RU2470337C1

RU2470337C1 - Integrated optical device for recording microholograms

Info

Publication number: RU2470337C1
Application number: RU2011120312/28A
Authority: RU
Inventors: Александр Викторович Морозов; Андрей Николаевич Путилин; КыунгСук ПЫУН; ГиЯнг СУНГ
Original assignee: Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд."
Priority date: 2011-05-23
Filing date: 2011-05-23
Publication date: 2012-12-20
Also published as: RU2011120312A

Abstract

FIELD: physics, optics.

SUBSTANCE: device consists of a laser source of coherent radiation, an optical device which splits the beam from the laser source into a signal beam and a reference beam, an optical device which expands the signal beam, a spatial light modulator, a Fourier transform optical system, light-sensitive material and a mechanical positioning system. The laser source can perform time modulation of radiation flux. The optical device which splits the beam from the laser source has an element for forming a signal beam on whose surface there is a composite holographic element, an illumination holographic element and a holographic Fourier lens. The composite holographic element splits the beam from the laser source into a signal beam and a reference beam. The illumination holographic element transforms the signal beam incident on it. The holographic Fourier lens focuses the modulated signal beam incident on it in the plane of the light-sensitive material. The element for forming the reference beam performs the function of an optical delay line.

EFFECT: simple design and smaller size of the optical device for recording microholograms.

24 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области приборостроения, а более конкретно к устройствам для записи голограмм, в частности к системам записи микроголограмм с использованием лазерного источника когерентного излучения.The invention relates to the field of instrumentation, and more particularly to devices for recording holograms, in particular to systems for recording holograms using a laser source of coherent radiation.

Такие устройства записи микроголограмм используют для записи информации, представленной в цифровом виде, на светочувствительные материалы для дальнейшего хранения и восстановления записанной информации. Важной характеристикой таких устройств записи является общий объем, то есть габариты, оптической части устройства.Such microhologram recording devices are used to record information presented in digital form on photosensitive materials for further storage and restoration of recorded information. An important characteristic of such recording devices is the total volume, that is, the dimensions, of the optical part of the device.

Существует два основных типа записываемых микроголограмм: просветная и отражательная микроголограмма. В случае просветной голограммы записанное изображение восстанавливается в полусфере, содержащей прошедший через голограмму считывающий пучок. В случае отражательной голограммы записанное изображение восстанавливается в полусфере, содержащей отраженный от голограммы считывающий пучок. Отражательный тип голограмм наиболее перспективный, поскольку позволяет восстанавливать полноцветное и полнопараллаксное изображение в рассеянном белом свете.There are two main types of recorded microholograms: luminal and reflective microholograms. In the case of a translucent hologram, the recorded image is restored in a hemisphere containing a read beam passing through the hologram. In the case of a reflective hologram, the recorded image is restored in a hemisphere containing a reading beam reflected from the hologram. The reflective type of holograms is the most promising, because it allows you to restore full-color and full-parallax images in scattered white light.

При записи отражательных голограмм исходный пучок лазерного излучения разделяется на два пучка: сигнальный и опорный пучки. Сигнальный пучок расширяется расширителем пучка, после этого он модулируется пространственным модулятором света в соответствии с записываемым изображением. После этого сигнальный пучок проходит через фокусирующую оптическую систему и падает на светочувствительный материал, причем сигнальный пучок падает с одной стороны светочувствительного материала, а опорный пучок - с другой стороны.When recording reflective holograms, the initial laser beam is divided into two beams: the signal and reference beams. The signal beam is expanded by a beam expander, after which it is modulated by a spatial light modulator in accordance with the recorded image. After that, the signal beam passes through the focusing optical system and falls on the photosensitive material, and the signal beam falls on one side of the photosensitive material, and the reference beam on the other side.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение значительно меньших габаритов оптической части записывающего устройства за счет использования интегральных оптических элементов.The present invention is to provide significantly smaller dimensions of the optical part of the recording device through the use of integrated optical elements.

В патенте США №6330088 [1] описываются способ и устройство для одношаговой записи полноцветных, полнопараллаксных стереограмм. Указанное устройство (см. Фиг.1) состоит из источника когерентного лазерного излучения, оптической системы деления исходного пучка на сигнальный и опорный, держателя светочувствительного материала, специальной оптической системы для модулирования сигнального пучка рассчитанным изображением и специальной оптической системы для преобразования опорного пучка и изменения его угла падения на светочувствительный материал.US Pat. No. 6,330,088 [1] describes a method and apparatus for recording one-step full-color, full-parallax stereograms. The specified device (see Figure 1) consists of a source of coherent laser radiation, an optical system for dividing the initial beam into a signal and reference beam, a holder of photosensitive material, a special optical system for modulating the signal beam with a calculated image, and a special optical system for converting the reference beam and changing it angle of incidence on photosensitive material.

В выложенной патентной заявке США №2008/0151340 [2] описывается голографический принтер (см. Фиг.2), состоящий из источника когерентного импульсного лазерного излучения, специального оптического устройства для разделения исходного пучка на сигнальный и опорный, специальной оптической системы для ограничения и трансформации опорного пучка, пространственного модулятора света для модулирования сигнального пучка, специализированной оптической системы для записи голографического пикселя на светочувствительном материале, специальной системы позиционирования светочувствительного материала и специального устройства для контроля и изменения пространственной когерентности объектного пучка. Это техническое решение по своим признакам является наиболее близким к заявляемому изобретению и выбрано в качестве прототипа.U.S. Patent Application Laid-Open No. 2008/0151340 [2] describes a holographic printer (see FIG. 2), consisting of a coherent pulsed laser radiation source, a special optical device for separating the original beam into a signal and reference beam, a special optical system for limiting and transforming reference beam, spatial light modulator for modulating the signal beam, a specialized optical system for recording a holographic pixel on a photosensitive material, a special system ozitsionirovaniya photosensitive material, and a special device for monitoring and changing the object beam spatial coherence. This technical solution in its features is the closest to the claimed invention and is selected as a prototype.

