DE4334084A1 - Verfahren und Anlage zur Herstellung eines mehrfachen holografischen Elements - Google Patents
Verfahren und Anlage zur Herstellung eines mehrfachen holografischen ElementsInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich generell auf ein Verfahren und
auf eine Anlage bzw. ein System zur Herstellung hologra
fischer Elemente. Die Erfindung bezieht sich insbesondere
auf ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung einer
Kopie eines multiplen bzw. mehrfachen holografischen
Elements.
Holografische optische Elemente werden dadurch hergestellt,
daß ein kohärenter Laser-Referenzstrahl mit einem kohärenten
Lasersignalstrahl zur Bildung eines Hologramms in einem
fotografischen Aufzeichnungsmaterial aufgezeichnet wird.
Beim Aufbau holografischer optischer Elemente wird insbe
sondere ein Paar kollimierter Konstruktionsstrahlen, als
Signalstrahl bzw. als Referenzstrahl bezeichnet, derart
projiziert, daß sie sich unter einem relativen Winkel zu
einander auf einem Aufzeichnungsträger überlappen, wodurch
ein optisches Interferenzmuster erzeugt wird, das in dem
Aufzeichnungsträger als Amplituden- und/oder Phasenvertei
lung von in geringem Abstand voneinander entfernten Linien
aufgezeichnet wird. Der Signalstrahl kann räumlich moduliert
werden, indem er durch ein Bild eines ausgewählten Objekts
hindurchgelangt. Die Signal- und Referenzstrahlen kombinie
ren sich dann auf dem Aufzeichnungsträger unter Lieferung
eines Beugungsmusters oder Hologramms, das für das ausge
wählte Objekt einzigartig ist. Vorzugsweise stammen die
Konstruktionsstrahlen von derselben Quelle kohärenter elek
tromagnetischer Strahlung, die beispielsweise ein Laser
sein kann. Der Aufzeichnungsträger kann, wie an sich be
kannt, eine fotografische Emulsion, dichromatische Gelan
tine, ein Fotopolymer und dergleichen sein, und er kann
auf ein geeignetes Substrat, wie eine Glasplatte oder einen
Dünnfilm aufgezogen oder darauf aufgebracht sein.
Ein Hologramm kann dadurch verwendet oder wiedergegeben
werden, daß ein kollimierter Strahl, der als Wiedergabe
strahl bezeichnet wird, durch das aufgezeichnete Hologramm
abgegeben wird. Das Hologramm beugt den Wiedergabestrahl
und erzeugt in einem vorgegebenen Abstand und unter vorge
gebenen Winkel vom Hologramm ein Abbild des Bildes, das
zur räumlichen Modulation des zur Herstellung des Hologramms
verwendeten Signalstrahles verwendet worden ist.
Für viele Anwendungen ist es von Nutzen, mehrfache bzw.
multiple Hologramme auf einem Aufzeichnungsträger zu bil
den. In typischer Weise geschieht dies durch eine von zwei
Prozeduren, die als Schritt- und Wiederholungs-Prozeß bzw.
als paralleler oder kohärenter Prozeß bezeichnet werden.
Bei dem erstgenannten Prozeß wird zu einem Zeitpunkt jeweils
ein Hologramm im Aufzeichnungsträger gebildet. Dies kann
beispielsweise dadurch geschehen, daß der Signalstrahl
durch ein Bild hindurch und dann auf den Aufzeichnungs
träger abgegeben wird, um in dem Aufzeichnungsträger ein
erstes Hologramm zu bilden. Dieser Schritt wird mehrmals
wiederholt, wobei jeweils der Signalstrahl auf denselben
Aufzeichnungsträger gerichtet wird. Beim parallelen Prozeß
zur Bildung eines mehrfachen holografischen Elements wer
den die mehrfachen Hologramme alle gleichzeitig gebildet.
Dies kann dadurch geschehen, daß der Signalstrahl in eine
Matrix von Komponentenstrahlen aufgeteilt wird und daß
ein einzelnes Bild auf den Aufzeichnungsträger zur Bildung
der mehrfachen Hologramme auf den betreffenden Aufzeich
nungsträger abgegeben wird.
Als generelle Regel weisen durch den Schritt- und Wieder
holungsprozeß hergestellte mehrfache holografische Elemente
eine hohe Genauigkeit, jedoch einen geringen Wirkungsgrad
auf, während durch den Parallelprozeß hergestellte mehrfache
holografische Elemente einen hohen Wirkungsgrad, jedoch
eine geringe Genauigkeit aufweisen. Genauer gesagt, wird
der Wirkungsgrad eines mehrfachen holografischen Elements
als Verhältnis der Leistung des eingegebenen Wiedergabe-
Strahls zur Leistung der kombinierten Ausgangs-Strahlen
erster Ordnung des Hologramms gemessen, und die Genauigkeit
eines Hologramms wird als Fähigkeit des Elements gemessen,
das zur Bildung des Hologramms verwendete Bild genau wie
derzugeben.
Bei einem nach dem Schritt- und Wiederholungsprozeß herge
stellten mehrfachen holografischen Element teilt sich jedes
Hologramm aufgrund der Tatsache, daß es gesondert herge
stellt worden ist, denselben Aufzeichnungsträger wie die
anderen Hologramme auf dem betreffenden Element, und es
ist imstande, mit einem hohen Genauigkeitsgrad das zur
Bildung des Hologramms verwendeten Bild wiederzugeben.
Mit Rücksicht darauf, daß jedem Hologramm lediglich ein
Teil des Dynamikbereiches des Aufzeichnungsträgers zuge
wiesen ist, ist jedoch der Wirkungsgrad des Hologramms
niedrig. Bei einem durch den Parallelprozeß hergestellten
mehrfachen holografischen Element weist das Hologramm einen
verhältnismäßig hohen Wirkungsgrad auf, da jedes Hologramm
am gesamten Dynamikbereich des Aufzeichnungsträgers teil
hat. Die Hologramme überlappen sich jedoch in ihrem Anteil
des Dynamikbereiches des Aufzeichnungsträgers, und jedes
Hologramm kann sein Nachbar-Hologramm merklich verzerren.
Wenn ein vorgegebenes bzw. bestimmtes Hologramm wiedergege
ben wird, können die im Hologramm durch die gemeinsame
Nutzung des Dynamikbereiches sämtlicher Hologramme bei
der Aufzeichnung hervorgerufenen Verzerrungen die Fähig
keit des vorgegebenen Hologramms merklich reduzieren, das
Bild genau wiederzugeben, das zur Bildung des vorgegebenen
Hologramms verwendet wurde.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein mehrfaches
holografisches Element mit hoher Genauigkeit und hohem
Wirkungsgrad herzustellen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin,
eine Qualitäts-Arbeitsweise bei einem nach einem Schritt-
und Wiederholungsvorgang hergestellten holografischen opti
schen Element zu erzielen und außerdem einen hohen Wirkungs
grad ohne die Opfer zu erreichen, die mit dem holografischen
Element vom Paralleltyp verbunden sind.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine
verbesserte Aufzeichnung eines holografischen Elements
nach dem Schritt- und Wiederholungsverfahren zu erreichen,
indem ein Kontakt-Kopierprozeß angewandt wird, um die einen
niedrigen Wirkungsgrad aufweisende Aufzeichnung des holo
grafischen optischen Elements auf ein Fotopolymer oder
ein anderes geeignetes Material zu übertragen und eine
optimale Belichtung vorzunehmen, um eine Linse hohen Wir
kungsgrades mit denselben guten optischen Qualitäten der
nach dem Schritt- und Wiederholungsverfahren hergestellten
holografischen optischen Elemente zu erhalten.
Eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung be
steht darin, den Wirkungsgrad der Beugung eines für Holo
gensilber aufnahmefähigen holografischen optischen Elements
dadurch zu steigern, daß dieses in ein Phasenaufzeichnungs-
Element umgewandelt wird, wobei im Zuge der Ausführung
dieses Vorgangs der Betrag der Indexänderung in dem durch
das Hologensilber erzeugten Streifenmuster effektiv ver
stärkt wird, wodurch der Anteil des Lichtes gesteigert
ist, der in der ersten Ordnung gebrochen wird, welche das
holografische optische Linsenelement umfaßt.
Gelöst werden diese und weitere Aufgaben durch ein Ver
fahren und ein System zur Herstellung eines mehrfachen
holografischen Elements. Das Verfahren umfaßt die Schritte
der Herstellung eines mehrfachen holografischen Mutter-
bzw. Master-Elements mit einem Absorptions-Gittermuster
über das mehrfache holografische Master-Element, des
Überziehens des holografischen Master-Elements mit einer
Schicht aus einem Phasen-Aufzeichnungsmaterial und der
Abgabe eines Aufzeichnungsstrahles an und durch das holo
grafische Master-Element und in die Schicht aus dem Pha
sen-Aufzeichnungsmaterial. Das Absorptions-Gittermuster
des holografischen Master-Elements moduliert die Intensität
des Aufzeichnungsstrahls, und der modulierte Aufzeichnungs
strahl veranlaßt die Monomere des Phasen-Aufzeichnungsma
terials, ein Monomer-Muster zu bilden, das in dem Fall,
daß es polymerisiert ist, ein gewünschtes Beugungs- bzw.
Brechungsindexmuster über die Schicht des Phasen-Aufzeich
nungsmaterials liefert. Das Verfahren umfaßt ferner die
Schritte des Fixierens der Monomere der Schicht aus dem
Phasen-Aufzeichnungsmaterial, so daß das Monomer-Muster
dadurch eine Kopie des mehrfachen holografischen Elements
bildet, und die Beseitigung der Fotopolymerschicht von
dem holografischen Master-Element.
Vorzugsweise wird das holografische Master-Element durch
einen Schritt- und Wiederholungsprozeß gebildet. Das be
treffende holografische Element wird insbesondere dadurch
gebildet, daß ein Referenzstrahl an einen optischen Auf
zeichnungsträger abgegeben wird, daß ein Signalstrahl von
einer Strahlquelle an den Aufzeichnungsträger und unter
einem Winkel R zum Referenzstrahl abgegeben wird und daß
der Aufzeichnungsträger inkremental in eine Vielzahl von
Positionen bewegt bzw. verschoben wird, wodurch eine aus
gewählte Anzahl von Hologrammen in dem Aufzeichnungsträger
aufgezeichnet wird. Auf diese Weise interferieren der Re
ferenzstrahl und der Signalstrahl an diesen verschiedenen
Stellen des Aufzeichnungsträgers unter Bildung des mehr
fachen holografischen Master-Elements.
