also meets the reference beam ( 5 ). Another electromechanical shutter ( 10 ) is located behind the beam splitter ( 9 ). The reference beam ( 5 ) and the object beam ( 6 ) are combined and enlarged on the cylindrical lens ( 11 ). The combined beams fall onto a diffraction grating ( 12 ) and from there onto a photomultiplier (diode array) ( 13 ) as a detector, which is connected to an oscillograph ( 14 ).

Die Anordnung der Elemente (9) bis (14) dient zur genauen Einstellung der Phase des Referenzstrahls (5) vor der Bestrahlung des Aufzeichnungsmaterials (16) bei geschlossenem Verschluß (10).The arrangement of the elements ( 9 ) to ( 14 ) serves for the exact adjustment of the phase of the reference beam ( 5 ) before the irradiation of the recording material ( 16 ) with the shutter ( 10 ) closed.

Nach dem Verschluß (10) befindet sich ein Badkryostat (15) für flüssiges Helium mit zwei parallel zueinander stehenden Fenstern und Vakuum zum Arbeiten mit reduziertem Heliumdruck. In dem Kryostaten (15) ist mit einer elektrisch isolierenden Halterung die Probe (16) zur Aufzeichnung befestigt, so daß sich Referenz- und Objektstrahl auf dem Aufzeichnungsmedium (17) unter einem Winkel von 10° treffen und dabei die transparenten Elektroden (18) durchstrahlt. Die Elektroden sind an eine Spannungsquelle (19) angeschlossen. Zur Aufnahme des Bildes wird der Referenzstrahl (6) ausgeblendet, und der Objektstrahl (5) über eine Linse (20) durch eine Lochblende (21), hinter der sich ein elektromagnetischer Verschluß (22) befindet, auf den Restlichtverstärker (23) geführt, der mit einer Videokamera (24) verbunden ist. Zur Sichtbarmachung des Bildes ist die Videokamera (24) mit einem Monitor und einem Videoaufzeichnungsgerät verbunden, die hier nicht dargestellt sind.After the closure ( 10 ) there is a bath cryostat ( 15 ) for liquid helium with two windows parallel to each other and a vacuum for working with reduced helium pressure. In the cryostat ( 15 ), the sample ( 16 ) for recording is fastened with an electrically insulating holder, so that the reference and object beams meet on the recording medium ( 17 ) at an angle of 10 ° and thereby radiate through the transparent electrodes ( 18 ) . The electrodes are connected to a voltage source ( 19 ). To record the image, the reference beam ( 6 ) is masked out, and the object beam ( 5 ) is guided via a lens ( 20 ) through a pinhole ( 21 ), behind which there is an electromagnetic shutter ( 22 ), to the residual light amplifier ( 23 ). which is connected to a video camera ( 24 ). To make the image visible, the video camera ( 24 ) is connected to a monitor and a video recording device, which are not shown here.

Der Kryostat (15) wird auf 2 K gekühlt. Das Aufzeichnungsmaterial (16) wird gemäß Beispiel 1 der DE-A-37 39 426 hergestellt. Das Aufzeichnungsmedium besteht aus Chlorin in einer Matrix aus Polyvinylbutyral mit einer Größe von 10 mm×15 mm und einer Schichtdicke von 100 μm. Das Aufzeichnungsmedium befindet sich zwischen zwei transparenten Elektroden, die aus Glasplatten bestehen, bei denen eine Seite mit einer Schicht aus elektrisch leitendem Zinndioxid bedampft ist.The cryostat ( 15 ) is cooled to 2 K. The recording material ( 16 ) is produced according to Example 1 of DE-A-37 39 426. The recording medium consists of chlorine in a matrix made of polyvinyl butyral with a size of 10 mm × 15 mm and a layer thickness of 100 μm. The recording medium is located between two transparent electrodes, which consist of glass plates, on one side of which is coated with a layer of electrically conductive tin dioxide.

Zur Aufzeichnung eines Bildes interferierender Hologramme wird zunächst ein Bild (25), bestehend aus einem Diapositiv mit einem senkrechten transparenten Strich auf schwarzem Untergrund, in den Strahlengang des Objektstrahls (6) zwischen elektromechanischem Verschluß (3) und Spiegel S₄ gebracht und das Aufzeichnungsmedium während 20 Sekunden bei einer Frequenz von 472,5 THz bestrahlt, wobei an den Elektroden (18) eine elektrische Feldstärke von 10 kV/cm angelegt wird. Danach wird das Diapositiv durch ein anderes mit einem waagerechten Strich ersetzt und bei gleicher Frequenz und einer Feldstärke von 20 kV/cm erneut bestrahlt, wobei die Phasenverschiebung des Referenzstrahls im ersten Fall 0 und im zweiten Fall π ist.To record an image of interfering holograms, first an image ( 25 ), consisting of a slide with a vertical transparent line on a black background, is brought into the beam path of the object beam ( 6 ) between electromechanical shutter ( 3 ) and mirror S₄ and the recording medium for 20 Irradiated at a frequency of 472.5 THz for seconds, an electrical field strength of 10 kV / cm being applied to the electrodes ( 18 ). Then the slide is replaced by another with a horizontal line and irradiated again at the same frequency and a field strength of 20 kV / cm, the phase shift of the reference beam being 0 in the first case and π in the second case.

