JP3259891B2

JP3259891B2 - ホログラム記録材料

Info

Publication number: JP3259891B2
Application number: JP21563795A
Authority: JP
Inventors: 欽之今井; 生剛八木; 裕基山崎; 義和日▲高▼
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1994-11-11
Filing date: 1995-08-24
Publication date: 2002-02-25
Anticipated expiration: 2015-08-24
Also published as: JPH08190020A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ホログラム記録材料に
関する。詳しくは、光情報処理の分野におけるホログラ
フィー技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】ある材料に光を当てると、屈折率が変わ
る現象をフォトリフラクティブ効果と称する。光の干渉
縞を照射すると、この干渉縞の形そのままに屈折率が変
調され、光照射を止めても、この屈折率変調が保存され
て一種の回折格子として働く。このような効果を示す材
料は、ホログラフィー技術のなかで、ホログラムの記録
媒体として利用されている。

【０００３】すなわち、フォトリフラクティブ効果を示
す材料に、ホログラフィー技術で称するところの「物体
光」と「参照光」を照射して、前記材料中に干渉縞を形
成すると、干渉縞が材料の屈折率変調として記録され
る。記録された屈折率変調は、前記のように一種の回折
格子であり、ホログラフィー技術で称するところの「ホ
ログラム」である。前記参照光及び物体光の照射を止め
た後、この参照光に相当する光（再生光と称する）を再
び前記材料に照射すると、前記ホログラムによる回折現
象で、前記物体光が再生される。

【０００４】フォトリフラクティブ効果を示す材料とし
ては、電気光学結晶として知られるニオブ酸リチウム、
ニオブ酸ストロンチウムバリウム、チタン酸バリウム、
ニオブ酸カリウム、タンタル酸ニオブ酸カリウムなどの
単結晶などがある。特に、タンタル酸ニオブ酸カリウム
又はこれに他の元素を添加した材料の結晶は、フォトリ
フラクティブ効果を示す材料のうちで、電気信号でホロ
グラムの回折効率を制御できるもとのして、現在では唯
一知られる材料である。この材料は、ホログラフィーの
原理を使った従来の素子（ホログラフィック素子と称す
る）特有の波面変換機能や波長選択機能に、電気信号に
よる制御性を併せ持つ新しい素子を作製できる点で有望
な材料である。

【０００５】ホログラムの具体的な利用分野は、画像の
記録や、近年注目されている位相共役光発生の他、記録
された回折格子の波長選択性を利用したフィルタなどが
あり、このフィルタは既に市販されている。フォトリフ
ラクティブ効果の発現のメカニズムは、以下の(1)(2)
(3)ように順を追って説明される。

【０００６】(1)結晶材料中で干渉縞が形成される、(2)
干渉縞の光強度分布に従って結晶中でキャリア（電子又
は正孔）が光励起と移動、再結合という経過を経て再配
列され、空間電荷ができる、(3)空間電荷には空間電界
が伴うため電気光学効果により屈折率が変調される。但
し、同じ空間電場であっても、材料によって屈折率の変
調のされかたが多少異なる。空間電場の振幅がＥ_SCの
時、ホログラムの屈折率変調の振幅ｎ₁は、ニオブ酸リ
チウム、ニオブ酸ストロンチウムバリウム、チタン酸バ
リウム、ニオブ酸カリウム等の一次の電気光学効果を持
つ電気光学結晶の場合、下式（１）で示す結果となる。

【０００７】ｎ₁＝（１／２）ｎ₀ ³ｒＥ_SC …（１）また、立方晶のタンタル酸ニオブ酸カリウムの場合に
は、下式（２）で示す結果となる。ｎ₁＝（１／２）ｎ₀ ³ｇＥ_SCＥ …（２）尚、ｎ₀は各電気光学結晶の屈折率、ｒ，ｇはそれぞれ
１次及び２次の電気光学係数、Ｅは外部から印加する電
圧である。ホログラム効果の大きさは、このｎ₁の大き
さにより表される。これらの式から、明らかなように、
立方晶のタンタル酸ニオブ酸カリウムは他の材料と異な
り、ホログラムの効果の大きさが外部印加電界によって
変わる。

