JPH07261642A - Hologram recording and reproducing method - Google Patents

Hologram recording and reproducing method

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JPH07261642A
JPH07261642A JP5153794A JP5153794A JPH07261642A JP H07261642 A JPH07261642 A JP H07261642A JP 5153794 A JP5153794 A JP 5153794A JP 5153794 A JP5153794 A JP 5153794A JP H07261642 A JPH07261642 A JP H07261642A
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JP
Japan
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recording medium
recording
temp
hologram
temperature
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JP5153794A
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Japanese (ja)
Inventor
Ikutake Yagi
生剛 八木
Yasuyuki Sugiyama
泰之 杉山
Iwao Hatakeyama
巌 畠山
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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  • Non-Silver Salt Photosensitive Materials And Non-Silver Salt Photography (AREA)
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Abstract

PURPOSE:To obviate dissipation of a hologram in spite of preservation in a dark place and to prevent limitation on diffraction efficiency by raising the temp. of a recording medium to the extent of not exceeding the phase transition temp. of the ferrodielectric and paradielectric substance of the material of the recording medium at the time of writing the hologram. CONSTITUTION:The temp. of the recording medium 12 is heated by a heater 13 to the temp. of not exceeding the phase transition temp. of the ferrodielectric and paradielectric substance of the material of the recording medium and is further held to maintain the specified temp. Next, a shutter 3 and a shutter 5 are opened and desired information is imparted to object light 16 by an air modulator 9, by which the recording medium 12 is simultaneously exposed with the object light 16 and reference light 17. The shutter 3 and the shutter 5 are thereafter closed and in succession, the heater 13 is turned off to lower the temp. down to room temp. The shutter 3 is then opened and the hologram is reconstructed where the temp. settles down. The temp. at the time of the reproduction is kept in a temp. range below the temp. at the time of recording and above the absolute zero degree.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ホログラム記録再生方
法に関する。詳しくは、光の干渉縞と相似な屈折率分布
を形成するフォトリフラクティブ結晶を用いた実時間ホ
ログラフィ技術に関するもので、同一素子中に複数のホ
ログラムを記録再生する体積多重ホログラム装置に適用
可能なものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hologram recording / reproducing method. More specifically, it relates to a real-time holography technique using a photorefractive crystal that forms a refractive index distribution similar to the interference fringes of light, and is applicable to a volume multiplexing hologram device that records and reproduces multiple holograms in the same element. Is.

【0002】[0002]

【従来の技術】レーザ等の光源を用い、物体による散乱
光(物体光或いは信号光)と同じ光源からの非散乱光
(参照光或いはポンプ光)とを干渉させ、その干渉縞を
光記録可能な写真乾板等の記録媒体に記録し、また、再
生時には記録された干渉縞に参照光のみを照射し、物体
による散乱光を再現する技術はホログラフィ技術と呼ば
れる。
2. Description of the Related Art A light source such as a laser is used to cause light scattered by an object (object light or signal light) to interfere with non-scattered light (reference light or pump light) from the same light source, and the interference fringes can be optically recorded. A technique of recording on a recording medium such as a photographic dry plate, and irradiating only the reference light on the recorded interference fringes at the time of reproduction to reproduce scattered light by an object is called a holography technique.

【0003】ここで、記録媒体の奥行きが記録光の波長
に比べて十分長い時、同一媒体内に複数のホログラムを
記録することが可能である。この技術は体積多重ホログ
ラフィと呼ばれ、フォトリフラクティブ材料と呼ばれ
る、ある種の誘電体は、光を照射することで屈折率を変
化させるので、体積多重ホログラフィ用の記録媒体とし
て用いられる。
Here, when the depth of the recording medium is sufficiently longer than the wavelength of the recording light, it is possible to record a plurality of holograms in the same medium. This technique is called volume multiplex holography, and a certain kind of dielectric material called a photorefractive material changes the refractive index by irradiating light, and is therefore used as a recording medium for volume multiplex holography.

【0004】このフォトリフラクティブ材料では、光照
射によって材料中に電子若しくは正孔が励起され、引続
き材料中を移動し、光の干渉縞と同じパターンの電荷分
布が形成される。電荷分布は、電場分布をもたらし、電
気光学効果によって、材料中に屈折率分布が形成され
る。
In this photorefractive material, electrons or holes are excited in the material by light irradiation and subsequently move in the material, so that a charge distribution having the same pattern as the interference fringes of light is formed. The charge distribution results in an electric field distribution and the electro-optic effect forms a refractive index distribution in the material.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上述したフォトリフラ
クティブ材料は、電子若しくは正孔が光によってのみ励
起されるのではなく、僅かながら温度による励起も受け
るため、暗所に保存しておいても、徐々に電荷分布が消
失する、つまり、記録していたホログラムが消えていく
という欠点がある。
In the photorefractive material described above, electrons or holes are not only excited by light but also slightly excited by temperature. Therefore, even if stored in a dark place, There is a drawback that the charge distribution gradually disappears, that is, the recorded hologram disappears.

