JP3685819B2 - Information recording method to hole burning memory using spatial light modulator - Google Patents

Information recording method to hole burning memory using spatial light modulator Download PDF

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、空間光変調器によって情報が乗せられる物体光と参照光との干渉によって生じるホログラムを情報としてホールバーニングメモリに記録する、空間光変調器を用いたホールバーニングメモリへの情報記録方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、光化学ホールバーニングメモリ(PHB)は光ディスクのようなビット・バイ・ビット・メモリとして検討されているが、この方式だと十分なコントラストを得ることができず、結果としてメモリの密度を上げられない。このため、2次元画像(情報)をホログラムとしてPHBに記録することが提案され、実験されている。
【0003】
PHBを構成するポリマー中の有機分子の光吸収帯は、図9のグラフに示す数テラヘルツの広帯域に広がっている。ここで、同グラフの横軸は光の波長[λ],縦軸は光吸収の度合いを示している。このようなPHBに単一波長の光を照射すると、その波長に対応した吸収帯に図示のホールが残り、情報が記録されたことになる。従って、記録するホールの波長を複数採用すれば、多重化した記録がPHBに対して行え、波長多重メモリを構成することが可能になる。PHBは非常に良好な波長純度を必要とするため、記録にレーザ光を用いなければならないが、記録の多重化は、レーザ光の波長幅を10[MHz]とすれば原理的には105 程度になる。また、記録したホールは、そのホールの記録に用いた波長を持つレーザ光によって読み出すことができる。このようなPHBに対する情報の読み書きの効果は、現状においては数°K以下の極低温にPHBが保たれた環境下において得られている。
【0004】
また、ポリマーに電圧を掛けて電界Eを印加することにより、印加した電界Eの違いによって異なるホールを記録できることも知られている。すなわち、PHBに記録する光の波長を固定していても、PHBに印加する電圧つまり電界Eを変えることで異なる情報を記録することができる。情報をこのように記録した場合には、情報読み出しは、記録時に印加した電界Eと同じ電界EをPHBに印加することにより、対応するホールが読み出せる。
【0005】
従って、PHBは、ホールを書き込む2次元位置x,y、並びにホールを書き込むために用いられる光の波長λ、および印加する電界Eの4次元のメモリとして利用することができる。
【0006】
しかし、上記のように、PHBへの情報記録には波長純度の高いレーザ光を用いなければならないため、2次元画像をPHBに記録するためには、従来、透過型フィルムを使って所定波長の入射レーザ光を選択的に透過させていた。従って、この透過型フィルムを用いて入力情報を書き込む従来の情報記録方法においては、フィルムの作成やフィルムの入れ換えに手間を要した。このため、PHBを用いることによって簡易に波長多重記録が行えるというせっかくの長所が全く生かされていなかった。
【0007】
この問題を解決する方法として、本出願人による特開平3−72313号公報に開示された情報記録方法がある。同公報ではこの情報記録に、図10に示す、空間光変調器(SLM)を用いたPHB記録システムが用いられており、取扱いの不便な透過型フィルムの替わりにSLMが採用されている。
【0008】
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からの光はレンズ63によって光電面11に結像され、入力像に応じた電子が放出される。一方、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1nmごとの異なる値に設定される。波長可変レーザ光源7からのレーザ光はレンズ81、ピンホール82およびレンズ83を経て偏光子3に入射し、コリメートされてハーフミラー84に入射する。ハーフミラー84で反射したレーザ光は、λ/2板85を通って参照光(REF)としてPHB9に入射する。ハーフミラー84を透過したレーザ光は空間光変調管1の電気光学結晶板15で反射し、ハーフミラー4で光路変更され、検光子5を介してPHB9に物体光(OBJ)として入射する。この結果、物体光と参照光とが干渉して得られるホログラムがPHB9に記録され、入力画像に対応する強度分布を有するレーザ光画像がPHB9に情報として記録される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような方法でPHBにホログラムを記録すると、特に物体光を作るSLMには少なからず不均一性があるため、これが画像の不均一性(シェーディング)となって好ましくない。この不均一性の原因は、SLMの光変調材料である電気光学結晶が平行平板に加工される際の加工精度(研磨精度)や、電気光学結晶の材料自体が持っている屈折率分布の不均一性、および装置を構成する光学系の誤差に起因する。例えば、55°カットLiNbO3 が電気光学結晶に用いられ、このLiNbO3 が図11の断面図に示すように加工され、結晶板の中心部と周辺部との間に△d=1.3μmの高低差が生じたとする。このような電気光学結晶板について波長632.8nmの読み出しレーザ光または参照レーザ光が往復すると、結晶板周辺部と中心部とで光の位相にπラジアンの差が生じ、偏光板を通過した後の光の強度分布は中心部が明るく、周辺部が暗くなってしまう。
【0010】
これと同様な問題は電気光学結晶板の替わりに液晶を用いたSLMでも生じる。この場合に画像に不均一性が生じる原因は、液晶を注入する2枚のガラス基板間の間隔の不均一、つまりセル厚の不均一に起因する。
【0011】
このような不均一な光位相分布または光強度分布を持った状態でPHBにホログラムを記録すると、その再生像にも同様な不均一が含まれることは明らかである。
【0012】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、ホログラム画像の不均一性を補償でき、実時間で多重ホログラムメモリに読み書きすることのできる光学記録方法を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明は、SLMを用いて物体光に情報を乗せ、この物体光と参照光との干渉によって生じるホログラムを情報としてPHBに記録し、このPHBに記録された情報を所定波長の読み出し光を用いて読み出す、SLMを用いたPHBへの情報記録方法において、図1(a)に示す波長(λ)−電界(E)平面を考え、以下の各ステップに従ってPHBに情報を読み書きする。
【0014】
▲1▼PHBに電界E1 を印加し、物体光に情報が乗っていない状態で、波長λ0 の参照光を用いてPHBに第1のホログラムを記録する。
【0015】
▲2▼PHBに電界E2 を印加し、物体光に情報が乗った状態で、波長λ0 の参照光を用いてPHBに第2のホログラムを記録する。
【0016】
▲3▼約(E1 +E2 )/2の値を持つ電界E0 をPHBに印加した状態で、波長λ0 に隣接する波長域にホールを生じる波長λ1 または波長λ2 の読み出し光を用いて、PHBに記録された情報を読み出す。
【0017】
また、図1(b)に示すλ−E平面を考え、以下の各ステップに従ってPHBに情報を読み書きする。
【0018】
▲1▼PHBに電界E0 を印加し、物体光に情報が乗っていない状態で、波長λ1 の前記参照光を用いてPHBに第1のホログラムを記録する。
【0019】
▲2▼PHBに電界E0 を印加し、物体光に情報が乗った状態で、波長λ2 の前記参照光を用いてPHBに第2のホログラムを記録する。
【0020】
▲3▼電界E0 に隣接する電界域にホールを生じる電界E1 または電界E2 をPHBに印加した状態で、約(λ1 +λ2 )/2の値を持つ波長λ0 の読み出し光を用いて、PHBに記録された情報を読み出す。
【0021】
また、上記のステップ▲1▼またはステップ▲2▼において、物体光の位相をπだけずらして第1または第2のホログラムをPHBに記録する。
【0022】
【作用】
ステップ▲3▼によってPHBに記録した情報を読み出すと、ステップ▲1▼および▲2▼でPHBに記録した第1および第2の各ホログラム画像が重畳して読み出される。つまり、第1および第2の各ホログラム画像の光波の波面は同時に読み出され、読み出された各光波の位相差によって読み出し画像は相互に強め合ったり、弱め合ったりする。すなわち、PHBに記録した第1および第2の各ホログラム画像の光波の波面(位相)が0(等しい)のところでは、記録した各画像が相互に強調して読み出され、PHBの読み出し出力は最も明るくなる。また、光波の位相差がπのところでは、記録した各画像が相互に弱め合って読み出され、PHBの読み出し出力は最も暗くなる。また、第1および第2の各ホログラム画像の光波の位相差がπ/4,π/2などの中間の値のところでは、読み出し出力は最も明るい出力と最も暗い出力との間の中間レベルの強度の出力として読み出される。従って、物体光が記録されていない第1のホログラムと物体光が記録された第2のホログラムとに記録された各背景雑音間の位相差は等しくなるため、第1および第2の各ホログラムが同時に読み出されることにより、これら各ホログラムが重畳して得られる合成ホログラムの背景は最も明るくる。また、物体光の位相をπだけずらして第1または第2のホログラムがPHBに記録されると、第1のホログラムと第2のホログラムとに記録された各背景雑音間の位相差はπとなるため、各ホログラムが同時に読み出されることにより、合成ホログラムの背景は最も暗く読み出される。
