JPS595262A - ホログラム実時間記録用の電気光学的媒質照射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電気光学的感光媒質にホログラムな可逆的に
記録することを可能にするホログラム記録セルに係わる
。

ニオブ酸リチウム（ｔ，ｔＮｂｏｇ）のような材料にホ
ログラムを記録することが既に公知である。この材料及
びこれまで用いられてきた同様材料の主な欠点は、例え
ば同一目的に使用される写真乳剤のものに比べて低いそ
の感光度である。

ビスマス−シリコン酸化物Ｂｉ１２Ｓｉ０２０及びビス
マス−ゲルマニウム酸化物Ｂｉ１２Ｇｅ０２０　のよう
な電気光学的光導電材料のシートに対して縦方向電界を
垂直にかけることＫよってこのような材料に像が記録さ
れ得ることも公知であり、該電界は通常、上記シートの
面上に固定される２個の透明電極の使用圧よって得られ
る。像はシート上に投影され、そこに屈折率の局所的変
化の形態で記録される。記録されたこの像は光導電効果
を生じない光の下で、交差する２個の偏光子を用いて屈
折率変化を解明するべく調べられ得る。このような装置
では残念ながら、光電電荷がシートの厚みにおいて移動
するため分解能が低劣である。

上記二つの材料の一方から成るシートで、横方向電界が
シートの好ましい結晶軸に対し平行にかけられているも
のを含むホログラム記録セルを用いれば、ホログラムは
、写真乳剤の特性にも比肩し得る高分解能及び高感光度
で体積記録され得る。

しかし結晶が部分的圧しか照射されない場合には明るい
照射区域と暗い区域とが生じ、即ち局所的に異なる導電
率が創出される。このために結晶に与えられる電圧が分
割されることにより、明るい区域の中央において電界は
非常に弱くなる。このように参照ビームが結晶を一律に
照射しないと、電界を与えてもホログラムの有効性には
さして効果が無い。その上結晶の照射は、結晶の１本の
軸沿いの位＆に従属するがウス信号である。従って導電
率は電界と同様に変化する。即ち、結晶内の屈折率変化
はレンズに擬され得、このレンズは共役ビームに、入射
ビームと比較された時明瞭に認められるような歪みをも
たらす。

これらの欠点を減じるために１本発明によれは結晶はイ
ンコヒーレント光によって照射され、またレーザビーム
によっては結晶の一部のみが照射され、これによって集
束ビームの利点と広角ビームの利点とが同時に得られる
。即ち出力密度が為くビームの幾何特性は良好であり、
かつレンズ効果が創出されず電界は有効に付与される。

本発明の主題はホログラムを実時間に記録するための電
気光学的媒質を照射する装置であり、この装置はコヒー
レント光源と相互作用媒質と第二の光源とを含み、コヒ
ーレント光源に発するコヒーレント光から物体を照射す
るための物体波と参照波とが生成され、上記相互作用媒
質は物体から届く物体波と参照波とを受答し、この媒質
中で二つの波は干渉し合い、干渉縞のもたらす光の強度
の空間変調によって該媒質におい℃屈折率の空間変調が
誘起され、このように光によって誘起された層状／Ｑタ
ーンは参照波の一部を回折して物体からの波面と同形の
波面とし、この相互作用媒質は縞の方向に対して垂直な
、横方向の電界をかけられ、更に上記第二の光源はコヒ
ーレント光源に発する光と干渉し合わないビームを発生
し、このビームは相互作用媒質を一律に照射する。

本発明を、添付図面に即して以下に詳述する。

ビスマス−シリコン酸化物（Ｂｉ１２Ｓｉ０２０　）　
結晶ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂ０３）結晶及びニオブ
酸カリウム（ＫＮｂ０３　）結晶などの電気光学的媒質
は光電的かつ電気光学的特性を有し、この特性によって
実時間ホログラフィへの使用に適する。これらの媒質は
位相ホログラムの形成に使用され得、このホログラムは
再生の際、ホログラム形成に使用されたビームに対する
位相共役特性を有する像ビームを発する。

