FI81691B - Akromatiskt, holografiskt diffrakterande, optiskt element samt foerfarande foer framstaellning av detta. - Google Patents

Description

1 81691

Akromaattinen, holografinen, taittava, optinen elementti ja menetelmä sen valmistamiseksi Tämä keksintö koskee akromaattista, holografista, taittavaa, optista elementtiä erikoisesti aallonpituuksilla λ1...λπ esiintyvän säteilyn taittamiseksi yhteiseen polttopisteeseen, ja menetelmää sen valmistamiseksi.

Termiä "hologrammi" käytetään kuvattaessa valokuvausmenetelmää, joka on tulossa lisääntyvässä määrin yleiseen käyttöön. Päinvastoin kuin tavallinen valokuvaus, joka muodostuu kolmiulotteisen näyn tallentamisesta kaksiulotteisena kuvana, holografinen menetelmä ei talleta kuvaa valokuvattavasta kohteesta, vaan sen sijaan tallettaa itse heijastuneet valo-aallot, kun ne muodostavat interferenssivalokuvion referens-sisäteen kanssa, joka on peräisin samasta lähteestä. Siten hologrammi sisältää kaiken informaation, joka on tunnusomaista kohteelle, jonka läpi valoaallot ovat kulkeneet, tai josta ne ovat heijastuneet tai sironneet. Jos kohde on optinen elementti kuten linssi, yhteen sovitettu suodatin tai taivehila, hologrammi siitä tuottaa kaikki tuon optisen elementin ilmiöt ja tunnusmerkit; holografisten optisten elementtien edustavat tunnusmerkit ovat polttopiste, mittakaavan koko ja poikkeamis-kulma vastaavasti.

Tavallisesti hologrammi, joka käsittää holografisen optisen elementin, on valmistettu käyttäen laseria, jolla on määrätty aallonpituus, josta käytetään termiä konstruktioaallon-pituus (C); ja holografisen elementin toisto- eli rekonstruk-tioaallonpituus (PB) toteutetaan käyttäen laseria, jolla on sama tai eri aallonpituus. Tavallisessa holografiassa, jos eri aallonpituuden omaavaa laseria käytetään toistossa, holografisen optisen elementin varsinainen luonne, ml. poikkeamis-kulma, polttopiste ja mittakaavan koko, muuttuu.

Eräissä holografisten optisten elementtien sovellutuksissa olisi toivottavaa säilyttää suoritusparametri riippumatta toistotoimintaan käytetyn laserin aallonpituudesta. Keksinnön kohteena on laite ja menetelmä, joilla voidaan ainut- 2 81 691 laatuisella tavalla valmistaa välineet, joilla voidaan olennaisesti helpottaa holografisten optisten elementtien riippuvuutta aallonpituudesta.

Holografisten optisten elementtien rakenteessa, kuten esitetään kuviossa 1, tulosäde 10, jota sanotaan merkkisäteeksi S, projisioidaan siten, että se saapuu tallennusaineelle 12, joka voi olla päällystetty tai kiinnitetty sopivalle alustalle 14, kuten lasilevylle, ohuelle kalvolle ja muulle sellaiselle. Kuten on hyvin tunnettua, tallennusaine 12 voi olla valokuvausemulsio, dikrominen gelatiini, fotopolymeeri tms. Samanaikaisesti ja samasta koherentin sähkömagneettisen säteilyn lähteestä, joka lähde edullisesti on laser, johdetaan toinen säde 16, jota sanotaan referenssisäteeksi R, kulmassa Θ, niin että se kohtaa tallennusaineen 12 siten, että se peittää merkkisäteen 10 aineessa. Tuloksena on optinen interferenssi, joka tallennetaan aineelle lähekkäin olevien viivojen amplitudi- tai vaihejakaantumana. Tämä viivojen rivi voi saada erilaisia muotoja tallennnusainees-sa 12, kuten kirkkaiden alueiden 18 ja absorboivien alueiden 20 amplitudijakaantuminen, kuten on kuvattu poikkileikkauksessa kuviossa 2; tai vaihejakaantuminen, jonka aiheuttavat erot taittumismerkeissä 22 tallennusaineessa 12, kuten esitetään kuviossa 3; tai avaruus- tai reliefivaihtelut 24 tallennusaineen 12 pinnalla, kuten esitetään kuviossa 4.

Kuten on hyvin tunnettua, kukin näistä muodoista edustaa eri ilmiötä: ensimmäinen absorptiota hopeahalidien kautta, toinen taittumista taitekertoimen muutosten kautta; ja kolmas taittumista pintareliefin vaihteluiden kautta. Viimemainitussa tapauksessa absorboivia tai taitekertoimen vaihtelualueita voi myös liittyä tallennusaineen tai -levyn pintareliefikuvioon.