【0023】
【実施例】
図2は本発明の一実施例によるSLMを用いたPHBへの情報記録方法に使用されるPHB記録システムを示している。
【0024】
光化学ホールバーニングメモリ(PHB)31は、クロリン(2,3−dihydroporphyrin)をドープしたポリビニルブチラン(PYB)フィルムであり、その厚さはおよそ90μmである。このフィルムは、クライオスタット(冷却器)32中の液体ヘリウムに直接接触しており、その温度は1.7〜4.2Kに保たれている。PHB31を構成するこのフィルムは透明導電膜がコートされたガラス板に挟まれて固定されており、電圧可変な電源33からこの透明導電膜に電圧を供給することにより、フィルム中に105 V/cm位の電界を印加することができる。
【0025】
記録・再生用の光源にはAr+ レーザと色素レーザからなる図示しない波長可変レーザ光源が用いられている。出力レーザ光の波長には610〜670nmの波長が用いられている。色素レーザからの光は同じく図示しない対物レンズで拡大され、図示しないコリメートレンズで平行光になってハーフミラー34に入射する。このハーフミラー34を透過したレーザ光は参照光または記録読み出し光としてPHB31に照射される。また、ハーフミラー34で反射したレーザ光はさらにハーフミラー35で光路が変換されて情報読み出し光となり、位相シフタ36を介して空間光変調器(SLM)37の読み出し側(変調材料側)に入射する。一方、ランプ光源で照明された入力像38もレンズ39を介してこのSLM37の書き込み側(アドレス材料側)に入射する。従って、ハーフミラー35で光路が変換されてきた情報読み出し光が、変調材料を往復する間に入力像38が重畳し、入力情報によって位相変調された物体光が生成される。この物体光は必要により位相シフタ36で位相がシフトされてPHB31に入射する。
【0026】
PHB31に入射した物体光は、ハーフミラー34を透過した参照光とPHB31上で干渉する。この干渉によって約2μmの干渉縞が形成され、物体光に乗った入力情報はホログラムとなってPHB31に記録される。この記録は500μW/cm2 位のパワーで行われる。また、この記録画像の読み出しは記録パワーの1/104 のパワーで行われる。
【0027】
SLM37は物体光に情報を乗せる手段として用いられており、その詳細な構造は図3に示されている。このSLM37では変調材料として並行配向ネマチック液晶37aが用いられている。この並行配向ネマチック液晶37aの液晶分子は面に平行に配向しており、配向層37b,cに挟まれている。配向層37bの側には入射した情報読み出し光を反射する誘電体ミラー37dが設けられている。また、この誘電体ミラー37dに接してアモルファス・シリコン(a−Si)からなる光導電体37eが設けられている。この光導電体37eは、書き込み光に対して反応するアドレス材料として用いられている。さらに、光導電体37eおよび配向層37cの各外側には透明導電膜(ITO)37f,gが設けられており、さらにこれら透明導電膜37f,gの各外側にはガラス面板37h,iが設けられている。透明導電膜37f,gには電源40から所定の電圧が印加される。
【0028】
入力像38が外部光によって照明され、レンズ39で光導電体37e上にフォーカスされると、光が当たった部分のa−Siの電気抵抗が低下し、透明導電膜37f,g間に印加された電圧は、電気抵抗が低下した部分の光導電体37eを介して並行配向ネマチック液晶37aに与えられる。並行配向ネマチック液晶37aの液晶分子は上述したように面に平行に配向しているが、電圧が与えられると傾く。情報読み出し光は偏波面eが液晶分子に平行になっており、電圧印加によって液晶分子が傾いた部分のネマチック液晶37aの屈折率は変化するため、誘電体ミラー37dで反射した読み出し光の位相は、入力像38に対応して変調される。つまり、2次元的に位相変調された入力情報が物体光に乗せられる。
【0029】
この物体光は、位相シフタ36により、必要に応じて一様に位相がπだけシフトされる。図4はこの位相シフタ36の詳細な構造を示している。位相シフタ36はSLMと同じ並行配向ネマチック液晶36aからなり、この並行配向ネマチック液晶36aの両側には配向層36b,cが設けられている。さらに、これら配向層36b,cの両外側には透明導電膜36d,e、これら透明導電膜36d,eの両外側にはガラス面板36f,gが設けられている。各透明導電膜36d,eには必要に応じて電源41から所定の電圧が印加される。透明導電膜36d,e間にこの電圧が印加されると、上述のSLMと同様に並行配向ネマチック液晶36aの屈折率は一様に変化し、この液晶36aを通過する物体光の位相が一様にπだけシフトされる。
【0030】
このような構成の装置を使用する、本実施例によるSLMを用いたPHBへの情報記録方法について図5を参照して以下に詳述する。
【0031】
PHB31に入力画像を書き込む前の物体光、つまり入力像がなく情報が乗っていない物体光が、図5(a)に示すような位相の不均一を有していると仮定する。この物体光の位相の不均一性は、SLM37を構成する並行配向ネマチック液晶37aの厚みの不均一性や、装置を構成する光学系が有する誤差に対応して生じたものである。なお、同図(a)において、位相の不均一性は説明の便宜上位相0の部分と位相πの部分とに2値的に変化するよう描かれているが、実際には位相0の部分から位相πの部分への位相変化は例えばサイン波のようになだらかに変化する。同図(a)に示す物体光は、図1(a)に示す(λ0 ,E1 )の条件で、参照光と共にPHB31に第1のホログラムとして記録される。つまり、電源33からPHB31に電界E1 を生じる電圧が供給された状態で、波長λ0 の参照光を用いて第1のホログラム画像がPHB31に記録される。この物体光はバックグラウンド(背景雑音)に相当している。
【0032】
次に、図5(d)に示す形状の入力画像が読み出し光の位相をπ変調するようにSLM37に書き込まれると、図5(b)に示す物体光が得られる。入力画像に対応した位相πは各画像位置においてバックグラウンドの位相と足し合わされ、物体光は図示の位相変化となる。入力画像が情報として乗ったこの物体光は、図1(a)に示す(λ0 ,E2 )の条件で、参照光と共にPHB31に第2のホログラムとして記録される。つまり、電源33からPHB31へ供給される電圧が電界E2 を生じる電圧に変えられ、上記と同じ波長λ0 の参照光を用いて第2のホログラム画像がPHB31に記録される。
【0033】
次に、このようにPHB31に記録された画像は、ハーフミラー34を透過したコリメートされたレーザ光を読み出し光として読み出される。なお、この際、SLM37の情報読み出し光は図示しないシャッターで閉じられている。この読み出し条件は図1(a)に示す(λ1 ,E0 )または(λ2 ,E0 )の条件で行われる。すなわち、電源33からPHB31に印加される電圧が電界E0 (= (E1 +E2 )/2)を生じる電圧とされた状態で、波長λ1 またはλ2 の読み出し光を用いてPHB31に記録された情報が読み出される。ここで、波長λ1 ,λ2 は、波長λ0 に隣接する波長域にホールを生じる波長である。例えば、λ0 を633nmとすると、λ1 =633−5GHz,λ2 =633+5GHzとなる。5GHzは約6.5×10-3nmに相当する。また、電界E0 を0とすると、E1 =−2KV/cm,E2 =+2KV/cmである。図5(c)はこの読み出しによって得られた画像を示しており、背景雑音が除去された明瞭な画像が得られている。この背景雑音の除去は次のようにして行われている。
【0034】
つまり、読み出し光波長および印加電界が(λ1 ,E0 )または(λ2 ,E0 )の条件でPHB31に記録された情報が読み出されると、参照光波長および印加電界が(λ0 ,E1 )の条件でPHB31に記録した第1のホログラム画像および(λ0 ,E2 )の条件でPHB31に記録した第2のホログラム画像が重畳して読み出される。つまり、PHB31に記録した第1および第2の各ホログラム画像の光波の波面は同時に読み出され、読み出された各光波の位相差によって読み出し画像は相互に強め合ったり、弱め合ったりする。すなわち、PHB31に記録した第1および第2の各ホログラム画像の光波の位相差が0のところ、つまり、重なり合った光波の各位相が0,0であったところ、または重なり合った光波の各位相がπ,πであったところに記録した各画像は干渉によって相互に強調して読み出される。このため、PHB31から読み出した出力は図5(c)の白抜き領域に示されるバックグラウンド部分において最も明るくなる。また、光波の位相差がπのところ、つまり、重なり合った光波の各位相が0,πであったところに記録した各画像は相互に弱め合って読み出され、PHB31から読み出した出力は図5(c)の斜線領域に示される信号部分において最も暗くなる。
【0035】
なお、各光波の位相は2値的に描かれているが、前述のように実際にはサイン波状に位相は変化している。この位相変化は図5(a)に示す物体光と図5(b)に示す物体光との各バックグラウンドで等しいため、重なり合った各光波の位相差は0となり、最も明るく読み出される。ここで、各光波の位相差がπ/4,π/2などの中間の値のところでは、読み出し出力は最も明るい出力と最も暗い出力との間の中間レベルの強度の出力として読み出される。