Следует отметить, что оба вышеуказанных технических решения содержат большое количество разнообразных оптических элементов, разделенных воздушными промежутками, причем взаимное расположение всех этих элементов влияет на работоспособность всего устройства. Таким образом, к основным недостаткам подобных конструкций можно отнести следующее: большое количество отдельных оптических элементов и специальных устройств, контролирующих и корректирующих их взаимное расположение. Все это приводит к значительному усложнению устройства и критическому увеличению его размеров.It should be noted that both of the above technical solutions contain a large number of various optical elements separated by air gaps, and the relative position of all these elements affects the performance of the entire device. Thus, the following can be attributed to the main disadvantages of such designs: a large number of individual optical elements and special devices that control and correct their relative position. All this leads to a significant complication of the device and a critical increase in its size.

Задачей настоящего изобретения является разработка усовершенствованной конструкции оптического устройства для записи микроголограмм, свободной от вышеописанных недостатков известных решений, содержащих в себе большое количество отдельных оптических элементов и специальных элементов для контроля и корректировки их расположения.The objective of the present invention is to develop an improved design of an optical device for recording microholograms, free from the above-described disadvantages of known solutions containing a large number of individual optical elements and special elements for monitoring and adjusting their location.

Технический результат предложенного изобретения заключается в создании упрощенной конструкции оптического устройства для записи микроголограмм при уменьшении габаритов такого устройства.The technical result of the proposed invention is to create a simplified design of an optical device for recording microholograms while reducing the size of such a device.

Заявляемое интегральное оптическое устройство для записи микроголограмм содержит:The inventive integrated optical device for recording microholograms contains:

лазерный источник когерентного излучения, имеющий возможность временной модуляции потока излучения;a laser source of coherent radiation having the ability to temporarily modulate the radiation flux;

элемент для формирования сигнального пучка, на поверхности которого расположен комбинированный голографический элемент, осветительный голографический элемент и голографическая Фурье линза;an element for forming a signal beam, on the surface of which a combined holographic element is located, a lighting holographic element and a holographic Fourier lens;

комбинированный голографический элемент, выполненный с возможностью разделения пучка, выходящего из лазерного источника, на сигнальный и опорный пучки и придания сигнальному пучку формы и однородности в плоскости осветительного голографического элемента;a combined holographic element configured to separate the beam emerging from the laser source into signal and reference beams and give the signal beam shape and uniformity in the plane of the illuminating holographic element;

осветительный голографический элемент преобразования падающего на него сигнального пучка, выполненный с возможностью формирования равнояркого светового поля и заданной угловой расходимости сигнального пучка в плоскости пространственного модулятора света;a lighting holographic conversion element of the signal beam incident on it, configured to form a uniformly bright light field and a given angular divergence of the signal beam in the plane of the spatial light modulator;

пространственный модулятор света, выполненный с возможностью модулирования сигнального пучка записываемым изображением;spatial light modulator, configured to modulate the signal beam with a recorded image;

голографическую Фурье линзу, выполненную с возможностью фокусирования падающего на нее модулированного сигнального пучка, вышедшего из пространственного модулятора света, в плоскости светочувствительного материала;a holographic Fourier lens, configured to focus the incident modulated signal beam emerging from the spatial light modulator in the plane of the photosensitive material;

элемент формирования опорного пучка, выполняющий функцию оптической линии задержки опорного пучка, придания формы опорному пучку в плоскости светочувствительного материала и формирования в заданной точке светочувствительного материала равнояркого светового поля;an element for forming a reference beam, which performs the function of an optical delay line for a reference beam, shaping the reference beam in the plane of the photosensitive material and forming a uniformly brighter light field at a given point of the photosensitive material;

светочувствительный материал, выполненный с возможностью сохранения картины интерференции сфокусированного модулированного сигнального и опорного пучков;a photosensitive material configured to maintain a pattern of interference of the focused modulated signal and reference beams;

систему механического позиционирования, управляющую взаимным расположением светочувствительного материала и остальных элементов устройства.a mechanical positioning system that controls the relative position of the photosensitive material and other elements of the device.

В заявленном устройстве указанный комбинированный голографический элемент преобразует сигнальный пучок таким образом, что он формирует в плоскости осветительного голографического элемента равномерную освещенность, причем поперечные размеры преобразованного сигнального пучка в указанной плоскости соответствуют поперечным размерам указанного осветительного голографического элемента.In the claimed device, said combined holographic element converts the signal beam in such a way that it forms uniform illumination in the plane of the lighting holographic element, and the transverse dimensions of the converted signal beam in the specified plane correspond to the transverse dimensions of the specified lighting holographic element.

В заявленном устройстве указанный осветительный голографический элемент может быть выполнен, в частности, с возможностью пропускания сигнального пучка, промодулированного пространственным модулятором света, без искажений.In the claimed device, said lighting holographic element can be made, in particular, with the possibility of transmitting a signal beam modulated by a spatial light modulator, without distortion.