【0006】また、ホログラムの書き込みでは、物体光
と参照光の強度比が等しいときに最も回折効率が高くな
るが、通常のフォトリフラクティブ材料では、光の干渉
縞と屈折率分布による縞とが位相ずれを持っており、ホ
ログラムの書き込み中に、物体光と参照光の間でエネル
ギー交換が起こる。このため、物体光/参照光の強度比
が変化し、回折効果が下がってしまうという欠点があっ
た。
Further, in writing a hologram, the diffraction efficiency is highest when the intensity ratio of the object light and the reference light is equal. However, in a normal photorefractive material, the interference fringes of light and the fringes due to the refractive index distribution are in phase. There is a shift, and energy is exchanged between the object beam and the reference beam during writing of the hologram. Therefore, there is a drawback that the intensity ratio of the object light / reference light changes, and the diffraction effect decreases.

【0007】更に、実現できる屈折率変化の大きさは、
材料の電気光学的定数、不純物濃度、物体光と参照光の
なす角度等によって制限されていた。本発明は、上記従
来技術に鑑みてなされたものであり、暗所で保存しても
ホログラムが消失することなく、回折効率が様々な要因
から制限をうけないようにすることを目的とする。
Further, the magnitude of change in the refractive index that can be realized is
It was limited by the electro-optical constant of the material, the impurity concentration, the angle formed by the object light and the reference light, and the like. The present invention has been made in view of the above-described conventional art, and an object of the present invention is to prevent the hologram from disappearing even when stored in a dark place and to prevent the diffraction efficiency from being limited by various factors.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成する本
発明は強誘電体材料のうち、光照射によって屈折率が変
化する材料を記録媒体として用いるホログラム記録再生
方法において、ホログラムを書き込む時に記録媒体の温
度を、当該材料の強誘電体・常誘電体相転移温度を越え
ない程度に上げることを特徴とする。ここで、ホログラ
ムを再生するときの温度を、記録した温度以下の温度と
し、また、前記記録媒体の熱膨張係数が正の場合には記
録時に圧力を付与し、前記記録媒体の熱膨張係数が負の
場合には再生時に圧力を付与することを特徴とする。
According to the present invention to achieve such an object, in a hologram recording / reproducing method using a ferroelectric material, of which a refractive index is changed by light irradiation, as a recording medium, recording is performed when a hologram is written. It is characterized in that the temperature of the medium is raised to a level not exceeding the ferroelectric / paraelectric phase transition temperature of the material. Here, the temperature at which the hologram is reproduced is set to a temperature equal to or lower than the recorded temperature, and when the thermal expansion coefficient of the recording medium is positive, a pressure is applied during recording so that the thermal expansion coefficient of the recording medium is When it is negative, it is characterized in that pressure is applied during regeneration.

【0009】また、記録時と再生時の照射光の波長が異
なること、記録時と異なる入射角度で再生時の光を照射
することを特徴とする。更に、前記記録媒体として、例
えば、ストロンチウム・バリウムニオブ酸(SrxBa1-x
Nb26,0<x<1)を用いることを特徴とする。
Further, it is characterized in that the wavelength of the irradiation light at the time of recording is different from that at the time of reproducing, and the light at the time of reproducing is irradiated at an incident angle different from that at the time of recording. Further, as the recording medium, for example, strontium / barium niobate (Sr x Ba 1-x
It is characterized by using Nb 2 O 6 , 0 <x <1).

【0010】[0010]

【作用】一部の強誘電性のフォトリフラクティブ結晶
は、高温でホログラムを記録して低温で再生すると、回
折効率が増大する。その原因は未解明であるが、相転移
温度近傍でホログラムを記録すると、干渉縞と同じピッ
チで自発分極が反転してドメインが生じ、温度を下げる
とドメインが成長し、回折効率の増大が生じるのではな
いかと推察している。
In some ferroelectric photorefractive crystals, when a hologram is recorded at a high temperature and reproduced at a low temperature, the diffraction efficiency is increased. The reason for this is unclear, but when holograms are recorded near the phase transition temperature, spontaneous polarization is inverted at the same pitch as the interference fringes to form domains, and when the temperature is lowered, domains grow and diffraction efficiency increases. I suspect that it is.

【0011】この自発分極反転ドメインは、通常のフォ
トリフラクティブ効果に見られる電荷移動が原因ではな
く、熱力学的に安定な自発分極をその起源にしているた
め、暗所においておけば、ホログラムの消失は起きな
い。ここで、フォトリフラクティブ材料は記録時と再生
時で温度が変化する為、熱収縮若しくは熱膨張を生じ、
ブラッグ条件が変化する。
This spontaneous polarization inversion domain is not caused by the charge transfer found in the usual photorefractive effect, but its origin is thermodynamically stable spontaneous polarization. Therefore, if it is left in the dark, the hologram disappears. Does not happen. Here, since the temperature of the photorefractive material changes during recording and during reproduction, thermal contraction or thermal expansion occurs,
Bragg conditions change.

【0012】ここにいうブラッグ条件とは、記録材料中
において、参照光の波数ベクトル、物体光(再生時には
回折光)の波数ベクトル及び屈折率分布グレーティング
の波数ベクトルが、次式で示す関係式を満たすことであ
る。このブラッグ条件から外れると、回折効率は減少
し、若しくは、零となる。
The Bragg condition mentioned here means that the wave number vector of the reference light, the wave vector of the object light (diffracted light at the time of reproduction) and the wave vector of the gradient index grating in the recording material are expressed by the following equation. To meet. If this Bragg condition is not satisfied, the diffraction efficiency will decrease or become zero.