【0036】
従って、物体光が記録されていない図5(a)に示す第1のホログラム画像と物体光が記録された図5(b)に示す第2のホログラム画像とに記録された各バックグラウンド間の位相差は上記のように等しくなるため、第1および第2の各ホログラム画像が同時に読み出されることにより、これら各ホログラムが重畳して得られる図5(c)に示す合成ホログラム画像のバックグラウンドは最も明るくる。
【0037】
また、信号部分の位相を一様にπだけシフトするのが必要な場合には、情報記録は次のように行われる。つまり、電源41から位相シフタ36へ所定の電圧が供給され、SLM37から反射してきた入力情報が乗っていない物体光の位相が一様にπだけずらされ、物体光は図5(e)に示す位相変化となる。つまり、位相変化は図5(a)に示すものと反対の状態になる。この物体光がまず参照光波長および印加電界が(λ0 ,E1 )の上記と同じ条件でPHB31に第1のホログラム画像として記録される。次に、図5(d)に示す上記と同じ入力情報が乗った物体光は図5(f)に示すように図5(b)と同じものとし、この物体光が(λ0 ,E2 )の上記と同じ条件でPHB31に第2のホログラム画像として記録される。次に、上記と同じ(λ1 ,E0 )または(λ2 ,E0 )の条件でPHB31に記録された情報が読み出されると、図5(g)に示す画像が得られる。この画像では、入力情報が乗っていない図5(e)に示す第1のホログラム画像のバックグラウンドの位相と、図5(f)に示す第2のホログラム画像のバックグラウンドの位相とはπの差があるため、各ホログラムが同時に読み出されることにより、合成ホログラムのバックグランド領域の画像は図5(g)の斜線領域に示すように最も暗くなる。また、入力画像部の光波の各位相は0,0またはπ,πと等しくなっているため、入力画像部の読み出し出力は図5(g)に示すように最も明るくなる。このため、読み出された図5(g)に示す再生画像は図5
(c)に示す再生画像を反転した出力となる。
【0038】
この結果、物体光に乗せられた図5(d)に示す入力情報は、図5(c)の再生画像においては最も明るい部分を背景として、図5(g)の再生画像においては最も暗い部分を背景として、明確に読み出される。すなわち、SLM37を形成する並行配向ネマチック液晶37aの厚さに不均一があり、また、光学系に誤差が存在し、画像の不均一性の要因となる背景雑音が第1および第2の各ホログラム画像に含まれていても、これら各ホログラムが重畳して得られる合成ホログラムにおいては、各背景雑音が相互に補償し合って最も明るいまたは最も暗い均一な背景が形成される。この結果、合成ホログラムとして読み出された図5(c)または図5(g)の再生画像では、入力情報は均一な背景に忠実にかつ明瞭に復元されるようになる。
【0039】
なお、上記実施例の説明においては、入力情報が乗っていない図5(a)に示す物体光を位相シフタ36を用いて一様にπだけ位相シフトした場合について説明したが、入力情報が乗った図5(b)に示す物体光を位相シフタ36を用いて一様にπだけ位相シフトするようにしても良い。この場合においても、第1および第2の各ホログラム画像を合成して得られる画像は図5(g)に示すものと同一の画像が得られ、上記実施例と同様な効果が奏される。
【0040】
また、上記実施例の説明においては、各ホログラム画像のPHB31への記録は、参照光の波長をλ0 で一定とし、PHB31に印加する電界をE1 ,E2 と変化させ、また、PHB31からの読み出しは電界をE0 で一定とし、読み出し光の波長をλ1 またはλ2 として行った場合について説明したが、つぎのような条件で入力情報をPHB31に記録するようにしても良い。つまり、PHB31への各ホログラム画像の記録は、図1(b)に示すように、PHB31に印加する電界をE0 で一定とし、参照光の波長をλ1 またはλ2 と変化させる。つまり、第1のホログラム画像は(λ1 ,E0 )の条件でPHB31に記録し、第2のホログラム画像は(λ2 ,E0 )の条件でPHB31に記録する。また、PHB31からの読み出しは読み出し光の波長をλ0 で一定とし、PHB31に印加する電界をE1 またはE2 として行う。ここで、電界E1 ,E2 は電界E0 に隣接する電界域にホールを生じる電界であり、また、波長λ0 は約(λ1 +λ2 )/2の値を持つ波長である。このような条件においても、PHB31に上記条件で記録された第1および第2のホログラム画像を上記条件で読み出すことにより、各背景雑音が相互に補償し合って最も明るいまたは最も暗い均一な背景が形成される。よって、入力画像は上記実施例の場合と同様にこの均一な背景に明確に読み出され、上記実施例と同様な効果が奏される。
【0041】
なお、このような本実施例によるPHBへの情報記録方法の原理は以下の文献に示されている。
【0042】
APPLIED OPTICS / Vol.29,No.29 /10 October 1990,「Spectral hole burning and molecular computing 」,4329 〜4331ページ
すなわち、同文献でも、異なる電界E1 ,E2 がPHBに印加され、それぞれの電界E1 ,E2 において第1および第2の各ホログラムがPHBに記録されている。記録したホログラムの読み出しは、PHBに(E1 +E2 )/2の電界が印加された状態でλ1またはλ2の波長光を用いて行われている。この文献に示されるPHBへの情報記録方法は上記本実施例による方法と同じ原理である。本実施例の特徴は、この情報記録原理を用い、SLMといったデバイスや光学系に起因する位相歪によって記録画像に生じる固定ノイズを除去し、記録情報を明瞭に再生するところにある。
【0043】
また、上記実施例の説明においては、SLM37を並行配向ネマチック液晶を用いて構成した場合について説明したが、この液晶を用いたLC−SLMの代わりに図6に示すMSLMを用いても良い。このMSLMでは、アドレス材料として光電面、光変調材料として電気光学結晶が用いられている。
【0044】
つまり、入力情報を供給する書き込み光は光電面51に入射する。書き込み光が入射した部分の光電面51においては光電変換が行われ、入力画像に対応して光電面51から電子が放出される。放出された電子は加速,集束電極52によってマイクロ・チャネル・プレート(MCP)53に導かれ、このMCP53において電子増倍される。増倍された電子は電気光学結晶表面を入射電子の分布に応じて帯電させる。このため、電気光学結晶55aには入力画像に対応する電界が印加される。電気光学結晶55aはLiNbO3 からなり、書き込み光側には誘電体ミラー55b,読み出し光側には透明電極55cが設けられている。電気光学結晶55aは電界が印加された部分の屈折率が変化するため、この結晶軸に平行な偏波面を持つ情報読み出し光はこの電気光学結晶55aで位相変調が加えられる。従って、この位相変調により、誘電体ミラー55bで反射する物体光に入力情報が乗せられる。
【0045】
このようなMSLMを上記実施例のSLM37の代わりに用いても良く、このMSLMを用いて装置を構成して上記実施例による情報記録方法を適用しても、上記実施例と同様な効果が奏される。
【0046】
また、上記実施例では並行配向ネマチック液晶を用いた位相シフタ36を用いて物体光の位相をシフトしたが、図7に示す電気光学結晶を用いた位相シフタを用いても良い。この位相シフタは図6に示すMSLMと同様にLiNbO3 からなる電気光学結晶61を用いて構成されており、この電気光学結晶61の両側には透明電極62a,bが設けられている。電源63からこの透明電極62に所定の電圧が印加されると、電気光学結晶61に電界が印加されて電気光学結晶61の屈折率が一様に変化する。従って、この光屈折率の変化により、入射光の位相は一様にπだけシフトされる。
【0047】
このような電気光学結晶を用いた位相シフタを上記実施例の位相シフタ36の代わりに用いても良く、この位相シフタを用いた装置構成において、上記実施例による情報記録方法を用いても、上記実施例と同様な効果が奏される。
【0048】
また、上記実施例によるLC−SLMや上述したMSLMは、物体光に直接外界の像が書き込まれる方式の光アドレス型のSLMであったが、CRTなどの表示装置に画像が提示され、これを光アドレス型のSLMに書き込むことにより、電気アドレス型として使うこともできる。
【0049】
図8には電気アドレス型のSLMの一例としてEBSLMが示されている。このEBSLMには入力画像として時系列電気信号であるビデオ信号が入力される。電子銃71はこのビデオ信号に従って電気光学結晶73aを入力画像に対応して帯電させ、電気光学結晶73aに入力画像に応じた電界を印加する。電気光学結晶73aはLiNbO3 からなり、書き込み側には誘電体ミラー73b、読み出し光側には透明電極73cが設けられている。情報読み出し光の偏波面は電気光学結晶73aの結晶軸に平行になっており、電気光学結晶73aが印加電界に応じて屈折率を変化させることにより、読み出し光に位相変調が加えられ、物体光に入力情報が乗せられる。
【0050】
このようなEBSLMを上記実施例のLC−SLM37の代わりに用いて装置を構成し、この装置に上記実施例による情報記録方法を適用した場合においても、上記実施例と同様な効果が奏される。