Wenn dieses bevorzugte holografische Master-Element bei
dem Herstellungsverfahren und Herstellungssystem gemäß
der vorliegenden Erfindung angewandt wird, wird vorzugs
weise die Amplitude des Aufzeichnungsstrahles über das
mehrfache holografische Master-Element entsprechend fol
gender Gleichung variiert:
|Ac|2 = |A|2 cosR.
Hierin bedeuten Ac die Amplitude des Aufzeichnungsstrahls
an irgendeinem ausgewählten Punkt auf dem holografischen
Master-Element,
A die maximale Amplitude des Aufzeichnungsstrahles auf dem holografischen Master-Element und
R der oben erwähnte Winkel zwischen dem Signalstrahl und dem Referenzstrahl, der mit dem Signalstrahl für die Auf zeichnung der Hologramme in dem holografischen Master- Element verwendet wird.
A die maximale Amplitude des Aufzeichnungsstrahles auf dem holografischen Master-Element und
R der oben erwähnte Winkel zwischen dem Signalstrahl und dem Referenzstrahl, der mit dem Signalstrahl für die Auf zeichnung der Hologramme in dem holografischen Master- Element verwendet wird.
Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung mit ihren Nutzen
und Vorteilen unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungs
beispiele detailliert beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Systems
zur Herstellung eines holografischen Master-
Elements.
Fig. 2 zeigt in einer vergrößerten Ansicht einen Teil
des in Fig. 1 dargestellten Systems.
Fig. 3 veranschaulicht in einer schematischen Dar
stellung das verwendete oder wiedergegebene
holografische Master-Element.
Fig. 4 zeigt in einer schematischen Ansicht ein System
zur Herstellung einer Kopie eines holografischen
Master-Elements.
Fig. 5 zeigt in einer vergrößerten Ansicht einen Teil
des in Fig. 4 dargestellten Systems.
Fig. 6 veranschaulicht in einer skizzierten Form das
holografische Master-Element und die von diesem
hergestellte Kopie, und außerdem ist veranschau
licht, wie das Phasengitter der Kopie durch den
Kopie-Strahl und das absorbierende Gitter des
holografischen Master-Elements produziert wird.
Fig. 7 veranschaulicht, wie für ein dünnes holografi
sches Kopie-Element die Wirkungsgrade der Aus
gangs-Strahlen nullter und erster Ordnung des
holografischen Kopie-Elements entsprechend dem
Phasengitter der Kopie variieren.
Fig. 8a bis 8d zeigen verschiedene interessierende Parameter
für den Fall, daß ein Aufzeichnungs-Strahl mit
einer konstanten Amplitude über sein Profil bei
dem System gemäß Fig. 4 angewandt wird, um ein
holografisches Kopie-Element herzustellen.
Fig. 9a bis 9d zeigen dieselben interessierenden Parameter wie
zuvor für den Fall, daß die Amplitude des Auf
zeichnungs-Strahls über dessen Profil in einer
besonderen Weise variiert wird.
Fig. 10 demonstriert, wie sich die Index-Modulation des
holografischen Kopie-Elements vor und nach Aus
härten als Funktion der Energie des Aufzeichnungs
strahls ändert.
Fig. 11 veranschaulicht die Übergangs-Charakteristik
für ein Kopie-Design.
Fig. 12 veranschaulicht das Leistungsspektrum eines bei
dem System gemäß Fig. 4 hergestellten angepaßten
Filters.
Fig. 13 zeigt in einem schematischen Diagramm eine Labor-
Tastanordnung, wie sie für die Herstellung eines
holografischen Kopie-Elements gemäß der vorliegen
den Erfindung verwendet worden ist.
Fig. 14 zeigt ein schematisches Diagramm einer Laboranord
nung, wie sie für die Bewertung des holografischen
Kopie-Elements verwendet worden ist.
Fig. 15 und 16 zeigen, wie der Wirkungsgrad des holografischen
Kopie-Elements als Funktion der Energie des Kopie-
Strahls variiert, wenn der Kopie-Strahl Winkel
von 0° bzw. 10° zur Normalen des holografischen
Kopie-Elements bildet.
Fig. 17 und 18 veranschaulichen in Säulenform Daten gemäß
Fig. 15 und 16.
Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung
einer Kopie eines mehrfachen holografischen optischen Ele
ments, das heißt einer Kopie in dem Sinne, daß diese bei
ihrer Wiedergabe dasselbe Bild wie das originale optische
Element bei Wiedergabe produziert. Die Erfindung ist ins
besondere gut geeignet für die Herstellung eines mehrfachen
bzw. multiplen holografischen optischen Elements mit hoher
Genauigkeit und hohem Wirkungsgrad von einem eine hohe
Genauigkeit und einen niedrigen Wirkungsgrad aufweisenden
mehrfachen holografischen optischen Element. Wie für den
Durchschnittsfachmann verständlich sein dürfte, kann die
Erfindung in ihrem breitesten Sinne jedoch auch für andere
Zwecke angewandt werden. So kann die Erfindung insbesondere
dazu herangezogen werden, einfach funktionale Kopien eines
mehrfachen holografischen Elements unabhängig davon zu
produzieren, ob die Kopie effizienter oder genauer ist
als das originale holografische Element.
Um zu verstehen, wie die vorliegende Erfindung am besten
eingesetzt bzw. genutzt werden kann, um eine Kopie eines
mehrfachen holografischen optischen Elementes herzustellen,
kann es hilfreich sein, die Prozedur zu betrachten, durch
die ein mehrfaches holografisches Original- oder Master-
Element gebildet bzw. hergestellt wird. Die Fig. 1 und 2
veranschaulichen generell einen Prozeß zur Herstellung
eines derartigen optischen Master-Elementes. Dabei veran
schaulicht insbesondere Fig. 1 ein System 10 für die Her
stellung eines mehrfachen holografischen Elements, indem
ein Schritt- und Wiederholungsprozeß ausgeführt wird. In
dem System 10 erzeugt ein Laser 12 einen Laserstrahl 14
und richtet diesen Strahl auf einen Strahlteiler 16, der
den betreffenden Strahl in einen Referenzstrahl 20 und
in einen Signalstrahl 22 aufteilt. Der Referenzstrahl 20
wird von dem Strahlteiler 16 durch eine Strahl-Konditionie
rungs- bzw. Strahl-Behandlungseinrichtung 24 und durch
ein veränderbares Dämpfungsfilter 26 und dann an bzw. auf
den Aufzeichnungsträger 28 abgegeben. Der Signalstrahl 22
vom Strahlteiler 16 her wird von Spiegeln 30a, 30b und
30c reflektiert und gelangt dann durch eine Strahlerwei
terungseinrichtung 32 und eine Bündelungs- bzw. Kollimie
rungslinse 34 hindurch. Der kollimierte Strahl gelangt
dann durch die holografische Linse 36. Die Linse 36 ist
so angeordnet, daß ihr ausgangsseitiger aufgeweiteter
Strahl 40 auf den Aufzeichnungsträger 28 derart auftrifft,
daß der betreffende Strahl 40 mit dem Referenzstrahl 20
interferiert und auf dem Aufzeichnungsträger ein Streifen
muster bildet. Die Brennweite FH der holografischen Linse
36 ist durch die Distanz des Aufzeichnungsträgers 28 vom
Brennpunkt 1F der Linse 36 bestimmt.
Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, verläuft die Achse des Re
ferenzstrahls 20 rechtwinklig zur Ebene des Aufzeichnungs
trägers 26, und die Achse des Signalstrahls 22 bildet einen
Winkel R zu der Linie, die rechtwinklig zur Ebene des Auf
zeichnungsträgers verläuft.
Um auf dem Aufzeichnungsträger 28 eine Vielzahl von Holo
grammen zu bilden, wird der betreffende Aufzeichnungsträger
durch eine Reihe von Positionen in einer schrittweisen Art
bewegt. An bzw. in jeder Position des Aufzeichnungsträgers
interferiert der Signalstrahl 22 mit dem Bezugs- bzw.
Referenzstrahl 20 über einen entsprechenden Bereich des
Aufzeichnungsträgers und erzeugt eine Vielzahl von Bre
chungsmustern oder Hologrammen auf dem betreffenden Auf
zeichnungsträger, wobei jedes Hologramm generell um einen
entsprechenden Punkt im Aufzeichnungsträger zentriert ist.
Bei der Bildung dieser Hologramme bildet die Achse des
Signalstrahls jeweils einen Winkel R zur Normalen in bezug
auf die Ebene des Aufzeichnungsträgers, und bezüglich je
des Hologramms ist somit zu sagen, daß es unter einem Winkel
R zu bilden ist.
Nachdem das mehrfache holografische Element 28 vervollstän
digt ist, kann es wiedergegeben werden. Unter Bezugnahme
auf Fig. 3 geschieht dies dadurch, daß ein gebündelter
bzw. kollimierter Strahl 44 auf das Element 28 gerichtet
wird. Jedes Hologramm des Elements 28 bricht den einfallen
den Strahl 44, was zu einer Vielzahl von Ausgangs-Strah
len 46 führt, deren jeder auf einen entsprechenden Fleck
fokussiert ist. Diese Fokusflecke liegen alle in einer
Ebene, die als Rückbrennebene des Elements 28 bezeichnet
wird, und zwar in einer Entfernung f von dem betreffenden
optischen Element. So würde beispielsweise ein holografi
sches optisches Element, bei dem 16 Hologramme in einer
4×4-Matrix angeordnet sind, 16 Ausgangs-Strahlen haben.
Bei einem holografischen Element, das lediglich ein Holo
gramm aufweist, was als 1×1-Hologramm bezeichnet werden
kann, würde man einen Ausgangs-Strahl haben.
Da das Element 28 durch einen Schritt- und Wiederholungs
prozeß hergestellt worden ist, weist das betreffende Ele
ment eine hohe Genauigkeit, jedoch einen geringen Wirkungs
grad auf. Der Wirkungsgrad des Elements 28 kann als Ver
hältnis der Leistung des Eingangs-Wiedergabestrahls zur
kombinierten Leistung der Ausgangs-Strahlen erster Ordnung
definiert werden. Der Wirkungsgrad eines nach einem Schritt-
und Wiederholungsprozeß hergestellten holografischen opti
schen Elements ist durch die Tatsache begrenzt, daß der
Dynamikbereich des optischen Elements von allen Aufzeich
nungen geteilt wird, die auf dem betreffenden optischen
Element vorgenommen worden sind. Damit ist beispielsweise
jedem Hologramm eines holografischen optischen 4×4-Elements
ein Dynamikbereich von 1/16 des Gesamtdynamikbereichs des
gesamten holografischen optischen Elements zugeteilt.