【０００８】ホログラムは、ある時定数をもって指数関
数的に時間変化する。時定数τは、概ね誘電緩和時間で
表される。 τ＝ε／σ 尚、εは誘電率、σ導電率である。図２はホログラムの
空間電界Ｅ_SCの時間変化の例を示す。時刻ｔ＝０で光照
射を始め、干渉縞を形成すると、時定数τ₁をもって立
ち上がり、やがて飽和に達する。このときの時定数τ₁
はσをキャリアの光励起による導電率としたものであ
る。光導電率は光強度に比例するため、光強度によって
立ち上がりの速度は異なるが、同じ光速度で比較した場
合に、時定数τ₁が短い場合を感度が良いとする。

【０００９】時刻ｔ₁で光の照射を止めると今度はゆっ
くりとした時定数τ₂で徐々に消えて行く。この時の時
定数τ₂はσをキャリアの熱励起による暗導電率とした
ものである。時刻ｔ₁で光の照射を止める代わりに、干
渉縞のような強度分布のない、均一な光を照射すると、
もょと短い時定数τ₃で消える。これは、光励起による
導電率が暗導電率よりもはるかに大きいからである。

【００１０】これらの現象から、フォトリフラクティブ
効果を示す電気光学結晶をホログラム記録材料として用
いるうえで、一つの問題点が指摘される。即ち、ホログ
ラムの安定性である。記録したホログラムを再生する時
に照射する再生光は、通常、何の情報も持たない均一な
光を用いる。従って、ホログラムの再生を行うと、ホロ
グラムは消えて行く（再生破壊と称する）。また光を照
射しないまでも、室温でしばらく放置してもキャリアの
熱励起によってホログラムは消去される。ホログラムの
寿命は、通常は長くて数日程度である。従ってフィルタ
などの光学素子に用いるためには、何らかの方法で消去
されないようにする必要がある。この操作を定着と称す
る。

【００１１】定着法には、熱処理や電気処理などの方法
がある。前者は、光を照射しない状態での前記のキャリ
アに比べて、高温ではより動きやすく（σが大きい）、
室温ではより動きにくい（σが小さい）イオン、例え
ば、水素イオン等が結晶に含まれているときに可能であ
る。このような結晶にホログラムが記録されている（キ
ャリアの空間分布がある）とき、この結晶の温度を十分
に上げると、キャリアが熱励起によって動いて空間分布
が消えてしまう前に、より動きやすいイオンがキャリア
の空間分布による空間電界を打ち消すように動く。この
状態で室温に戻すと、キャリアによる電荷分布は次第に
なくなってゆくが、この電荷分布を補償するように形成
されたイオンによる電荷分布は、イオンが動きにくいた
め非常に消えにくい。また、イオンは光励起によって動
きやすくなる（σが大きくなる）ことはないため、光を
照射しても消えない。

【００１２】後者は、強誘電体の電気光学結晶の場合に
可能である。強誘電体には自発分極が有るため、空間電
界分布を自発分極の分布に置き換える方法である。この
場合も自発分極は室温でも安定であり、光照射とは関係
ないため、ホログラムの寿命は非常に長くなる。熱処理
による定着を利用した例としては、ニオブ酸リチウム結
晶を用いたフィルターがある。これは結晶育成中に水素
イオンが取り込まれることに着目して熱処理によってホ
ログラムの定着を行ったものである。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】立方晶のタンタル酸ニ
オブ酸カリウム単結晶（ＫＴa_1-xＮb_xＯ₃，０≦ｘ≦
０．３５の組成のものは０℃で立方晶）は、上記（２）
式からも判るように、外部から印加する電界の大きさを
変えることにより、記録されたホログラムの回折効率を
０％から１００％まで変化させることのできる材料であ
る。ホログラフィー特有の波面変換機能や波長選択機能
に、電気信号による制御性を併せ持つ素子が作製できる
点で有望な材料である。例えば、前記フィルタへの応用
例から類推されるように、通す波長を電気信号により自
由に設定することのできるフィルタを作製することがで
きる。