【0051】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、PHBに記録した情報を読み出すと、PHBに記録した第1および第2の各ホログラム画像が重畳して読み出される。つまり、第1および第2の各ホログラム画像の光波の波面は同時に読み出され、読み出された各光波の位相差によって読み出し画像は相互に強め合ったり、弱め合ったりする。すなわち、PHBに記録した第1および第2の各ホログラム画像の光波の位相差が等しいところでは、記録した各画像が相互に強調して読み出され、PHBの読み出し出力は最も明るくなる。また、光波の位相差がπのところでは、記録した各画像が相互に弱め合って読み出され、PHBの読み出し出力は最も暗くなる。また、第1および第2の各ホログラム画像の光波の位相差がπ/4,π/2などの中間の値のところでは、読み出し出力は最も明るい出力と最も暗い出力との間の中間レベルの強度の出力として読み出される。従って、物体光が記録されていない第1のホログラムと物体光が記録された第2のホログラムとに記録された各背景雑音間の位相差は等しくなるため、第1および第2の各ホログラムが同時に読み出されることにより、これら各ホログラムが重畳して得られる合成ホログラムの背景は最も明るくる。また、物体光または参照光の位相をπだけずらして第1または第2のホログラムがPHBに記録されると、第1のホログラムと第2のホログラムとに記録された各背景雑音間の位相差はπとなるため、各ホログラムが同時に読み出されることにより、合成ホログラムの背景は最も暗く読み出される。
【0052】
このため、物体光に乗せられた情報は、この最も明るいまたは最も暗い背景に明確に読み出される。すなわち、SLMを形成する電気光学結晶板の屈折率分布に不均一性があったり、電気光学結晶板の加工精度が悪いため、または、光学系に誤差があるため、画像の不均一性の要因となる背景雑音が第1および第2の各ホログラムに含まれていても、これら各ホログラムが重畳して得られる合成ホログラムにおいては、各背景雑音が相互に補償し合って均一な背景が形成される。この結果、合成ホログラムとして読み出される再生画像において、入力情報は均一な背景に忠実にかつ明確に復元されるようになる。つまり、SLMを用いて物体光の位相情報を利用することで、光学系やデバイスに起因する位相歪が除去され、2次元光学システムとして有望なシステムを構築することが可能となる。さらに、実時間に近い速度で2次元情報を記録できるので、PHBの多重メモリとしての機能が有効に使える。よって、従来の画像の不均一性の問題は解消され、高密度の情報記録が簡易に行え、PHBによる波長多重記録の長所が十分に発揮されるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を説明するためのグラフである。
【図2】本発明の一実施例によるSLMを用いたPHBへの情報記録方法に用いられる装置の構成を示す図である。
【図3】図2に示されたSLMの詳細を示す断面図である。
【図4】図2に示された位相シフタの詳細を示す断面図である。
【図5】本実施例による情報記録方法の原理を説明するための図である。
【図6】図2に示されたSLMの他の第1の例を示す図である。
【図7】図2に示された位相シフタの他の例を示す図である。
【図8】図2に示されたSLMの他の第2の例を示す図である。
【図9】PHBへ情報が記録される波長帯域を示すグラフである。
【図10】従来のSLMを用いたPHBへの情報記録方法に用いられる装置の構成を示す図である。
【図11】SLMに用いられる電気光学結晶を示す断面図である。
【符号の説明】
31…光化学ホールバーニングメモリ(PHB)、32…クライオスタット、33,40,41…電源、34,35…ハーフミラー、36…位相シフタ、37…空間光変調器(SLM)、38…入力像、39…レンズ。
[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a method for recording information in a hole burning memory using a spatial light modulator, in which a hologram generated by interference between object light on which information is placed by the spatial light modulator and reference light is recorded as information in the hole burning memory. Is.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, photochemical hole burning memory (PHB) has been studied as a bit-by-bit memory such as an optical disk, but with this method, sufficient contrast cannot be obtained, resulting in an increase in memory density. Absent. Therefore, it has been proposed and experimented to record a two-dimensional image (information) as a hologram on the PHB.
[0003]
The light absorption band of the organic molecules in the polymer constituting the PHB extends over a wide band of several terahertz as shown in the graph of FIG. Here, the horizontal axis of the graph indicates the wavelength [λ] of light, and the vertical axis indicates the degree of light absorption. When such a PHB is irradiated with light of a single wavelength, the illustrated holes remain in the absorption band corresponding to that wavelength, and information is recorded. Therefore, if a plurality of recording holes are employed, multiplexed recording can be performed on the PHB, and a wavelength multiplexing memory can be configured. Since PHB requires a very good wavelength purity, laser light must be used for recording. However, in principle, multiplexing of recording is performed if the wavelength width of the laser light is 10 [MHz]. Five It will be about. Further, the recorded hole can be read out by a laser beam having a wavelength used for recording the hole. Such an effect of reading and writing information with respect to PHB is currently obtained in an environment where PHB is kept at an extremely low temperature of several degrees K or less.
[0004]
It is also known that by applying a voltage to a polymer and applying an electric field E, different holes can be recorded depending on the difference in the applied electric field E. That is, even if the wavelength of light to be recorded on the PHB is fixed, different information can be recorded by changing the voltage applied to the PHB, that is, the electric field E. When information is recorded in this way, information can be read by applying the same electric field E to the PHB as the electric field E applied during recording.
[0005]
Accordingly, the PHB can be used as a four-dimensional memory of the two-dimensional positions x and y for writing holes, the wavelength λ of light used for writing holes, and the applied electric field E.