Das generelle Ziel der Erfindung besteht in der Tat darin,
den Brechungs-Wirkungsgrad des Elements 28 zu steigern.
Dies geschieht insbesondere dadurch, daß das Brechungs
muster im Element 28 von einer einen geringen Wirkungsgrad
aufweisenden Amplituden- und/oder Phasenaufzeichnung in
ein zweites holografisches optisches Element umgesetzt
wird und daß die geringe Modulations-Indexänderung effektiv
verstärkt wird, um dadurch den Anteil des Lichtes zu stei
gern, der auf die Ausgangs-Strahlen erster Ordnung des
zweiten holografischen optischen Elements hin gebrochen
wird. Fig. 4 veranschaulicht ein System 50 zur Herstellung
dieses zweiten holografischen optischen Elements von dem
Element 28 her.
Bei dem System 50 erzeugt eine Quelle monochromatischer
kollimierter Lichtenergie von im wesentlichen fester Wellen
länge, wie ein Laser 54, einen Ausgangs-Strahl 56, der
als Wiederholungs- oder Aufzeichnungsstrahl bezeichnet
ist, und richtet diesen Strahl durch eine Strahl-Behand
lungseinrichtung 60, die vorzugsweise Linsen 62 und 64,
ein Loch 66 und ein Filter 70 aufweist. Die Linsen 62 und 64
sowie das Loch bzw. Nadelloch 66 sind dazu vorgesehen, den
Strahl 56 zu bündeln und den Strahl 20 auf die gewünschte
Größe zu erweitern. Das Filter 70 ist dazu vorgesehen,
die Intensität oder Amplitude des Strahls 56 über ihr Pro
fil, das als x-y-Richtung bezeichnet ist, wie gewünscht
zu steuern oder einzustellen. Von der Strahl-Behandlungs-
bzw. Strahl-Konditionierungseinrichtung 60 her wird der
behandelte Strahl 56 unter einem gewünschten Winkel auf
das holografische optische Master-Element 25 gerichtet,
gelangt durch dieses hindurch und tritt direkt in einen
Phasen-Aufzeichnungsträger 72, wie in eine Fotopolymer
schicht, ein, die auf der Rückseite des holografischen
optischen Master-Elements aufgebracht worden ist.
Da der Vervielfältigungs- bzw. Kopie-Strahl 56 durch das
optische Element 28 hindurchtritt, wird der betreffende
Strahl durch das in dem optischen Element 28 enthaltene
Beugungsmuster amplituden- und phasenmoduliert, wobei diese
Modulation direkt mit dem Aufzeichnungsträger 72 gekoppelt
ist. Da der Vervielfältigungs- bzw. Kopie-Strahl 56 durch
das holografische Master-Element 28 hindurchtritt, wird
insbesondere die Amplitude des betreffenden Kopie-Strahls
derart moduliert, daß der betreffende Kopie-Strahl ein
vorgegebenes Amplituden- oder Intensitätsprofil in der
x-y-Richtung aufweist. Von dem holografischen Master-Element
28 gelangt der amplitudenmodulierte Vervielfältigungs-
bzw. Kopie-Strahl 56 direkt in und durch den Aufzeichnungs
träger 72. Wenn dies geschieht, wandern die Monomere des
Aufzeichnungsträgers 72 in Bereiche geringerer Lichtintensi
tät, was dazu führte, daß ein Monomer-Intensitätsprofil
über den Aufzeichnungsträger 72 hinweg erzeugt wird, das
umgekehrt zum Intensitätsprofil-Strahl 56 ist, der durch
das holografische optische Master-Element 28 erzeugt wird.
Der Brechungsindex der Brechung durch den Aufzeichnungs
träger 72 variiert umgekehrt zu dessen Monomer-Dichte,
so daß das oben beschriebene Monomer-Profil dazu neigt,
ein Brechungsindex-Profil über den Aufzeichnungsträger 72
hinweg zu erzeugen, welches das Intensitätsprofil des durch
das optische Master-Element 26 erzeugten Strahls 56 wieder
gibt.
Nachdem das gewünschte Monomerdichtemuster im Aufzeichnungs
träger 72 erzeugt ist, wird die Übertragung bzw. Abgabe
des Aufzeichnungsstrahls 56 durch den betreffenden Aufzeich
nungsträger beendet oder abgestellt. Sodann werden die
Monomere des Fotopolymers 72 polymerisiert, um die Monomere
zu fixieren, wodurch eine permanente Aufzeichnung des Mono
mer-Musters im Fotopolymer gebildet wird, und das Fotopoly
mer wird von den Master-Aufzeichnungselementen 26 entfernt.
Die Aufzeichnung in dem Fotopolymer 72 ist eine reine Pha
senaufzeichnung in einem nicht-absorbierenden Aufzeichnungs
träger. Wenn das Fotopolymer wiedergegeben wird, tritt
somit scheinbar keine Dämpfung der Amplitude des Wiedergabe
strahls durch das Fotopolymer auf.
Unter Bezugnahme vorzugsweise auf Fig. 4 und 5 ist anzu
merken, daß Sensoren 74 vorgesehen sind, um die Leistung
in den Ausgangs-Strahlen erster und höherer Ordnung der
Fotopolymerschicht 72 im Zuge der Aufzeichnung zu über
wachen. Die Aufzeichnung ist abgeschlossen, wenn eine maxi
male Leistung in dem Ausgangs-Strahl erster Ordnung und
eine erwünschte minimale Leistung in den Ausgangs-Strahlen
höherer Ordnung erhalten wird. So können beispielsweise
Ausgangssignale von diesen Sensoren 74 durch eine Bedienper
son überwacht werden, die den Laser 54 manuell dann deakti
viert, wenn die gewünschten Ausgangs-Strahlleistungen er
reicht sind. Alternativ dazu können diese Sensoren mit
dem Laser 54 verbunden sein, um ihn automatisch zu deakti
vieren, wenn die Ausgangs-Strahlen des Fotopolymers 72
die gewünschten Leistungspegel erreichen. Außerdem kann
zuerst ein versuchsweises holografisches Kopie-Element
erstellt werden, wobei eine zeitliche Entwicklung bezüg
lich der Leistungspegel der Ausgangs-Strahlen der ver
schiedenen Ordnungen aufgenommen wird. Dies liefert ein
Histogramm, welches eine auszuwählende Belichtung ermög
licht, die den gewünschten Wirkungsgrad und die gewünsch
ten Verteilungen von Ausgangs-Strahlen erster und höherer
Ordnung der Fotopolymerschicht liefern würde. Diese Daten
würden dann dazu herangezogen, ein optimiertes holografi
sches optisches Element herzustellen.
Als Aufzeichnungsträger 72 kann irgendein geeignetes Poly
mer verwendet werden. Ein geeignetes Fotopolymer wird bei
spielsweise von DuPont, Inc. unter der Bezeichnung HRF 600
OMNIDEX vertrieben. Das Fotopolymer kann auf ein holografi
sches Master-Element 28 gegossen und dann an Ort und Stelle
ausgehärtet werden, oder ein ausgehärteter Fotopolymer-Film
streifen kann direkt auf die Emulsionsseite des Master-Ele
ments 28 gewalzt werden. Konventionelle Verfahrensweisen
können angewandt werden, um das Fotopolymer zu polymerisie
ren und um das Fotopolymer von dem holografischen Master-
Element 28 zu entfernen.
Aus der obigen Erläuterung wird die vorliegende Erfindung
für den Durchschnittsfachmann ersichtlich sein. Die folgen
de Analyse mag hilfreich sein für die Erläuterung der Nutzen
und Vorteile der Erfindung und dafür, wie jene Nutzen und
Vorteile optimiert werden.
Wenn ein Hologramm mit ebener Welle (ein Sinuswellen-Git
ter), das aus einem Absorptions-Gitter besteht, in einem
dünnen holografischen Element gebildet wird, dann ist die
Periodizität a des Gitters über die Breite des holografi
schen Elements, als y-Richtung bezeichnet, durch folgende
Gleichung beschrieben:
Hierin bedeuten a0 die mittlere Absorption des Gitters,
a1 den Spitzen-Absorptionspegel des Gitters und
1/S die räumliche Frequenz des Gitters längs der y-Achse.
Es ist ferner bekannt, daß der Wirkungsgrad η dieses Ab
sorptionsgitters durch die folgende Gleichung gegeben ist:
η = exp (-2a₀d/cos R) sin h² (a₁d/2 cos R) (2)
Hierin bedeuten d die Dicke des optischen Elements und
R der Winkel von der Normalen des zur Herstellung des
optischen Elements verwendeten Referenzstrahles.
Wenn R gleich 0 ist, was bei dem System gemäß Fig. 1 und 2
der Fall ist, dann ist cosR gleich 1, und die Gleichung
(2) wird zu:
η = exp (-2a₀d) sin h² (a₁d/2) (3)
Dabei ist η ein Maximum, wenn a0 gleich a1 ist. Wenn dies
der Fall ist und wenn ein optisches Element mit einer Dicke
von 20 Mikrometer vorliegt, dann beträgt der maximale Wir
kungsgrad des Gitters etwa 3,67%.
Die obige Diskussion basierte auf der Annahme, daß der
Winkel R festliegt. Bei komplexeren Hologrammen, wie sie
bei Linsenanwendungen gebildet werden, wäre jedoch auch
ein zweiter Winkel ψ einbezogen. Beide Winkel R und ψ
würden von Punkt zu Punkt bei der Aufzeichnung variieren
und tatsächlich eine Verminderung im Wirkungsgrad des holo
grafischen optischen Elements hervorrufen. Dieser verminder
te Wirkungsgrad geht auf die Tatsache zurück, daß die
räumliche Frequenz 1/S des Gitters längs der y-Achse eine
Funktion von beiden Größen R und ψ ist. Die räumliche
Frequenz ist insbesondere durch folgende Gleichung gegeben:
Hierin bedeutet λ die Wellenlänge des Referenzstrahles.