【００１４】フィルタなどのホログラフィック素子の材
料とする場合、記録したホログラムが消去された時点
で、素子としての機能がなくなってしまうため、ホログ
ラムが消えないように定着操作を行うことが不可欠であ
る。しかし、従来のタンタル酸ニオブ酸カリウムには、
結晶中を動けるイオンが含まれていないため、熱的な定
着ができなかった。また、室温で強誘電体ではないた
め、電気的に定着することもできなかった。本発明は、
上記従来技術に鑑みて成されたものであり、ホログラム
の定着操作の可能なタンタル酸ニオブ酸カリウムによる
ホログラム記録材料を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成する本
発明のホログラム記録材料の構成は、タンタル酸ニオブ
酸カリウム或いは該物質の構成元素であるところのタン
タル、ニオブ又はカリウムの一部を他の元素で置換した
化合物の結晶において、該結晶中に水素イオンを含むこ
とを特徴とする。

【００１６】

【作用】タンタル酸ニオブ酸カリウムはＡＢＯ₃の化学
式で表されるペロブスカイト型の結晶構造を持つ酸化物
の一つである。カリウムイオンがＡサイトに入ってお
り、Ｂサイトはタンタル又はニオブイオンが占める。結
晶中では、カリウムは１価であるので、やはり結晶中で
１価となるリチウムなどのアルカリ金属と置換すること
が可能である。本発明のホログラム記録材料は、カリウ
ムイオンの占めるべきＡサイトの一部或いは格子間位置
に、やはり１価の水素イオン（陽子、プロトン）が入っ
ていることを特徴とする。

【００１７】以下に、定着操作の過程を説明する。ホログラム記録：参照光と、物体光を本発明の結晶に
入射し、電子や正孔による空間電荷を形成する。水素イオンの再配列：結晶の熱処理を行い、前記空間
電荷を補償するように水素イオンを移動させる。電子、正孔の再配列：再び室温まで冷却し、一様な光
を照射して電子や正孔を結晶内全体に均一に分布させ
る。水素イオンは室温では殆ど動かず、この水素イオン
による空間電荷がレプリカとして残る。上記操作により、ホログラムの寿命は飛躍的に向上す
る。なお、との操作は同時に行っても良い。即ち、
初めから温度を上げておいて、電子や正孔による空間電
場を形成しつつ、水素イオンを移動させるという操作で
ある。

【００１８】上記のような材料の単結晶中に水素イオン
を入れる方法は大きく分けて、次の(a)(b)のように二つ
方法がある。 (a)タンタル、ニオブ、カリウムなどの酸化物からなる
融液中から単結晶を育成するときに、この融液と水素ガ
ス或いは水蒸気とを反応させる方法である。この方法
は、ＫＴＮ単結晶を育成する時、原料として主にＫ₂Ｃ
Ｏ₃、Ｔa₂Ｏ₅及びＮb₂Ｏ₅の粉末を用いる。このうち、
Ｋ₂ＣＯ₃粉末がよく吸湿するために融解前の混合粉末に
水が取り込まれる。この水、または融解してから育成中
に雰囲気中から取り込まれる水から出た水素イオンが単
結晶中に入り込むことがある。但し、原料中に含まれる
不純物によっては全く水素イオンが入り込まないことが
ある。しかし、光感度を上げ、ホログラムの効果を大き
くするためには、不純物をドーピングするのが良い。原
料に混合しても、水素イオンが結晶中に入るのを妨げな
い不純物として鉄やコバルトなどが好適である。

【００１９】(b)水素を含まない単結晶を育成した後
に、結晶中に水素イオンを入れる方法である。単結晶に
水素イオンを注入する方法には、酸性の液体中に結晶を
つけておいて、この結晶中のＡサイトのイオンと水素イ
オンを交換する方法（プロトン交換法と称する）、水蒸
気や水素ガスを含むガス中で熱処理する方法、また、こ
の二つの方法と同様であるが電気化学的に反応を促進す
る方法、更に加速水素イオンを注入する方法などがあ
る。尚、真空中での熱処理により、逆に結晶中の水素イ
オンを抜くことを可能である。これにより、単結晶中に
含まれる水素イオンの量を、適当な値に調節し、ホログ
ラムの寿命を制御可能である。水素イオンが多過ぎる
と、定着したホログラムの寿命が短くなる。

【００２０】本発明のホログラム記録材料は、タンタル
酸ニオブ酸カリウムが水素イオンを含むことを基本とす
るが、前記タンタル酸ニオブ酸カリウムは、そのＡサイ
ト及びＢサイトの一部を他の材料で置換したものでも良
い。Ａサイトはアルカリ金属、例えば、リチウム、ナト
リウム、ルビジウム、フランシウムなどで、Ｂサイトは
バナジウムなどで置換できる。