【0013】[0013]

【数1】 [Equation 1]

【0014】高温で記録した屈折率分布は、再生時に温
度を下げるにつれて、結晶の伸び縮みと同じ倍率で、ピ
ッチを変える。このため、屈折率分布グレーティングに
沿う方向の線膨張係数をαとしたときの再生時の屈折率
分布グレーティングの波数ベクトルは、次式で示され
る。
The refractive index distribution recorded at a high temperature changes the pitch at the same magnification as the expansion and contraction of crystals as the temperature is lowered during reproduction. Therefore, the wave number vector of the refractive index distribution grating at the time of reproduction when the linear expansion coefficient in the direction along the refractive index distribution grating is α is expressed by the following equation.

【0015】[0015]

【数2】 [Equation 2]

【0016】従って、記録時のブラッグ条件は、再生時
には満たされないことになる。請求項3,4,5の発明
は、このブラッグミスマッチの補正を目的としたもので
ある。請求項3に記載される発明は、フォトリフラクテ
ィブ材料に圧力を加え、熱膨張及び熱収縮を弾性歪で補
償する方法である。
Therefore, the Bragg condition at the time of recording is not satisfied at the time of reproducing. The inventions of claims 3, 4 and 5 aim to correct this Bragg mismatch. The invention described in claim 3 is a method of compensating thermal expansion and contraction by elastic strain by applying pressure to the photorefractive material.

【0017】請求項4に記載される発明は、記録時と再
生時の照射光の波長を変えることにより、ブラッグミス
マッチを補償する方法で、Δλ=αλΔTなる波長変化
によって、波数は次式で示されるように変化する。 (Δk/k)=αΔT この為、K→K(1+αΔT)となり、新たなブラッグ
条件が成立する。
The invention described in claim 4 is a method for compensating for a Bragg mismatch by changing the wavelength of the irradiation light at the time of recording and at the time of reproducing, and the wave number is expressed by the following equation by the wavelength change of Δλ = αλΔT. It changes as shown. (Δk / k) = αΔT Therefore, K → K (1 + αΔT), and a new Bragg condition is satisfied.

【0018】請求項5に記載される発明は、参照光の入
射方向を変える方法であり、新たな再生光と回折光のな
す角度を2θ+2Δθとし、Δθ=αΔTtanθとする
と、次式が成り立ち、ここでも新たなブラッグ条件が成
立する。 K=k0−kr=2ksin(θ+Δθ)=2k(sinθcosΔ
θ+cosθsinΔθ) ≒2ksinθ(1+αΔT)=K(1+αΔT)
The present invention described in claim 5 is a method of changing the incident direction of the reference light, and if the angle formed by the new reproduction light and the diffracted light is 2θ + 2Δθ and Δθ = αΔT tanθ, the following equation holds. But a new Bragg condition holds. K = k 0 −k r = 2k sin (θ + Δθ) = 2k (sin θcos Δ
θ + cos θsin Δθ) ≈ 2 ksin θ (1 + αΔT) = K (1 + αΔT)

【0019】[0019]

【実施例】以下、図面に示す実施例を参照して詳細に説
明する。本発明の基本的構成に係る一実施例を図1に示
す。本実施例は、ホログラム記録時に記録媒体であるフ
ォトリフラクティブ材料の温度を、当該材料の強誘電体
・常誘電体相転移温度付近まで上昇させた状態でホログ
ラムを記録し、温度を下げて再生するものである。
Embodiments will be described in detail below with reference to the embodiments shown in the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of the basic configuration of the present invention. In this example, a hologram is recorded in a state where the temperature of the photorefractive material, which is a recording medium at the time of hologram recording, is raised to near the ferroelectric / paraelectric phase transition temperature of the material, and the temperature is lowered and reproduced. It is a thing.

【0020】図1(a)に示すように、レーザ光源1か
ら出射されたレーザ光6はビームエキスパンダ2で空間
光変調器9と同程度の大きさに広がり、シャッタ3を通
過した後、ハーフミラー4で物体光16と参照光17と
に分岐される。物体光16と参照光17はそれぞれミラ
ー7,8で反射されて、記録媒体12であるフォトリフ
ラクティブ材料に照射できるように調整される。更に、
物体光16はミラー7で反射される前にシャッタ5を通
過し、ミラー7で反射された後、空間変調器9を通過す
る際に情報を付与される。
As shown in FIG. 1A, the laser light 6 emitted from the laser light source 1 is spread by the beam expander 2 to the same size as the spatial light modulator 9, and after passing through the shutter 3, The half mirror 4 splits the object light 16 and the reference light 17. The object light 16 and the reference light 17 are respectively reflected by the mirrors 7 and 8 and adjusted so that the photorefractive material, which is the recording medium 12, can be irradiated. Furthermore,
The object light 16 passes through the shutter 5 before being reflected by the mirror 7, and is given information when passing through the spatial modulator 9 after being reflected by the mirror 7.

