УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГОЛОГРАФИЧЕСКОЙ ЗАПИСИ ИНФОРМАЦИИ НА ФОТОТЕРМОПЛАСТИЧЕСКИЙ НОСИТЕЛЬ Советский патент 1995 года по МПК G03G17/00 

Изобретение относится к области оптического приборостроения, в частности к устройствам для накопления информации и может быть использовано в различных системах регистрации, хранения и обработки информации.

Известно устройство для голографической записи информации на фототермопластический (ФТП) носитель, содержащее держатель фототермопластического носителя, средство электризации его поверхности, импульсный твердотельный лазер инфракрасного диапазона, включающий электрооптический модулятор из анизотропного кристалла с гипотенузной гранью полного внутреннего отражения и электродами для обеспечения условий полного внутреннего отражения лазерного излучения от гипотенузной грани, блок управления электрооптическим модулятором, а также канал экспонирования, состоящий из удвоителя частоты лазерного излучения, спектрального фильтра для поглощения инфракрасной части излучения и оптической системы деления выходного лазерного пучка на опорный и предметный пучки для формирования интерференционной картины на ФТП носителе.

Данное устройство позволяет уменьшить время экспонирования до наносекундной длительности, однако оно не обеспечивает высокой скорости записи в силу низкой эффективности и теплоинерционности отдельного резистивного нагревательного элемента для теплового проявления.

Целью изобретения является повышение скорости записи путем безинерционного размягчения носителя инфракрасным излучением.

Для достижения поставленной цели известное устройство для голографической записи информации на фототермопластический (ФТП) носитель, содержащее держатель фототермопластического носителя, средство электризации его поверхности, импульсный твердотельный лазер инфракрасного диапазона, включающий электрооптический модулятор из анизотропного кристалла с гипотенузной гранью полного внутреннего отражения и электродами для обеспечения условий полного внутреннего отражения лазерного излучения от гипотенузной грани, блок управления электрооптическим модулятором, и канал экспонирования, состоящий из удвоителя частоты лазерного излучения, спектрального фильтра для поглощения инфракрасной части излучения и оптической системы деления выходного лазерного пучка на опорный и предметный пучки для формирования интерференционной картины на фотоносителе, согласно изобретению содержит дополнительное резонаторное плечо, состоящее из полупрозрачного зеркала, расположенного на пути распространения луча, отраженного от гипотенузной грани модулятора при отсутствии управляющих импульсов на его электродах, теплоизлучающий канал для разогрева фотоносителя, оптически связанный с дополнительным резонаторным плечом и включающий оптические элементы для направления теплового излучения и линию задержки для запускающего импульса лазерной генерации экспонирования, электрически связанную со средством регистрации теплового излучения и блоком управления электрооптическим модулятором.

На фиг. 1 представлена оптическая схема устройства; на фиг.2 - схема, поясняющая принцип работы электрооптического модулятора лазера.

Оптическая схема устройства содержит импульсный твердотельный лазер инфракрасного диапазона, включающий активный элемент 1 и электрооптический модулятор 2 с гипотенузной гранью полного внутреннего отражения, помещенные в резонатор с зеркалами 3, 4, а также канал экспонирования 5 с оптической системой деления выходного лазерного пучка на опорный и предметный пучки, на входе которой расположены удвоитель 6 частоты лазерного излучения, спектральный фильтр 7 и светоделитель 8. Зеркалами 9 опорный пучок и предметный, формируемый коллиматором 10, транспарантом 11 и линзой 12, направляются на ФТП носитель 13, помещенный в держатель 14 со средством электризации его поверхности 15, которое электрически связано с высоковольтным блоком 16.

Предлагаемое устройство содержит также дополнительное резонаторное плечо 17, образованное полупрозрачным зеркалом 18, средство 19 регистрации теплового излучения, оптически связанное с электрооптическим модулятором 2, теплоизлучающий канал 20 и линию задержки 21, причем выход средства 19 регистрации теплового излучения электрически связан с линией задержки 21, соединенной с входом электронного блока 22 управления.

При этом дополнительное резонаторное плечо 17 и полупрозрачное зеркало 18 через поворотную призму 23 и зеркало 24 оптически связаны с теплоизлучающим каналом 20, а электронный блок 22 управления электрически связан с электродами 25 электрооптического модулятора 2.

Активным элементом 1 служит кристалл иттрий - алюминиевого граната с неодимом ИАГ:Nd⁺³. В качестве электрооптического модулятора 2 используется стандартный элемент ЛЭЗ-1, выполненный из одноосного анизотропного кристалла ДКДР. Стандартный блок МГИН-5 используется в качестве блока 22 управления. Удвоителем 6 частоты лазерного излучения является стандартный элемент из кристалла LiNbO₃, установленный таким образом, чтобы оптимальная ось лазера совпадала с направлением фазового синхронизма в кристалле.