【００２１】タンタル酸ニオブ酸カリウムの結晶は、組
成を適当に選ぶと室温で大きな効果を持つものになる
が、この結晶は割れ易いという欠点がある。カリウムの
一部をリチウムで置換した材料Ｋ_1-yＬi_yＴa_1-xＮb_xＯ₃
では、室温で効果が大きく、且つ、割れにくい結晶がで
きる。同様なことが、他の元素で置換した場合にも期待
できる。

【００２２】特に、リチウムはカリウムで置換できる量
に限界があるのに対し、ナトリウムはより多く置換でき
るため有望である。また、光に対する感度を上げるた
め、通常は、チタン、クロム、マンガン、コバルト、ニ
ッケル、鉄、銅、ロジウムなどの遷移元素を微量に添加
する。

【００２３】

【実施例】以下、本発明について、図面に示す実施例を
参照して詳細に説明する。

【００２４】〔実施例１〕本実施例は、単結晶ホログラ
ム記録材料の作製例である。銅を不純物として添加した
タンタル酸ニオブ酸カリウムリチウム（Ｋ_0.95Ｌi₀ _.05
Ｔa_0.65Ｎb_0.35Ｏ₃）単結晶を、全ての面が結晶の（１
００）面に等価な面であるような立方体に切り出した。
大きさは、２ｍｍ×２ｍｍ×２ｍｍである。この単結晶
を、濃度６９％の硝酸に浸し、９８℃に保って１００日
間反応させた。これにより、結晶中のリチウムは、結晶
表面付近でほぼ１００％、結晶中心部で５０〜７０％水
素に置換された。結晶表面全体に蒸着法又はスパッタリ
ング法で白金膜を堆積させ、表面からの水素イオンの蒸
発を防ぎ、１０００℃で１０分間熱処理を行って、結晶
内全体に水素イオンを均一に分布させた。

【００２５】〔実施例２〕本実施例は、単結晶ホログラ
ム記録材料の作製例である。実施例１と同じ組成、大き
さの単結晶を用い、この単結晶の全面に、２００ＫｅＶ
の加速水素イオンを打ち込んだ。これを実施例１と同様
に表面を厚さ１μｍの白金の膜で包み、１０００℃で１
０分間熱処理を行って、結晶内全体水素イオンを均一に
分布させた。

【００２６】〔実施例３〕本実施例は、単結晶ホログラ
ム記録材料の作製例である。実施例１と同じ組成、大き
さの単結晶を用い、この単結晶を、水蒸気中９００℃
で、２４時間熱処理した。これにより、結晶中の水素イ
オン濃度は１０²⁰ｃｍ ^-3程度になったと予想される。

【００２７】〔実施例４〕本実施例は、ホログラムの定
着に関する。図１にホログラム定着の模式図を示す。同
図に示すように、Ａrイオンレーザの波長５１４．５ｎ
ｍの発振光をビームスプリッタ（図示省略）で二つのレ
ーザビーム３，４に分け、これらのレーザビーム３，４
を互いに２０°の角度を成すようにしてホログラム記録
材料１に入射させ、ホログラム記録材料１内で干渉させ
た。ホログラム記録材料１としては、実施例３の単結晶
を用いた。

【００２８】約１秒間の光照射でホログラム記録を完了
し、このホログラム記録材料１を１５０℃で５分間熱処
理をした後、この単結晶に今度は一様なＡrイオンレー
ザ光を約１秒間照射した。このように定着の操作を完了
した後、再び、図１に示すように、ホログラム記録材料
１にレーザビーム３のみを照射し、ホログラム記録材料
１に電極２を通じて２０Ｖの電圧を印加したところ、回
折が起こり、レーザビーム４と同じ方向に進む光を観測
できた。

【００２９】１週間後、全く同じ条件で実験を行ったと
ころ、回折効率の減少は全く見られなかった。また、定
着済みのホログラム記録材料１に任意の方向からレーザ
を１時間以上照射しても、全くホログラムの劣化は見ら
れなかった。