【0021】記録媒体12は、図1(b)に示すよう
に、温度を制御できるように設置されている。即ち、回
転ステージ14上にヒータ13が配置されると共に、ヒ
ータ13上に記録媒体12が配置され、更に、ヒータ1
3には熱電対15が取り付けられている。従って、ヒー
タ13に通電することにより、記録媒体12を所定の温
度まで加熱することができ、そのときの温度は熱電対1
5でモニタされる構成となっている。
The recording medium 12 is installed so that its temperature can be controlled, as shown in FIG. 1 (b). That is, the heater 13 is arranged on the rotary stage 14, the recording medium 12 is arranged on the heater 13, and the heater 1
A thermocouple 15 is attached to 3. Therefore, by energizing the heater 13, the recording medium 12 can be heated to a predetermined temperature, and the temperature at that time is the thermocouple 1.
It is configured to be monitored at 5.

【0022】また、回転ステージ14を回転させること
により、記録媒体12に対し、記録時と異なる入射角度
で再生時の光を照射することができる。記録媒体12に
は、ポーリングのために、リード線11が接続されてい
る。記録媒体12としては、従来から使用されているフ
ォトリフラクティブ材料、例えば、BaTiO3、LiNb
3の他、ストロンチウム・バリウムニオブ酸(SrxBa
1-xNb26,0<x<1)も用いることができる。
Further, by rotating the rotary stage 14, it is possible to irradiate the recording medium 12 with light for reproduction at an incident angle different from that for recording. A lead wire 11 is connected to the recording medium 12 for polling. As the recording medium 12, a photorefractive material which has been conventionally used, for example, BaTiO 3 or LiNb is used.
In addition to O 3 , strontium barium niobate (Sr x Ba
1-x Nb 2 O 6 , 0 <x <1) can also be used.

【0023】リード線11及び回転ステージ14は、フ
ォトリフラクティブ材料のポーリング及び請求項5の発
明に関するものであり、請求項1,2,3,4の発明に
ついては必ずしも必要ではない。
The lead wire 11 and the rotary stage 14 are related to the poling of the photorefractive material and the invention of claim 5, and are not necessarily required for the inventions of claims 1, 2, 3, and 4.

【0024】上述した本実施例において、ホログラムの
記録再生は次のようにして行う。先ず、ヒータ13によ
って記録媒体12の温度を、当該材料の強誘電体・常誘
電体相転移温度を越えない温度まで上げ、更に、その温
度が一定となるように保持する。次に、シャッタ3及び
シャッタ5を開け、且つ、空間変調器9によって所望の
情報を物体光16に付与し、物体光16と参照光17と
を同時に記録媒体12に露光する。
In the above-described embodiment, recording / reproduction of hologram is performed as follows. First, the temperature of the recording medium 12 is raised by the heater 13 to a temperature which does not exceed the ferroelectric / paraelectric phase transition temperature of the material, and is further maintained so as to be constant. Next, the shutter 3 and the shutter 5 are opened, and desired information is added to the object light 16 by the spatial modulator 9, and the object light 16 and the reference light 17 are simultaneously exposed on the recording medium 12.

【0025】十分な時間露光したのち、シャッタ3及び
シャッタ5を閉じ、引き続いて、ヒータ13を切り、温
度を室温まで下げる。その後、温度が落ちついてきたと
ころで、シャッタ3を開け、ホログラムを再生する。再
生時の温度は、記録時の温度以下であれば、特にその下
限は認められない。つまり、再生時の温度は、記録時の
温度以下で、且つ、絶対零度以上の温度範囲とすること
ができる。
After exposure for a sufficient time, the shutter 3 and the shutter 5 are closed, the heater 13 is subsequently cut off, and the temperature is lowered to room temperature. After that, when the temperature has settled down, the shutter 3 is opened and the hologram is reproduced. If the temperature during reproduction is lower than the temperature during recording, the lower limit is not recognized. That is, the temperature at the time of reproduction can be within the temperature range at the time of recording and at the absolute zero degree or more.

【0026】但し、結晶の種類によっては、低温に下げ
て行くに従って、新たな相転移を示すものがあり(例え
ば、BaTiO3,KNbx,Ta1-x3)、このような場合
には、記録した温度での相と同じ相を示す温度範囲に限
られる。
However, depending on the type of crystal, there is one that exhibits a new phase transition as it is lowered to a lower temperature (for example, BaTiO 3 , KNb x , Ta 1-x O 3 ), and in such a case. , Limited to the temperature range exhibiting the same phase at the recorded temperature.

【0027】このように記録時と再生時とで温度が異な
ることから、熱膨張或いは熱収縮によって、記録された
干渉縞のピッチが再生時に変化し、最適な回折効率が得
られない懸念がある。特に、記録温度と再生温度の温度
差が大きいほど、その傾向は甚だしくなる。そこで、ブ
ラッグミスマッチを補正するためには、例えば、次の実
施例に示すような方策を採ることができる。
Since the temperature is different between the time of recording and the time of reproduction as described above, there is a concern that the pitch of the recorded interference fringes may change during reproduction due to thermal expansion or contraction, and optimum diffraction efficiency may not be obtained. . In particular, the greater the temperature difference between the recording temperature and the reproducing temperature, the greater the tendency. Therefore, in order to correct the Bragg mismatch, for example, the measures shown in the following embodiments can be adopted.