В заявленном устройстве указанная голографическая Фурье линза фокусирует сигнальный пучок в плоскости светочувствительного материала с возможностью интерференции указанного сфокусированного модулированного сигнального пучка с опорным пучком в плоскости светочувствительного материала.In the claimed device, said holographic Fourier lens focuses the signal beam in the plane of the photosensitive material with the possibility of interference of the specified focused modulated signal beam with a reference beam in the plane of the photosensitive material.

В заявленном устройстве указанный осветительный голографический элемент может быть выполнен, в частности, с возможностью преобразования падающего на него сигнального пучка таким образом, что преобразованный сигнальный пучок формирует в плоскости пространственного модулятора света равнояркое изображение виртуальной фазовой маски.In the claimed device, said lighting holographic element can be made, in particular, with the possibility of converting the incident signal beam in such a way that the converted signal beam forms in the plane of the spatial light modulator a uniform brightness image of a virtual phase mask.

В заявленном устройстве элемент формирования опорного пучка может быть выполнен, в частности, с возможностью выравнивания оптической длины хода сигнального и опорного пучков от комбинированного голографического элемента до плоскости светочувствительного материала.In the claimed device, the element of forming the reference beam can be made, in particular, with the possibility of aligning the optical path length of the signal and reference beams from the combined holographic element to the plane of the photosensitive material.

В заявленном устройстве указанный элемент формирования опорного пучка формирует в плоскости светочувствительного материала однородное световое поле с возможностью интерференции указанного опорного пучка со сфокусированным модулированным сигнальным пучком.In the claimed device, said reference beam forming element forms a uniform light field in the plane of the photosensitive material with the possibility of interference of said reference beam with a focused modulated signal beam.

В заявленном устройстве указанный элемент формирования опорного пучка согласует поперечный размер опорного пучка с поперечным размером сфокусированного модулированного сигнального пучка в плоскости светочувствительного материала и направляет указанный опорный пучок под заданным углом с нормалью к поверхности светочувствительного материала.In the claimed device, the specified element of the formation of the reference beam matches the transverse size of the reference beam with the transverse size of the focused modulated signal beam in the plane of the photosensitive material and directs the specified reference beam at a given angle with the normal to the surface of the photosensitive material.

В заявленном устройстве на гранях элемента формирования опорного пучка располагают, по меньшей мере, один голографический элемент для формования опорного пучка.At least one holographic element for forming a reference beam is disposed on the edges of the inventive device of the claimed device.

В заявленном устройстве указанный голографический элемент формования опорного пучка может быть выполнен, в частности, с возможностью преобразования входящего опорного пучка таким образом, чтобы он формировал в плоскости светочувствительного материала однородное световое поле с возможностью интерференции указанного опорного пучка со сфокусированным модулированным сигнальным пучком.In the claimed device, said holographic element for forming the reference beam can be made, in particular, with the possibility of converting the incoming reference beam in such a way that it forms a uniform light field in the plane of the photosensitive material with the possibility of interference of the specified reference beam with a focused modulated signal beam.

В заявленном устройстве элемент формирования сигнального пучка может быть выполнен, в частности, в виде монолитного куска оптически прозрачного материала.In the claimed device, the signal beam forming element can be made, in particular, in the form of a monolithic piece of optically transparent material.

В заявленном устройстве пространственный модулятор света может быть выполнен, в частности, в виде отражательной жидкокристаллической матрицы на кремнии (LCoS), примыкающей к осветительному голографическому элементу.In the inventive device, the spatial light modulator can be made, in particular, in the form of a reflective liquid crystal matrix on silicon (LCoS) adjacent to the lighting holographic element.

Согласно одному из вариантов в заявленном устройстве указанный пространственный модулятор света 5 прилегает к одной из сторон элемента для формирования сигнального пучка.According to one of the options in the claimed device, the specified spatial light modulator 5 is adjacent to one of the sides of the element to form a signal beam.

Согласно одному из вариантов в заявленном устройстве указанный пространственный модулятор света 5 прилегает к осветительному голографическому элементу.According to one of the options in the claimed device, the specified spatial light modulator 5 is adjacent to the lighting holographic element.

Согласно одному из вариантов в заявленном устройстве элемент формирования опорного пучка выполнен в виде монолитного куска оптически прозрачного материала.According to one of the options in the claimed device, the element of formation of the reference beam is made in the form of a monolithic piece of optically transparent material.

Согласно одному из вариантов в заявленном устройстве элемент формирования опорного пучка имеет, по меньшей мере, одну общую грань с элементом для формирования сигнального пучка и расположен таким образом, чтобы опорный пучок, сформированный комбинированным голографическим элементом, испытывал полное внутреннее отражение на гранях указанного элемента для формирования опорного пучка.According to one of the options in the claimed device, the support beam forming element has at least one common face with the signal beam forming element and is positioned so that the reference beam formed by the combined holographic element experiences total internal reflection on the faces of the specified forming element reference beam.

Согласно одному из вариантов в заявленном устройстве указанный комбинированный голографический элемент выполнен в виде волноводного голографического элемента.According to one of the options in the claimed device, said combined holographic element is made in the form of a waveguide holographic element.

Согласно одному из вариантов в заявленном устройстве указанный осветительный голографический элемент выполнен в виде волноводного голографического элемента.According to one of the options in the claimed device, said lighting holographic element is made in the form of a waveguide holographic element.

Согласно одному из вариантов в заявленном устройстве указанная голографическая Фурье линза выполнена в виде волноводного голографического элемента.According to one of the options in the claimed device, said holographic Fourier lens is made in the form of a waveguide holographic element.