[0006]
However, as described above, laser light having a high wavelength purity must be used for information recording on the PHB. Therefore, in order to record a two-dimensional image on the PHB, conventionally, a transmissive film is used to obtain a predetermined wavelength. The incident laser beam was selectively transmitted. Therefore, in the conventional information recording method in which input information is written using this transmissive film, it takes time to create the film and replace the film. For this reason, the precious advantage that wavelength multiplex recording can be easily performed by using PHB has not been utilized at all.
[0007]
As a method for solving this problem, there is an information recording method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-72313 by the present applicant. In this publication, a PHB recording system using a spatial light modulator (SLM) shown in FIG. 10 is used for this information recording, and an SLM is adopted instead of a transmissive film that is inconvenient to handle.
[0008]
An input image 62 illuminated by a lamp 61 is provided on the photocathode 11 side of the spatial light modulation tube 1. Light from the input image 62 is imaged on the photocathode 11 by the lens 63, and electrons corresponding to the input image are emitted. On the other hand, the light source is composed of a wavelength tunable laser light source 7 composed of an Ar laser 71 and a dye laser 72, and the wavelength of the output light is set to a different value every 1 nm. Laser light from the wavelength tunable laser light source 7 is incident on the polarizer 3 through the lens 81, the pinhole 82 and the lens 83, collimated, and incident on the half mirror 84. The laser light reflected by the half mirror 84 passes through the λ / 2 plate 85 and enters the PHB 9 as reference light (REF). The laser light transmitted through the half mirror 84 is reflected by the electro-optic crystal plate 15 of the spatial light modulation tube 1, the optical path is changed by the half mirror 4, and enters the PHB 9 as object light (OBJ) through the analyzer 5. As a result, a hologram obtained by the interference between the object beam and the reference beam is recorded on the PHB 9, and a laser beam image having an intensity distribution corresponding to the input image is recorded on the PHB 9 as information.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, when a hologram is recorded on the PHB by such a method, there is a considerable non-uniformity especially in the SLM that produces object light, which is not preferable because of non-uniformity (shading) of the image. The cause of this non-uniformity is the processing accuracy (polishing accuracy) when the electro-optic crystal, which is the light modulation material of the SLM, is processed into a parallel plate, and the refractive index distribution of the electro-optic crystal material itself. This is due to the uniformity and errors of the optical system constituting the apparatus. For example, 55 ° cut LiNbO Three Is used for the electro-optic crystal and this LiNbO Three Is processed as shown in the cross-sectional view of FIG. 11, and a height difference of Δd = 1.3 μm is generated between the central portion and the peripheral portion of the crystal plate. When readout laser light or reference laser light having a wavelength of 632.8 nm reciprocates with respect to such an electro-optic crystal plate, a difference of π radians occurs in the phase of the light between the peripheral portion and the central portion of the crystal plate, and after passing through the polarizing plate In the light intensity distribution, the central part is bright and the peripheral part is dark.
[0010]
Similar problems occur in SLMs that use liquid crystals instead of electro-optic crystal plates. In this case, the cause of the non-uniformity in the image is due to the non-uniformity between the two glass substrates into which the liquid crystal is injected, that is, the non-uniform cell thickness.
[0011]
When a hologram is recorded on the PHB with such a non-uniform optical phase distribution or light intensity distribution, it is clear that the reproduced image includes the same non-uniformity.
[0012]
The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide an optical recording method that can compensate for non-uniformity of a hologram image and can read and write to a multiple hologram memory in real time. To do.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, information is placed on object light using an SLM, a hologram generated by interference between the object light and reference light is recorded on the PHB as information, and the information recorded on the PHB is read using light having a predetermined wavelength. In the information recording method to the PHB using the SLM, the wavelength (λ) -electric field (E) plane shown in FIG. 1A is considered and information is read from and written to the PHB according to the following steps.
[0014]
(1) Electric field E on PHB 1 In the state where information is not on the object light, the wavelength λ 0 The first hologram is recorded on the PHB using the reference beam.
[0015]
(2) Electric field E on PHB 2 In the state where information is on the object light, the wavelength λ 0 The second hologram is recorded on the PHB using the reference beam.
[0016]
▲ 3 ▼ About (E 1 + E 2 ) / 2 electric field E 0 Is applied to the PHB, the wavelength λ 0 Wavelength λ that creates holes in the wavelength region adjacent to 1 Or wavelength λ 2 The information recorded in the PHB is read using the reading light of.
[0017]
Further, considering the λ-E plane shown in FIG. 1B, information is read from and written to the PHB according to the following steps.
[0018]
(1) Electric field E on PHB 0 In the state where information is not on the object light, the wavelength λ 1 The first hologram is recorded on the PHB using the reference light.
[0019]
(2) Electric field E on PHB 0 In the state where information is on the object light, the wavelength λ 2 The second hologram is recorded on the PHB using the reference light.
[0020]
(3) Electric field E 0 Electric field E that generates holes in the electric field area adjacent to 1 Or electric field E 2 Is applied to the PHB, about (λ 1 + Λ 2 ) / 2 wavelength λ 0 The information recorded in the PHB is read using the reading light of.
[0021]
In step (1) or step (2), the phase of the object light is shifted by π, and the first or second hologram is recorded on the PHB.
[0022]
[Action]
When the information recorded on the PHB in step (3) is read, the first and second hologram images recorded on the PHB in steps (1) and (2) are read out superimposed. That is, the wavefronts of the light waves of the first and second hologram images are read simultaneously, and the read images are strengthened or weakened by the phase difference of the read light waves. That is, when the wavefront (phase) of the light wave of each of the first and second hologram images recorded on the PHB is 0 (equal), the recorded images are read out with emphasis on each other, and the PHB readout output is The brightest. Further, when the phase difference of the light wave is π, the recorded images are read out with weakening each other, and the PHB read output becomes the darkest. Further, when the phase difference between the light waves of the first and second hologram images is an intermediate value such as π / 4 or π / 2, the readout output is an intermediate level between the brightest output and the darkest output. Read out as intensity output. Accordingly, the phase differences between the background noises recorded in the first hologram in which the object light is not recorded and the second hologram in which the object light is recorded are equal. Therefore, the first and second holograms are By reading out simultaneously, the background of the synthetic hologram obtained by superimposing these holograms is brightest. When the phase of the object light is shifted by π and the first or second hologram is recorded on the PHB, the phase difference between the background noises recorded on the first hologram and the second hologram is π Therefore, when the holograms are read out simultaneously, the background of the synthesized hologram is read out the darkest.
[0023]
【Example】
FIG. 2 shows a PHB recording system used in a method for recording information on a PHB using an SLM according to an embodiment of the present invention.
[0024]
The photochemical hole burning memory (PHB) 31 is a polyvinyl butyran (PYB) film doped with chlorin (2,3-dihydroporphyrin) and has a thickness of about 90 μm. This film is in direct contact with the liquid helium in the cryostat (cooler) 32, and its temperature is maintained at 1.7 to 4.2K. This film constituting the PHB 31 is fixed by being sandwiched between glass plates coated with a transparent conductive film. By supplying a voltage to the transparent conductive film from a voltage-variable power source 33, 10% of the film is formed. Five An electric field of about V / cm can be applied.
[0025]
Ar for recording / reproducing light source + A tunable laser light source (not shown) composed of a laser and a dye laser is used. A wavelength of 610 to 670 nm is used as the wavelength of the output laser light. Similarly, the light from the dye laser is magnified by an objective lens (not shown), becomes parallel light by a collimator lens (not shown), and enters the half mirror 34. The laser beam that has passed through the half mirror 34 is applied to the PHB 31 as reference light or recording / reading light. Further, the laser beam reflected by the half mirror 34 is further converted in optical path by the half mirror 35 to become information readout light, and enters the readout side (modulation material side) of the spatial light modulator (SLM) 37 via the phase shifter 36. To do. On the other hand, the input image 38 illuminated by the lamp light source also enters the writing side (address material side) of the SLM 37 through the lens 39. Accordingly, the information readout light whose optical path has been converted by the half mirror 35 overlaps the input image 38 while reciprocating the modulation material, and object light phase-modulated by the input information is generated. If necessary, the phase of the object light is shifted by the phase shifter 36 and enters the PHB 31.
