JP2536931B2 - 空間光変調装置 - Google Patents

空間光変調装置

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JP2536931B2 JP1209752A JP20975289A JP2536931B2 JP 2536931 B2 JP2536931 B2 JP 2536931B2 JP 1209752 A JP1209752 A JP 1209752A JP 20975289 A JP20975289 A JP 20975289A JP 2536931 B2 JP2536931 B2 JP 2536931B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は空間光変調装置に関するものである。
〔従来の技術〕
コヒーレント光情報処理においては、インコヒーレン
ト光情報をコヒーレント光情報に変換することが必要で
あり、そのためのデバイスとして空間光変調管(MSLM)
が用いられる。この処理システムとしては、ホログラム
を記録媒体として用いたものが良く知られており、複数
の異なる波長のレーザ光による多重記録が可なホールバ
ーニング(Holeburning)効果を用いたホログラムが有
望である。これは、ある種の有機物フィルムを記録媒体
に用いるもので、例えば波長500〜600nmの色素レーザ光
を用いると、波長差1nmごとに異なる光情報のホログラ
ム記録ができる。このホログラム記録を行なうために
は、インコヒーレント像(入力像)にもとづいて空間光
変調管内の電気光学結晶板に形成された電荷像を、波長
変換レーザ光源からのレーザ光で読み出さなければなら
ない。
ところで、空間光変調管は一般に光電面、電子結像
部、MCP(マイクロチャネルプレート)、LiNbO3の電気
光学結晶板などを真空容器中に有して構成され、入力像
(インコヒーレント像)に応じた電荷像が電気光学結晶
板に形成される。この電荷像によって電気光学結晶板の
屈折率は結晶軸方向に応じて変化し、このため読出し光
が電気光学結晶板で反射される際に位相差が生じる。こ
こでは、電気光学結晶のうちでも光学的に品質の良い大
きな結晶が得やすく、熱的にも化学的にも安定なLiNbO3
を採用している。このLiNbO3を55度カットにしたものが
半波長電圧が最も低く実用的である。この原理は例えば
特開昭60−91328号公報などに詳しく示され、電気光学
結晶板のカットモードを第2図に示す如く55度としたと
きには、位相差Гは Г=(2π/λ)[(ne′−no)+ ne′3(−r22Esinθcos2θ+ r13cos3θ+r33Esin2θcosθ− 2r42Esin2θcosθ)/2− no 3(r22Esinθ+r13Ecosθ)/ 2]・2l …(1) となる。ここで、λはレーザ光の路長、lは電気光学結
晶板の厚さ、no,ne′はそれぞれ電荷が存在しないとき
のX方向、Y′方向の電気光学結晶板の屈折率、Eは電
荷によって電気光学結晶板の内部に生じる電界、r13,r
22,r33,r42は電気光学テンソルの成分を示している。
このような位相差を持った出力光は、検光子を通過さ
せられたときに1つの偏波方向成分だけが取り出され、
強度変調されたコヒーレント光像が得られる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上式(1)からわかるように、結晶表面電荷がゼロ
(=0)の場合であっても Г=(2π/λ)・(ne′−no)・2l …(2) のような位相差が生じる。ここで、(2)式においてl
=70μmとすると である。従って、波長λによってその位相差Гは例え
ば次のように変化してしまう。
500nm→33.60π 520nm→32.31π 540nm→31.11π 560nm→30.00π 580nm→28.97π 600nm→28.00π この状態は例えば第3図に示すように、同じ入力像を
書き込んでも(同じ電荷量Qを与えても)波長によって
出力状態が不規則に変化してしまうことを意味してい
る。すなわち、読み出しレーザ光に色素レーザ等を使う