Согласно одному из вариантов в заявленном устройстве указанный голографический элемент формирования опорного пучка выполнен в виде волноводного голографического элемента.According to one of the options in the claimed device, said holographic element for forming a reference beam is made in the form of a waveguide holographic element.

Согласно одному из вариантов в заявленном устройстве указанный комбинированный голографический элемент выполнен с возможностью контроля поляризации входящих пучков.According to one of the options in the claimed device, said combined holographic element is configured to control the polarization of incoming beams.

Согласно одному из вариантов в заявленном устройстве указанный осветительный голографический элемент выполнен с возможностью контроля поляризации входящих пучков.According to one of the options in the claimed device, said lighting holographic element is configured to control the polarization of incoming beams.

Согласно одному из вариантов в заявленном устройстве указанная голографическая Фурье линза выполнена с возможностью контроля поляризации входящих пучков.According to one of the options in the claimed device, said holographic Fourier lens is configured to control the polarization of incoming beams.

Согласно одному из вариантов в заявленном устройстве указанный голографический элемент формирования опорного пучка выполнен с возможностью контроля поляризации входящих пучков.According to one of the options in the claimed device, said holographic element for forming a reference beam is configured to control the polarization of incoming beams.

Новизна заявляемого изобретения заключается в использовании интегральных оптических компонентов, каждый из которых представляет собой единый неюстируемый оптический элемент, заменяющий собой большое количество отдельно расположенных и снабженных специальными юстировочными устройствами простых оптических элементов различной формы и конфигурации.The novelty of the claimed invention lies in the use of integrated optical components, each of which is a single unadjustable optical element, replacing a large number of simple optical elements of various shapes and configurations that are separately arranged and equipped with special adjustment devices.

Геометрическая форма интегральных элементов обеспечивает малые размеры всего устройства.The geometric shape of the integral elements ensures the small size of the entire device.

Геометрическая форма отдельных интегральных элементов позволяет создать плоское устройство.The geometric shape of the individual integral elements allows you to create a flat device.

Отсутствие юстировочных компонентов обеспечивает жесткость всей конструкции устройства.The absence of adjustment components ensures rigidity of the entire structure of the device.

Далее существо заявляемого изобретения поясняется с привлечением графических материалов.Further, the essence of the claimed invention is illustrated with the use of graphic materials.

Фиг.1 - известное устройство по [1].Figure 1 - a known device according to [1].

Фиг.2 - известное устройство по [2].Figure 2 - a known device according to [2].

Фиг.3 - принципиальная схема заявляемого устройства для записи микроголограмм.Figure 3 - schematic diagram of the inventive device for recording microholograms.

Элементы:Items:

1 - лазерный источник когерентного излучения,1 - laser source of coherent radiation,

2 - делитель пучка,2 - beam splitter,

3 - расширитель пучка,3 - beam expander,

4 - устройство подсветки пространственного модулятора света,4 - backlight device spatial light modulator,

5 - пространственный модулятор света,5 - spatial light modulator,

6 - преобразующая оптическая система Фурье,6 - converting optical Fourier system,

7 - оптическая система формирования опорного пучка,7 - optical system for the formation of a reference beam,

8 - система механического позиционирования,8 - mechanical positioning system,

9 - светочувствительный материал.9 - photosensitive material.

Фиг.4 - интегральное оптическое устройство для записи микроголограмм согласно изобретению.Figure 4 - integrated optical device for recording microholograms according to the invention.

Элементы:Items:

9 - светочувствительный материал,9 - photosensitive material

10 - элемент формирования сигнального пучка,10 - element forming a signal beam,

11 - комбинированный голографический элемент,11 is a combined holographic element,

12 - осветительный голографический элемент,12 - lighting holographic element,

13 - голографическая Фурье линза,13 - holographic Fourier lens,

14 - элемент формирования опорного пучка.14 is an element of the formation of the reference beam.

Фиг.5 - интегральное оптическое устройство для записи микроголограмм согласно изобретению (предпочтительный вариант реализации).5 is an integrated optical device for recording microholograms according to the invention (preferred embodiment).

Элементы:Items:

13 - топографическая Фурье линза,13 is a topographic Fourier lens,

15 - голографический элемент формования опорного пучка.15 is a holographic element for forming a reference beam.

Принципиальная схема заявляемого устройства (см. Фиг.3) состоит из, по меньшей мере, одного лазерного источника 1 когерентного излучения, выполненного с возможностью осуществления временной модуляции потока излучения; из, по меньшей мере, одного делителя 2 пучка; из, по меньшей мере, одного расширителя 3 пучка; из, по меньшей мере, одного устройства 4 подсветки пространственного модулятора света, по меньшей мере, одного пространственного модулятора 5 света; из, по меньшей мере, одной преобразующей оптической системы 6 Фурье; из, по меньшей мере, одной оптической системы формирования опорного пучка 7; из, по меньшей мере, одной системы 8 механического позиционирования; из, по меньшей мере, одного светочувствительного материала 9.A schematic diagram of the inventive device (see Figure 3) consists of at least one laser source 1 of coherent radiation, configured to temporarily modulate the radiation flux; from at least one beam splitter 2; from at least one beam extender 3; from at least one backlight device 4 of the spatial light modulator, at least one spatial light modulator 5; from at least one converting optical system 6 Fourier; from at least one optical system for forming a reference beam 7; from at least one mechanical positioning system 8; from at least one photosensitive material 9.