[0026]
The object light incident on the PHB 31 interferes with the reference light transmitted through the half mirror 34 on the PHB 31. Due to this interference, an interference fringe of about 2 μm is formed, and the input information on the object light is recorded in the PHB 31 as a hologram. This record is 500 μW / cm 2 It is performed with power of rank. Further, the reading of the recorded image is 1/10 of the recording power. Four It is done with the power of.
[0027]
The SLM 37 is used as means for placing information on object light, and its detailed structure is shown in FIG. In this SLM 37, a parallel alignment nematic liquid crystal 37a is used as a modulation material. The liquid crystal molecules of the parallel alignment nematic liquid crystal 37a are aligned parallel to the plane and are sandwiched between the alignment layers 37b and c. A dielectric mirror 37d that reflects incident information read light is provided on the alignment layer 37b side. A photoconductor 37e made of amorphous silicon (a-Si) is provided in contact with the dielectric mirror 37d. The photoconductor 37e is used as an addressing material that reacts to writing light. Further, transparent conductive films (ITO) 37f, g are provided on the outer sides of the photoconductor 37e and the alignment layer 37c, and glass face plates 37h, i are provided on the outer sides of the transparent conductive films 37f, g. It has been. A predetermined voltage is applied from the power supply 40 to the transparent conductive films 37 f and g.
[0028]
When the input image 38 is illuminated with external light and focused on the photoconductor 37e by the lens 39, the electrical resistance of the a-Si in the portion where the light hits is lowered and applied between the transparent conductive films 37f and 37g. The applied voltage is applied to the parallel-aligned nematic liquid crystal 37a through the photoconductor 37e having a reduced electric resistance. The liquid crystal molecules of the parallel-aligned nematic liquid crystal 37a are aligned parallel to the plane as described above, but tilt when a voltage is applied. The information readout light has a plane of polarization e parallel to the liquid crystal molecules, and the refractive index of the nematic liquid crystal 37a where the liquid crystal molecules are tilted changes due to voltage application, so the phase of the readout light reflected by the dielectric mirror 37d is , And is modulated corresponding to the input image 38. That is, input information that is two-dimensionally phase-modulated is placed on the object light.
[0029]
The phase of the object light is uniformly shifted by π as necessary by the phase shifter 36. FIG. 4 shows the detailed structure of the phase shifter 36. The phase shifter 36 is made of the same parallel alignment nematic liquid crystal 36a as the SLM, and alignment layers 36b and c are provided on both sides of the parallel alignment nematic liquid crystal 36a. Further, transparent conductive films 36d, e are provided on both outer sides of the alignment layers 36b, c, and glass face plates 36f, g are provided on both outer sides of the transparent conductive films 36d, e. A predetermined voltage is applied from the power supply 41 to each transparent conductive film 36d, e as required. When this voltage is applied between the transparent conductive films 36d and 36e, the refractive index of the parallel-aligned nematic liquid crystal 36a changes uniformly as in the above-described SLM, and the phase of the object light passing through the liquid crystal 36a is uniform. Is shifted by π.
[0030]
A method for recording information on the PHB using the SLM according to the present embodiment using the apparatus configured as described above will be described in detail below with reference to FIG.
[0031]
Assume that the object light before the input image is written to the PHB 31, that is, the object light with no input image and no information, has non-uniform phase as shown in FIG. This nonuniformity of the phase of the object light is caused by the nonuniformity of the thickness of the parallel alignment nematic liquid crystal 37a constituting the SLM 37 and the error of the optical system constituting the apparatus. In FIG. 6A, the non-uniformity of the phase is depicted so as to change binaryly between a phase 0 portion and a phase π portion for convenience of explanation. The phase change to the portion of phase π changes gently like a sine wave, for example. The object light shown in FIG. 6A is shown in FIG. 0 , E 1 The first hologram is recorded on the PHB 31 together with the reference light. That is, the electric field E is supplied from the power source 33 to the PHB 31. 1 Wavelength λ 0 The first hologram image is recorded on the PHB 31 using the reference light. This object light corresponds to the background (background noise).
[0032]
Next, when the input image having the shape shown in FIG. 5D is written into the SLM 37 so as to π-modulate the phase of the readout light, the object light shown in FIG. 5B is obtained. The phase π corresponding to the input image is added to the background phase at each image position, and the object light has the illustrated phase change. This object light on which the input image is carried as information is shown in FIG. 0 , E 2 The second hologram is recorded on the PHB 31 together with the reference light. That is, the voltage supplied from the power source 33 to the PHB 31 is the electric field E. 2 The same wavelength λ as above 0 The second hologram image is recorded on the PHB 31 using the reference light.
[0033]
Next, the image recorded on the PHB 31 in this way is read using the collimated laser beam that has passed through the half mirror 34 as readout light. At this time, the information reading light of the SLM 37 is closed by a shutter (not shown). This read condition is shown in FIG. 1 , E 0 ) Or (λ 2 , E 0 ). That is, the voltage applied from the power source 33 to the PHB 31 is the electric field E. 0 (= (E 1 + E 2 ) / 2), the wavelength λ 1 Or λ 2 The information recorded in the PHB 31 is read using the reading light. Where the wavelength λ 1 , Λ 2 Is the wavelength λ 0 This is a wavelength that generates holes in the wavelength region adjacent to. For example, λ 0 Is 633 nm, λ 1 = 633-5 GHz, λ 2 = 633 + 5 GHz. 5 GHz is about 6.5 × 10 -3 Corresponds to nm. In addition, the electric field E 0 Is 0, E 1 = -2KV / cm, E 2 = +2 KV / cm. FIG. 5C shows an image obtained by this readout, and a clear image from which background noise has been removed is obtained. The background noise is removed as follows.
[0034]
That is, the readout light wavelength and the applied electric field are (λ 1 , E 0 ) Or (λ 2 , E 0 ), When the information recorded in the PHB 31 is read, the reference light wavelength and the applied electric field are (λ 0 , E 1 ) And the first hologram image recorded on the PHB 31 and (λ 0 , E 2 ), The second hologram image recorded on the PHB 31 is superimposed and read. In other words, the wavefronts of the light waves of the first and second hologram images recorded on the PHB 31 are read simultaneously, and the read images are strengthened or weakened with each other depending on the phase difference of the read light waves. That is, when the phase difference between the light waves of the first and second hologram images recorded on the PHB 31 is 0, that is, when the phases of the overlapping light waves are 0, 0, or when the phases of the overlapping light waves are Images recorded at π and π are read out with mutual emphasis by interference. For this reason, the output read from the PHB 31 is brightest in the background portion indicated by the white area in FIG. Further, the images recorded when the phase difference of the light wave is π, that is, where the phases of the overlapping light waves are 0 and π, are read out with each other weakened, and the output read from the PHB 31 is as shown in FIG. The signal portion shown in the shaded area in (c) is the darkest.
[0035]
In addition, although the phase of each light wave is drawn in binary, as described above, the phase actually changes in a sine wave shape. Since this phase change is the same for each background of the object light shown in FIG. 5A and the object light shown in FIG. 5B, the phase difference between the overlapping light waves is 0, and the light is read out most brightly. Here, when the phase difference of each light wave is an intermediate value such as π / 4 or π / 2, the readout output is read out as an output having an intermediate level intensity between the brightest output and the darkest output.
[0036]
Accordingly, between the backgrounds recorded in the first hologram image shown in FIG. 5A where the object light is not recorded and the second hologram image shown in FIG. 5B where the object light is recorded. Since the phase differences are equal as described above, the background of the composite hologram image shown in FIG. 5C obtained by superimposing these holograms by simultaneously reading the first and second hologram images is Brightest.