一例としてビスマス−シリコン酸化物即ち、”ＢＳＯの
結晶についてみるなら、この電気光学的光導電結晶にお
いては光に誘起される屈折率変化による記録が可能であ
る。この材料は、実時間に記録及び消去され得る位相ホ
ログラムの記録用支持体として用いられる。

非限定的な例として、以下の記述では相互作用媒質はこ
の’　ＢＳＯ”媒質とする。

ビスマス−シリコン酸化物の電気光学的で光導電性の単
結晶は、位相回折性構造体の体積記録に用いられる高感
光度の支持体を構成する。横型の電気光学的形態を用い
ることによって儂は再生され得、この像の空間的な鮮鋭
度は回折によって制限される。この単結晶は良好な光学
特性を有しつつ大寸法で使用され得、また連続的に再利
用され得る。

電気光学的で光導電性のビスマス−シリコン酸化物（Ｂ
’１２８１０２０　）（ＢＳＯ）結晶は、横型ノ’１ｌ
ｔｆｉ光学的形態に外部電界が付与されれば、位相回折
性構造体が空間的な鮮鋭度に制限を被ることなく体積記
録されることを可能にする。基本のホログラフイーノｑ
ターンは、レーザによって発せられた二つの平面波Σ１
及びΣ２　の干渉によって記録される。結晶の体積内に
出現する、光の強度の空間分布は： Ｉ（ｘ）＝　Ｉｎ　（］　＋ｍｃｏｓＫｘ）と表わされ
、ここでｍは縞の変−比で：１１＋１２ であり、また： ２π に＝− であって、Δは層状パターンの層幅を表わす。

層幅は２本のビーム間の角度２θ０と次の関係：λＯ Ａ＝□ ２　ｓｉｎθ０ を有し、ここでλ０　とは記録波の波長である。

第１図に、上述のような非直線性の相互作用媒質におけ
る物体ビームと参照ビームとの相互作用を概略的に示す
。媒質ｌにおいて、任意の波面Σ０を有する物体波２と
平面波面Σｉを有する参照波３とが干渉し合う。これら
二つの波２及び３はコヒーレントであり、媒質ｌの体積
内で干渉し合う。得られる干渉ノ９ターンが媒質ｌ内に
屈折率の層状ノ９ターン５を材料の特性である時定数τ
によって誘起し、この層状ノｑターンが参照波３の一部
を回折して、媒質を透通した物体波８に厳密に重なる回
折波４とする。

この回折波４Ｆｉ媒質１を離れる際、物体波゛の波面Σ
０に厳密ＫＭなる波面Σ′０を有する。

参照波の回折されない部分は媒質ｌを横断して透過参照
波９を構成し、変わらず平面波面ΣＲを維持する。

参照波から物体波へのエネルギ伝達は、相互作用媒質横
断後の参照波の強度低下に対応する。干渉パターンに基
づく層状パターンの飽和記録に対応する記録時間τの経
過後透過参照波９は物体波の存在下に、該物体波不在の
場合に比べてエネルギが減少した。この減少は、相互作
用により波８及び４から合成された透過物体波の、相互
作用無しで透過した物体波８に比較しての利得に対応す
るＯ 使用する材料によつ【、記録時間τは数ピコ秒から数十
ミリ秒まで様々である。

第１図において外部電界が、媒質１表面にデポジットさ
れた２個の電極１ｏの端子に電圧発生器Ｖｏを接続する
ことによって付与されている。

即ち、横型の電気光学的形態で使用されるＢＳＯ結晶は
高い空間分解能を有する、ホログラフィパターン及び像
の記録用支持体を構成する。この材料の有利な特性の一
つは、その空間周波数レスポンス（伝達関数）が外部電
界Ｅｏの大きさによって調整され得ることである。この
特性は、像の実時間処理への適用に関して有利なものと
なり得る。

実時間干渉計などの一定の適用においては、回折波の永
続的観察を保証する新規な光学的形態が必要とされる。

この場合の、１同波混合”と称される使用形態を第２図
ｉこ概略的に示す。平面参照波２の吸収されない部分８
は、ミラー１３によって反転される。平面波１１は屈折
率ノミターンの読取り波を構成して入射波３の複素共役
波である波１２を回折し、その際ビームセパレータカ、
結晶によって回折される該異役波１２と入射波３との空
間的分離を確実にし得る。