Optisessa interferenssi-ilmiössä, joka on esitetty kuviossa 1, optisten interferenssiviivojen, jotka myös tunnetaan valo-viivoina, välimatka määrätään kaavalla 3 81 691 (aallonpituus) λ « (välimatka) d = —π—;-r-:-r- (kulma) sm 0 sitä tapausta varten, jossa merkkisäde 10 on kohtisuorassa tallennuslevyyn nähden. Kun viimemainittu tilanne ei vallitse, on voimassa yleinen kaava λ d = - (1a)

sin 0g + sin 0R

Kun molemmat säteet ovat samalla puolen tallennuslevyn normaalisuoraa, on miinusmerkki (-) voimassa; kun ne ovat vastakkaisilla puolilla, plusmerkki (+) on voimassa. Kuitenkaan yleispätevyyden menetystä ei ole tuloksena, jos oletetaan, että 0 = 0, joten on mahdollista käyttää kaavaa

O

(1) tässä kuvauksessa.

Monimutkaista tai laajaa kohdetta varten kaava (1a) sopivammin ilmaistaisiin seuraavasti d =_-_ (,b'

sin 0g (x,y) + sin 0R

esittäen, että merkkisäteen tulokulma riippuu lähdepisteiden kaksiulotteisesta jakaantumisesta.

Jos käytetään referenssisädettä 26 eri kulmassa 02, mutta samalla aallonpituudella, tallennetussa viiva kuviossa tulee olemaan eri suuri viivanväli, so.

. - λ (1c) d2 = - sin

On huomattava, että tavallista aallonpituutta λ, käytetään ja vain kulma 0 on muutettu. On myös oletettava, että molemmat viivakuviot tallennettiin peräkkäin samalle tallen-nusaineelle.

Viitaten nyt kuvioon 5, oletetaan että tulosäde 28, joka saapuu tallennuslevylle 30, on yhdistelmä kahdesta aallonpituudesta, ja lisäksi, että tulosäde on tallennettu ja tai- 4 81 691 lennusaine sopivasti käsitelty. Rekonstruktioprosessissa aallonpituudet, jotka käsittävät tulosäteen, voidaan merkitä ^PBl' ^PB2‘ Yksi kahdesta aallonpituudesta voi olla konst-ruktioaallonpituus λ, mutta sellainen edellytys ei ole olennainen, ja tämän kuvauksen tarkoituksia varten voidaan tehdä olettamus, että se ei ole. Toistossa on normaali tilanne, että eri aallonpituudet taitetaan eri kulmissa.

Siten tulosäteen 28 lähtösäde 32, ionka aallonpituus on λ Ί PB.L f taitetaan kulmassa 0» ja tulosäteen 28 lähtösäde 34, jonka aallonpituus on Xp^r taitetaan kulmassa ω.

Akromaattisen optisen elementin, kuten hilan konstruoinnissa on kysymys siitä, voiko kaksi aallonpituutta saapua yhtäaikaa hilalle tai samanlaiselle taite-elementille (jolloin tulo-kulma = 0) ja silti saada saman taitekulman.

O

Taittumisyhtälö on mX (Id) sin D = —-z.- d jossa m on hilan kertaluku ja D on taitekulma, kun säde, jonka aallonpituus on λ, saapuu kohtisuoraan hilalle, jonka viivan väli on d.

Kun halutaan yhteistä kulmaa D,

^ mX

sin D, = sin D- = sm D - ^ d tai sin D = m>PBl = m>PB2 dl d2 = !^Bl_sine, = ^sin Θ, X X 1 tai _\PB1 _ sin 92 . (2) XPB2 sin 0^ li 5 81 691

Toisin sanoen hila taittaa kaksi aallonpituutta samaan kulmaan D, jos niiden suhde on kääntäen verrannollinen niiden konstruktiokulmien sinien suhteeseen. Tämä on laajennettavissa mihin tahansa määrään aallonpituuksia, edellyttäen, että a) säteet saapuvat kohtisuoraan hilalle, b) ne on tehty yhdellä aallonpituudella A^, c) on voimassa yleinen suhde

Ai sin 9i (2a)

Aj ~ sin 0i kaavasta (2). Ei ole välttämätöntä, että hila tehdään yhdellä aallonpituudella, jos kompensaatio tehdään kaavan (Id) mukaan, kun konstruktioaallonpituuksia on enemmän kuin yksi. Viimemainittu tapaus voi olla hieman epätavallinen, mutta sitä ei ole suljettu pois.

Huomioidaan nyt suhde, joka vallitsee holografisen linssin (HL) polttovälille P»-fer)Fc jossa F ja A ovat vastaavasti polttoväli ja aallonpituus, jotka ovat sovellettavissa holografisen optisen elementin konstruointiin ja rekonstruointiin eli toistoon käyttäen holografista optista elementtiä.

Kahdelle aallonpituudelle

FpB1 (3a)

Toistossa eli rekonstruoinnissa halutaan FpBl = FpB2 niin että 6 81 691 (^l) Fcl '(^) Fc2 <3c>

Kuten edellä on esitetty, että = λρβ^ λΡΒ2 XC2 FC2 _ Sin θ1, - = - =- - - (3d) λΡΒΙ XCl Cl sin θ2 tai koska voi olla sama kuin X^» siten X^ = Xc2 t^stä FC2 = Sin Θ1 (3e) FC1 Sin 92 jonka kaavan nähdään olevan samanlainen kuin (2a) .