Danach wird der Objektstrahl (6) ausgeblendet, und das gespeicherte Bild mit dem Referenzstrahl aufgezeichnet, wobei die elektrische Feldstärke E genau in der Mitte der Aufzeichnungsfeldstärken E₁ und E₂ eingestellt und ein Frequenzscan im Bereich von -10 bis +10 GHz um die Zentralfrequenz von 472,5 THz durchgeführt wird. An den Positionen E, ν₁ bzw. E, ν₂ erhält man das überlagerte Bild.Then the object beam ( 6 ) is faded out and the stored image is recorded with the reference beam, the electric field strength E being set exactly in the middle of the recording field strengths E 1 and E 2 and a frequency scan in the range from -10 to +10 GHz around the central frequency of 472 , 5 THz is carried out. At the positions E, ν₁ and E, ν₂ the superimposed image is obtained.

Bei einer Phasenverschiebung von 0 erhält man ein Kreuz als Bild, dessen überlappender Bereich stark erhellt ist (konstruktive Interferenz, Fig. 3a). Bei einer Phasenverschiebung von π erhält man ein Kreuz als Bild, dessen überlappender Bereich dunkel ist (destruktive Interferenz, Fig. 3b).With a phase shift of 0, a cross is obtained as an image, the overlapping area of which is strongly illuminated (constructive interference, FIG. 3a). With a phase shift of π, a cross is obtained as an image, the overlapping area of which is dark (destructive interference, FIG. 3b).

Example 2

Beispiel 1 wird wiederholt, aber Diapositive mit transparenten senkrechten und waagerechten Strichmustern auf dunklem Hintergrund verwendet.Example 1 is repeated, but transparencies with transparent vertical and horizontal line patterns used on dark background.

Bei einer Phasenverschiebung von 0 erhält man ein schachbrettartiges Muster, wobei die überlappenden Bereiche der Striche stark erhellt sind.With a phase shift of 0 you get a checkerboard pattern, where the overlapping areas of the strokes are strongly illuminated.

Bei einer Phasenverschiebung von π erhält man ein schachbrettartiges Muster, wobei die überlappenden Bereiche der Striche dunkel sind.With a phase shift of π a checkerboard-like pattern is obtained, whereby the overlapping areas of the strokes are dark.

Example 3

Es wird wie in Beispiel 1 verfahren, wobei Fig. 4 veranschaulicht, wie die Überlappungsbereiche für logische Operationen verwendet werden. Die Fig. 4 zeigt die Originalbilder sowie die überlagerten Bilder. Darunter sind die relativen Intensitäten der Balkensymbole schematisch dargestellt. Auf Grund der Addition der Feldamplituden erhält man bei einer Phasedifferenz 0 den Intensitätswert 4. Durch die Wahl einer Diskriminationsschwelle werden binäre Wahrheitstabellen abgeleitet. Die konstruktive Überlagerung mit einer Diskriminationsschwelle von 0,5 bedeutet "OR" und mit einer Diskriminationsschwelle von 2,5 "AND". Die destruktive Überlagerung mit einer Diskriminationsschwelle von 0,5 bedeutet "XOR".The procedure is as in Example 1, with FIG. 4 illustrating how the overlap areas are used for logical operations. FIG. 4 shows the original images, and the superimposed images. Below, the relative intensities of the bar symbols are shown schematically. Due to the addition of the field amplitudes, the intensity value 4 is obtained with a phase difference 0. Binary truth tables are derived by selecting a discrimination threshold. The constructive overlay with a discrimination threshold of 0.5 means "OR" and with a discrimination threshold of 2.5 "AND". The destructive overlay with a discrimination threshold of 0.5 means "XOR".