【００３０】〔実施例５〕本実施例は、単結晶ホログラ
ム記録材料の作製例である。以下は、高純度の原料を用
いて単結晶を育成した例である。静置除冷法により、Ｋ
ＴＮ単結晶を育成した。原料は、純度９９．９９％のＫ
₂ＣＯ₃、純度９９．９９％のＴa₂Ｏ₅及び純度９９．９
９％のＮb₂Ｏ₅の粉末である。これらをそれぞれ５８ｍ
ｏｌ％、２９．４ｍｏｌ％、１２．６ｍｏｌ％の比率と
なるように秤量して混合し、白金坩堝に入れて加熱、融
解させ、原料をよく反応させた後、除冷した。これによ
り１ｃｍ角程度の単結晶が得られる。

【００３１】図３は、ＦＴＩＲ（Fourier Transform In
frared Spectorscopy ）装置による測定で得た、この試
料の赤外透過スペクトルである。横軸は波数、縦軸は透
過率である。３４８０ｃｍ^-1付近のピークが、結晶中の
酸素原子の周りに水素イオン（陽子）が有ることを示
す。ピークでの吸収係数は、０．６７ｃｍ^-1であり、こ
れより水素イオン濃度は１０^-3ｍｏｌ％（１０²³ｍ^-3）
程度であることが判った。

【００３２】〔実施例６〕本実施例は、単結晶ホログラ
ム記録材料の作製例である。実施例５は、不純物のドー
ピングを行っていないものであった。しかし、不純物を
含まない場合、光に対する感度が悪い（応答が遅い）の
みならず、十分に時間がたって飽和に達してもホログラ
ムの空間電界の振幅は小さく回折効率も小さい（図２参
照）。そこで、同じく静置除冷法により、鉄（Ｆe）、
クロム（Ｃr）、コバルト（Ｃo）、銅（Ｃu）を各１種
類ずつ不純物として含むＫＴＮ単結晶の育成を行った。
原料は、実施例５と全く同量のＫ₂ＣＯ₃、Ｔa₂Ｏ₅及び
Ｎb₂Ｏ₅に加え、少量のＦe₂Ｏ₃、Ｃr₂Ｏ₃、Ｃo₃Ｏ₄、Ｃ
uＯの各粉末を一種類ずつ混合した。

【００３３】育成した単結晶には、不純物による着色が
見られ、特定の波長の光を吸収することが判った。Ｆe
ドープの単結晶は、ドープ量が少ないと黄色、多い時に
は赤褐色であった。Ｃrドープの単結晶は、殆ど無色で
あった。Ｃoドープの単結晶は、一個の結晶内で成長初
期の部分は黄色、成長が進むに連れて青色へと変色して
いった。Ｃuドープの単結晶も同様に、黄色から深い緑
色へと変色していた。一般に、着色して吸収が大きいほ
どフォトリフラクティブ効果の感度が良く、この点で、
鉄、コバルト、銅が良好であった。また、育成した個々
の単結晶についてＦＴＩＲ装置で赤外光透過スペクトル
を測定した。その結果、原料にそれぞれ０．１ｍｏｌ
％、０．５ｍｏｌ％、１．０ｍｏｌ％のＦe₂Ｏ₃を加え
て育成した単結晶については、水素イオンの存在を確認
できた。Ｃr₂Ｏ₃を加えた場合も同様である。

【００３４】Ｃo₃Ｏ₄の場合は、０．１ｍｏｌ％、２．
５ｍｏｌ％をそれぞれ加えたものから単結晶を育成した
が、双方とも３４８０ｃｍ^-1付近のピークは観測でき
ず、水素イオンの存在を示す明確な証拠は得られなかっ
た。水素イオンを検出したものについては、３４８０ｃ
ｍ^-1の吸収ピークより、その濃度は、１０^-3ｍｏｌ％
（１０²³ｍ^-3）程度と判った。色の観察、ＦＴＩＲ測定
の両結果より、光感度が良く且つ水素イオンを含むＫＴ
Ｎ単結晶を育成するには、鉄次いでコバルトを不純物と
するのがクロムや銅を不純物とするよりも好適であるこ
とが判った。