第２図において電圧Ｖｏが、媒質１の表面にデポジット
された２個の電極１ｏの端子に印加される。

即ちここに述べるホログラムの有効性を決定するノぞラ
メータの一つは、結晶に付与される電界である。しかも
この付与される電界が有効であるには、結晶は参照ビー
ムによって一律に照射されなければならない。このこと
は、参照ビームが結晶を横切る際にその端部における回
折によって変形され、即ち”同波”干渉計の場合参照ビ
ームの反射によって得られる読取りビームの幾何特性が
低下するという点で不利である。

更にこれによって結晶の受容する単位面積当たりの電力
が低減され、その結果結晶の時間特性が増大する。本発
明では、比較的一部に集中されるビームによって高いＡ
カ密度とビームの良好な幾何特性とを維持しつつ同時に
有効な電界も維持するべく、レーザから発する物体及び
参照ビームと干渉し合４つない、例えば白色光によって
結晶を一律に照射することが提案される。

ＢＳＯは電気光学的でかつ光導電性の材料である。従っ
て、物体ビームと参照ビームとの干渉によって創出され
る縞のパターンは光導電によってキャリヤを発生し１、
このキャリヤの密度は照射に比例し、即ちビームの干渉
に起因する照射の変調を再現する。発生されたキャリヤ
は与えられている電界によって移動され、可変内部電界
を展開する電荷の、５ターンを形成する。電気光学的変
調による屈折率のホログラムの形成は、この後者の電界
によって実現され得る。結晶に与えられる電界が大きい
ほど内部電界も大きいことが指摘され得、最終的な結果
として、形成されるホログラムの有効性は付与される電
界の２乗に比例する。

単純化のため、以下の記述ではル−ザビーム”による照
射について言及する。実際上、結晶内で干渉し合う物体
ビームと参照ビームとによる結晶の照射が問題とされる
が、通常これら２本のビームは結晶に関して、ごく僅か
にのみ相異する傾きを有する。これら２本のビームが混
同され得ない方向を有する場合には、上記の”レーザビ
ーム”とはより強力な、参照ビーム乃至ボンピンダビー
ムの方を指す。

以後本明細書では、相互作用媒質を一例としてビスマス
−シリコン酸化物の薄板と−１゜第３図に、媒質１のレ
ーザビームによる照射を示す。区域１４は高導電率区域
である。区域１６は低導電率区域である。従って、区域
１４内では弱電界が、また区域１６では強電界が専ら作
用すると思われる。区域１５は、大きな電界勾配の存在
する区域である。

結晶が部分的にしか照射されない場合には、照射された
明るい区域と暗い区域とが、即ち局所的に異なる導電率
が現出する。

暗い区域の導電率は（ビームをガウスビームとすると）
明るい区域よりも著しく低いので、結晶に印加される電
圧の分割が起こり、それによって照射区域の中心の電界
は非常に弱くなる。即ち参照ビームが結晶を一律に照射
しないと、電界を付与されてもホログラムの有効性はご
く僅かしか変化しない。

更に指摘されるべきは、結晶の照射は（干渉縞に起因す
る急激な変化が無視されるなら）結晶の１本の軸沿いの
位置に従属するガウス信号である。

即ち導電率は、電界と同様に変化する。その結果、結晶
内の屈折率変化はレンズに擬され得、このレンズは共役
ビームに、入射ビームと比較された時明瞭に認められる
ような歪みをもたらす。

結晶がインコヒーレントな白色光によって一律に照射さ
れると、光導電率は白色光の強度とレーザビームの強度
の和に比例する。これによって、干渉縞のコントラスト
が連続的な成分の付加のために弱まるものの、強度の、
即？キャリヤ密度の空間的変化が非常に低減され得る。

このようにしてレンズ効果が相当程度排除され、共役ビ
ームの幾何特性には、結晶がインコヒーレント光によっ
て補助照射されずレーザビームのみによって一律でなく
照射される場合に比べて改善が観察され得た。結果とし
て結晶全体をレーザビームにより【照射する必要は無く
、結晶縁部におけるビームの回折に起因するエツジ効果
が生じないので共役ビームの特性はより良くなり、また
より大きなへ力密度が得られる。風力密度がより大きく
なると、結晶内ｌこ創出されるホログラムの形成及び消
去に関する時定数がより小さくなる。