Fig. 6 veranschaulicht in einer schematischen Ansicht ein
mehrfaches holografisches Element 28 sowie eine Fotopolymer
schicht 72 und enthält außerdem diesen Elementen überlagert
grafische Darstellungen verschiedener interessierender
Parameter. Dabei weist Fig. 6 insbesondere eine grafische
Darstellung der Periodizität a des Gitters des Elements 28
auf, wie dies durch Gleichung (1) gegeben ist, und zwar
überlagert einem Umriß des mehrfachen holografischen Master-
Elements 28. Diese Zeichnungsfigur weist eine Darstellung
des Brechungsindex n des Fotopolymers 72 auf, welche einem
Umriß des betreffenden Elements überlagert ist.
Unter Bezugnahme auf Fig. 6 sei angemerkt, daß dann, wenn
das optische Master-Element 28 durch den Vervielfältigungs-
oder Kopie-Strahl beleuchtet wird, der durch das durch
Gleichung (1) beschriebene absorbierende Gitter hindurchge
langt, die Intensität des betreffenden Kopie-Strahls durch
das absorbierende Gitter des optischen Master-Elements
moduliert wird. Dieser modulierte Kopie-Strahl wird zum
Einfall auf das Fotopolymer-Material 72 gebracht, in welchem
tatsächlich das absorbierende Gitter des Elements 28 in
ein allein phasen-index-moduliertes Gitter umgewandelt
wird.
Im Falle einer dünnen Fotopolymerschicht 72 kann die
Periodizität R des Phasengitters über die Breite der
Schicht 72 durch folgende Gleichung beschrieben werden:
Φ = Φ₀ + Φ₁ sin (Ky) (5)
Hierin bedeuten Φ0 irgendeine festliegende Phasenver
schiebung,
Φ1 die maximale Phasenverschiebung in dem Phasen-Gitter und
Φ1 die maximale Phasenverschiebung in dem Phasen-Gitter und
Dieses Phasen-Gitter kann durch eine Index-Modulation n
hervorgerufen werden, die durch folgende Gleichung gegeben
ist:
n = n₀ + n₂ sin (Ky) (6)
Hierin bedeuten n0 die mittlere Index-Modulation,
n1 die maximale Index-Modulation und
n1 die maximale Index-Modulation und
Die Phasenverschiebung Φ ist auf die Index-Modulation n
bezogen durch die Beziehung gegeben:
Hierin bedeutet
und Δ ist gegeben durch irgendeinen Bruch.
Die Auflösung der Gleichung (7) nach Φ zeigt, daß folgende
Beziehung gilt:
Damit kann die Gleichung (5) wie folgt umgeschrieben
werden:
Die Durchlässigkeitsfunktion T(y) des Gitters ist
durch folgende Beziehung gegeben:
T(y) = e-j Φ = T(y) = e-j( Φ ₀+ Φ ₁sin(Ky)) (11)
Dies kann durch die Bessel-Funktion
T(y) = e-j Φ ₀ e-j Φ ₁sin(Ky) = e-j Φ ₀ Σ Jn( Φ ₁) ejm(Ky) (12)
bewertet werden. Die Erweiterung der Gleichung (12)
führt zu:
T(y) = e-j Φ ₀ [J₀ (Φ₁) + J₁ (Φ₁) ejKy + J₂ (Φ₁) e2jKy + . . .] (13)
Im allgemeinen kann für n=0 oder eine positive ganze Zahl
jeder Term in der Klammer in der Gleichung (13) durch
folgende Gleichung ausgedrückt werden:
Hierin bedeuten n die Ordnung der Bessel-Funktion und m
der Term in der Reihe.
Dies ist eine Bessel-Funktion der ersten Art, die aus
Gleichung (14) erweitert werden kann. So sind beispiels
weise J0(Φ1) und J1(Φ1) durch folgende Gleichungen gegeben:
Hierbei wird der Wert von aus Gleichung (9) erhalten.
Um die durch die Gleichung (12) beschriebene Übertragungs-
bzw. Transmittanzfunktion zu bewerten, ist es notwendig,
nach jedem Term der Reihenerweiterung oder durch numeri
sche Integration aufzulösen. Für das in dem Fotopolymer 72
gebildete Phasengitter ist J0(Φ1) die Gleichspannung oder
der Ausgangs-Strahl nullter Ordnung des Gitters, J1(Φ1)
ist der Ausgangs-Strahl erster Ordnung des Gitters, und
J2(R1) und die höheren Terme der Reihe sind Ausgangs-Strah
len zweiter und höherer Ordnung des Gitters. Die Ausgangs-
Strahlen nullter und erster Ordnung des Fotopolymers sind
Strahlen von hauptsächlichem Interesse, weshalb die Terme
nullter und erster Ordnung der Gleichung (12) die haupt
sächlich interessierenden Terme sind. Die Werte für J0(Φ1)
und J1(Φ1) sind tabellarisch zusammengestellt, so daß es
lediglich erforderlich ist, Φ1 zu berechnen und dann die
für den betreffenden Wert interessierenden Bessel-Funktion
nachzusehen oder den Wert unter Verwendung eines Rechen
programms, wie Matlab, zu berechnen.
Wie zuvor erwähnt, wird ein geeignetes Fotopolymer 72 unter
der Handelsbezeichnung HRF-600 OMNIDEX vertrieben;
der Wert n für dieses Fotopolymer beträgt 0,14. Durch Sub
stituieren dieses Wertes für n in Gleichung (9) und durch
Einsetzen von 10 µ und 0,633 µ für d bzw. λ in die Glei
chung (9) ergibt sich:
Nachdem Φ1 bestimmt ist, können J0(Φ1) und J1(Φ1) aus den
Gleichungen (15) und (16) bestimmt werden. Mit Φ1 = 1,39
führen die Gleichungen (15) und (16) zu:
J₀(Φ₁) = 0.5728e-j Φ ₀ (17a)
J₁(Φ₁) = 0.5399ejky * ej Φ ₀ (17b)
Da die Übertragungs-Terme für die nullte und erste Ordnung
bekannt sind, kann der Wirkungsgrad des Gitters dadurch
berechnet werden, daß durch das Gitter ein Lichtstrahl
mit einer Leistung von einer Einheit (µ=1) hindurchge
leitet wird.
Der Wert nullter Ordnung, µJ0(Φ1)1 beträgt
µJ₀ (Φ₁) = 1 * (.5728e-j Φ ₀) (18)
und der Wert erster Ordnung, µJ1(Φ1) beträgt
µJ₁(Φ₁) = 1 * (.5399ej(ky- Φ ₀)) (19)
Die obigen Gleichungen geben die vom Gitter ausgehende
Amplitude und Phase an, das durch J0(Φ1) und J1(Φ1) bestimmt
ist. Der Wirkungsgrad des hergestellten holografischen
Kopie-Elements steht zur Lichtleistung oder zum Quadrat
der Amplitude des Ausgangs-Strahles relativ zur Leistung
des Wiedergabe-Strahls in Beziehung; der Wirkungsgrad
ist durch folgende Gleichung gegeben:
Wirkungsgrad = η = | J₁(Φ₁) |² = 0,29 (20)
Die Wirkungsgrade der Ausgangs-Strahlen nullter und erster
Ordnung des holografischen Elements 72 - oder genauer ge
sagt das Verhältnis der Intensität des Ausgangs-Strahles
nullter Ordnung des Elements 72 zur Intensität des Wieder
gabestrahles - wie sie von den nullten und ersten Ordnungen
der Bessel-Funktion abgeleitet werden, ist in Fig. 7 darge
stellt. Wie dort gezeigt, sind für Φ2 = 1,39 die Wirkungs
grade der Ausgangs-Strahlen nullter und erster Ordnung
etwa gleich. Der maximale Wirkungsgrad des Ausgangs-Strahles
erster Ordnung beträgt etwa 34%; dieser Wert wird dann
erhalten, wenn Φ1 etwa 1,8 beträgt. Bei diesem Wert von Φ1
beträgt der Wirkungsgrad des Ausgangs-Strahles nullter
Ordnung etwa 10%.
Es sei darauf hingewiesen, daß für ein in dem Fotopolymer 72
gebildetes dünnes Gitter Ausgangs-Strahlen höherer Ordnung
zu beiden Seiten des Ausgangs-Strahles nullter Ordnung
auftreten und daß die gesamte Ausgangsleistung des Fotopoly
mers durch Summieren der Leistungen der Ausgangs-Strahlen
sämtlicher Ordnungen berechnet werden kann. Dies ist äquiva
lent der Auflösung der Gleichung (12) für den Fall, daß
ein Wert von Φ1 für sämtliche Werte von n und m herangezogen
wird und daß die Amplitude des Ergebnisses quadriert wird.
Darüber hinaus sollte die gesamte Ausgangsleistung gleich
der gesamten Eingangsleistung sein, da keine Absorptionsver
luste im Gitter des Fotopolymers 72 vorhanden sind.
In Laborversuchen sind Kontakt-Kopien der holografischen
optischen Elemente erhalten worden, die diese Parameter
verwendeten, und zwar mit Wirkungsgraden im Bereich von
20 bis 30%, was in Übereinstimmung mit der obigen Analyse
bezüglich dieser Gitter steht.
Der Unterschied zwischen dicken und dünnen Hologrammen
ist durch folgende Gleichung bestimmt:
Hierin bedeuten d die Dicke des Films,
n den Index des Films und
∧ der Abstand der Streifen im Film (1/S). Wenn Q 1 ist,
dann wird das Gitter insbesondere als dünn betrachtet.
Falls Q » 1 ist, dann wird das Gitter als dick betrachtet.
Für die Werte λ = 0,514 µ, d = 10 µ, n = 1,5 und
∧ = 1,82·10-3 µ gilt
Dies bringt die Gitter-Dicke irgendwo zwischen das Kriterium
zwischen dick und dünn, womit beide Situationen zu berück
sichtigen sind.
Der Wirkungsgrad η eines dicken Gitters ist unter Heran
ziehung der Kogelnik-Lösung für gekoppelte Wellen bezüglich
eines dicken Gitters durch folgende Gleichung gegeben:
Unter Heranziehung der oben angegebenen Werte für n, d,
λ und R führt dies zu η = 42%. Dieser Wirkungsgrad ist
höher als der Wirkungsgrad, der für den Fall bestimmt ist,
daß das Gitter als dünn betrachtet wird, und er ist höher
als im Labor beobachtet worden ist, was die Annahme nahe
legt, daß die durch Gleichung (13) gegebenen Ergebnisse
auf den vorliegenden Fall zutreffen.