Erityisen esimerkin antamiseksi, jossa on seuraavat parametrit :

Xc = 4880 A

FC1 = 360 mm = 30° silloin jos XPBl = 4880 A) XPB2 = 6328 AJ (valittu, koska nämä kaksi ovat tavallisia laserin aallonpituuksia) θ2 = 22,68° 3a

P

Cl = 360 mm (koska konstruktio- ja yksi rekonstruktioaallonpituus ovat samoja F^2 = 466,8 mm 7 81 691

Viitaten nyt kuvioon 6, yksi referenssisäde 36 esitetään, joka vaikuttaa tallennuslevyllä 38 yhden merkkisäteen 40 kanssa, jonka konstruktiopolttoväli 42 on Fcl. Toinen merkkisäde 44, jonka polttoväli 46 on F^/ vaikuttaa myös tallennuslevyllä 38 referenssisäteen 36 kanssa, tuottaakseen interferenssikuvion levyssä. Säteillä 36 ja 40 tulee olla sama aallonpituus, ja säteillä 36 ja 44 tulee olla toinen yhteinen aallonpituus. Jos nämä aallonpituudet eivät ole samat, tulee referenssisäteen tulokulma θ___ asettaa tässä

Rbr edellä asetettujen kaavojen mukaan. Tavallisen tunnetun käsittelyn jälkeen levy muodostaa holografisen linssin.

Jos edellä annetut numeeriset ehdot täytetään, näin muodostettu holografinen linssi 38a toimii kuten on esitetty kuviossa 7. Kuten on esitetty, tulosäteet 48, 50, joista kumpikin on eri aallonpituutta, taitetaan holografisella linssillä 38a siten, että yhdistetyt lähtösäteet 48a, 50a vastaavasti tuodaan olennaisesti yhteiseen polttopisteeseen 52.

Tyypillisesti holografisessa prosessissa käytetty tallen-nusaine on paksuudeltaan noin 1-20 ^um. Kuitenkin on etuja käyttää ns. "paksua ainetta", joka on paksuudeltaan yleensä noin 20-100 ^um, prosessissa. Paksulle aineelle tallennus-hiloja varten on tunnusomaista Klein'in "Q"-kriteeri, jossa Q = 2ττλά V2 joka, kun tulokulma hilassa on γ, ύ = Q/cos γ jossa λ on vapaan tilan aallonpituus, d on tallenninaineen 2 paksuus, nQ on keskitaitekerroin ja A on hilan väli (tässä oletettu tasaväliseksi).

Kun hila tallennetaan paksulle aineelle, on huomioitava tulo-kulma toistettaessa, samoinkuin hilaväli ja tulokulma, joka 8 81 691 perustuu vain väliin. Tämä johtuu Bragg'in efektistä. Tulokulmat, jotka noudattavat Bragg'in lakia, ovat hyvin tehokkaita säteitä; ne, jotka eivät noudata, ovat tehottomia ja voivat olla heikonnettuja. Bragg'in laki on: 2 d N sin θ = λ (4) jossa N on taitekerroin.

Viitataan kuvioon 8. Kun kaksi sädettä 92 ja 94 interferoi kulmissa 6C^ ja , muodostuvat viivat 96 paksuun tallennus-aineeseen 97, ja toistokulman maksimiteholle täytyy olla θρΒΐ (98), jossa θρΒ1 määrätään kaavasta (4): sin θρβι = -jg- ΛPBl\ sin eci 1 sin ^Cl (5)

Oletetaan, että käytetään toista ryhmää kulmia (ja alunperin toista aallonpituutta); silloin sin θρΒ1 = sin θρΒ2 = sin 9pB (6) tai käyttäen kaavaa (5) kumpaakin tapausta varten, päädytään /λΡΒΐ\ / \Cl\ = sin 6C2 + sin 4Q2 (7) γλΡΒ2 J 1 Xcl J sin _+ sin Ö ^ jos λ = XC2, normaali mutta ei välttämätön proseduuri, /XPBl\ sin ®C2 i sln ÖC2 (7a) \λΡΒ2J sin ^ sin (J ^ ja jos sin Θ ^ = O, myös tavallinen mutta ei välttämätön proseduuri, 9 81691 f λΡΒ1\ _ sin ec2 + sin «c2 (7b| l λΡΒ2J sin tulee huomata samanlaisuus kaavan (2a) kanssa. Toistoa varten tavallisilla Bragg’in kulmilla, aallonpituudet tulisivat olla kaavan (7b) mukaisessa suhteessa.

Esimerkiksi jos toistoaallonpituuksien on oltava 6328 A ja 4880 A, ja 0C1 = 0, = 30°; silloin 6328 Sin 6Ca - Sin ^C2 4880 " 1,JU ~ 0,5 tai sin 0C2 +_ sin ^C2 = 0,65 joka toteutuu arvoilla θ^,2 = 10°, = 27° 18’ ja monilla muilla yhdistelmillä.

Tavallinen toistokulma määrätään kaavasta (5), ja se on sin ^ 0,325 = 18°35’. Huomattakoon, että ei voida mielivaltaisesti asettaa θ^, ^c2 saa<^a toistokulma yhteiseksi konstruktiokulmien 0^, 0^ toiston kanssa.