Каждый лазерный источник 1 когерентного излучения имеет встроенное или внешнее устройство, позволяющее изменять мощность выходного излучения в течение времени.Each laser source 1 of coherent radiation has a built-in or external device that allows you to change the power of the output radiation over time.

Каждый делитель 2 пучка выполнен с возможностью разделения пучка когерентного излучения, вышедшего из лазерного источника 1 когерентного излучения, на сигнальный и опорный пучки. Указанный делитель 2 пучка направляет сигнальный пучок на вход расширителя 3 пучка. Указанный делитель 2 пучка направляет опорный пучок на вход оптической системы 7 формирования опорного пучка.Each beam splitter 2 is configured to split the coherent beam from the laser source 1 of coherent radiation into signal and reference beams. The specified beam splitter 2 directs the signal beam to the input of the beam expander 3. The specified beam splitter 2 directs the reference beam to the input of the optical system 7 for forming the reference beam.

Каждый расширитель 3 пучка выполнен с возможностью изменения поперечного размера сигнального пучка. После изменения поперечного размера сигнального пучка указанный расширитель пучка направляет сигнальный пучок на вход устройства 4 подсветки пространственного модулятора света.Each beam expander 3 is configured to change the transverse size of the signal beam. After changing the transverse size of the signal beam, the specified beam expander directs the signal beam to the input of the illumination device 4 of the spatial light modulator.

Каждое устройство 4 подсветки пространственного модулятора света служит для направления сигнального пучка на пространственный модулятор 5 света и выполнено с возможностью согласования поперечного размера сигнального пучка и поперечного размера пространственного модулятора 5 света.Each illumination device 4 of the spatial light modulator serves to direct the signal beam to the spatial light modulator 5 and is adapted to match the transverse size of the signal beam and the transverse size of the spatial light modulator 5.

Каждый пространственный модулятор 5 света формирует исходное изображение в соответствии с управляющим сигналом, модулирует падающий на него сигнальный пучок указанным изображением и направляет модулированный сигнальный пучок на вход преобразующей оптической системы 6 Фурье.Each spatial light modulator 5 generates an initial image in accordance with the control signal, modulates the incident signal beam onto it with the indicated image, and directs the modulated signal beam to the input of the Fourier transform optical system 6.

Каждая преобразующая оптическая система 6 Фурье выполнена с возможностью проведения преобразования Фурье над модулированным сигнальным пучком с последующей фокусировкой указанного модулированного сигнального пучка в задней фокальной плоскости преобразующей оптической системы 6 Фурье. Указанная преобразующая оптическая система 6 Фурье направляет сфокусированный модулированный сигнальный пучок на светочувствительный материал 9 с возможностью интерференции указанного сигнального пучка с опорным пучком.Each Fourier transform optical system 6 is configured to perform a Fourier transform on a modulated signal beam, followed by focusing said modulated signal beam in the rear focal plane of the Fourier transform optical system 6. The specified converting optical system 6 Fourier directs the focused modulated signal beam to the photosensitive material 9 with the possibility of interference of the specified signal beam with a reference beam.

Каждая оптическая система 7 формирования опорного пучка выполнена с возможностью преобразования входящего опорного пучка и направления преобразованного опорного пучка на светочувствительный материал 9 с возможностью интерференции указанного опорного пучка со сфокусированным модулированным сигнальным пучком. Преобразование опорного пучка выполняется с возможностью согласования поперечного размера опорного пучка с поперечным размером сфокусированного модулированного сигнального пучка в плоскости светочувствительного материала 9 и направления указанного опорного пучка под необходимым углом с нормалью к поверхности светочувствительного материала 9.Each optical system 7 of the formation of the reference beam is configured to convert the incoming reference beam and direct the converted reference beam to the photosensitive material 9 with the possibility of interference of the specified reference beam with a focused modulated signal beam. The transformation of the reference beam is performed with the possibility of matching the transverse size of the reference beam with the transverse size of the focused modulated signal beam in the plane of the photosensitive material 9 and the direction of the specified reference beam at the required angle with the normal to the surface of the photosensitive material 9.

Каждая система 8 механического позиционирования выполнена с возможностью управления взаимным расположением светочувствительного материала 9 и остальных элементов устройства. Причем указанное управление выполнено с целью записи каждого отдельного изображения, формируемого пространственным модулятором 5 света в соответствующую точку светочувствительного материала 9.Each system 8 mechanical positioning is configured to control the relative position of the photosensitive material 9 and the remaining elements of the device. Moreover, this control is made with the aim of recording each individual image formed by the spatial light modulator 5 at the corresponding point of the photosensitive material 9.

Каждый светочувствительный материал 9 выполнен с возможностью сохранения картины интерференции сфокусированного модулированного сигнального и опорного пучков.Each photosensitive material 9 is configured to preserve the interference pattern of the focused modulated signal and reference beams.

Вышеописанная принципиальная схема реализуется в заявляемом интегральном устройстве для записи микроголограмм (см. Фиг.4), при этом такое устройство состоит из:The above-described schematic diagram is implemented in the inventive integrated device for recording microholograms (see Figure 4), while such a device consists of:

- по меньшей мере, одного лазерного источника 1 когерентного излучения, выполненного с возможностью временной модуляции потока излучения;- at least one laser source 1 of coherent radiation, configured to temporarily modulate the radiation flux;

- по меньшей мере, одного пространственного модулятора 5 света;- at least one spatial light modulator 5;

- по меньшей мере, одной системы 8 механического позиционирования;- at least one mechanical positioning system 8;

- по меньшей мере, одного светочувствительного материала 9;- at least one photosensitive material 9;

- по меньшей мере, одного элемента 10 формирования сигнального пучка;- at least one element 10 of the formation of the signal beam;

- по меньшей мере, одного элемента 14 формирования опорного пучка.- at least one element 14 of the formation of the reference beam.