Ход лучей в сложном резонаторе лазера, образованном дополнительным плечом 17 с зеркалом 18 и зеркалами 3, 4, обеспечиваемый электрооптическим модулятором 2, представлен на фиг.2. Электрооптический модулятор представляет собой элемент моноблочной конструкции с входной гранью 26 и гипотенузной гранью 27 полного внутреннего отражения. На боковые поверхности элемента по периметру нанесены два электрода 25 из дисперсионного серебра, к которым подводится управляющее напряжение от блока 22.

Принцип действия устройства состоит в следующем. В начальный момент времени t_o включается оптическая накачка активного элемента лазера. Неполяризованное излучение активного элемента распространяется в направлении граней 26, 27 оптической оси лазера (фиг.2) и после отражения на гипотенузной грани 27 модулятора разделяется на две ортогонально поляризованные компоненты, обыкновенную Е_о и необыкновенную Е_е. Pазделение падающего излучения на две компоненты происходит при полном внутреннем отражении на грани 27 анизотропного кристалла, из которого выполнен модулятор.

Необыкновенная волна Е_е выходит из резонатора, а обыкновенная Е_о распространяется через модулятор в направлении грани 27 и луча 28 оптической оси лазера. В дальнейшей работе модулятора по формированию двух направлений распространения излучения (т.е. направления грани 27 и лучей 29, 30 дополнительного резонаторного плеча 17 и направления граней 27 и 26 канала экспонирования) принимает участие только волна Е_о, идущая после грани 27 в направлении грани 27 и луча 28. При этом поляризация этой волны Е_о изменяется под действием электрооптического эффекта, и в зависимости от ориентации вектора поляризации после полного внутреннего отражения на гипотенузной грани 27 модулятора происходит изменение направления распространения излучения.

Если к электродам 25 модулятора приложено четвертьволновое напряжение, то после двойного прохода (т.е. в направлении грани 27 и луча 28 и обратно) через управляемый электрическим полем промежуток 31 ориентация вектора поляризации волны Е_о изменяется на 90^о, и излучение после промежутка 31 перед гранью 27 имеет поляризацию, соответствующую необыкновенной волне Е_е, что и обуславливает ее отражение от грани 27 под углом, большим угла падения. В результате излучение выходит из модулятора в направлении грани 27 и лучей 29, 30 дополнительного резонаторного плеча 17, которое составляет угол α с первоначальным направлением граней 26, 27 (фиг.2,а).

В случае отсутствия напряжения на электродах 25 волна после двойного прохода через управляемый промежуток 31 не изменяет ориентации вектора поляризации и претерпевает полное внутреннее отражение на грани 27 по закону обыкновенной волны Е_о, т.е. под углом, равным углу падения, что и приводит к распространению излучения в направлении граней 27, 26 (фиг.2,б).

Таким образом, наличие напряжения на электродах 25 модулятора 2 обусловливает распространение излучения активного элемента в сложном оптическом резонаторе, образованном дополнительным резонаторным плечом 17 и зеркалом 18 совместно с зеркалами 3, 4, причем дополнительное резонаторное плечо 17 оптически связано с каналом 20 (фиг.1). При отсутствии напряжения на электродах 25 для излучения открыт основной резонатор, образованный зеркалами 3, 4, который оптически связан с каналом экспонирования 5.

В исходном состоянии с выхода блока 22 на электроды 25 модулятора 2 подано постоянное напряжение смещения. При увеличении коэффициента усиления в активной среде до уровня потерь в сложном резонаторе с дополнительным резонаторным плечом 17 в нем развивается свободная генерация. По сигналу со средства 19 регистрации теплового излучения через промежуток времени Δ t, задаваемый линией задержки 21, электронный блок 22 вырабатывает импульс напряжения, компенсирующий на время своей длительности постоянное напряжение смещения. При этом модулятор быстро изменяет уровень потерь в резонаторе (переходит из состояния, соответствующего высоким потерям сложного резонатора с дополнительным плечом, в состояние, соответствующее низким потерям основного резонатора и обратно). В результате модуляции добротности основного резонатора в нем генерируется моноимпульс излучения наносекундной длительности. Выходная энергия моноимпульса определяется разностью потерь сложного резонатора с дополнительным плечом и основного резонатора лазера.

Моноимпульс излучения наносекундной длительности распространяется далее в канале экспонирования 5 в направлении удвоителя 6 частоты лазерного излучения, где происходит генерация видимого излучения второй гармоники, которое поступает в оптическую схему записи голограмм.

После восстановления постоянного напряжения смещения на электродах 25 в дополнительном резонаторном плече 17 вновь формируется излучение свободной генерации, которое зеркалом 24, имеющим высокий коэффициент отражения (0,9 < Р₂₂ < 1), направляется в теплоизлучающий канал 20 для разогрева носителя.