【0028】図2(a)(b)に本発明の他の実施例を
示す。本実施例は、記録媒体である記録媒体25に、物
体光21と参照光22の波数ベクトルの差、つまり、干
渉縞のグレーティングベクトルに沿う方向に圧力を加え
ることにより、記録時と再生時の温度差に基づく熱収縮
又は熱膨張を低減させるものである。即ち、ステージ2
3上にはヒータ24が配置されると共に、ヒータ24上
に記録媒体25が配置され、更に、ヒータ24には熱電
対26が取り付けられている。
FIGS. 2A and 2B show another embodiment of the present invention. In this embodiment, a pressure is applied to the recording medium 25, which is a recording medium, in the direction of the wave vector of the object light 21 and the reference light 22, that is, in the direction along the grating vector of the interference fringes. It is intended to reduce the thermal contraction or thermal expansion due to the temperature difference. That is, stage 2
A heater 24 is arranged on the heater 3, a recording medium 25 is arranged on the heater 24, and a thermocouple 26 is attached to the heater 24.

【0029】ヒータ24上には、記録媒体25を挟み込
む万力27が配置され、記録媒体25に対し、グレーテ
ィングベクトルに沿う方向に圧力を加えることができる
ようになっている。ここで、記録媒体25のグレーティ
ングベクトルに沿う方向の熱膨張係数が正の場合には、
記録時に万力27により圧力を付与し、再生時には圧力
を抜く。逆に、記録媒体25のグレーティングベクトル
に沿う方向の熱膨張係数が負の場合には、記録時には圧
力をかけず、再生時には万力27により圧力を付与す
る。
A vise 27 for sandwiching the recording medium 25 is arranged on the heater 24 so that pressure can be applied to the recording medium 25 in the direction along the grating vector. Here, when the thermal expansion coefficient in the direction along the grating vector of the recording medium 25 is positive,
The pressure is applied by the vise 27 at the time of recording, and the pressure is released at the time of reproducing. On the contrary, when the thermal expansion coefficient of the recording medium 25 in the direction along the grating vector is negative, no pressure is applied during recording, and a vise 27 is applied during reproduction.

【0030】尚、圧力を加える方向は必ずしもグレーテ
ィングベクトルに沿う方向でなくても良く、例えば、記
録媒体25をヒータ24に押し付ける方向でも良い。そ
のときには、記録媒体25のグレーティングベクトルに
沿う方向の熱膨張係数が正の場合には、記録時には圧力
をかけず、再生時には圧力を付与し、逆に、記録媒体2
5のグレーティングベクトルに沿う方向の熱膨張係数が
負の場合には、記録時には圧力を付与し、再生時には圧
力を抜く。
The pressure is not necessarily applied along the grating vector, and for example, the recording medium 25 may be pressed against the heater 24. At this time, if the coefficient of thermal expansion of the recording medium 25 in the direction along the grating vector is positive, no pressure is applied during recording and pressure is applied during reproduction, and conversely, recording medium 2
When the coefficient of thermal expansion in the direction along the grating vector of 5 is negative, pressure is applied during recording and pressure is released during reproduction.

【0031】また、記録媒体25に加えるべき圧力の大
きさは、記録媒体25の熱膨張係数α、弾性率ε及びポ
アソン比σに左右されるので、各記録媒体で最適圧力は
異なるが、要するに、グレーティングベクトルに沿う方
向の記録媒体の伸縮を極力小さくするようにすると良
い。
Further, the magnitude of the pressure to be applied to the recording medium 25 depends on the thermal expansion coefficient α, elastic modulus ε and Poisson's ratio σ of the recording medium 25. It is preferable to minimize the expansion and contraction of the recording medium in the direction along the grating vector.

【0032】例えば、温度差ΔTとして、グレーティン
グベクトルに沿う方向に圧力をかける場合には、次式を
満たすように圧力Pを付与すると良い。 |αΔT|=|εp| また、グレーティングベクトルに直交する方向に圧力を
かける場合には、次式を満たすように圧力Pを付与する
と良い。 |αΔT|=|σεp|
For example, when the pressure is applied in the direction along the grating vector as the temperature difference ΔT, the pressure P should be applied so as to satisfy the following equation. | ΑΔT | = | εp | When pressure is applied in the direction orthogonal to the grating vector, the pressure P should be applied so as to satisfy the following equation. | ΑΔT | = | σεp |

【0033】上記実施例では、記録媒体に圧力を加えて
いたが、これに代えて、再生時の波長を、ブラッグ条件
を満たすように記録時と変えるようにしても良い。即
ち、図1に示すレーザ光源1として波長可変レーザを用
いる方法である。記録媒体12のグレーティングベクト
ルに沿う方向の熱膨張係数が正の場合には、記録時の波
長よりも再生時の波長を長くし、逆に、記録媒体25の
グレーティングベクトルに沿う方向の熱膨張係数が負の
場合には、記録時の波長よりも再生時の波長を短く設定
する。即ち、記録時の波長λとして、波長の変化量Δλ
が下式を満足するように、波長を変化させる。 Δλ=αλΔT
In the above embodiment, pressure was applied to the recording medium, but instead of this, the wavelength at the time of reproduction may be changed from that at the time of recording so as to satisfy the Bragg condition. That is, this is a method of using a wavelength tunable laser as the laser light source 1 shown in FIG. When the coefficient of thermal expansion of the recording medium 12 in the direction along the grating vector is positive, the wavelength at the time of reproduction is made longer than the wavelength at the time of recording, and conversely, the coefficient of thermal expansion in the direction along the grating vector of the recording medium 25. If is negative, the wavelength for reproduction is set shorter than the wavelength for recording. That is, as the wavelength λ at the time of recording, the amount of wavelength change Δλ
Changes the wavelength so that satisfies the formula below. Δλ = αλΔT