と、波長を変化させる毎にデバイスの動作条件を変化さ
せなければならない。また、実際にデバイスに印加でき
る電圧範囲も限られているので、現実には動作できない
場合も考えられる。
本発明は上記の課題を解決することを目的としてい
る。
〔課題を解決するための手段〕
本発明に係る空間光変調装置は、真空容器中に電子源
および電気光学結晶板を有し、電子源からの電子により
電気光学結晶板の表面側に電荷像を形成する空間光変調
管と、電気光学結晶板の裏面側にレーザ光を入射するレ
ーザ光源とを備えるものにおいて、電気光学結晶板の裏
面側の空間光変調管の前面に当該電気光学結晶板の結晶
軸から90度回転させた結晶軸で配設され、当該電気光学
結晶板の厚さ方向の光路長と略同一の光路長を有する補
償用電気光学結晶板を備え、レーザ光源は複数の異なる
波長のレーザ光を出力する例えば波長可変レーザ光源で
あることを特徴とする。
ここで、補償用電気光学結晶板は両面に透明電極を有
し、この透明電極間に当該補償用電気光学結晶板の実効
的光路長を調整する調整用電圧が印加されるようにして
もよく、その結晶軸のまわりに回転可能であるようにし
てもよい。
〔作用〕
本発明の構成によれば、読み出しレーザ光の光路中に
位相補償用の電気光学結晶を挿入してあり、この結晶軸
は、MSLM中の結晶の結晶軸と90゜ずらして配置されてい
る。この場合、MSLMと位相補償用の結晶を含めた位相差
は(結晶表面電荷が0の場合)次式となる。
そのため、例えば位相補償用の結晶の光学的距離l1
は印加電圧V1を変化させることで、位相差Г=0とす
ることができる。
〔実施例〕
以下、添付図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。
第1図は実施例の基本構成図である。図示の通り、本
実施例に係る空間光変調装置は、一方側にインコヒーレ
ント光が入力され他方側にコヒーレントな読出し光が入
力される空間光変調間1と、LiNbO3からなる補償用電気
光学結晶板2と、レーザ光源からのレーザ光の光路中に
配設された偏光子3と、補償用電気光学結晶板2と偏光
子3の間に介在されたハーフミラー4と、これによって
光路変換された空間光変調管1からの反射光の光路中に
配設された検光子5を備えている。
空間光変調管1はインコヒーレント光を受けて光電子
を放出する光電面11を有し、この光電面11は真空容器10
の一方側の内面に形成されている。光電面11からの放出
電子は加速集束電極12によって加速、集束され、MCP13
に電子像として結像されて増倍される。増倍電子はMCP1
3からグリッド14を経て電気光学結晶板15に至り、ここ
に入力光(インコヒーレント光)像に応じた電荷像が形
成される。この電荷像にもとづく表面電荷は、電気光学
結晶板15の屈折率を結晶軸に応じて変化させる。従っ
て、読み出し光としてコヒーレント光が電気光学結晶板
15の反対面に入射されると、反射光(出力光)はX方向
成分、Y′方向成分に式(1)の位相差を生じ、一般に
は楕円偏光となって出力される。
この位相差は、先に式(2)で示したように表面電荷
が無いとき(E=0)でも生じ、読出しレーザ光の波長
によって変化する。そこで本実施例では、位相補償用の
電気光学結晶板2として、両面に透明電極21を形成した
LiNbO3結晶板22を空間光変調管1の外側に配置してい
る。ここで、LiNbO3結晶板22の結晶軸は空間光変調管1
中の電気光学結晶板15の結晶軸と90゜をなし、透明電極
21には所定の電圧が印加されるようになっている。い
ま、電気光学結晶板15の光学的距離をl2、LiNbO3結晶板
22の光学的距離をl1、透明電極21に印加される電圧をV1
とすると、(2)式の位相差Гは Г=(2π/λ){no−ne′)・2l1 −(no−ne′)・2l2+αV1} …(3) となる。すなわち、l1およびV1を調整することで、位相
差Гをゼロにすることがきるので、本実施例では電気
光学結晶板15およびLiNbO3結晶板22を研磨仕上げした後
のl1,l2に応じて透明電極21への印加電圧V1を設定する
ことで位相差の補償を図っている。