Wie aus Gleichung (20) ersichtlich ist, ist der Wirkungs
grad des holografischen Elements für ein dünnes holografi
sches optisches Element eine Funktion von Φ1 Der Spitzen-
Phasen-Term in Gleichung (5) wird durch den Index-Modula
tions-Term n1 in Gleichung (6) gesteuert. Deshalb sind
der maximale Wirkungsgrad des holografischen Elements 72
sowie die Gleichförmigkeit des Wirkungsgrades des holo
grafischen Elements Funktionen dieses n1-Termes durch
Modulation des Kopie-Strahles.
Aus Gleichung (2) geht außerdem hervor, daß der Wirkungsgrad
des Absorptionsgitters in dem holografischen Master-Ele
ment 28 eine Funktion des Winkels R des Referenzstrahls
zur Normalen des optischen Elements ist, von dem das holo
grafische Element hergestellt worden ist. Der betreffende
Wirkungsgrad η ändert sich dabei insbesondere umgekehrt
mit bzw. zu cosR. Änderungen im Winkel R können durch Ein
stellen oder Steuern der Intensität des Kopie-Strahls in
der x-y-Richtung - das heißt über das Profil des Kopie-
Strahles - derart kompensiert werden, daß der effektive
Wirkungsgrad des hergestellten holografischen optischen
Elements für sämtliche Werte von R bei einem Maximum gehal
ten werden kann.
Die benötigten Kopie-Strahl-Korrekturen oder -Einstellungen
können ziemlich einfach oder komplex sein, und zwar in
Abhängigkeit davon, wie sich der Wert R ändert. Bei der
in dem System gemäß Fig. 1 hergestellten Linse 28 ändert
sich der Wert R beispielsweise in einer symmetrischen Weise
ohne Ablenkungen bzw. Beugungen, und ein modifiziertes
Gaußsches Filter kann bei dem System gemäß Fig. 4 verwen
det werden, um die gewünschten Einstellungen bezüglich
des Intensitätsprofils des Kopie-Strahls vorzunehmen. Bei
komplizierteren Funktionen von R, wie asymmetrischen Funk
tionen mit Ablenkungen bzw. Beugungen wäre das Strahlprofil-
Filter des Systems 50 komplizierter.
Unter Bezugnahme auf Fig. 4 bis 6 sei noch spezieller ange
merkt, daß der gewünschte optimale Wirkungsgrad des holo
grafischen Kopie-Elementes dadurch erhalten werden kann,
daß die Amplitude des Vervielfältigungs- bzw. Kopie-Strahls
über die Seite des mehrfachen holografischen Master-Ele
ments 28 entsprechend folgender Gleichung geändert wird:
|Acopy|2 = |A|2 cosR (23).
Hierin bedeuten |Ac| die Amplitude des Aufzeichnungs-
Strahls an irgendeinem ausgewählten Punkt auf dem holo
grafischen Master-Element,
|A| die maximale Intensität des auf das holografische
Master-Element auftreffenden Aufzeichnungsstrahls und
R der Winkel zwischen (i) der Normalen des Aufzeichnungs
trägers, von dem das holografische Element 26 hergestellt
worden ist, und (ii) dem Referenzstrahl, der zur Bildung
des Hologramms im Element 28 an dem ausgewählten Punkt
verwendet worden ist.
Gemäß einem Beispiel kann unter Heranziehung der Gleichung
(22) und der folgenden Parameter:
d = 20 µ, n1 = 0,017, λ = 0,033 µ, R = 0
ein Gitter theoretisch einen Wirkungsgrad von 100 liefern,
wie dies nachstehend veranschaulicht ist:
Wenn R größer ist als Null und nicht festliegt, dann sind
die Terme in der Gleichung (22), die sich ändern können,
R und n1, und die anderen Terme liegen fest. Es sei außerdem
darauf hingewiesen, daß cosR im Nenner der Gleichung (22)
sich mit dem Aufzeichnungswinkel ändert. Somit kann bei
spielsweise im Falle einer holografischen optischen 100-mm-
Element-Linse, die auf einer 4×4-Zoll-Platte und unter
einem Nominal-Winkel R0 = 10° gebildet ist, der Aufzeich
nungswinkel tatsächlich zwischen +36,6 und -26,6 von der
Mitte der Platte aus zu den Kanten hin variieren. Die Kosi
nus-Werte dieser Winkel sind:
cosR0 = 0,98
cos(-26,6) = 0,89
cos(36,6) = 0,8.
cosR0 = 0,98
cos(-26,6) = 0,89
cos(36,6) = 0,8.
Wenn der Wert n1 so gesteuert wird, daß er exakt mit cosR
variiert, dann bleibt das Argument der Gleichung (22)
konstant und wird, welcher Wirkungsgrad bei der Auslegung
auch ausgewählt worden ist, beibehalten. Die Fig. 8a bis 8d
sowie 9a bis 9d zeigen diese Parameter aufgetragen für
eine holografische optische 100-mm-Element-Linse sowie
die Wirkung der Steuerung von n1 zur Aufhebung der Ände
rungen im Wirkungsgrad, die auf Veränderung von R zurück
zuführen sind. Im besonderen zeigen Fig. 8a und 9a den
Bereich des Aufzeichnungswinkels R, wenn das holografische
Master-Element 28 hergestellt wird, sowie den Kosinus des
betreffenden Winkels. Fig. 8(b) zeigt einen konstanten
Wert n1, und Fig. 9(b) zeigt die Darstellung des Wertes
n1cosR gegenüber R. Die Fig. 8(c) und 9(c) veranschauli
chen die Werte n1/cosR bzw. n1cosR/cosR in der Darstellung
gegenüber R. Die Fig. 8(d) und 9(d) veranschaulichen die
Wirkungsgrade des holografischen Kopie-Elements, das dann
gebildet wird bzw. ist, wenn die Intensität des Aufzeich
nungsstrahls in der x-y-Richtung in Übereinstimmung mit
den in Fig. 8(b) bzw. 9(b) veranschaulichten Funktionen
verändert wird. Wie durch Gleichung (22) vorhergesagt,
nimmt in dem Fall, daß die Intensität des Aufzeichnungs
strahls in der x-y-Richtung konstant gehalten wird, der
Wirkungsgrad des holografischen Elementes ab oder fällt
zu den Kanten des betreffenden Elementes hin ab, wie dies
in Fig. 8(d) veranschaulicht ist. Wenn die betreffende
Strahlintensität indessen so eingestellt ist, daß Ände
rungen im cosR kompensiert sind, so daß das Verhältnis
von Strahlintensität/cosR konstant bleibt, wie dies in
Fig. 9(c) veranschaulicht ist, dann ergibt sich daraus,
daß auch der Wirkungsgrad des holografischen Kopie-Ele
ments konstant ist, wie dies in Fig. 9(d) veranschaulicht
ist.
Die cosR-Modulation von Δn ist durch Gleichung (23) be
schrieben, wobei die Intensität des Kopie-Strahls als bzw.
durch cosR verändert wird, weshalb sich die Index-Änderung
n1 entsprechend ändert. Dies führt zur Annahme, daß die
Beziehung zwischen n1 und der Aufzeichnungsenergie für
den ausgewählten Arbeitspunkt linear ist, die etwa 40 mJ/cm2
beträgt. Die Aufzeichnungsenergie ist durch folgende Glei
chung gegeben:
Aufzeichnungsenergie = |A|2cosR·Δt (24).
Hierin bedeutet Δt die Belichtungszeit, und
|A|2 ist die Spitzen-Intensität des Aufzeichnungsstrahles.
Die Beziehung zwischen n1 und der Aufzeichnungsenergie ist
durch die in Fig. 10 dargestellten Kurven veranschaulicht,
die insbesondere die Index-Modulation des Fotopolymer
materials vor und nach dem thermischen Aushärten zeigen.
Obwohl ein Aushärten nicht erforderlich ist, ruft das Aus
härten jedoch eine nennenswerte Steigerung in der Index-
Modulation n1 hervor, wie dies durch die Kurven gemäß Fig. 10
veranschaulicht ist.
Die Übertragungskennlinie für ein holografisches optisches
Kopie- oder Vervielfältigungs-Element sind in Fig. 11 ver
anschaulicht. Die Übertragungskennlinien für die thermisch
ungehärtete Vervielfältigung wurde von Fig. 10 genommen.
Die Index-Änderung ist längs der Ordinate gemäß Fig. 11
veranschaulicht, und die durch Gleichung (24) berechnete
Belichtungs-Energie ist längs der Abszisse in Fig. 11 auf
getragen. Die umgekehrte Strahlprofil-Intensität ist von
Gleichung (23) her genommen, die die achsenversetzte Mitte
veranschaulicht, wie dies durch die Tatsache diktiert ist,
daß die Signal- und Referenzstrahlen, die zur Herstellung
der Master-Aufzeichnung verwendet worden sind, sich unter
einem Winkel von 10° schneiden. In der Praxis wird dieses
Profil dadurch erzielt, daß in die Bahn des Vervielfälti
gungs-Strahles ein Absorptionsfilter eingebracht wird,
dessen Übertragungskennlinie zu 1/cosR proportional ist.
Ein derartiges Filter kann beispielsweise dadurch herge
stellt werden, daß eine AgHal-Platte durch eine Lichtquelle
belichtet wird, dessen Intensität sich entsprechend cosR
ändert.
Die entwickelte Platte hätte dann eine Transmittanz bzw.
Durchlässigkeit von 1/cosR. Die Index-Modulation n1 wird
dann ebenfalls durch cosR moduliert, wie dies in Fig. 11
veranschaulicht ist. Für praktische Zwecke würde eine Über
gangs- bzw. Übertragungskurve für jeden neuen Stapel von
Vervielfältigungsmaterial erzeugt werden, um sicherzu
stellen, daß dieses Vervielfältigungsmaterial durch den
Vervielfältigungs-Strahl während der gewünschten Zeit
belichtet wird, um so holografische Kopie-Elemente mit
maximalem Wirkungsgrad und gleichförmiger Leistung
herzustellen.