【0034】更に、記録媒体への圧力、記録時と再生時
での波長の変化に代えて、再生時の参照光の記録媒体へ
の入射角度を変えるようにしても良い。即ち、記録時の
物体光16と参照光17のなす角度を2θとするとき、
図1に示す回転ステージ14をαΔTtanθ(ラジア
ン)だけ回転させて、ブラッグ条件を満足するようにす
ると良い。回転方向は、記録媒体12のグレーティング
ベクトルに沿う方向の熱膨張係数が正の場合には、図1
において紙面からみて反時計方向に、逆に、記録媒体1
2のグレーティングベクトルに沿う方向の熱膨張係数が
負の場合には、図1において紙面からみて時計方向にす
ると良い。尚、本発明方法が適用できるのが確認されて
いるのは、全てのフォトリフラクティブ材料ではなく、
低温で回折効率の増大をもたらす一部の結晶である。
Further, instead of the pressure on the recording medium and the wavelength change at the time of recording and at the time of reproducing, the incident angle of the reference beam on the recording medium at the time of reproducing may be changed. That is, when the angle formed by the object beam 16 and the reference beam 17 during recording is 2θ,
It is preferable to rotate the rotating stage 14 shown in FIG. 1 by αΔTtanθ (radian) so as to satisfy the Bragg condition. When the coefficient of thermal expansion in the direction along the grating vector of the recording medium 12 is positive, the rotation direction is as shown in FIG.
In the counterclockwise direction when viewed from the paper, on the contrary, the recording medium 1
When the coefficient of thermal expansion in the direction along the grating vector of 2 is negative, it is preferable to make it clockwise when viewed from the paper surface in FIG. It has been confirmed that the method of the present invention can be applied, not all photorefractive materials,
These are some crystals that bring about an increase in diffraction efficiency at low temperatures.

【0035】次に、本発明の具体的実施例について説明
する。 〔実施例1〕図3(a)に示すようにArイオンレーザ
30から出射されたレーザ光はスペシャルフィルタ31
を通過した後、偏光ビームスプリッタ32で物体光39
と参照光38とに分岐される。物体光39と参照光38
はそれぞれシャッタ33,34を通過した後、ミラー3
5,36で反射されて、記録媒体42であるフォトリフ
ラクティブ材料に照射できるように調整される。更に、
参照光38は、ミラー36で反射された後、半波長板3
7を通過する。
Next, specific examples of the present invention will be described. [Embodiment 1] As shown in FIG. 3A, the laser light emitted from the Ar ion laser 30 has a special filter 31.
After passing through the
And the reference beam 38. Object light 39 and reference light 38
After passing through the shutters 33 and 34, respectively, the mirror 3
It is reflected by 5, 36 and adjusted so that the photorefractive material that is the recording medium 42 can be irradiated. Furthermore,
After the reference light 38 is reflected by the mirror 36, the half-wave plate 3
Pass 7.

【0036】記録媒体42は、図3(b)に示すよう
に、温度を制御できるように設置されている。即ち、回
転ステージ44上にペルチェ素子45が配置されると共
に、ペルチェ素子45上に記録媒体42が配置され、更
に、ペルチェ素子45には銅コンスタンタン熱電対45
が取り付けられている。従って、ペルチェ素子45に通
電することにより、記録媒体42を所定の温度まで加熱
することができ、そのときの温度は銅コンスタンタン熱
電対45でモニタされる構成となっている。
The recording medium 42 is installed so that the temperature can be controlled, as shown in FIG. 3 (b). That is, the Peltier element 45 is arranged on the rotary stage 44, the recording medium 42 is arranged on the Peltier element 45, and the Peltier element 45 further includes a copper constantan thermocouple 45.
Is attached. Therefore, by energizing the Peltier element 45, the recording medium 42 can be heated to a predetermined temperature, and the temperature at that time is monitored by the copper constantan thermocouple 45.

【0037】また、回転ステージ44を回転させること
により、記録媒体42に対し、記録時と異なる入射角度
で再生時の光を照射することができる。記録媒体42に
は、ポーリングのために、リード線41が接続されてい
る。本実施例では、記録媒体42としてストロンチウム
・バリウムニオブ酸(Sr0 .6Ba0.4Nb26、以下、単
に、SBNと省略する)の単結晶を用いた。この単結晶
は、結晶引き上げ時に、1モルのSBNに対して、二酸
化セリウム(CeO2)を重量比で0.05%ドープして
作製した。この単結晶の大きさは、3.94mm×2.65mm×2.
93mmであり、2.93mmが結晶のc軸方向である。
By rotating the rotary stage 44, it is possible to irradiate the recording medium 42 with light at the time of reproduction at an incident angle different from that at the time of recording. A lead wire 41 is connected to the recording medium 42 for polling. In this embodiment, strontium barium niobate as a recording medium 42 (Sr 0 .6 Ba 0.4 Nb 2 O 6, hereinafter simply abbreviated as SBN) using single crystal. This single crystal was prepared by doping 1 mol of SBN with cerium dioxide (CeO 2 ) at a weight ratio of 0.05% when pulling the crystal. The size of this single crystal is 3.94 mm × 2.65 mm × 2.
93 mm, 2.93 mm is the c-axis direction of the crystal.