補償用電気光学結晶板2を介して空間光変調管1に入
力される読出し光は、レーザ光源からのレーザ光を偏光
子3でコリメートすることにより得られる。すなわち、
偏光子3で読出し光の偏光方向を結晶軸(X軸または
Y′軸)から45゜の方向(直線偏光)に固定し、ハーフ
ミラー4を介して補償用電気光学結晶板2および電気光
学結晶板15に入射する。ところで、前述のように透明電
極21への印加電圧V1を調整することで、位相差Г=0
はゼロに保たれている。従って、Г=0としたときの
出力状態は、第4図のように波長に従って変化すること
になるので、読み出し光の波長に応じて単純に書込み電
圧を増加させるか、あるいは書込み時間を長くするよう
に制御すればよい。また、書込み状態は固定しておいて
も、コントラストの変化が問題とならなければ、実用上
は全く差しつかえない。
電気光学結晶板15からの反射光(出力光)はハーフミ
ラー4で反射され、検光子5を経て出力される。この検
光子5によって所定の偏波成分のみが取り出され、強度
変調されたコヒーレント像が得られる。すなわち、空間
光変調管1の光電面11に入力されたインコヒーレント光
の入力像に対応した出力像が、コヒーレント光として得
られる。
このように本実施例では、空間光変調管1の読み出し
光入力側に補償用電気光学結晶板2を配設し、反射光に
現れる位相差を補償しているので、複数の異なる波長の
コヒーレント光での読み出しが極めて容易になる。この
ような位相差の補償を行なうためには、空間光変調管1
の電気光学結晶板15の光学的距離l2と、補償用の電気光
学結晶板2の光学的距離を同一にする(l1=l2)ことが
必要であるが、厚さ数10μmのLiNbO3結晶をこのように
精密加工するのは極めて難しい。そこで、これを調整す
る第1の手法として、前述の如くLiNbO3結晶板22の両面
に透明電極21を形成して電圧V1を印加し、実効的にl1
l2とするものがある。例えば、V1=1KV程度の電圧を厚
さ70μnmのLiNbO3に印加すると、光学的距離は2.5μm
程度調整される。第2の調整手法としては、LiNbO3結晶
板22をその結晶面に平行な軸を中心として回転させ、光
路長を実効的に長くしてl1=l2とするものがある。例え
ば、厚さ70μmのLiNbO3結晶板22を15゜傾けると、光路
長は2.5μmだけ長くなる。
次に、第5図を参照して本発明をホログラム記録に用
いた例を説明する。
空間光変調管1の光電面11側には、ランプ61で照明さ
れる入力画像62が設けられている。この入力画像62から
の入力光(インコヒーレント光)はレンズ63によって光
電面11に結像され、従って光電面11からはインコヒーレ
ントな入力像に応じた電子が放出される。一方、レーザ
光源はArレーザ71と色素レーザ72からなる波長可変レー
ザ光源7で構成され、出力光の波長は500〜600nmの範囲
で1nmごとの異なる値に設定できる。
波長可変レーザ光源7からのレーザ光はレンズ81およ
びピンホール82、レンズ83を経て偏光子3に入射され、
コリメートされてハーフミラー84に入射される。ハーフ
ミラー84で反射された直線偏光レーザ光は、λ/2板85を
介して参照光(REF)として記録媒体9に入射される。
ハーフミラー84を通過した直線偏光レーザ光は空間光変
調管1の電気光学結晶板15の表面に形成された誘電体ミ
ラーで反射され、ハーフミラー4で光路変更され検光子
5を介して記録媒体9に入射される。
ここで、記録媒体9は前述のホールバーニング効果を
奏する材料で形成する。例えば、PVB(Polyvinyl butyr
al)フィルムにchlorin Iを混ぜたものを4.2Kに冷却す
ればよい。このようにすれば、出力光(OBJ)と参照光
(REF)のホログラムが記録媒体9に生成されるので、
当該波長における記録がされることになる。
そこで、例えば波長可変レーザ光源7からのレーザ光
の波長を500nmとし、入力画像62として画像「A」を入
力すると、この「A」が記録媒体9に記録される。次
に、波長を501nmとして入力画像62から画像「B」を入
力すると、同一の記録媒体9に「B」が記録され、更に