【００３５】〔実施例７〕本実施例は、単結晶ホログラ
ム記録材料の作製例である。静置除冷法を用いた実施例
５，６と異なり、ＴＳＳＧ法によりＫＴＮ単結晶を育成
した。本実施例の単結晶ホログラム記録材料は実施例８
で定着動作を確認した。原料は、純度９９．９９％のＫ
₂ＣＯ₃、純度９９．９９％のＴa₂Ｏ₅及び純度９９．９
９％のＮb₂Ｏ₅の粉末である。これらをそれぞれ５４．
４ｍｏｌ％、１６．１ｍｏｌ％、２９．９ｍｏｌ％の比
率となるように秤量して混合し、白金坩堝に入れて加
熱、融解させ、原料をよく反応させた後、種結晶を浸け
て除冷した。

【００３６】得られた結晶を｛１００｝面に平行な面で
囲まれた４．９６×４．２０×５．６４ｍｍの大きさの
直方体に切り出した。結晶全体では部分によって僅かに
組成が異なるが、ＥＰＭＡ（Electron Probe Micro Ana
lysis ）による組成分析の結果、切り出した直方体試料
の中ではほぼ組成は一定であり、ＫとＴaとＮbのモル比
はほぼ５２：３５：１３であり、室温では立方晶であっ
た。ピークでの吸収係数は１．４ｃｍ^-1と、実施例５，
６の単結晶よりもやや大きかった。

【００３７】〔実施例８〕本実施例はホログラムの定着
に関する。図４にホログラム定着の模式図を示す。本実
施例は、電子等のキャリアの空間分布を生成してから温
度を上げる実施例４に比較して、初めから温度を上げて
おく点が異なる。実施例４と同様に、Ａrイオンレーザ
の波長５１４．５ｎｍの発振光をビームスプリッタ（図
示省略）で二つのレーザビーム３，４に分け、これらの
レーザビーム３，４を互いに１６°の角度を成すように
してホログラム記録材料１に入射させ、ホログラム記録
材料１内で干渉させた。ホログラム記録材料１には、高
圧交流電源７と電極２を用いて振動電界を印加した。

【００３８】電界の振動をホログラムの成長の速度に比
べてはるかに速くすると、キャリアの空間分布に関して
は、電界を全く掛けない状態と同一視することができ
る。更に、ホログラムの屈折率の変調振幅が非常に小さ
い場合、ホログラム記録材料１から出射して光ディテク
タ５で検出される光強度Ｉは次式で示される。Ｉ＝Ｉ₁（１＋ξｎ₁） …（３）ここで、Ｉ₁はホログラム記録材料１に入射前の光強
度、Ｅは外部印加電界、ξはホログラム記録材料１の材
料定数や実験の条件などによって決まる定数、ｎ ₁は前
述したように空間電界Ｅ_SCと外部印加電界Ｅとに比例す
る。正負の符号は、電界の向きの取り方等によって決ま
る。

【００３９】印加電圧が、Ｅ₀sinωｔで振動するとき、
光ディテクタ５で検出される光強度は次式で示される。Ｉ＝Ｉ₁｛１＋（１／２）ξｎ₀ ³ｇＥ_SCＥ₀sinωｔ｝ …（４）ロックインアンプ６でこの振動成分を抽出すると、その
出力は空間電界Ｅ_SCに比例する。ホログラム記録材料１
としては実施例７の単結晶を用いた。この単結晶は不純
物ドープを行っていないために、ホログラムの屈折率の
変調振幅はかなり小さい。ホログラム記録材料１に印加
する振動電界は振幅６１０Ｖ／ｃｍ、周波数１．６１ｋ
Ｈｚであった。

【００４０】図５は測定したロックインアンプの出力の
時間変化である。単結晶の温度は終始９０℃に保った。
通常、フォトリフラクティブ効果では、図２に示したよ
うに、空間電界は増加して飽和する。しかし、図５では
増加した後に飽和せず再び減少している。これは、光の
干渉縞によって再配列したキャリアの空間分布を補償す
るように、ゆっくりと水素イオンが動いたためである。
最終的には、水素イオンが完全にキャリアの空間分布を
補償するため、見掛け上、空間分布は殆ど零となる。図
６は、全く同じ実験を６０℃で行った結果である。空間
電界の減少の速度が非常に遅くなったことが判る。水素
イオンの動きが非常に緩慢になった結果である。更に、
温度を下げると、水素イオンは殆ど動かなかった。