【0038】上述した構成を有する本実施例において、
ホログラムの記録再生は次のように行う。先ず、記録媒
体42である単結晶をポーリングするため、c面、即
ち、3.94mm×2.65mmの両面に金を20nm蒸着し、温度を摂
氏95度まで上げる。次に、記録媒体42の金を蒸着した
両面に1.5kvを印加し、30分かけて除々に温度を室温ま
で冷却する。その後、電圧を0vまで下げて、ポーリン
グを終了する。
In this embodiment having the above-mentioned structure,
Recording and reproduction of holograms are performed as follows. First, in order to poling the single crystal that is the recording medium 42, 20 nm of gold is vapor-deposited on the c-plane, that is, both sides of 3.94 mm × 2.65 mm, and the temperature is raised to 95 degrees Celsius. Next, 1.5 kv is applied to both surfaces of the recording medium 42 on which gold has been vapor deposited, and the temperature is gradually cooled to room temperature over 30 minutes. After that, the voltage is reduced to 0v and the polling is completed.

【0039】引続き、温度を摂氏60度まで上げ、温度の
揺らぎが0.1度以下となるまで安定化させ、参照光3
8を128μmで、物体光39を82μmWで、3.94mm×2.6
5mmの入射面をちょうど覆うように3分間照射した。こ
こで、参照光38と物体光39のなす角度は、6.3度、
波長はアルゴンイオンレーザ30による514.5nm、物体
光38と物体光39の偏波(光の電場の振動方向)は偏
光ビームスプリッタ32と半波長板37を用いて参照光
38と物体光39を含む面内(紙面内)にあるようにし
た。
Subsequently, the temperature is raised to 60 degrees Celsius and stabilized until the temperature fluctuation becomes 0.1 degrees or less, and the reference light 3
8 is 128 μm and object light 39 is 82 μmW, 3.94 mm × 2.6
Irradiation was performed for 3 minutes so that the 5 mm incident surface was just covered. Here, the angle formed by the reference light 38 and the object light 39 is 6.3 degrees,
The wavelength is 514.5 nm by the argon ion laser 30, and the polarization of the object light 38 and the object light 39 (the vibration direction of the electric field of the light) includes the reference light 38 and the object light 39 by using the polarization beam splitter 32 and the half-wave plate 37. It was set to be in-plane (in-plane).

【0040】図4に、徐々に温度を下げていった時の回
折効率の温度変化を示す。同図中、〇印は、本実施例に
おいて実際に測定された回折効率を示し、●印は熱膨張
によるブラッグミスマッチを補正したときの回折効率の
理論的予想を示す。同図中、×印は、比較の為に摂氏20
度でホログラムを記録したときの回折効率を示す従来例
である。
FIG. 4 shows the temperature change of the diffraction efficiency when the temperature is gradually lowered. In the figure, the ∘ mark indicates the diffraction efficiency actually measured in this example, and the ● mark indicates the theoretical prediction of the diffraction efficiency when the Bragg mismatch due to thermal expansion is corrected. In the figure, the X mark indicates 20 degrees Celsius for comparison.
It is a conventional example which shows the diffraction efficiency when a hologram is recorded with a degree.

【0041】図4に示すように、記録媒体であるCeド
ープSBN単結晶を高温に保持してホログラムを記録す
る本実施例は、低温で記録した従来例に比較し、回折効
率が増大することが確かめられると共に、ブラッグミス
マッチを補正すると更に回折効率が増大することが判
る。更に、このようにして書き込んだホログラムは、暗
所で摂氏60度に数時間保持しても、全く回折効率の現象
が見られなかった。これは、室温では、半永久的な保存
寿命を意味する。
As shown in FIG. 4, the present embodiment in which a hologram is recorded by holding a Ce-doped SBN single crystal as a recording medium at a high temperature has a higher diffraction efficiency than the conventional example recorded at a low temperature. It can be confirmed that the diffraction efficiency is further increased by correcting the Bragg mismatch. Furthermore, the hologram thus written showed no phenomenon of diffraction efficiency even when kept at 60 degrees Celsius for several hours in the dark. This means a semi-permanent shelf life at room temperature.

【0042】〔実施例2〕本実施例では、図3に示す実
施例1の要領で、摂氏20度でホログラムを書き込んでお
き、当該温度において6%の回折効率を得た後、冷却し
て温度を20度に保持した。その後、ステージ44を、図
3(a)の紙面の上から見て、反時計回りに0.002度回
転させることで、回折効率を11%から18%に増大し
た。
[Embodiment 2] In this embodiment, a hologram is written at 20 ° C. in the same manner as in Embodiment 1 shown in FIG. 3, and after obtaining a diffraction efficiency of 6% at the temperature, it is cooled. The temperature was kept at 20 degrees. After that, the stage 44 was rotated counterclockwise by 0.002 ° when viewed from above the paper surface of FIG. 3A, and thereby the diffraction efficiency was increased from 11% to 18%.

【0043】このホログラムは、室温で暗所に数日間保
存した後においても、回折効率の変化は全く認められな
かった。従来の方法であれば、SBN:Ceは、摂氏20
度であれば、1日でも有意義な減少がみられることか
ら、本発明によるホログラムの保存寿命の延長効果が確
かめられた。
This hologram showed no change in diffraction efficiency even after being stored at room temperature in the dark for several days. With the conventional method, SBN: Ce is 20 degrees Celsius.
In terms of the degree, a significant decrease is observed even for one day, which confirms the effect of extending the shelf life of the hologram according to the present invention.