波長を502nm,503nm,504nmとして入力画像62から画像
「C」,「D」,「E」を入力すると、記録媒体9には
「A」,「B」の他に「C」,「D」,「E」が記録さ
れていく。従って、波長可変レーザ光源7の出力波長を
500nmから600nmまで1nm単位で変えることにより、100種
類の画像を1枚の記録媒体9に記録できる。
この記録媒体9において作製されたホログラムは、再
生光源としての波長可変レーザ光源を用いて読み出し得
る。すなわち、再生レーザ光の波長を500〜600nmの範囲
で1nmごとに変えて、記録媒体9を照射していく。する
と、対応する波長のレーザ光で記録された画像「A」,
「B」,「C」,「D」,「E」が次々と読み出され
る。
本発明は上記実施例に限定されず、種々の変形が可能
である。
例えば、上記の実施例では光電面を用いた空間光変調
管を例にして説明したが、電子銃を電子源としたものを
用いることも可能である。また読み出し用のレーザ光源
も色素レーザに限らず、OPO(Optical Parametric Osci
llator)を使って波長を可変させるレーザ装置を使うこ
ともできるし、He−NeレーザとArレーザを切り換えて使
うこともできる。このようにして、ホールバーニングに
限らず、波長の異なるレーザ光を用いる光学システムに
おいて有用な空間光変調装置となる。
〔発明の効果〕
以上、詳細に説明した通り本発明によれば、位相補償
用の電気光学結晶板を空間光変調管の前面に設けたの
で、空間光変調管の電気光学結晶板における表面電荷が
ゼロのときの反射光の位相差をなくすことができる。こ
のため、読み出しレーザ光の波長を変化させても、出力
状態が変化することはないので、ホールバーニング効果
を用いたホムグラム多重記録などを容易に実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例に係る空間光変調装置の基本構成図、第
2図は電気光学結晶板のカットモードの説明図、第3図
および第4図は電気光学結晶板の特性を示す図、第5図
は実施例に係る空間光変調装置の全体構成図である。 1……空間光変調管、10……真空容器、11……光電面、
12……集束電極、13……MCP、14……グリッド、15……
電気光学結晶板、2……補償用電気光学結晶板、21……
透明電極、22……LiNbO3結晶板、3……偏光子、4……
ハーフミラー、5……検光子、61……ランプ、62……入
力画像、7……波長可変レーザ光源、84……ハーフミラ
ー、85……λ/2板、9……記録媒体。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】真空容器中に電子源および自然複屈折を有
    する電気光学結晶板を有し、前記電子源からの電子によ
    り前記電気光学結晶板の表面側に電荷像を形成する空間
    光変調管と、前記電気光学結晶板の裏面側にレーザ光を
    入射するレーザ光源とを備える空間光変調装置におい
    て、 前記電気光学結晶板の裏面側の前記空間光変調管の前面
    に当該電気光学結晶板の結晶軸から90度回転させた結晶
    軸で配設され、当該電気光学結晶板の厚さ方向の光路長
    と略同一の光路長を有する補償用電気光学結晶板を更に
    備え、 前記レーザ光源は複数の異なる波長のレーザ光を出力す
    るように構成したことを特徴とする空間光変調装置。
  2. 【請求項2】前記補償用電気光学結晶板は両面に透明電
    極を有し、この透明電極間に当該補償用電気光学結晶板
    の実効的光路長を調整する調整用電圧が印加されている
    ことを特徴とする請求項1記載の空間光変調装置。
  3. 【請求項3】前記補償用電気光学結晶板はその結晶面に
    平行な軸のまわりに回転可能であることを特徴とする請
    求項1記載の空間光変調装置。
  4. 【請求項4】前記レーザ光源は複数の異なる波長の単色
    光を出力する波長可変レーザ光源である請求項1記載の
    空間光変調装置。
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