Каждый элемент 10 формирования сигнального пучка содержит расположенные на его гранях:Each element 10 of the formation of the signal beam contains located on its faces:

- один комбинированный голографический элемент 11;- one combined holographic element 11;

- один осветительный голографический элемент 12;- one lighting holographic element 12;

- одну голографическую Фурье линзу 13.- one holographic Fourier lens 13.

Указанный комбинированный голографический элемент 11 выполнен с возможностью разделения пучка, выходящего из лазерного источника 1, на сигнальный и опорный пучки с последующим направлением опорного пучка на вход элемента 14, формирующего опорный пучок. Указанный комбинированный голографический элемент 11 выполнен с возможностью преобразования сигнального пучка таким образом, чтобы он формировал в плоскости осветительного голографического элемента 12 равномерную освещенность, и поперечные размеры преобразованного сигнального пучка в плоскости осветительного голографического элемента 12 соответствовали поперечным размерам осветительного голографического элемента 12. Указанный осветительный голографический элемент 12 выполнен с возможностью преобразования падающего на него со стороны комбинированного голографического элемента 11 сигнального пучка таким образом, что преобразованный сигнальный пучок формирует в плоскости пространственного модулятора 5 света равнояркое световое поле с заданной угловой расходимостью, одинаковой в каждой точке указанного пространственного модулятора 5 света. Указанный осветительный голографический элемент 12 выполнен с возможностью пропускания сигнального пучка, промодулированного пространственным модулятором 5 света, без искажений. Указанная топографическая Фурье линза 13 выполнена с возможностью фокусирования падающего на нее модулированного сигнального пучка, вышедшего из пространственного модулятора 5 света, в плоскости светочувствительного материала 9 с возможностью интерференции указанного сфокусированного модулированного сигнального пучка с опорным пучком в плоскости светочувствительного материала 9.The specified combined holographic element 11 is configured to separate the beam exiting from the laser source 1 into signal and reference beams, followed by the direction of the reference beam to the input of the element 14 forming the reference beam. The specified combined holographic element 11 is configured to convert the signal beam so that it forms uniform illumination in the plane of the illumination holographic element 12, and the transverse dimensions of the converted signal beam in the plane of the illumination holographic element 12 correspond to the transverse dimensions of the illumination holographic element 12. Said illumination holographic element 12 is configured to convert falling on it with a hundred ones combined holographic element 11, the signal beam such that the beam generates the converted signal in the plane of the spatial light modulator 5 ravnoyarkoe light field with a predetermined angular divergence, the same in each point of said spatial light modulator 5. The specified lighting holographic element 12 is configured to transmit a signal beam modulated by a spatial light modulator 5, without distortion. The specified topographic Fourier lens 13 is configured to focus the incident modulated signal beam emerging from the spatial light modulator 5 in the plane of the photosensitive material 9 with the possibility of interference of the specified focused modulated signal beam with a reference beam in the plane of the photosensitive material 9.

Согласно одному из возможных вариантов реализации настоящего изобретения указанный комбинированный голографический элемент 11 может быть выполнен с возможностью контроля поляризации входящих пучков.According to one possible implementation of the present invention, said combined holographic element 11 can be configured to control the polarization of incoming beams.

Согласно одному из возможных вариантов настоящего изобретения указанный осветительный голографический элемент 12 может быть выполнен с возможностью контроля поляризации входящих пучков.According to one of the possible variants of the present invention, said lighting holographic element 12 may be arranged to control the polarization of the incoming beams.

Согласно одному из возможных вариантов настоящего изобретения указанная голографическая Фурье линза 13 может быть выполнена с возможностью контроля поляризации входящих пучков.According to one possible embodiment of the present invention, said holographic Fourier lens 13 can be configured to control the polarization of the incoming beams.

Указанный осветительный голографический элемент 12 (см. Фиг.4) может быть выполнен с возможностью преобразования падающего на него со стороны комбинированного голографического элемента 11 сигнального пучка таким образом, что преобразованный сигнальный пучок формирует в плоскости пространственного модулятора 5 света равнояркое изображение виртуальной фазовой маски.The indicated illumination holographic element 12 (see FIG. 4) can be configured to convert a signal beam incident on the combined holographic element 11 from the side of the combined holographic element 11 in such a way that the converted signal beam forms an evenly-colored image of a virtual phase mask in the plane of the spatial light modulator 5.

Согласно одному из вариантов изобретения, указанный пространственный модулятор 5 света может прилегать к одной из сторон элемента 10 формирования сигнального пучка.According to one embodiment of the invention, said spatial light modulator 5 may lie on one side of the signal beam forming element 10.

Согласно одному из вариантов изобретения, указанный пространственный модулятор может прилегать к осветительному голографическому элементу 12.According to one embodiment of the invention, said spatial modulator may abut against a lighting holographic element 12.