Die obige Diskussion hat sich auf die Anwendung der Ver
vielfältigung bzw. Kopie für die Herstellung holografischer
optischer Elemente konzentriert. Optische Filter, wie ange
paßte Hochpaßfilter, können jedoch ebenfalls von diesem
Prozeß Nutzen ziehen, und es wird angenommen, daß der Wir
kungsgrad eines angepaßten Filters um zumindest 20 db ange
hoben werden kann. Nimmt man beispielsweise ein viereckiges
bzw. quadratisches Objekt f(x,y) heran, für das ein Filter
herzustellen ist, so wird die Fourier-Transformation vorge
nommen, und ein Hochpaßfrequenzverhalten wird so gewählt,
daß bei der ersten Keule begonnen wird (ein höherer Durch
laß kann dadurch definiert werden, daß zu den zweiten oder
dritten oder höheren Keulen hin übergegangen wird). Das
Leistungsspektrum Ps ist gegeben durch:
Ps = |F(f(x,y)|2 (25).
Längs einer Achse, wie der x-Achse, kann das Leistungs
spektrum Ps(x) analytisch geschrieben werden zu:
Ps(x) = |sincx|2 (26).
Die Gleichung (26) ist in Fig. 12 wiedergegeben, die ver
anschaulicht, daß die erste Seitenkeule um 13 db, die zweite
Seitenkeule um 18 db etc. abgesenkt sind. Für das Hochpaß
filter, das für eine Diskriminierung benötigt wird, ist
zumindest ein 13-db-Abfall vorhanden, falls die erste Keule
verwendet wird, und die Absenkung wird größer, wenn das
Frequenzdurchlaßband höher wird. Darüber hinaus kann aus
Gleichung (3) bestimmt werden, daß in dem Fall, daß das
Filter unter Verwendung von AgHal aufgezeichnet ist, der
maximale Wirkungsgrad aufgrund der Absorption 3,67% beträgt,
was sich zu einem zusätzlichen 14-db-Abfall umrechnet.
Der Verlust aufgrund der Hochpaß-Keulen-Selektion kann
indessen nicht beseitigt werden; die Absorptionsverluste
können jedoch durch Anwendung der oben beschriebenen
Vervielfältigungs-Verfahren reduziert werden. Falls die
Filter-Kopie bzw. -Vervielfältigung so gut arbeitet wie
jenes Filter, das bei der holografischen opitischen
Element-Fabrikation verwendet worden ist, wird angenommen,
daß zumindest eine 10-db-Erhöhung im Filter-Wirkungsgrad
und eine entsprechende Reduktion in den Laser-Leistungs
anforderungen erreicht werden können.
Es wurden Experimente durchgeführt, um den Wirkungsgrad
von mehrfachen holografischen Linsenanordnungen zu stei
gern, die derzeit unter Verwendung von AgHal-Material auf
Glasplatten hergestellt werden. Die derzeitigen mehrfachen
holografischen Linsenanordnungen weisen einen Wirkungsgrad
in der Größenordnung von 2 bis 3% auf, und durch den hier
angegebenen Vervielfältigungsprozeß wurden dieselben mehr
fachen holografischen Linsenanordnungen aus AgHal mit ver
stärker Index-Modulation auf ein Omnidex-Fotopolymer über
tragen, und der Wirkungsgrad der 3×3- und 4×4-Anordnungen
bzw. Felder war ohne nennenswerten Qualitätsverlust auf
20 bis 30% gesteigert.
Die mehrfachen holografischen Linsenanordnungen aus AgHal
wurden bei 647 nm (unter Verwendung eines Krypton-Lasers)
oder bei 633 nm (unter Verwendung eines HeNe-Lasers) bei
einem Signalstrahl-Referenzstrahl-Winkel von 10° herge
stellt. Die Anordnungen wurden durch das weiter oben be
schriebene Schritt- und Wiederholungs-Belichtungsverfahren
erzeugt, was bedeutet, daß das lichtempfindliche Material
an der ersten Stelle belichtet wird, daß die Platte dann
um einen vorgeschriebenen Wert verschoben wird, erneut
belichtet wird, weiterbewegt wird, wieder belichtet wird,
etc., und zwar je Lage in der betreffenden Anordnung.
Ein schematisches Diagramm der Labortestanordnung 80 ist
in Fig. 13 veranschaulicht. Das Omnidex-Fotopolymer 82
ist für den blau-grünen Bereich lichtempfindlich, weshalb
ein Argonionen-Laser 84, der blaues Licht (488 nm) emitiert,
als Lichtquelle verwendet wurde. Der Roh-Laserstrahl 86
wird räumlich gefiltert, gedehnt und gebündelt. Ein Einzel
achsenträger mit der Fähigkeit, sich um die vertikale Achse
zu drehen, wurde verwendet, um die Glas-/holografische
AgHal-Master-Anordnung 90 zu tragen.
Wie oben angedeutet, ist das bei diesen Experimenten ver
wendete Fotopolymer lediglich im blau-grünen Bereich licht
empfindlich, weshalb eine rote Lampe für die Beleuchtung
benutzt wurde. Das Fotopolymer war auf einem Mylar-Schicht-
Substrat mit einem dünnen Membranschutz-Überzugsmaterial
aufgebracht. Bei der Vorbereitung des Polymers für die
Belichtung wurde dieser Überzugsschicht abgelöst, und das
Fotopolymer-/Mylar-Substrat wurde auf das Glas-/AgHal-
Master-Teil derart aufgebracht, daß das Fotopolymer der
AgHal-Emulsion der Master-Platte zugewandt war und mit
dieser in innigen Kontakt gelangte. Die Fotopolymerschicht
wurde mit Hilfe einer Walze aufgebracht, wobei von einem
Ende aus begonnen und über die Fotopolymerschicht gewalzt
wurde, damit diese mit der Master-Platte derart in Kontakt
gelangte, daß der Einschluß von Luftblasen vermieden war,
die sonst Hohlräume zwischen den Emulsionen hervorrufen
könnten. Das Glasplatten-AgHal-Master-Polymerschichtgebilde
wurde auf bzw. in Träger so aufgebracht, daß das Glas der
Laserstrahlquelle zugewandt war. Das Platten-Schichtgebilde
wurde dann durch die Laserlichtquelle belichtet. Nach der
Belichtung wurde das Fotopolymer fixiert oder ausgehärtet,
indem es von einer UV-Lichtquelle her beleuchtet wurde.
In typischer Weise wurde eine 6- bis 8minütige Fixierzeit
mit einem kleinen Schwarzlicht (800 µW/cm2) angewandt.
Das fixierte Fotopolymer mit dem Mylar-Substrat wurde dann
von der Glasplatte abgelöst und hinsichtlich Wirkungsgrad
und optischer Qualität bewertet.
Fig. 14 zeigt in einem Diagramm die Laboranordnung 100,
die für die Wiedergabe und Bewertung des verstärkten opti
schen Vervielfältigungs-Elementes 82 verwendet worden ist,
wobei eine Laserquelle 102 mit einer Wellenlänge von 633 nm
verwendet wurde, die nahe der Wellenlänge ist, bei der
das holografische Master-Element 909 hergestellt worden
ist. Es sei darauf hingewiesen, daß die Wellenlänge des
Vervielfältigungs-Strahles nicht dieselbe ist und nicht
dieselbe zu sein braucht wie die Wellenlänge des Wieder
gabe-Strahles, da der Vervielfältigungs-Strahl lediglich
zur Bildung des Vervielfältigungs-Elements 82 verwendet
wird. Für diese Bewertung wurde das Fotopolymer in einen
(nicht dargestelltes) Flüssigkeits-Rahmen mit einer Stufe
für eine Dreheinstellung um die x- und y-Achsen (Steigung
und Gierung) untergebracht. Eine CCD-Fernsehkamera 104,
die an einem Werkbank-Mikroskop befestigt war, wurde für
die Betrachtung des fokussierten Beugungsmusters herange
zogen, um die optische Qualität des holografischen opti
schen Elementes zu bewerten, während ein (nicht dargestell
ter) J-16-Strahlungsmesser zur Messung der Durchgangs
leistung zum Zwecke der Bestimmung des Beugungs-Wirkungs
grades verwendet wurde. Eine kreisförmige 10-mm-Apertur
(nicht dargestellt) wurde vor dem verwendeten Laserstrahl
untergebracht, um die jeweilige vielfache holografische
Linsenanordnungs-Vervielfältigung zu bewerten. Die Stufe
für das holografische optische Element 82 wurde abgeglichen,
während das resultierende Beugungsmuster betrachtet wurde,
um die beste Linsenleistung zu erzielen. Sodann wurde die
Leistung des Beugungsstrahles erster Ordnung gemessen.
Die anfänglichen Vervielfältigungs-Belichtungen wurden
über einen Bereich von etwa 94 cm2 unter Verwendung eines
Laserstrahls mit einem Durchmesser von 30 mm und bei
rechtwinkliger Ausrichtung zur Platte (Fotopolymer-Träger)
mit einer relativ hohen Leistungsdichte (10 mW/cm2) vorge
nommen. Es zeigte sich, daß der Wiedergabe-Winkel, bei
dem die maximale Beugungs-Nutzeffekt erzielt wurde, von
jenem differierte, bei dem das beste Beugungsmuster auf
trat.
Beim anschließenden Testen wurden verschiedene Belichtungen
bei unterschiedlichen Energien vorgenommen, wobei der
Einfallwinkel des Kopie-Strahls auf denselben Winkel wie
bei der Master-Platte festgelegt war. Auf die Wiedergabe
hin wurde festgestellt, daß der Winkel für die beste
optische Leistung dicht mit dem für die beste Beugungs-
Leistungsfähigkeit zusammenfiel. Die Kopien wurden zunächst
trocken wiedergegeben (das heißt ohne einen Flüssigkeits
rahmen). Während die Beugungs-Leistungsfähigkeit etwa um
eine Größenordnung höher lag als bei der originalen Master-
Platte war die optische Qualität nicht so gut. Es wurde
für möglich erachtet, daß die Vervielfältigung mit dem
Omnidex-Fotopolymer lediglich eine Oberflächenerscheinung
sein könnte und daher verschwinden würde, wenn das Foto
polymer in eine passende Flüssigkeit eingetaucht wird.