第４図に、可能なインコヒーレント光照射形態を示す。

光源２０は白色光源であっても、あるいは才たレーザビ
ームと干渉し合わないコヒーレント光の光源であっても
よい。

この図には、ファイバ束２２を示す。

第４図では媒質の、レーザビームが入射するのとは別の
面を照射し得ることが知見され得る。従ってこの別の面
には、インコヒーレント光にレーザビームの通過点を通
過させず、それによって媒質中に記録される縞のコント
ラストの低下を防ぐ反射層またはマスクがデポジットさ
れ得る。

第５図においては、上記の効果を得るべくマスク１９が
具備されており、このマスクはレーザビーム１７による
、媒質の該ビーム自体が入射する面の照射を陰画の形態
で示す。このマスク１９によって、レーザビーム１７の
ガウス照射の補償が可能となる。

結晶をインコヒーレント光で照射し、かつ結晶の一部の
みをレーザビームで照射することによって、集束ビーム
の利点と広角ビームの利点とが同時に得られ、即ち出力
密度は高くビームの幾何特性は良好であり、かつレンズ
効果が創出されず電界は有効に付与される。

最後に、留意されるべきであるのは、白色光によるパワ
ーはレーザビームにょるノ２ワーに対し、所望の成果が
最も好ましく得られるように調整され得る点である。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は２種類の公知技術装置の説切間、第
３図は第１図及び第２図に示されたような公知技術装置
の特別の局面を示す説明図、第４図は本発明装置の説明
図、第５図は本発明装置の特別の局面を示す説明図であ
る。 １・・・・・・媒質、４・・・・・・回折波、５・・・
・・・屈折率の層１０・・・・・・電極、１１・・・・
・・平面波、１２・・・・・・波、１３・・・・・・ミ
ラー、１４〜１６・旧・・区域、エフ・旧・・レーザビ
ーム、１９・・・・・・マスク、２０・・・・・・光源
、２２・・・・・・ファイバ束。 代理人弁鳳士今　　村　　　元

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）ホログラムを実時間に記録するための電気光学的
   媒質を照射する装置であって、コヒーレント光源と相互
   作用媒質と第二の光源とを含み、コヒーレント光源に発
   するコヒーレント光から物体を照射するための物体波と
   参照波とが生成され、上記相互作用媒質は物体から届く
   物体波と参照波とを受容し、この媒質中で二つの波は干
   渉し合い、干渉縞のもたらす光の強度の空間変調によっ
   て該媒質忙おいて屈折率の空間変調が誘起され、このよ
   うに光によって誘起された層状ノ♀ターンは参照波の一
   部を回折して物体からの波面と同形の波面とし、この相
   互作用媒質は縞の方向に対して垂直な、横方向の電界を
   かけられ、更に上記第二の光源はコヒーレント光源に発
   する光と干渉し合わないビームを発生し、このビームは
   相互作用媒質を一律に照射することを特徴とする照射装
   置。 （２）相互作用媒質が薄板状忙形成されていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装置。 （３）　　相互作用媒質がビスマス−シリコンの薄板で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の装
   置。 （４）第二の光源がレーザ光源であることを特徴とする
   特許ｍ求の範囲第１項に記載の装置。 （５）第二の光源が白色光ビームを発生することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の装置。 （６）第二の光源がビームを発生し、このビームは光フ
   ァイバ束によって送出されることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の装置（７）第二の光源の発生する
   ビームが相互作用媒質薄板の面の、この媒質中で干渉し
   合う物体波及び参照波が到達するのとは異なる面に入射
   することを特徴とする請求 項に記載の装置。 （８）第二の光源忙よって発生される光線を遮るマスク
   が相互作用媒質薄板の面上の一部にデポジットされ、そ
   れによって該媒質中に記録される縞のコントラストの低
   下が回避されることを特徴とする特許請求の範囲第７項
   に記載の装置。 （９）媒質の面の物体波及び参照波による照射を陰画の
   形態で示すマスクが第二の光源と相互作用媒質との間に
   配置されることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載の装置。