Tunnetussa tekniikassa julkaistaan US-patentissa 3 586 412 menetelmä holografisen linssin konstruoimiseksi, jossa yksittäistä, kolmiulotteista tallennusainetta valotetaan kahdella risteävällä tulosäteellä eri kulmissa, itse asiassa kohteen skannaamiseksi siten, että aineeseen konstruoidaan yksittäisiä vääristämättömiä vyöhykelevyjä kutakin valotuskulmaa varten, niin että on saatavissa yhdistelmä-kuva kohteesta ilman merkittävää vääristymää. US-patentissa 3 58G 412 vihjataan, kuten nähdään, linssin käyttöön moninkertaisilla aallonpituuksilla, mutta ei määritellä ainutlaatuisia olosuhteita, jotka ovat välttämättömät akromaattisen toiston saavuttamiseksi. Tunnetussa tekniikassa julkaistaan US-patentissa 3 503 050 parannus tunnettuun menetelmään.

10 81 691 US-patentin 3 503 050 järjestelmässä koherentin valon interfe-renssiaallot herkistävät valoherkän emulsion kerroksen seisovien aaltojen antinodeissa kautta emulsion paksuuden heijastavien pintojen jaksottaisen rakenteen muodostamiseksi. Useita tällaisia rakenteita muodostetaan mihin tahansa kohtaan emulsiossa eri kulmiin ja ne luetaan heijastuneen valon kulmassa. Kuitenkin, samoin kuin US-patentissa 3 586 412, ei US-patentissa 3 503 050 esitetä, että säteitten kulmien tulee tallennettuna olla erityisen ainutlaatuinen sarja säteitä, jotta tehdään mahdolliseksi aallonpituuksien ryhmälle tai "valkoiselle" valolle saada yhteinen polttopiste. Myöskään nämä tunnetun tekniikan julkaisut eivät esitä, että viivojen erityisen järjestelyn ei-paksun tallennusai-neen pinnalla tulee olla erityisesti määrätty valkoisen valon toistoa varten.

Siten on keksinnön pääasiallisena tarkoituksena aikaansaada holografisia optisia elementtejä, jotka toimivat useilla aallonpituuksilla ja joissa on vähemmän vääristymiä. Keksinnön tarkoituksena on lisäksi aikaansaada menetelmä tällaisten akromaat-tiseten holografisten optisten elementtien valmistamiseksi.

Keksinnön tarkoituksena on myös käyttää "paksua" tallennusai-netta niin, että symmetrinen pari lähtösäteitä, joilla on kaksi itsenäistä polttopistettä, aikaansaadaan yhdellä ainoalla tu-losäteellä.

Keksinnön pääasialliset tunnusmerkit ilmenevät tarkemmin oheisista patenttivaatimuksista.

Keksinnön kuvaamista varten esitetään piirustuksessa muodot, joita nykyään pidetään edullisina; kuitenkin olisi ymmärrettävä, että keksintöä ei välttämättä rajoiteta tarkkoihin järjestelyihin ja instrumentointeihin, jotka tässä esitetään.

Piirustuksissa; kuvio 1 on kaaviokuva esittäen optisia tulosäteitä tallennusai-neelle, joita käytetään konstruoitaesa holografista optista elementtiä; kuviot 2-4 ovat poikkileikkauskuvia esittäen interferenssi-ilmiötä liittyneenä kuvion 1 tallennusaineen erilaisiin tyyppeihin; 11 81691 kuvio 5 on kaavakuva esittäen tavanomaisen holografisen optisen elementin taipumisominaisuuksia; kuvio 6 on kaavakuva esittäen optista tulosädettä tallennus-aineelle, jota käytetään valmistettaessa keksinnön mukaisia holografisia optisia elementtejä; kuvio 7 on kaavakuva esittäen keksinnön mukaisten holografisten optisten elementtien taipumisominaisuuksia; kuvio 8 on kaavakuva esittäen keksinnön mukaisen paksun tal-lennusaineen interferenssiominaisuuksia; kuvio 9 on kaavakuva keksinnön mukaisen laitteen edullisesta suoritusmuodosta; kuvio 10 on osakaavakuva keksinnön mukaisen laitteen toisesta suoritusmuodosta; kuvio 11 on kaavakuva vielä eräästä keksinnön mukaisen laitteen suoritusmuodosta; ja kuvio 12 on kaavakuva esittäen keksinnön mukaisen paksun aineen taipumisominaisuuksia.