Каждый элемент формирования опорного пучка 14 (см. Фиг.4) выполнен с возможностью выполнения функции оптической линии задержки с целью выровнять оптическую длину хода сигнального и опорного пучков от комбинированного голографического элемента 11 до плоскости светочувствительного материала. Указанный элемент формирования опорного пучка выполнен с возможностью преобразования входящего опорного пучка таким образом, чтобы он формировал в плоскости светочувствительного материала 9 однородное световое поле с возможностью интерференции указанного опорного пучка со сфокусированным модулированным сигнальным пучком. Преобразование опорного пучка выполняется с возможностью согласования поперечного размера опорного пучка с поперечным размером сфокусированного модулированного сигнального пучка в плоскости светочувствительного материала 9 и направления указанного опорного пучка под необходимым углом с нормалью к поверхности светочувствительного материала 9.Each element of the formation of the reference beam 14 (see Figure 4) is configured to perform the functions of an optical delay line in order to align the optical path length of the signal and reference beams from the combined holographic element 11 to the plane of the photosensitive material. The specified element of the formation of the reference beam is made with the possibility of converting the incoming reference beam so that it forms a uniform light field in the plane of the photosensitive material 9 with the possibility of interference of the specified reference beam with a focused modulated signal beam. The transformation of the reference beam is performed with the possibility of matching the transverse size of the reference beam with the transverse size of the focused modulated signal beam in the plane of the photosensitive material 9 and the direction of the specified reference beam at the required angle with the normal to the surface of the photosensitive material 9.

Согласно предпочтительному варианту реализации заявляемого изобретения каждый элемент формирования опорного пучка 14 (см. Фиг.5) имеет расположенный на его гранях, по меньшей мере, один голографический элемент 15 формования опорного пучка. Указанный элемент 14 формирования опорного пучка выполнен с возможностью осуществления функций оптической линии задержки с целью выровнять оптическую длину хода сигнального и опорного пучков от комбинированного голографического элемента 11 до плоскости светочувствительного материала. Указанный голографический элемент 15 формования опорного пучка выполнен с возможностью преобразования входящего опорного пучка таким образом, чтобы он формировал в плоскости светочувствительного материала 9 однородное световое поле с возможностью интерференции указанного опорного пучка со сфокусированным модулированным сигнальным пучком. Преобразование опорного пучка выполняется с возможностью согласования поперечного размера опорного пучка с поперечным размером сфокусированного модулированного сигнального пучка в плоскости светочувствительного материала 9 и направления указанного опорного пучка под необходимым углом с нормалью к поверхности светочувствительного материала 9.According to a preferred embodiment of the claimed invention, each element for forming a reference beam 14 (see FIG. 5) has at least one holographic element 15 for forming a reference beam located on its faces. The specified element 14 of the formation of the reference beam is configured to perform the functions of the optical delay line in order to align the optical path length of the signal and reference beams from the combined holographic element 11 to the plane of the photosensitive material. The specified holographic element 15 forming the reference beam is configured to convert the incoming reference beam so that it forms a uniform light field in the plane of the photosensitive material 9 with the possibility of interference of the specified reference beam with a focused modulated signal beam. The transformation of the reference beam is performed with the possibility of matching the transverse size of the reference beam with the transverse size of the focused modulated signal beam in the plane of the photosensitive material 9 and the direction of the specified reference beam at the required angle with the normal to the surface of the photosensitive material 9.

Согласно предпочтительному варианту реализации изобретения, указанный голографический элемент 15 формирования опорного пучка выполнен с возможностью контроля поляризации входящих пучков.According to a preferred embodiment of the invention, said holographic reference beam forming element 15 is adapted to control the polarization of the incoming beams.

Согласно предпочтительному варианту реализации заявляемого изобретения (см. Фиг.5), элемент 10 формирования сигнального пучка выполнен в виде монолитного куска оптически прозрачного материала, причем комбинированный голографический элемент 11 выполнен в виде волноводного голографического элемента, расположенного на одной стороне элемента 10 формирования сигнального пучка. При этом осветительный голографический элемент 12 выполнен в виде волноводного голографического элемента, расположенного на одной из сторон элемента 10 формирования сигнального пучка. Голографическая Фурье линза 13 выполнена в виде волноводного голографического элемента, расположенного на одной из сторон элемента формирования сигнального пучка. Пространственный модулятор 5 света выполнен в виде отражательной жидкокристаллической матрицы (LCoS - жидкокристаллическая матрица на кремнии), примыкающей к осветительному голографическому элементу 12. Элемент 14 формирования опорного пучка выполнен в виде монолитного куска оптически прозрачного материала, имеющего, по меньшей мере, одну общую грань с элементом формирования сигнального пучка и расположен таким образом, что опорный пучок, сформированный комбинированным голографическим элементом 11, испытывает полное внутреннее отражение на гранях указанного элемента 14 формирования опорного пучка, причем голографический элемент для формования опорного пучка расположен на одной из граней элемента формирования опорного пучка и выполнен в виде волноводного голографического элемента.According to a preferred embodiment of the claimed invention (see FIG. 5), the signal beam forming element 10 is made in the form of a monolithic piece of optically transparent material, and the combined holographic element 11 is made in the form of a waveguide holographic element located on one side of the signal beam forming element 10. While the lighting holographic element 12 is made in the form of a waveguide holographic element located on one of the sides of the signal beam forming element 10. The holographic Fourier lens 13 is made in the form of a waveguide holographic element located on one of the sides of the signal beam forming element. The spatial light modulator 5 is made in the form of a reflective liquid crystal matrix (LCoS - liquid crystal matrix on silicon) adjacent to the lighting holographic element 12. The reference beam forming element 14 is made in the form of a monolithic piece of optically transparent material having at least one common face with an element of the formation of the signal beam and is located in such a way that the reference beam formed by the combined holographic element 11 experiences total internal reflection on the faces of the specified element of the formation of the reference beam, and the holographic element for forming the reference beam is located on one of the faces of the element of formation of the reference beam and is made in the form of a waveguide holographic element.