[0037]
When it is necessary to shift the phase of the signal portion uniformly by π, information recording is performed as follows. In other words, a predetermined voltage is supplied from the power source 41 to the phase shifter 36, and the phase of the object light on which the input information reflected from the SLM 37 does not ride is uniformly shifted by π. The object light is shown in FIG. It becomes a phase change. That is, the phase change is in a state opposite to that shown in FIG. First, the object light has a reference light wavelength and an applied electric field of (λ 0 , E 1 ) On the PHB 31 under the same conditions as described above. Next, the object light carrying the same input information as described above shown in FIG. 5D is the same as that shown in FIG. 5B as shown in FIG. 0 , E 2 ) Is recorded as a second hologram image on the PHB 31 under the same conditions as described above. Next, the same as above (λ 1 , E 0 ) Or (λ 2 , E 0 When the information recorded on the PHB 31 is read out under the condition (1), an image shown in FIG. 5 (g) is obtained. In this image, the phase of the background of the first hologram image shown in FIG. 5E and the background phase of the second hologram image shown in FIG. Since there is a difference, when the holograms are read out simultaneously, the image of the background area of the composite hologram becomes the darkest as shown by the hatched area in FIG. Further, since each phase of the light wave in the input image portion is equal to 0, 0 or π, π, the readout output of the input image portion is the brightest as shown in FIG. For this reason, the reproduced image shown in FIG.
The output is an inverted version of the reproduced image shown in (c).
[0038]
As a result, the input information shown in FIG. 5D placed on the object light has the brightest portion in the reproduced image of FIG. 5C as the background and the darkest portion in the reproduced image of FIG. 5G. The background is clearly read. That is, the thickness of the parallel-aligned nematic liquid crystal 37a forming the SLM 37 is non-uniform, and there is an error in the optical system, and background noise that causes image non-uniformity is caused by the first and second holograms. Even in an image, in a synthetic hologram obtained by superimposing these holograms, each background noise compensates for each other to form the brightest or darkest uniform background. As a result, in the reproduced image of FIG. 5C or FIG. 5G read out as a synthetic hologram, input information is restored faithfully and clearly to a uniform background.
[0039]
In the description of the above embodiment, the case where the object light shown in FIG. 5A in which no input information is present is phase-shifted uniformly by π using the phase shifter 36 has been described. Alternatively, the object light shown in FIG. 5B may be phase shifted uniformly by π using the phase shifter 36. Also in this case, the same image as that shown in FIG. 5G is obtained as the image obtained by synthesizing the first and second hologram images, and the same effect as in the above embodiment is achieved.
[0040]
In the description of the above embodiment, the recording of each hologram image on the PHB 31 is performed by changing the wavelength of the reference light to λ. 0 The electric field applied to the PHB 31 is E 1 , E 2 In addition, reading from the PHB 31 changes the electric field to E 0 And the wavelength of the readout light is λ 1 Or λ 2 However, the input information may be recorded in the PHB 31 under the following conditions. That is, the recording of each hologram image on the PHB 31 is performed by applying an electric field applied to the PHB 31 as shown in FIG. 0 And the wavelength of the reference light is λ 1 Or λ 2 And change. That is, the first hologram image is (λ 1 , E 0 ) On the PHB 31 and the second hologram image is (λ 2 , E 0 ) On the PHB 31 under the conditions of Further, reading from the PHB 31 sets the wavelength of the reading light to λ 0 The electric field applied to the PHB 31 is E 1 Or E 2 Do as. Where the electric field E 1 , E 2 Is the electric field E 0 Is an electric field that generates holes in the electric field region adjacent to 0 Is approximately (λ 1 + Λ 2 ) / 2. Even under such conditions, the first and second hologram images recorded on the PHB 31 under the above conditions are read out under the above conditions, so that each background noise compensates for each other so that the brightest or darkest uniform background can be obtained. It is formed. Therefore, the input image is clearly read out with this uniform background as in the case of the above embodiment, and the same effect as in the above embodiment can be obtained.
[0041]
The principle of the information recording method on the PHB according to the present embodiment is shown in the following document.
[0042]
APPLIED OPTICS / Vol.29, No.29 / 10 October 1990, `` Spectral hole burning and molecular computing '', 4329-4331
That is, even in this document, different electric fields E 1 , E 2 Is applied to the PHB and the respective electric field E 1 , E 2 In FIG. 1, the first and second holograms are recorded on the PHB. The recorded hologram is read out by PHB (E 1 + E 2 ) / 2 is applied using light having a wavelength of λ1 or λ2 while an electric field of / 2 is applied. The information recording method to PHB shown in this document is based on the same principle as the method according to this embodiment. A feature of the present embodiment is that this information recording principle is used, fixed noise generated in a recorded image due to phase distortion caused by a device such as an SLM or an optical system is removed, and recorded information is reproduced clearly.
[0043]
Further, in the description of the above embodiment, the case where the SLM 37 is configured using a parallel alignment nematic liquid crystal has been described, but the MSLM shown in FIG. 6 may be used instead of the LC-SLM using this liquid crystal. In this MSLM, a photocathode is used as an address material, and an electro-optic crystal is used as a light modulation material.
[0044]
That is, the writing light for supplying input information is incident on the photocathode 51. Photoelectric conversion is performed on the photocathode 51 where the write light is incident, and electrons are emitted from the photocathode 51 corresponding to the input image. The emitted electrons are guided to the micro channel plate (MCP) 53 by the accelerating / focusing electrode 52 and are multiplied by the electrons in the MCP 53. The multiplied electrons charge the electro-optic crystal surface according to the distribution of incident electrons. For this reason, an electric field corresponding to the input image is applied to the electro-optic crystal 55a. The electro-optic crystal 55a is LiNbO. Three A dielectric mirror 55b is provided on the writing light side, and a transparent electrode 55c is provided on the reading light side. In the electro-optic crystal 55a, the refractive index of the portion to which an electric field is applied changes, so that information readout light having a polarization plane parallel to the crystal axis is phase-modulated by the electro-optic crystal 55a. Therefore, the input information is put on the object light reflected by the dielectric mirror 55b by this phase modulation.
[0045]
Such an MSLM may be used in place of the SLM 37 of the above embodiment, and even if the MSLM is used to configure an apparatus and the information recording method according to the above embodiment is applied, the same effects as in the above embodiment can be obtained. Is done.
[0046]
In the above embodiment, the phase of the object light is shifted using the phase shifter 36 using the parallel alignment nematic liquid crystal, but a phase shifter using the electro-optic crystal shown in FIG. 7 may be used. This phase shifter is similar to the MSLM shown in FIG. Three The electro-optic crystal 61 is composed of transparent electrodes 62 a and 62 b on both sides of the electro-optic crystal 61. When a predetermined voltage is applied from the power source 63 to the transparent electrode 62, an electric field is applied to the electro-optic crystal 61, and the refractive index of the electro-optic crystal 61 changes uniformly. Therefore, the phase of the incident light is uniformly shifted by π due to the change in the optical refractive index.
[0047]
A phase shifter using such an electro-optic crystal may be used instead of the phase shifter 36 of the above-described embodiment. In the apparatus configuration using this phase shifter, the information recording method according to the above-described embodiment may be used. The same effect as the embodiment is achieved.
[0048]
In addition, the LC-SLM according to the above-described embodiment and the above-described MSLM are optical address type SLMs in which an image of the outside world is directly written in object light. However, an image is presented on a display device such as a CRT. It can also be used as an electrical address type by writing to an optical address type SLM.
[0049]
FIG. 8 shows an EBSLM as an example of an electric address type SLM. A video signal that is a time-series electric signal is input to the EBSLM as an input image. The electron gun 71 charges the electro-optic crystal 73a corresponding to the input image in accordance with the video signal, and applies an electric field corresponding to the input image to the electro-optic crystal 73a. The electro-optic crystal 73a is LiNbO. Three A dielectric mirror 73b is provided on the writing side, and a transparent electrode 73c is provided on the reading light side. The polarization plane of the information readout light is parallel to the crystal axis of the electro-optic crystal 73a. The electro-optic crystal 73a changes the refractive index according to the applied electric field, so that phase modulation is applied to the readout light, and the object light The input information is put on.