Viitaten nyt erikoisesti piirustukseen, kuvio 9 esittää laitetta, jota käytetään keksinnön mukaisen holografisen optisen elementin, kuten hilan valmistuksessa. Sopivalla koherentilla valonlähteellä, kuten laserilla 54, joka toimii aallonpituudella on lähtösäde 56, joka johdetaan säteenjakajän 58 kautta säteiden 60 ja 62 tuottamiseksi, joilla on suunnilleen yhtä suuri intensiteetti. Säde 60, jota käytetään holografi-sena referenssisäteenä, ohjataan kollimoivan 1 inssijärjestelmän 64 läpi ja johdetaan peileillä 66 ja 68 osuakseen sopivassa kulmassa tallennusaineelle 70. Mitä tahansa sopivaa tunnettua valoherkkää ainetta voidaan käyttää tallennusaineena, ja tarvittaessa sopiva laite, kuten lasilevy 72 voidaan järjestää sen tueksi. Säde 62, jota käytetään merkkisäteenä, ohjataan peilillä 74 lyhyen polttovälin linssiin 76, jonka lähtösäde 78 johdetaan tallennusaineelle 70. Säde 78 yhdistyy ja interferoi referenssisäteen 60 kanssa, ja tämä interferenssi tallennetaan aineella.

On myönnettävä, että tähän asti kuvattu laite on olennaisesti 12 81 691 sama kuin käytetään tunnetussa menetelmässä tavanomaisten holografisten optisten elementtien valmistamiseksi. Tämän keksinnön menetelmässä kuitenkin, kun säde 60 on tallennetu tulokulmalla θ^, peiliä 68 säädetään sopivalla säätölaitteella 80, ja säde 60 tallennetaan sen interferoidessa säteen 78 kanssa tulokulmalla θ2· Tarpeen mukaan tämä proseduuri voidaan toistaa interferenssin tallentamiseksi tulokulmilla θ2~θη· Huorataan, että tässä edellä annetun keksinnön esittelyn mukaan valon erilaisten aallonpituuksien säteet taitetaan samaan kulmaan holografisella optisella elementillä, jos niiden suhde toisiinsa on kääntäen verrannollinen niiden konstruk-tiokulmien θ^-θ^ suhteeseen. Edellyttäen myös, kuten aikaisemmin on ilmoitettu, että säteet tulevat normaalisti elementille, ne on muodostettu yhdellä aallonpituudella, ja yleinen suhde X^ sin Θ j kaavasta (2) on voimassa.

sin

Jos holografinen optinen elementti on linssi, akromatismi vaatii, että säteen taitettavat erilaiset aallonpituudet tuodaan olennaisesti yhteiseen polttopisteeseen. Näin tapahtuu, jos kaavoihin (3) - (3e) yhdistetyt numeeriset ehdot täytetään F.,. sinG.

3a Cp _ _l F_. sinG.

Cl 7

Vaihteluiden aikaansaamiseksi polttovälissä, joka vaaditaan keksinnön mukaisen akromaattisen linssin konstruoinnin aikana, kuvion 9 mukaista laitetta muunnetaan, kuten on esitetty kuviossa 10, asettamalla säädettävä reikäyhdistelmä 82 merkki-säteen kulkutielle. Siten, vaikkei esitetty, kuvion 10 suoritusmuotoon kuuluu valonlähde, säteenjakaja, kollimoiva linssi järjestelmä ja ensimmäinen peili, joka on esitetty kuviossa 9, tuottamaan referenssisäde 60' ja merkkisäde 62'. Referens-sisäde 60' johdetaan säädettävällä peilillä 68' osumaan sopivassa kulmassa tallennusaineelle 70'. Merkkisäde 62' johdetaan peilillä 74' reikäyhdistelmään 82, joka käsittää lyhyen polttovälin linssin 84 ja reikädiafragman 86. Sopiva säätömeka-nismi 88 on järjestetty valikoivasti säätämään reikäyhdistelmää 13 81 691 siirrettäessä, kuten on esitetty suuntanuolilla 90. Lähtö-säde 78' reikäyhdistelmästä on laajeneva pallonmuotoinen aalto. Tämä säde johdetaan tallennusaineelle 70' poltto-pituudella F^, yhdistyäkseen ja interferoidakseen referenssi-säteen 60' kanssa, joka interferenssi tallennetaan aineella.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä, kun referenssisäde 60' on tallennettu tulokulmassa ja merkkisäde 62' polttopisteellä F^, peili 68' ja reikäyhdistelmä 82 säädetään säätölaitteillaan 80' ja 88 vastaavasti, ja säde 60' tallennetaan tulokulmassa θ2 ja säde 62’ polttopisteellä Fc2· Tarpeen mukaan tämä menettely voidaan toistaa säteiden 60' ja 62' interferenssin tallentamiseksi tulokulmilla 63“^ ja poltto-pisteillä Fc3-Fcn.