Example 4

Es wird wie in Beispiel 1 verfahren, die Diapositive jedoch durch ein Flüssigkristalldisplay ersetzt, mit dessen Hilfe sich beliebige Muster erzeugen lassen. In Fig. 5a und Fig. 5b sind diese Eingabemuster gezeigt, welche aus 8×8-Quadraten bestehen. Diese Bilder stellen symbolisch zwei 8×8-Bitmuster dar. Fig. 5c zeigt das durch destruktive Überlagerung erhaltene Bild. Das mit einer Diskriminationsschwelle von 0,5 generierte Bitmuster in Fig. 5d entspricht der Anwendung einer "XOR"-Logik auf die in den Fig. 5a und 5d dargestellten Bitmuster und ist das Resultat einer Paralleladdition von zwei mal 64 Binärzahlen.The procedure is as in Example 1, but the slides are replaced by a liquid crystal display which can be used to generate any pattern. In Fig. 5a and Fig. 5b these input patterns are shown, which consist of 8 × 8 squares. These images symbolically represent two 8 × 8 bit patterns. FIG. 5c shows the image obtained by destructive superimposition. The bit pattern in FIG. 5d generated with a discrimination threshold of 0.5 corresponds to the application of an "XOR" logic to the bit pattern shown in FIGS . 5a and 5d and is the result of a parallel addition of twice 64 binary numbers.

Example 5

Zwei 8×8-Matrizen von Oktalzahlen werden durch je 3 Bitmuster dargestellt, wie sie in Beispiel 4 beschrieben sind. Die Bitmuster werden paarweise jeweils gemäß Beispiel 3 überlagert und diskriminiert. Aus diesen neuen Bitmustern werden durch weitere paarweise logische Operationen gemäß den bekannten Rechenregeln der binären Arithmetik insgesamt 4 Bitmuster generiert, die eine parallele Addition der beiden Oktalzahlen darstellt.Two 8 × 8 matrices of octal numbers are represented by 3 bit patterns, as described in Example 4. The bit patterns are paired according to Example 3 overlays and discriminates. These new bit patterns are replaced by additional ones logical operations in pairs according to the known binary rules Arithmetic generates a total of 4 bit patterns, which represents a parallel addition of the two octal numbers.

Example 6

Es wird wie in Beispiel 1 verfahren, aber eine ganze Matrix von 25 Hologrammen aufgezeichnet. Die Positionen der Aufzeichnung sind in der Frequenzachse durch -2ν, -ν, 0, ν und 2ν sowie in der Achse des elektrostatischen Feldes durch -2E, -E, 0, E und 2E gegeben. Für ν wird der Wert 10 GHz und für das elektrostatische Feld der Wert 30 kV/cm gewählt. Die integrale Hologrammintensität bei einer Phasendifferenz 0 als Funktion der Parameter Frequenz und elektrostatisches Feld ist in Fig. 6a dargestellt. Die Grauwertdarstellung zeigt die unterschiedlichen Überlagerungsbereiche. Zwischen den Hologrammen, z. B. bei (0, 0), ist ein gewichtetes Mittel aus Beiträgen der nächsten und übernächsten Nachbarn mit einer entsprechend hohen Intensität erkennbar. Nach außen nimmt die Intensität wegen der fehlenden Nachbarschaft an Hologrammen ab. Fig. 6b zeigt das Resultat bei einer Phasenverschiebung von π. Infolge eines Mittelungsvorgangs sind die Interferenzeffekte sehr schwach und bleiben in der Darstellung unsichtbar.The procedure is as in Example 1, but an entire matrix of 25 holograms is recorded. The positions of the recording are given in the frequency axis by -2ν, -ν, 0, ν and 2ν and in the axis of the electrostatic field by -2E, -E, 0, E and 2E. The value 10 GHz is chosen for ν and the value 30 kV / cm for the electrostatic field. The integral hologram intensity with a phase difference 0 as a function of the parameters frequency and electrostatic field is shown in FIG. 6a. The gray value display shows the different overlay areas. Between the holograms, e.g. B. at (0, 0), a weighted average of contributions from the next and next but one neighbors can be recognized with a correspondingly high intensity. Externally, the intensity decreases due to the lack of hologram neighborhood. Fig. 6b shows the result at a phase shift of π. As a result of an averaging process, the interference effects are very weak and remain invisible in the display.

Claims

1. Substrate with inhomogeneously broadened absorption band in the UV, VIS or IR region or two or three of these regions and with holograms stored by spectral hole burning in the presence of an electrostatic field, characterized in that at least three holograms are in the spectral neighborhood and at Interfer readout in pairs.

2. Substrate according to claim 1, characterized in that it is in the form of a film.

3. Substrate according to claim 1, characterized in that the substrate is a transparent Is polymer that contains a radiation sensitive compound.

4. Substrate according to claim 1, characterized in that the spectral neighborhood, based on two adjacent holograms, 0.1 to 300 GHz.

5. Substrate according to claim 4, characterized in that the spectral neighborhood 0.1 to 30 GHz.

6. Substrate according to claim 4, characterized in that the spectral neighborhood Is 1 to 10 GHz.

7. Substrate according to claim 1, characterized in that there are up to 10,000 holograms in the same spectral neighborhood.