Таким образом, лазерный источник генерирует импульсы излучения двух длин волн, а именно моноимпульс излучения на длине волны второй гармоники 0,530 мкм длительностью ≈3˙10^-8 с и излучение свободной генерации на длине волны 1,06 мкм, длительностью 5˙10^-3 с, которые направляются соответственно в канал экспонирования 5 и канал 20.

При этом инфракрасное излучение свободной генерации находится в полосе поглощения термопластического материала, а видимое моноимпульсное излучение второй гармоники - в области спектральной чувствительности фотополупроводникового слоя носителя.

В устройстве реализуется одновременный способ записи, когда экспонирование осуществляется на разогреваемый носитель, причем на этапе экспонирования моноимпульсом второй гармоники наносекундной длительности на носитель не действует инфракрасное излучение свободной генерации на длине волны 1,06 мкм. Это достигается использованием на входе канала экспонирования спектрального фильтра 7, отсекающего излучение 1,06 мкм.

Процесс записи протекает следующим образом. Инфракрасное излучение свободной генерации после дополнительного резонаторного плеча 17 и полупрозрачного зеркала 18 направляется поворотной призмой 23 и зеркалом 24 по каналу 20 в зону регистрации голограмм. Время разогрева задается линией задержки 21. В данном устройстве оно составляет 1-2˙10^-3 с. Через промежуток времени Δ t, равный времени разогрева, сигнал со средства 19 регистрации теплового излучения через линию задержки 21 достигает входа блока 22. Происходят сброс напряжения с электродов 25 модулятора и генерация в основном резонаторе лазера моноимпульса излучения, который после удвоителя 6 частоты лазерного излучения имеет удвоенную частоту и через фильтр 7 поступает в канал экспонирования 5, где проецируется оптической системой на ФТП носитель 13. Экспонирование пространственно-модулированным светом (закон распределения интенсивности задается транспарантом 11) приводит к образованию скрытого электростатического изображения. Когда электростатические силы прикладываются к термопластической поверхности, вязкость которой значительно понижена вследствие нагрева, происходит деформация слоя в соответствии с распределением приложенного поля сил. При дальнейшем нагреве скрытое электростатическое изображение преобразуется в регулярный геометрический рельеф, происходит окончательное проявление записи и формирование рельефно-фазовой голограммы.

Таким образом, данное устройство позволяет за длительность одного импульса свободной генерации инфракрасного твердотельного лазера производить предварительный (т. е. до экспонирования) разогрев носителя, включение канала экспонирования и затем дальнейшее проявление записи. При этом весь цикл разогрев - экспонирование - проявление осуществляется за время 5˙10^-3 с, что позволяет существенно увеличить быстродействие (в несколько десятков раз) по сравнению с существующими устройствами с резистивным нагревом. Кроме того, использование для экспонирования импульсов наносекундной длительности открывает благоприятные возможности для высокоскоростной записи в динамическом режиме на движущийся носитель, что может найти широкое применение в системах оперативной оптической записи и хранения данных. Причем нет необходимости создавать массивные голографические установки со сложной системой гашения механических колебаний несущей голографической плиты, так как интерференционное поле, образованное предметным и опорным пучками при регистрации голограмм, в течение наносекундных экспозиций остается стационарным.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГОЛОГРАФИЧЕСКОЙ ЗАПИСИ ИНФОРМАЦИИ НА ФОТОТЕРМОПЛАСТИЧЕСКИЙ НОСИТЕЛЬ, содержащее держатель фототермопластического носителя, средство электризации его поверхности, импульсный твердотельный лазер инфракрасного диапазона, включающий электрооптический модулятор из анизотропного кристалла с гипотенузной гранью полного внутреннего отражения и электродами для обеспечения условий полного внутреннего отражения лазерного излучения от гипотенузной грани, блок управления электрооптическим модулятором, и канал экспонирования, состоящий из удвоителя частоты лазерного излучения, спектрального фильтра для поглощения инфракрасной части излучения и оптической системы деления выходного лазерного пучка на опорный и предметный пучки для формирования интерференционной картины на фотоносителе, отличающееся тем, что, с целью повышения скорости записи путем безинерционного размягчения носителя инфракрасным излучением, оно содержит дополнительное резонаторное плечо, состоящее из полупрозрачного зеркала, расположенного на пути распространения луча, отраженнного от гипотенузной грани модулятора при отсутствии управляющих импульсов на его электродах, теплоизлучающий канал для разогрева фотоносителя, оптически связанный с дополнительным резонаторным плечом и включающий оптические элементы для направления теплового излучения и линию задержки для запускающего импульса лазерной генерации экспонирования, электрически связанную со средством регистрации теплового излучения и блоком управления электрооптическим модулятором.