Als das Omnidex-Fotopolymer jedoch in einem Index-Anpaß
flüssigkeits-Rahmen wiedergegeben wurde, zeigte sich,
daß die optische Qualität des Fotopolymers derart ver
bessert war, daß sie nahezu nicht unterscheidbar war von
jener der mehrfachen holografischen Master-Linsenanordnung,
und der Wirkungsgrad bzw. die Leistungsfähigkeit blieb
hoch. Damit war nachgewiesen, daß die fragliche Aufzeichnung
im Träger untergebracht war und nicht ein einfaches Ober
flächenrelief bildete. Der Wiedergabewinkel für die beste
Leistung und die beste Beugungs-Leistungsfähigkeit zeigte
jedoch von Platte zu Platte einige nicht konsistente
Schwankungen. Das Mylar-Substrat für das Fotopolymer zeigt
einige Doppelbrechung und konnte Schwankungen in der Dicke
aufweisen, die die Wiedergabebedingungen und die Widergabe
qualität beeinflussen können.
Bezugnehmend auf Fig. 13 sei angemerkt, daß der Durchmesser
des kollimierten Laserstrahls, der bei dem Vervielfälti
gungsprozeß verwendet worden ist, auf 100 mm gesteigert
wurde, um die volle Apertur der mehrfachen holografischen
Master-Linsenanordnungen zu kopieren. Die mit dem größeren
Laserdurchmesser maximal erzielbare Intensität betrug etwa
2,5 mW/cm2. Es zeigte sich, daß dann, wenn der Kopie-Strahl
senkrecht zur Master-Platte verlief, die Fotopolymer-Kopien
einen breiteren Bereich bezüglich des Wiedergabewinkels
aufwiesen, so daß es leichter war, einen guten Kompromiß
zu finden und sowohl eine gute optische Leistung als auch
einen guten Beugungs-Wirkungsgrad zu erzielen. Wenn der
Winkel des Kopie-Strahls so eingestellt wurde, daß er mit
dem ursprünglichen Herstellwinkel der Master-Platte koin
zidierte, dann zeigte der Wiedergabewinkel einen engen
Akzeptanzbereich für einen guten Beugungs-Wirkungsgrad,
während der Winkel für eine gute optische Leistung nicht
konsistent war. Deshalb wurden sämtliche Kopien großen
Durchmessers senkrecht zu dem Vervielfältigungs-Strahl
hergestellt.
Kopien wurden von einer 3×3-Master-Platte bei einem Wir
kungsgrad von 2,7% und von einer 4×4-Master-Platte bei
einem Wirkungsgrad von 1,2% hergestellt. Es wurden Belich
tungen während 10 Minuten bzw. während 20 Minuten mit etwa
2,5 mW/cm2, sowie während 20 Minuten bzw. während 40 Minuten
mit etwa 1,2 mW/cm2 mit einer UV-Fixierzeit von drei bis
sechs Minuten mit der Platte durchgeführt, die an der Lam
penfläche der beim Aushärtungsprozeß verwendeten Lampe
anstieß, wodurch 1/3 der Platte jeweils sechs Minuten er
faßt war. Dadurch wurde eine Gesamt-Aushärtung sicherge
stellt. Der Spitzen-Wirkungsgrad reichte von 22% bis 31%
bezüglich des mehrfachen holografischen optischen 3×3-Ele
ments und erreichte Werte von 22,7% bis 24,3% bei dem
mehrfachen holografischen optischen 4×4-Element. Diese
Ergebnisse sind durch die Kurven und Säulendarstellungen
gemäß Fig. 13 bis 16 zusammengefaßt dargestellt.
Die Fig. 13 und 14 zeigen insbesondere den Wirkungsgrad
des holografischen Vervielfältigungselements als Funktion
der Aufzeichnungsenergie für Aufzeichnungsstrahl-Winkel
von 0° bzw. 10°. Unter diesen Bedingungen wurde ein Abgleich
bzw. eine Ausrichtung im Hinblick auf einen maximalen
Wirkungsgrad vorgenommen, und zwar ohne einen Versuch,
das luftige Muster der Linse zu optimieren. Aus diesen
Daten ist ersichtlich, daß der höchste Wirkungsgrad dann
erzielt wird, wenn der Vervielfältigungs- bzw. Kopie-Strahl
senkrecht zur Aufzeichnungsebene verläuft. Während diese
Bedingung eines senkrechten Strahls am besten zu sein
scheint, können Vorteile im Hinblick auf achsenversetzte
Vervielfältigungen, wie ein Abfall der höheren Ordnungen,
sowie im Hinblick auf die Steuerung des Abfalls des Wir
kungsgrades vorhanden sein.
Die Fig. 17 und 18 veranschaulichen die Daten in einer
Säulendarstellung für den großen Bereich (100 mm Durch
messer) für mehrfache holografische 3×3- bzw. 4×4-Linsen
anordnungen unter Bedingungen eines senkrechten Strahls.
Fig. 15 zeigt dabei einen hohen maximalen Wirkungsgrad
von 38% in einem schwachen luftigen Muster, und zwar im
Vergleich zu einem maximalen Wirkungsgrad von 27,5% für
den Fall, daß das holografische optische Element bezüglich
des guten luftigen Musters bei f/40 justiert ist. Die Säu
lendaten veranschaulichen, daß der Wirkungsgrad von 28%
bezüglich des guten luftigen Musters bei der Aufzeichnung
sich dem maximalen Wirkungsgrad von 32% bei der Belichtung
mit 1990 mj/cm2 annähert. Wenn der Wirkungsgrad des Poly
mers unter Heranziehung der Gleichung (22) bestimmt wird,
dann zeigt sich, daß es möglich ist, eine Anzahl von mehr
fachen Belichtungen zu erzielen, die zu ähnlichen Wirkungs
graden führen würden. Bei weniger Datenpunkten zeigt
Fig. 16, daß bei dem holografischen optischen 4×4-Element
der Wirkungsgrad im niederen bis mittleren 20%-Bereich
für beide Fälle zu verbleiben scheint. Es gibt keinen Zwei
fel dafür, daß die erhöhten Wirkungsgrade des holografischen
optischen Elementes konkret und wiederholbar
sind.
Claims (10)
1. Verfahren zur Herstellung eines mehrfachen holografischen
Elements, dadurch gekennzeichnet,
daß ein mehrfaches holografisches Master-Element mit einem Absorptions-Gittermuster gebildet wird, das einen bestimm ten Brechungsmusterindex über das betreffende mehrfache holografische Master-Element liefert,
daß das mehrfache holografische Master-Element mit einer Fotopolymer-Schicht überzogen wird,
daß ein Aufzeichnungsstrahl an und durch das mehrfache holografische Master-Element und in die Fotopolymer-Schicht abgegeben wird,
wobei das Absorptions-Gittermuster des mehrfachen hologra fischen Master-Elements die Amplitude des Aufzeichnungs strahles moduliert und der modulierte Aufzeichnungsstrahl die Monomere der Fotopolymer-Schicht zu einem Monomer-Muster bildet, welches den bestimmten Brechungsmuster-Index über die Fotopolymer-Schicht liefert,
daß die Monomere der Fotopolymer-Schicht in dem Monomer- Muster unter Bildung einer Kopie des mehrfachen holografi schen Elements fixiert werden
und daß die Fotopolymer-Schicht von dem mehrfachen hologra fischen Master-Element entfernt wird.
daß ein mehrfaches holografisches Master-Element mit einem Absorptions-Gittermuster gebildet wird, das einen bestimm ten Brechungsmusterindex über das betreffende mehrfache holografische Master-Element liefert,
daß das mehrfache holografische Master-Element mit einer Fotopolymer-Schicht überzogen wird,
daß ein Aufzeichnungsstrahl an und durch das mehrfache holografische Master-Element und in die Fotopolymer-Schicht abgegeben wird,
wobei das Absorptions-Gittermuster des mehrfachen hologra fischen Master-Elements die Amplitude des Aufzeichnungs strahles moduliert und der modulierte Aufzeichnungsstrahl die Monomere der Fotopolymer-Schicht zu einem Monomer-Muster bildet, welches den bestimmten Brechungsmuster-Index über die Fotopolymer-Schicht liefert,
daß die Monomere der Fotopolymer-Schicht in dem Monomer- Muster unter Bildung einer Kopie des mehrfachen holografi schen Elements fixiert werden
und daß die Fotopolymer-Schicht von dem mehrfachen hologra fischen Master-Element entfernt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Schritt der Bildung des mehr
fachen holografischen Master-Elements folgende Schritte
umfaßt:
- i) Abgeben eines Referenzstrahles an einen optischen Aufzeichnungsträger,
- ii) Abgeben eines Signalstrahls von einer Strahlquelle zum Aufzeichnungsträger und unter einem Winkel zu dem Referenzstrahl und
- iii) Verschieben der betreffenden Strahlquelle relativ
zu dem Aufzeichnungsträger in eine Vielzahl von Positionen,
derart, daß der Signalstrahl auf eine Vielzahl von Stellen
auf dem Aufzeichnungsträger gerichtet wird,
wobei der Referenzstrahl und der Signalstrahl an der Viel zahl von Stellen unter Bildung des mehrfachen holografi schen Master-Elements von dem optischen Aufzeichnungsträger interferieren
und wobei der Winkel R sich als bestimmte Funktion der Lage des Aufzeichnungsträgers, auf den der Signalstrahl gerichtet ist, ändert und jedem Punkt auf dem mehrfachen holografischen Master-Element ein R-Wert entsprechend der genannten bestimmten Funktion zugeordnet ist,
und daß der Schritt der Abgabe des Aufzeichnungsstrahles an und durch das holografische Master-Element die Verände rung des Amplitudenprofils des Aufzeichnungsstrahls über das mehrfache holografische Master-Element entsprechend der Gleichung |Ac|2 = |A|2 cosRumfaßt, wobei |Ac| die Amplitude des Aufzeichnungsstrahls an irgend einem vorgegebenen Punkt auf dem mehrfachen holografischen Master-Element,
|A| die maximale Amplitude des Aufzeichnungsstrahls auf dem holografischen Master-Element und R der R-Wert bedeuten, der dem genannten bestimmten Punkt auf dem holografischen Master-Element in Übereinstimmung mit der genannten vorge gebenen Funktion zugeordnet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Abgabe des Aufzeichnungsstrahls
die Veränderung der Amplitude des betreffenden Aufzeich
nungsstrahls über das mehrfache holografische Master-Element
zur Bildung eines holografischen Kopie-Elements mit einem
konstanten Wirkungsgrad über die betreffende Kopie umfaßt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Schritt zur Bildung eines holo
grafischen Kopie-Elements
- i) die Abgabe eines Referenzstrahls an einen optischen Aufzeichnungsträger,
- ii) die Abgabe eines Signalstrahls von einer Strahlquelle her an den Aufzeichnungsträger und unter einem Winkel R zu dem Referenzstrahl und
- iii) die Verschiebung der Strahlquelle relativ zu dem Auf
zeichnungsträger in eine Vielzahl von Positionen umfaßt,
derart, daß der Signalstrahl auf eine Vielzahl von Stellen
auf dem Aufzeichnungsträger gerichtet ist,
wobei der Referenzstrahl und der Signalstrahl an der Viel zahl der betreffenden Stellen unter Bildung des mehrfach holografischen Master-Elements von dem optischen Aufzeich nungsträger interferieren,
und wobei der Winkel R sich entsprechend einer bestimmten Funktion in Abhängigkeit von der Stelle auf dem Aufzeich nungsträger, auf die der Signalstrahl gerichtet ist, ändert und jedem Punkt auf dem mehrfachen holografischen Master- Element ein R-Wert entsprechend der genannten bestimmten Funktion zugeordnet ist,
und daß der Veränderungsschritt die Veränderung der Amplitu de des Aufzeichnungsstrahles zur Konstanthaltung des Ver hältnisses Δn/cosR über die Breite des holografischen Master-Elements umfaßt,
wobei n der Brechungsindex des holografischen Kopie-Ele ments an irgendeinem vorgegebenen Punkt und der Wert bedeuten, der dem betreffenden Punkt auf dem holografi schen Master-Element zugeordnet ist, welcher zu dem genann ten vorgegebenen Punkt auf dem holografischen Kopie-Element in der Bewegungsrichtung des Aufzeichnungsstrahles ausge richtet ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Überzieh-Schritt das Gießen
eines Fotopolymerfilms auf das mehrfache holografische
Element und das Aushärten des Fotopolymer-Films auf dem
mehrfachen holografischen Element umfaßt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Überzieh-Schritt das Aufwalzen
einer ausgehärteten Fotopolymerschicht auf das mehrfache
holografische Element umfaßt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Schritt zur Abgabe des Aufzeich
nungsstrahls dadurch ausgeführt wird, daß der Aufzeichnungs
strahl durch das Fotopolymer hindurch abgegeben wird, wobei
der Aufzeichnungsstrahl einen Ausgangs-Strahl bildet,
daß die Intensität des Ausgangs-Strahles überwacht wird,
und daß die Abgabe des Aufzeichnungsstrahles in dem Fall
beendet wird, daß die Intensität des Ausgangs-Strahles
einen vorgegebenen Pegel erreicht.