Edellä olevassa kuvauksessa on yksityiskohtaisesti selostettu akromaattisten holografisten optisten elementtien konstruointi käyttäen yksittäisen aallonpituuden koherenttia sähkömagneettista säteilyä; kuitenkin voidaan käyttää useamman kuin yhden aallonpituuden säteilyä optisten elementtien konstruoimiseksi, edellyttäen, että pidetään kiinni keksinnön matemaattisista suhteista. Viitaten nyt kuvioon 11, laite .. . käsittää valolähteen, kuten laserin 100, joka toimii aallon pituudella λ^, jolla on lähtösäde 102, joka johdetaan säteen-jakajan 104 kautta referenssisäteen 106 ja merkkisäteen 108 muodostamiseksi. Referenssisäde 106 johdetaan kollimoivan linssijärjestelmän 110 läpi ja johdetaan peileillä 112 ja 114 osumaan sopivassa kulmassa 0^ tallennusaineelle 116, joka on kiinnitetty sopivalle tuelle 118. Merkkisäde 108 johdetaan peilillä 120 säädettävään reikäyhdistelmään 122, josta lähtösäde 124 johdetaan tallennusaineelle 116 yhdistymään ja interferoimaan referenssisäteen 106 kanssa. Kuten ymmärretään keksinnön muiden suoritusmuotojen kuvauksesta edellä, jos konstruoitava optinen elementti on linssi, reikäyhdistelmä 122 fokusoi merkkisäteen 124 tallennusaineelle 116 polttopisteessä . Jos konstruoitava optinen elementti on hila, käytetään linssiä, kuten on esitetty kuvion 9 suoritusmuodossa, reikäyhdistelmän sijasta, ja säädettävää 14 81 691 laitetta merkkisäteen polttovälin vaihtelemiseksi ei siten käytetä. Toinen säteilylähde aallonpituudella λ^ voi olla laser 126, jonka lähtösäde 128 johdetaan säteenjakajän 104 läpi siten, että sen läpi kulkeva valo on linjassa merkki-säteen 108 kanssa, ja siitä heijastunut valo on linjassa referenssisäteen 106 kanssa. Kun toisen laserin 126 lähtö-säde tallennetaan, peili 114 ja reikäyhdistelmä 122 säädetään tallentamaan valonsäteiden interferenssi tulokulmassa 0^ ja polttopituudella Fc2· Tämä menettely voidaan toistaa referenssi- ja merkkisäteiden interferenssien tallentamiseksi tulo-kulmilla Da polttoväleillä F^-F^. Kuten tässä edellä on selostettu, jos yleiset suhteet XCl sine2 FC1 sine2 - = - ja - = - ovat voimassa; toistossa kaksi AC2 sinO^ FC2 sinO^ aallonpituutta Ac^ ja Ac2 taitetaan holograafisella optisella elementillä, joka on kehitetty tallennusaineesta 116, siten että lähtösäde siitä tuodaan olennaisesti yhteiseen polttopisteeseen, kuten on esitetty kuviossa 7.

Peilin 114 säätämisen sijasta, referenssisäteen 106 tulokulman vaihtelemiseksi toista tai seuraavia aallonpituuksia varten, lisäpeilejä kuten peili 130 voidaan asettaa säteeseen. Sopivia tunnettuja laitteita, muitakin kuin on esitetty, voidaan käyttää tässä keksinnössä kontrolloitavasta koherentin säteilyn tuottamiseksi useilla mielivaltaisilla aallonpituuksilla. Tyypillinen tällainen laite on parametrinen konvertteri tai vuorovaikutuslaite, joka on julkaistu US-patentissa 4 250 465, joka on myönnetty tämän keksinnön keksijälle, ja jolla on sama hakija, ja joka patentti on liitetty tähän viitteenä .

On etuja käyttää paksua ainetta prosessissa. Paksu aine, kuten edellä on selostettu, on yleensä noin 20-100 ^um paksuudeltaan. Kun referenssisäteet johdetaan jommaltakummalta puolelta tallennuslevyä, kuten on normaalia hologrammin tallentamiseksi, on olemassa ainutlaatuinen kulma, joka tuottaa 15 81 691 lähtösäteiden symmetrisen parin, joilla säteillä on yhtä suuri energia, ja joille Bragg'in kulma on voimassa samanaikaisesti. Siten kansi itsenäistä polttopistettä saa (kuten esitetään kuviossa 12) paksusta aineesta tallennuksen toistettaessa.

Kuten esitetään, tulosäteet 132 ja 134, kumpikin eri aallonpituutta, paksun aineen holografinen hila 136 taittaa kahtena lähtösäteenä 138 ja 140, joilla on kaksi itsenäistä polttopistettä 142 ja 144.

Holografisen elementin konstruoinnin aikana todelliset tulokulmat riippuvat kaavoista, jotka edellä on annettu, ja paksuun aineeseen käytetyn aineen taitekertoimesta. Esimerkiksi dikromiselle gelatiinille, jonka taitekerroin on η = 1,54; referenssisäteen tulokulmat toistoa varten olisivat noin j* 10°, kuviossa 12 esitettyjen olosuhteiden saavuttamiseksi.

Vaikka kuvatun ja esitetyn uskotaan olevan käytännöllisimmät ja edullisimmat suoritusmuodot, on ilmeistä, että poikkeamat erityisistä menetelmistä ja malleista, joita on kuvattu ja esitetty, ovat ilmeisiä alan ammattimiehelle ja voidaan tehdä poikkeamatta keksinnön hengestä ja piiristä. Siksi ei ole syytä rajoittua erityisiin selostettuihin ja kuvattuihin konstruktioihin, vaan on käytettävä hyödyksi kaikkia muunnoksia, jotka saattavat liittyä oheisten vaatimusten piiriin.

Keksinnön tultua selostetuksi liitetään tähän seuraavat vaatimukset.