Заявляемое устройство может быть найти практическое применение в устройствах печати микроголограмм (голографических принтерах), в голографических устройствах хранения информации, в иных голографических устройствах.The inventive device can be found in practical applications in microhologram printing devices (holographic printers), in holographic information storage devices, in other holographic devices.

Claims

1. An integrated optical device for recording holograms, consisting of a laser source of coherent radiation; an optical device separating a beam emanating from a laser source of coherent radiation into a signal and reference beam; an optical device that expands the signal beam; spatial light modulator; Fourier transform optical system; photosensitive material and mechanical positioning system, characterized in that:
the laser source of coherent radiation is configured to temporarily modulate the radiation flux;
an optical device dividing a beam emanating from a laser source of coherent radiation into a signal and reference beam contains:
a signal beam forming element, on the surface of which a combined holographic element, a lighting holographic element and a holographic Fourier lens are located,
the combined holographic element is configured to separate the beam coming from the laser source of coherent radiation into signal and reference beams with giving the signal beam shape and uniformity in the plane of the illuminating holographic element;
a lighting holographic element is configured to convert a signal beam incident on it, providing the formation of a uniformly bright light field and a given angular divergence of the signal beam in the plane of the spatial light modulator;
a holographic Fourier lens is configured to focus the incident modulated signal beam emerging from the spatial light modulator in the plane of the photosensitive material;
an element of the formation of the reference beam, configured to perform the function of the optical delay line of the reference beam, shaping the reference beam in the plane of the photosensitive material and the formation at a given point of the photosensitive material of a uniformly bright light field.

2. The device according to claim 1, characterized in that
the combined holographic element is configured to convert the signal beam in such a way that it forms uniform illumination in the plane of the illumination holographic element, and the transverse dimensions of the converted signal beam in the indicated plane correspond to the transverse dimensions of the indicated illumination holographic element.

3. The device according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the combined holographic element is made in the form of a waveguide holographic element.

4. The device according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the combined holographic element is configured to control the polarization of the incoming beams.

5. The device according to claim 1, characterized in that the holographic lighting element is configured to transmit a signal beam modulated by a spatial light modulator without distortion.

6. The device according to claim 1, characterized in that the holographic Fourier lens is configured to focus the signal beam in the plane of the photosensitive material and to ensure interference of the specified focused modulated signal beam with a reference beam in the plane of the photosensitive material.

7. The device according to any one of claims 1 and 6, characterized in that the holographic Fourier lens is made in the form of a waveguide holographic element.

8. The device according to any one of claims 1 and 6, characterized in that the holographic Fourier lens is configured to control the polarization of the incoming beams.

9. The device according to claim 1, characterized in that the lighting holographic element is configured to convert the incident signal beam in such a way that the converted signal beam forms a uniformly bright image of the virtual phase mask in the plane of the spatial light modulator.

10. The device according to any one of claims 1, 5 and 9, characterized in that the lighting holographic element is made in the form of a waveguide holographic element.

11. The device according to any one of claims 1, 5 and 9, characterized in that the lighting holographic element is configured to control the polarization of the incoming beams.

12. The device according to claim 1, characterized in that the element of formation of the reference beam is arranged to align the optical path length of the signal and reference beams from the combined holographic element to the plane of the photosensitive material.

13. The device according to claim 1, characterized in that the element
the formation of the reference beam is made with the possibility of forming in the plane of the photosensitive material a uniform light field and ensuring interference of the specified reference beam with a focused modulated signal beam.

14. The device according to claim 1, characterized in that the element
the formation of the reference beam is made with the possibility of matching the transverse size of the reference beam with the transverse size of the focused modulated signal beam in the plane of the photosensitive material and the direction of the specified reference beam at a given angle with the normal to the surface of the photosensitive material.

15. The device according to claim 1, characterized in that at least one holographic element for forming the reference beam is placed on the edges of the support beam forming element.

16. The device according to p. 15, characterized in that
The holographic element for forming the reference beam is configured to convert the incoming reference beam in such a way that it forms a uniform light field in the plane of the photosensitive material and provides the possibility of interference of the specified reference beam with a focused modulated signal beam.

17. The device according to any one of claims 1, 12, 13, 14 and 15, characterized in that the element for forming the reference beam is made in the form of a monolithic piece of optically transparent material.

18. The device according to any one of paragraphs.15 and 16, characterized in that the reference beam forming element has at least one common face with the signal beam forming element and is located so that the reference beam formed by the combined holographic element experiences full internal reflection on the faces of the specified element of the formation of the reference beam.

19. The device according to any one of paragraphs.15 and 16, characterized in that the holographic element for forming the reference beam is made in the form of a waveguide holographic element.

20. The device according to any one of paragraphs.15 and 16, characterized in that the holographic element is configured to control the polarization of the incoming beams.

21. The device according to claim 1, characterized in that the element
the formation of the signal beam is made in the form of a monolithic piece of optically transparent material.

22. The device according to claim 1, characterized in that
spatial light modulator is made in the form of a reflective liquid crystal matrix on silicon, which is adjacent to the lighting holographic element.

23. The device according to claim 1, characterized in that the spatial light modulator is adjacent to one of the sides of the signal beam forming element.

24. The device according to claim 1, characterized in that the spatial light modulator is adjacent to the lighting holographic element.