[0050]
Even when such an EBSLM is used in place of the LC-SLM 37 of the above embodiment and the information recording method according to the above embodiment is applied to this apparatus, the same effects as in the above embodiment can be obtained. .
[0051]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when the information recorded in the PHB is read, the first and second hologram images recorded in the PHB are read out superimposed. That is, the wavefronts of the light waves of the first and second hologram images are read simultaneously, and the read images are strengthened or weakened by the phase difference of the read light waves. That is, where the phase differences of the light waves of the first and second hologram images recorded on the PHB are equal, the recorded images are read out with emphasis on each other, and the PHB readout output is brightest. Further, when the phase difference of the light wave is π, the recorded images are read out with weakening each other, and the PHB read output becomes the darkest. Further, when the phase difference between the light waves of the first and second hologram images is an intermediate value such as π / 4 or π / 2, the readout output is an intermediate level between the brightest output and the darkest output. Read out as intensity output. Accordingly, the phase differences between the background noises recorded in the first hologram in which the object light is not recorded and the second hologram in which the object light is recorded are equal. Therefore, the first and second holograms are By reading out simultaneously, the background of the synthetic hologram obtained by superimposing these holograms is brightest. In addition, when the phase of the object beam or the reference beam is shifted by π and the first or second hologram is recorded on the PHB, the phase difference between the background noises recorded on the first hologram and the second hologram Since π becomes π, the background of the synthesized hologram is read out most darkly by reading out the holograms simultaneously.
[0052]
For this reason, the information carried on the object light is clearly read out on this brightest or darkest background. That is, the non-uniformity of the refractive index distribution of the electro-optic crystal plate forming the SLM, the processing accuracy of the electro-optic crystal plate is poor, or the optical system has an error, causing the non-uniformity of the image. Even if the first and second holograms contain background noise, the synthesized hologram obtained by superimposing these holograms compensates for each other to form a uniform background. The As a result, in the reproduced image read out as a synthetic hologram, the input information is restored faithfully and clearly to a uniform background. In other words, by using the phase information of the object light using the SLM, the phase distortion caused by the optical system or device is removed, and a promising system as a two-dimensional optical system can be constructed. Furthermore, since two-dimensional information can be recorded at a speed close to real time, the function as a PHB multiple memory can be used effectively. Therefore, the conventional image non-uniformity problem is solved, high-density information recording can be easily performed, and the advantages of wavelength-multiplexed recording by PHB can be fully exhibited.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph for explaining the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of an apparatus used for a method of recording information on a PHB using an SLM according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing details of the SLM shown in FIG. 2;
4 is a cross-sectional view showing details of the phase shifter shown in FIG. 2;
FIG. 5 is a diagram for explaining the principle of the information recording method according to the embodiment.
6 is a diagram showing another first example of the SLM shown in FIG. 2. FIG.
7 is a diagram showing another example of the phase shifter shown in FIG. 2; FIG.
FIG. 8 is a diagram showing another second example of the SLM shown in FIG. 2;
FIG. 9 is a graph showing a wavelength band in which information is recorded in a PHB.
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of an apparatus used in a method for recording information on a PHB using a conventional SLM.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing an electro-optic crystal used in an SLM.
[Explanation of symbols]
31 ... Photochemical hole burning memory (PHB), 32 ... Cryostat, 33, 40, 41 ... Power source, 34, 35 ... Half mirror, 36 ... Phase shifter, 37 ... Spatial light modulator (SLM), 38 ... Input image, 39 …lens.

Claims (3)

空間光変調器を用いて物体光に情報を乗せ、この物体光と参照光との干渉によって生じるホログラムを情報としてホールバーニングメモリに記録し、このホールバーニングメモリに記録された情報を所定波長の読み出し光を用いて読み出す、空間光変調器を用いたホールバーニングメモリへの情報記録方法において、
前記ホールバーニングメモリに電界E1 を印加し前記物体光に情報が乗っていない状態で波長λ0 の前記参照光を用いて前記ホールバーニングメモリに第1のホログラムを記録する第1のステップと、前記ホールバーニングメモリに電界E2 を印加し前記物体光に情報が乗った状態で波長λ0 の前記参照光を用いて前記ホールバーニングメモリに第2のホログラムを記録する第2のステップと、約 (E1 +E2 )/2の値を持つ電界E0 を前記ホールバーニングメモリに印加した状態で前記波長λ0 に隣接する波長域にホールを生じる波長λ1 または波長λ2 の前記読み出し光を用いて前記ホールバーニングメモリに記録された情報を読み出す第3のステップとを備えたことを特徴とする空間光変調器を用いたホールバーニングメモリへの情報記録方法。
A spatial light modulator is used to place information on the object light, and a hologram generated by the interference between the object light and the reference light is recorded as information in the hole burning memory, and the information recorded in the hole burning memory is read at a predetermined wavelength. In a method for recording information in a hole burning memory using a spatial light modulator that reads using light,
A first step of recording a first hologram in the hole burning memory using the reference light having a wavelength of λ 0 in a state where information is not carried on the object light by applying an electric field E 1 to the hole burning memory; A second step of recording a second hologram in the hole burning memory using the reference light of wavelength λ 0 in a state where information is carried on the object light by applying an electric field E 2 to the hole burning memory; With the electric field E 0 having a value of (E 1 + E 2 ) / 2 applied to the hole burning memory, the readout light having the wavelength λ 1 or the wavelength λ 2 that generates holes in the wavelength region adjacent to the wavelength λ 0 And a third step of reading the information recorded in the hole burning memory, and a method for recording information in the hole burning memory using a spatial light modulator .
空間光変調器を用いて物体光に情報を乗せ、この物体光と参照光との干渉によって生じるホログラムを情報としてホールバーニングメモリに記録し、このホールバーニングメモリに記録された情報を所定波長の読み出し光を用いて読み出す、空間光変調器を用いたホールバーニングメモリへの情報記録方法において、
前記ホールバーニングメモリに電界E0 を印加し前記物体光に情報が乗っていない状態で波長λ1 の前記参照光を用いて前記ホールバーニングメモリに第1のホログラムを記録する第1のステップと、前記ホールバーニングメモリに前記電界E0 を印加し前記物体光に情報が乗った状態で波長λ2 の前記参照光を用いて前記ホールバーニングメモリに第2のホログラムを記録する第2のステップと、前記電界E0 に隣接する電界域にホールを生じる電界E1 または電界E2 を前記ホールバーニングメモリに印加した状態で約(λ1 +λ2 )/2の値を持つ波長λ0 の前記読み出し光を用いて前記ホールバーニングメモリに記録された情報を読み出す第3のステップとを備えたことを特徴とする空間光変調器を用いたホールバーニングメモリへの情報記録方法。
A spatial light modulator is used to place information on the object light, and a hologram generated by the interference between the object light and the reference light is recorded as information in the hole burning memory, and the information recorded in the hole burning memory is read at a predetermined wavelength. In a method for recording information in a hole burning memory using a spatial light modulator that reads using light,
A first step of recording a first hologram in the hole burning memory using the reference light having a wavelength of λ 1 in a state in which an electric field E 0 is applied to the hole burning memory and no information is on the object light; A second step of recording a second hologram in the hole burning memory using the reference light having a wavelength λ 2 in a state where the electric field E 0 is applied to the hole burning memory and information is carried on the object light; The readout light having a wavelength λ 0 having a value of about (λ 1 + λ 2 ) / 2 in a state where an electric field E 1 or an electric field E 2 generating holes in the electric field region adjacent to the electric field E 0 is applied to the hole burning memory. And a third step of reading out information recorded in the hole burning memory using a spatial light modulator, and storing information in the hole burning memory using a spatial light modulator Method.
前記第1のステップまたは前記第2のステップにおいて、前記物体光の位相をπだけずらして前記第1または第2のホログラムを前記ホールバーニングメモリに記録することを特徴とする請求項1または請求項2記載の空間光変調器を用いたホールバーニングメモリへの情報記録方法。The first or second hologram is recorded in the hole burning memory by shifting the phase of the object light by π in the first step or the second step. 3. A method for recording information in a hole burning memory using the spatial light modulator described in 2.
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