【0044】[0044]

【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、本発明は高温でホログラムを記録し、低温で
再生することで、回折効率を増大させるという効果が得
られた。更に、熱膨張によるブラッグミスマッチを補正
することにより、回折効率を一層増大させることができ
る。また、ホログラムの保存寿命もほぼ半永久的に延ば
すことが可能となった。
As described above in detail with reference to the embodiments, the present invention has the effect of increasing the diffraction efficiency by recording a hologram at a high temperature and reproducing it at a low temperature. Furthermore, by correcting the Bragg mismatch due to thermal expansion, the diffraction efficiency can be further increased. In addition, the shelf life of holograms can be extended almost semi-permanently.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の基本的構成に係る実施例を示す説明図
である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an embodiment according to the basic configuration of the present invention.

【図2】本発明の他の実施例を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing another embodiment of the present invention.

【図3】本発明の具体的構成に係る実施例1を示す説明
図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a first embodiment according to the specific configuration of the present invention.

【図4】実施例1に係る温度変化に対応した回折効率を
示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing the diffraction efficiency corresponding to the temperature change according to the first embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 レーザ光源 2 ビームスプリッタ 3,5,33,34 シャッタ 4 ハーフミラー 6 レーザ光 7,8,35,36 ミラー 9 空間光変調器 11,41 リード線 12,25 記録媒体(フォトリフラクティブ材料) 13,24 ヒータ 14,23,44 回転ステージ 15,26 熱電対 16,21,39 物体光 17,22,38 参照光 27 万力 30 Arイオンレーザ 31 スペシャルフィルタ 32 偏光ビームスプリッタ 37 半波長板 42 CeドープSBN 45 ペルチェ素子 1 laser light source 2 beam splitter 3, 5, 33, 34 shutter 4 half mirror 6 laser light 7, 8, 35, 36 mirror 9 spatial light modulator 11, 41 lead wire 12, 25 recording medium (photorefractive material) 13, 24 Heater 14,23,44 Rotating Stage 15,26 Thermocouple 16,21,39 Object Light 17,22,38 Reference Light 270,000 30 Ar Ion Laser 31 Special Filter 32 Polarizing Beam Splitter 37 Half Wave Plate 42 Ce Doped SBN 45 Peltier element

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 強誘電体材料のうち、光照射によって屈
折率が変化する材料を記録媒体として用いるホログラム
記録再生方法において、ホログラムを記録する時に記録
媒体の温度を、当該材料の強誘電体・常誘電体相転移温
度を越えない程度に上げることを特徴とするホログラム
記録再生方法。
1. In a hologram recording / reproducing method using a material of a ferroelectric material whose refractive index changes by irradiation with light as a recording medium, when the hologram is recorded, the temperature of the recording medium is set to the ferroelectric material of the material. A hologram recording / reproducing method characterized by raising the paraelectric phase transition temperature to a level not exceeding the temperature.
【請求項2】 請求項1において、記録されたホログラ
ムを、記録した温度以下の温度で再生することを特徴と
するホログラム記録再生方法。
2. The hologram recording / reproducing method according to claim 1, wherein the recorded hologram is reproduced at a temperature equal to or lower than the recorded temperature.
【請求項3】 請求項1又は2において、前記記録媒体
の熱膨張係数が正の場合には記録時に圧力を付与し、前
記記録媒体の熱膨張係数が負の場合には再生時に圧力を
付与することを特徴とするホログラム記録再生方法。
3. The pressure according to claim 1 or 2, wherein the pressure is applied during recording when the coefficient of thermal expansion of the recording medium is positive, and the pressure is applied during reproduction when the coefficient of thermal expansion of the recording medium is negative. A hologram recording / reproducing method, comprising:
【請求項4】 請求項1又は2において、記録時と再生
時の照射光の波長が異なることを特徴とするホログラム
記録再生方法。
4. The hologram recording / reproducing method according to claim 1, wherein the wavelength of the irradiation light at the time of recording is different from that at the time of reproducing.
【請求項5】 請求項1又は2において、記録時と異な
る入射角度で再生時の光を照射することを特徴とするホ
ログラム記録再生方法。
5. The hologram recording / reproducing method according to claim 1, wherein the reproducing light is emitted at an incident angle different from that at the recording time.
【請求項6】 請求項1,2,3,4又は5において、
前記記録媒体として、ストロンチウム・バリウムニオブ
酸(SrxBa1-xNb26,0<x<1)を用いることを
特徴とするホログラム記録再生方法。
6. The method according to claim 1, 2, 3, 4, or 5,
A hologram recording / reproducing method, wherein strontium / barium niobate (Sr x Ba 1-x Nb 2 O 6 , 0 <x <1) is used as the recording medium.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2002032001A (en) * 2000-06-08 2002-01-31 Lucent Technol Inc Holographic memory medium and method for manufacturing the same as well as holographic memory device

Cited By (2)

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JP2012164412A (en) * 2000-06-08 2012-08-30 Inphase Technologies Inc Holographic storage medium and method for manufacturing the same, and holographic storage device

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