8. Anlage zur Herstellung eines mehrfachen holografischen
Elements, dadurch gekennzeichnet,
daß ein mehrfaches holografisches Master-Element mit einem Absorptions-Gittermuster vorgesehen ist, welches einen bestimmten Brechungsmuster-Index über das mehrfach holo grafische Master-Element liefert,
daß eine Schicht aus einem Fotopolymer auf das mehrfache holografische Master-Element aufgebracht ist
und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die einen Auf zeichnungsstrahl an und durch das mehrfache holografische Master-Element und in die Fotopolymer-Schicht abgibt, wobei das Absorptions-Gittermuster des mehrfachen hologra fischen Master-Elements die Amplitude des Aufzeichnungs strahles moduliert und der modulierte Aufzeichnungsstrahl die Monomere der Fotopolymer-Schicht zu einem Monomer-Muster formt, welches den genannten bestimmten Brechungsmuster- Index über die Fotopolymer-Schicht liefert.
daß ein mehrfaches holografisches Master-Element mit einem Absorptions-Gittermuster vorgesehen ist, welches einen bestimmten Brechungsmuster-Index über das mehrfach holo grafische Master-Element liefert,
daß eine Schicht aus einem Fotopolymer auf das mehrfache holografische Master-Element aufgebracht ist
und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die einen Auf zeichnungsstrahl an und durch das mehrfache holografische Master-Element und in die Fotopolymer-Schicht abgibt, wobei das Absorptions-Gittermuster des mehrfachen hologra fischen Master-Elements die Amplitude des Aufzeichnungs strahles moduliert und der modulierte Aufzeichnungsstrahl die Monomere der Fotopolymer-Schicht zu einem Monomer-Muster formt, welches den genannten bestimmten Brechungsmuster- Index über die Fotopolymer-Schicht liefert.
9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß das holografische Master-Element
durch ein Verfahren hergestellt ist, bei dem ein Referenz
strahl zu einem optischen Aufzeichnungsträger hin abgegeben
wird, bei dem ein Signalstrahl von einer Strahlquelle her
an den Aufzeichnungsträger und unter einem Winkel R zu
dem Referenzstrahl abgegeben wird und bei dem die Strahl
quelle relativ zu dem Aufzeichnungsträger in eine Vielzahl
von Positionen verschoben wird, derart, daß der Signalstrahl
auf eine Vielzahl von Stellen auf dem Aufzeichnungsträger
gerichtet ist,
wobei der Referenzstrahl und der Signalstrahl an der be treffenden Vielzahl von Stellen interferieren und das mehr fache holografische Master-Element von dem optischen Auf zeichnungsträger bilden,
und wobei der Winkel R sich entsprechend einer bestimmten Funktion in Abhängigkeit von der Lage bzw. Stelle auf dem Aufzeichnungsträger, auf den der Signalstrahl gerichtet ist, ändert und jedem Punkt des mehrfachen holografischen Master-Elements ein R-Wert entsprechend der genannten bestimmten Funktion zugeordnet ist,
und daß die Einrichtung zur Veränderung der Amplitude des Aufzeichnungsstrahls eine Einrichtung umfaßt, welche die betreffende Amplitude in Übereinstimmung mit der Gleichung |Ac|2 = |A|2 cosRändert, wobei Ac die Amplitude des Aufzeichnungsstrahls an irgend einem vorgegebenen Punkt auf dem mehrfachen holografischen Master-Element, |A| die maximale Amplitude des Aufzeichnungsstrahles auf dem holografischen Master-Element und R der R-Wert bedeuten, der dem betreffenden bestimmten Punkt auf dem holografischen Master-Element in Überein stimmung mit der genannten bestimmten Funktion zugeordnet ist.
wobei der Referenzstrahl und der Signalstrahl an der be treffenden Vielzahl von Stellen interferieren und das mehr fache holografische Master-Element von dem optischen Auf zeichnungsträger bilden,
und wobei der Winkel R sich entsprechend einer bestimmten Funktion in Abhängigkeit von der Lage bzw. Stelle auf dem Aufzeichnungsträger, auf den der Signalstrahl gerichtet ist, ändert und jedem Punkt des mehrfachen holografischen Master-Elements ein R-Wert entsprechend der genannten bestimmten Funktion zugeordnet ist,
und daß die Einrichtung zur Veränderung der Amplitude des Aufzeichnungsstrahls eine Einrichtung umfaßt, welche die betreffende Amplitude in Übereinstimmung mit der Gleichung |Ac|2 = |A|2 cosRändert, wobei Ac die Amplitude des Aufzeichnungsstrahls an irgend einem vorgegebenen Punkt auf dem mehrfachen holografischen Master-Element, |A| die maximale Amplitude des Aufzeichnungsstrahles auf dem holografischen Master-Element und R der R-Wert bedeuten, der dem betreffenden bestimmten Punkt auf dem holografischen Master-Element in Überein stimmung mit der genannten bestimmten Funktion zugeordnet ist.
10. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß das holografische Master-Element
nach einem Verfahren hergestellt ist, bei dem ein Referenz
strahl an einen optischen Aufzeichnungsträger abgegeben
wird, bei dem ferner ein Signalstrahl von einer Strahlquelle
an den betreffenden Aufzeichnungsträger und unter einem
Winkel zu dem Referenzstrahl abgegeben wird und bei dem
die Strahlquelle relativ zu dem Aufzeichnungsträger in
eine Vielzahl von Positionen bewegt wird, derart, daß der
Signalstrahl auf eine Vielzahl von Stellen auf dem Auf
zeichnungsträger gerichtet ist,
wobei der Referenzstrahl und der Signalstrahl an der Viel zahl von Stellen unter Bildung des mehrfachen holografischen Master-Elements von dem optischen Aufzeichnungsträger inter ferieren,
wobei der Winkel R sich entsprechend einer vorgegebenen Funktion in Abhängigkeit von der Stelle auf dem Aufzeich nungsträger, auf den der Signalstrahl gerichtet ist, ändert, und wobei jedem Punkt auf dem mehrfachen holografischen Master-Element ein R-Wert entsprechend der genannten vor gegebenen Funktion zugeordnet ist,
und daß die Einrichtung zur Änderung der Amplitude des Aufzeichnungsstrahls eine Einrichtung umfaßt, welche die Amplitude derart ändert, daß das Verhältnis Δn/cosR über die Breite des holografischen Master-Elements konstant gehalten bleibt, wobei n der Brechungsindex des hologra fischen Kopie-Elements an irgendeinem gegebenen Punkt auf diesem Element und
R der R-Wert bedeuten, der dem Punkt auf dem holografischen Master-Element zugeordnet ist, welcher zu dem genannten bestimmten Punkt auf dem holografischen Kopie-Element in der Bewegungsrichtung des Aufzeichnungsstrahles ausgerichtet ist.
wobei der Referenzstrahl und der Signalstrahl an der Viel zahl von Stellen unter Bildung des mehrfachen holografischen Master-Elements von dem optischen Aufzeichnungsträger inter ferieren,
wobei der Winkel R sich entsprechend einer vorgegebenen Funktion in Abhängigkeit von der Stelle auf dem Aufzeich nungsträger, auf den der Signalstrahl gerichtet ist, ändert, und wobei jedem Punkt auf dem mehrfachen holografischen Master-Element ein R-Wert entsprechend der genannten vor gegebenen Funktion zugeordnet ist,
und daß die Einrichtung zur Änderung der Amplitude des Aufzeichnungsstrahls eine Einrichtung umfaßt, welche die Amplitude derart ändert, daß das Verhältnis Δn/cosR über die Breite des holografischen Master-Elements konstant gehalten bleibt, wobei n der Brechungsindex des hologra fischen Kopie-Elements an irgendeinem gegebenen Punkt auf diesem Element und
R der R-Wert bedeuten, der dem Punkt auf dem holografischen Master-Element zugeordnet ist, welcher zu dem genannten bestimmten Punkt auf dem holografischen Kopie-Element in der Bewegungsrichtung des Aufzeichnungsstrahles ausgerichtet ist.
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