【００４１】図７は、図５に見られる空間電界の立ち上
がりと立下がりのそれぞれの時定数χ₁，χ₂の、照射光
強度依存性である。縦軸は時定数の逆数（ｓ^-1）、横軸
は光強度（ｍＷ／ｃｍ²）である。丸印は立ち上がりの
時定数χ₁に、四角印は立下がりの時定数χ₂にそれぞれ
対応する。立下がりの時定数χ₁が光強度Ｉ₀に依存する
のに対して、立下がりの時定数χ ₂は全く依存しない。
立ち上がりが光活性な電子等のキャリアの動きを象徴す
るのに対して、立下がりが水素イオンの動きを象徴して
おり、水素イオンが光に対して感度を持たない。即ち、
いくら強い光を照射しても、水素イオンを動かして分布
を消去することができないことを表す。

【００４２】

【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明では、タンタル酸ニオブ酸カリウム或
いは該物質の構成元素であるところのタンタル、ニオブ
又はカリウムの一部を他の元素で置換した化合物の結晶
において、該結晶中に水素イオンを含むため、ホログラ
ムの定着操作が可能となり、実用可能な電気信号制御機
能を持つホログラフィック素子の提供ができるようにな
った。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係り、ホログラム記録の模
式図である。

【図２】従来技術に係わり、通常のフォトリフラクティ
ブ効果の空間電界の時間変化の例を示すグラフである。

【図３】本発明の一実施例に係り、水素イオンを含むＫ
ＴＮ単結晶の赤外透過スペクトルの例を示すグラフであ
る。

【図４】本発明の一実施例に係り、ホログラムの記録、
定着の模式図である。

【図５】本発明の一実施例に係り、図４の系で測定した
９０℃における空間電界の時間変化を示すグラフであ
る。

【図６】本発明の一実施例に係り、図４の系で測定した
６０℃における空間電界の時間変化を示すグラフであ
る。

【図７】本発明の一実施例に係り、図４の系で測定した
図５の空間電界の時間変化における立ち上がりの時定数
及び立下がりの時定数の照射光強度依存性を示すグラフ
である。

【符号の説明】

１ホログラム記録材料２電極３，４レーザビーム５光ディテクタ６ロックインアンプ７高圧交流電源

フロントページの続き (72)発明者日▲高▼ 義和東京都千代田区内幸町一丁目１番６号日本電信電話株式会社内 (56)参考文献特開平８−190019（ＪＰ，Ａ) ＪｏｕｒｎａｌｏｆＯｐｔｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙｏｆＡｍｅｒｉｃａＶｏｌ．７Ｎｏ．12 八木生剛，強誘電体を用いたホログラムメモリ，希土類，日本，日本希土類学会，1998年11月13日，Ｎｏ．33，Ｐ．59 −Ｐ．70 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03H 1/00 - 1/34 G02B 5/32 G02F 1/03 G02F 1/35 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ）ファイル０１０ＷＥＢＯＦＳＣＩＥＮＣＥ（丸善)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】タンタル酸ニオブ酸カリウムからなる電
気光学結晶を用いたホログラム記録材料において、前記
電気光学結晶のカリウムの一部を水素イオンで置換し
た、あるいは前記電気光単結晶の格子間位置に水素イオ
ンを含ませたことを特徴とするホログラム記録材料。
【請求項２】前記電気光学結晶は、微量の遷移金属元
素を含むことを特徴とする請求項１記載のホログラム記
録材料。
【請求項３】前記電気光学結晶は、タンタル、ニオブ
又はカリウムの一部を他元素で置換したことを特徴とす
る請求項１又は２記載のホログラム記録材料。
【請求項４】前記電気光学結晶は、カリウムの一部を
１種以上のアルカリ金属元素で置換したことを特徴とす
る請求項３記載のホログラム記録材料。
【請求項５】前記電気光学結晶は、タンタル又はニオ
ブの一部をバナジウムで置換したことを特徴とする請求
項３又は４記載のホログラム記録材料。
【請求項６】主にタンタル酸ニオブ酸カリウムからな
る電気光学結晶を用いたホログラム記録材料において、
チタン、マンガン、鉄、クロム、コバルト、ニッケル、
銅、亜鉛のうちの一つ以上の元素を微量に含むことを特
徴とする請求項２記載のホログラム記録材料。