Claims (13)

1. Akromaattinen, holografinen, taittava optinen elementti, aallonpituuksilla λ ...λ esiintyvän säteilyn taitta- 1 h mi seksi yhteiseen polttopisteeseen, tunnettu siitä, että se kasi t te a valoherkän tai 1ennusaineen, jossa partikkelit on järjestetty yhtä suurten välimatkojen päässä toisistaan olevien, yhdensuuntaisten pintojen useiden sarjojen yhdistelmäksi muodostamaan jaksottaisia rakenteita, näiden jaksottaisten rakenteiden kunkin yhdistelmän käsittäessä sarjan yhtä suurten välimatkojen päässä toisistaan olevia, valoa heijastavia pintoja, jotka ulottuvat lupi sanotun tai 1ennusaineen koko paksuuden, sisältäen ensimmäisen valoa heijastavan pinnan, joka muodostuu kyseiseen aineeseen tämän tai 1ennusaineen va-lotuksella käytettäessä koherentin sähkömagneettisen signaalin ja vertai 1usäteiden, joiden aallonpituus on x ensimmäistä paria, jolloin ensimmäinen signaali säde tulee kohtisuoraan kyseiseen aineeseen ja ensimmäinen vertailusäde tulee kyseiseen aineeseen kulmassa G pinnan normaaliin nähden ja että muut valoa heijastavat pinnat, jotka muodostetaan kyseiseen aineeseen muiden koherentin sähkömagneettisen signaalin ja vertai 1usäteiden, joiden aallonpituus on λ , parien risteämisellä, jolloin muut vertai 1usäteet tulevat kulmissa kyseiseen aineeseen toisensa peittävien heijastavien jaksottaisten pintarakenteiden muodostamiseksi, kulmien 9 ...G suhteiden ollessa toisiinsa kuten nii-1 .... n den sinien käänteisarvojen suhde niin, että tämä optinen elementti taittaa aallonpituuksilla X ...λ tulevan säteilyn kahtena lähtevänä säteenä, joilla kummallakin on yhteinen polttopiste niin, että yleinen riippuvuus λ . /X * (siηϋ ./sinb.) toteutuu. 1 ^ J i

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen akromaattinen holografinen elementti aallonpituuksilla x ...x esiintyvän su- . in teilyn taittamiseksi yhteisessä kulmassa, tunnettu siitä, että optinen elementti käsittää valoherkän tallennusaineen, jonka pinnalla on yhtä suurten välimatkojen päässä toisistaan 17 81 691 olevien yhdensuuntaisten valoa taittavien pintojen useiden sarjojen yhdistelmä muodostaen jaksottaisia rakenteita, jolloin naiden rakenteiden muodostuskulmat suhtautuvat toisiinsa kuten niiden sinien suhteen käänteisarvo, että elementti sisältää ensimmäisen vai otuksen, joka muodostaa ensimmäisen tai ttaini sväl i neen , jolloin ensimmäinen valotus muodostuu koherentin sähkömagneetti sen signaalin ja vertai 1usätei-den, joiden aallonpituus on X^ t parin risteämisellä, sig-naalisäteen tullessa kohtisuoraan kyseiseen aineeseen ja ver-tailusäteen tullessa kulmassa , ja että muut taittamis-välineet muodostuvat koherentin sähkömagneettisen signaalin ja vertai 1usäteiden, joiden aallonpituus on λ muiden parien risteämisillä, jolloin vertai 1usäteet tulevat kulmissa vastaavasti kyseiseen aineeseen toisensa peit- c n tavien muiden tai ttaini sväl inei den muodostamiseksi, joilla on jaksollinen rakenne, kulmien Ö ...ö suhteiden olles- 1 n sa toisiinsa kuten niidn sinien käänteisarvojen suhde niin, että tämä optinen elementti taittaa säteilyn aa 11onpituuksi1 - la λ...λ yhteisessä kulmassa niin, että yleinen riippu-1 n vuus (λ./λ. = sinU./sinÖ ) toteutuu. i J J i

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen optinen elementti, tunnettu siitä, että tallennusaineen paksuus on noin L'u-ΐΰυ ^um.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen optinen elementti, tunnettu siitä, että tallennusaineen paksuus on alle 20. u m.