8. A method for producing a substrate with holograms interfering in pairs in the form of spectral holes when read out, according to claim 1, in which spectral hole burning in a substrate which is in the UV, VIS or IR range or in two or three of these ranges has inhomogeneously broadened absorption bands, under the action of an external electrostatic field that is adjustable in its field strength and irradiation with narrow-band laser light in the absorption region, stores at least 2 holograms at the same location on the substrate, characterized in that

a) storing a second and further holograms with a phase shift from 0 to π or multiples thereof between the reference and object beams involved, and
b) the holograms at
- b1) constant laser frequency ν and different field strengths E₁, E₂ and E₃ stores or
- b2) at constant field strength E and spectrally adjacent laser frequencies ν₁, ν₂ and ν₃, or
- b3) a field strength E₁ and laser frequency ν₁ and then at a field strength E₂ and spectrally adjacent laser frequency ν₂ store, and
- b4) the methods b1), b2) and b3) optionally repeated at least once with different field strengths, other spectrally adjacent laser frequencies or other field strengths and other spectrally adjacent laser frequencies and
c) if necessary, the storage is repeated at least once at another location on the substrate.

9. The method according to claim 8, characterized in that the electric field strength is in the range from -500 to +500 kV / cm.

10. The method according to claim 9, characterized in that the field strength in the range from -300 to +300 kV / cm.

11. The method according to claim 8, characterized in that the amount of E₁-E₂ from 2 to 40 kV / cm.

12. The method according to claim 11, characterized in that the amount of E₁-E₂ from 2 to 20 kV / cm.

13. The method according to claim 8, characterized in that ν₁-ν₂ 0.1 to 300 GHz is.

14. The method according to claim 13, characterized in that ν₁-ν₂ 0.1 to 30 GHz is.

15. The method according to claim 8, characterized in that the phase difference of Is 0 to π.

16. The method according to claim 8, characterized in that the substrate during the irradiation is cooled to 100 K or lower.

17. The method according to claim 16, characterized in that the substrate to 5 K. or cooled down.

18. The method according to claim 8, characterized in that the conduction of the laser light upon irradiation is 0.1 to 10 μW / cm².

19. The method according to claim 8, characterized in that the substrate in the form of a film.

20. The method according to claim 20, characterized in that the substrate is a transparent Is polymer that contains a dye.

21. A method for recording and reproducing interference images of image objects, in which absorption bands are broadened by spectral hole burning in a substrate which has inhomogeneously broadened absorption bands in the UV, VIS or IR range or in two or three of these ranges Field strength adjustable external electrostatic field and irradiation with narrow-band laser light in the absorption area stores at least 2 holograms, characterized in that an image object is brought into the beam path of the object beam and interfering holograms in pairs at the same location of the substrate with a phase shift between the reference and object beams involved from 0 to π or multiples thereof when storing a second hologram and possibly storing every further hologram

a) at constant laser frequency ν and different field strengths E₁ and E₂ or
b) at different, spectrally adjacent laser frequencies ν₁ and ν₂ and constant field strength E.
c) with a field strength E 1 and a laser frequency ν 1 and then with a field strength E 2 and a spectrally adjacent laser frequency ν 2, the methods a), b) and c) for storing at least one further hologram are repeated at least once, if appropriate,
d) the interference image with the reference beam
- d1) irradiation and a frequency scan in the range of higher and lower frequency than the storage frequency ν and a field strength which lies within the storage field strengths, or
- d2) irradiation and a frequency scan within the range of the storage frequencies and at a field strength which is higher and lower than the storage field strengths, or
- d3) reads radiation and a frequency scan in the range of higher or lower frequency than the storage frequencies and within the storage field strengths.

22. Use of the method according to claim 21 for holographic interferometry, for holographic image processing such as in particular for the phase contrast method or for the method of optical correlation.

23. A method for the logical algebraic linking of holograms in the form of spectral holes, in which absorption bands are broadened by spectral hole burning in a substrate which has inhomogeneously broadened absorption bands in the UV, VIS or IR range or in two or three of these ranges an externally adjustable electrostatic field and irradiation with narrow-band laser light in the absorption range stores at least 2 holograms, characterized in that the holograms are stored at the same location on the substrate with a phase shift between reference and object beams from 0 to π or multiples thereof a second hologram and storage of each further hologram

a) at constant laser frequency ν and different field strengths E₁ and E₂ or
b) stores at different, spectrally adjacent laser frequencies ν₁ and ν₂ and constant field strength E, or the methods a) and b) combined, and
c) with a field strength E 1 and a laser frequency ν 1 and then with a field strength E 2 and a spectrally adjacent laser frequency ν 2, the methods a), b) and c) for storing at least one further hologram are repeated at least once, if appropriate,
d) optionally repeating the processes a), b) or c) or combinations thereof at least once at a different location on the substrate, and
e) When reading out, pairing interfering holograms are linked by reading out the holograms under the recording conditions and the overlapping areas.