5. Menetelmä akromaattisen , holografisen, optisen elemen tin valmistamiseksi säteilyn taittamista varten, jonka aallonpituudet ovat λ -X f tunnettu siitä, että se käsittää 1 n vaiheet: suoritetaan ensimmäinen valotus kolmiulotteiseen, valoherkkään tai 1ennusaineeseen antamalla leikata mol emminpuolin kohe-renttien, sähkömagneettisten säteiden ensimmäisen parin, ia 81691 joilla on aallonpituus λ sanottujen sateiden käsittäessä Merkki säteen ja referenssi sateen, sanottujen säteiden tullessa sanotulle tai 1ennusaineel1 e siten, että sanottu merkkisäde tulee kohtisuoraan sanotulle tai 1ennusaineel1 e ja sanotulla referenssisäteel1ä ollessa tulokulma Θ sanotun pinnan normaalisuoraan nähden, sanotun valotuksen muodostaessa ensimmäisen taittamisvälineen, jolla on jaksottaisia rakenteita sanotussa aineessa; suoritetaan 1isävaiotuksia sanottuun tai 1ennusaineeseen , antamalla leikata mol emminpuolin koherentti en sähkömagneettisten säteiden lisäparien, joilla on aallonpituus λ , kunkin sanotun sädeparin käsittäessä merkki- ja referenssisäteen, sanottujen parien sanottujen referenssisäteiden tullessa kulmassa ö -Θ vastaavasti sanotulle tai 1ennusaineel1 e, 2 n sanottujen valotusten muodostaessa lisää osittain peittäviä taittamisvälineita, joilla on jaksottaisia rakenteita sanotussa aineessa kulmien ö -Θ suhteen toisiinsa ollessa In kääntäen verrannollinen niiden sinien suhteeseen, jolloin sanottu optinen elementti taittaa säteilyä, jonka aallonpituudet ovat λ -λ , yhteisessä kulmassa siten, että yleinen suhde i n λ/λ = s i n 9 . / s i n 9 vallitsee. i J J i

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että merkki säde ensimmäisen valotuksen suorittamisen aikana tai 1ennusaineeseen on poikkeava säde, jonka polttoväli on F^, ja että sanotulla merkki säteel 1 ä 1 i säval otusten suorittamisen aikana sanottuun tai 1ennusaineeseen on polttoväli F^-F^ vastaavasti, sanottujen polttovälien suhteen toisiinsa ollessa kääntäen verrannollinen kulmien 9 -U sineihin, jolloin optinen elementti taittaa säteilyä, jonka aallonpituudet ovat λ^-λ t yhteiseen polttopisteeseen siten, että yleinen suhde F./F. = sinQ./sinÖ val-. .. i J Ji litsee. 19 81 691

7. Patenttivaatinuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valmistettava optinen elementti on taivehila. o. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valmistettava optinen elementti on linssi.

9. Patenttivaatimuksen 5 tai 0 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tai 1ennusaine on paksuudeltaan 2 ϋ -10 0 u m.

10. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valotuksen muodostamat taittamisvä1ineiden jaksottaiset rakenteet ovat tai 1ennusaineen pinnassa jolloin optinen elementti taittaa säteilyä, jonka aa 11onpituucet ovat λ -λ , yhteisessä kulmassa. 1 n

11. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vai otusten muodostamien taittamisvä1iaineiden jaksottaiset rakenteet ovat vyohykelevyjä tai 1ennusaineen pinnalla, jolloin optinen elementti taittaa säteilyä, jonka aallonpituudet ovat λ -λ , yhteiseen polttopisteeseen. 1 n

12. Patenttivaatimuksen 10 tai 11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tai 1ennusaine on paksuudeltaan alle 20. m.

13. Menetelmä akromaattisen, holografisen, optisen elementin valmistamiseksi, säteilyn taittamista varten, jonka aallonpituudet ovat λ -λ , tunnettu siitä, että se 1 n käsittää vaiheet: suoritetaan ensimmäinen valotus kolmiulotteiselle, valoherk-källe, paksulle tai 1ennusaineel1 e, antamalla leikata molem-minpuolin koherenttien sähkömagneettisten säteiden kahden parin, joiden on aallonpituus λ ,· · * ·, , K 1, sanottujen sateiden kum mankin sanotun parin käsittäessä merkki- ja referenssi säteen, sanottujen merkkisäteiden tullessa kohtisuoraan sanotun aineen 20 81 691 pinnalle, ja sanottujen parien sanottujen referenssisäteiden tullessa sanotulle paksulle aineelle kummaltakin puolelta aineen nori.iaal i suoraa tulokulmassa sanottuun pinnan normaali suoraan nähden, sanotun valotuksen muodostaessa ensimmäisen vyöhykelevyn, jolla on jaksottaisia rakenteita sanotussa aineessa; suoritetaan 1isävalotuksia sanottuun tai 1ennusaineeseen antamalla leikata mol emminpuolin koherentti en , suhkomayneettis-ten säteiden lisäparien, joilla on aallonpituus λ , kunkin sanotuista pareista käsittäessä merkki- ja referenssi säteen, sanottujen parien sanottujen referenssi Suteiden tullessa sanotulle paksulle aineelle kummaltakin puolelta aineen normaa- lisuoraa tulokulmissa 0 -y vastaavasti, sanottujen 2 n valotusten muodostaessa lisää osittain peittäviä vyuhykelevy- jä, joilla on jaksottaisia rakenteita sanotussa aineessa, kulmien u -y ollessa toisiinsa nähden suhteessa, joka 1 n on kääntäen verrannollinen niiden sinien suhteeseen, jolloin sanotun paksun aineen optinen elementti taittaa säteilyä, jonka aallonpituudet ovat λ -λ , kuten kaksi 1ähtösädettä, 1 n joilla kummallakin on yhteinen polttopiste siten, että yleinen suhde F /F, = s i n y . / s i n y vallitsee. i J J 1

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tai 1ennusaine on paksuudeltaan noin 20-100 Ul?1< 2i 81691