УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГОЛОГРАФИЧЕСКОЙ ЗАПИСИ ИНФОРМАЦИИ НА ФОТОТЕРМОПЛАСТИЧЕСКИЙ НОСИТЕЛЬ Советский патент 1995 года по МПК G03H1/18 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к устройствам для накопления информации, и может быть использовано в различных системах оперативной регистрации, а также хранения и обработки информации.

Целью изобретения является повышение качества и оперативности предэкспозиционной тепловой подготовки носителя к записи путем повышения энергии проявляющего ИК-излучения в зоне записи на этапе предварительного нагрева за счет устранения потерь излучения на поглощение в тракте канала экспонирования.

При оперативной регистрации информации задержка между экспонированием данных и появлением поверхностного рельефа, должна быть минимальной. Для этого при одновременном способе записи экспонирование ведут на предварительно нагретый фитотермопластический (ФТП) носитель. Количество тепла, внесенное в ФТП слой греющим ИК-излучением, зависит от энергии падающего излучения. Оно должно быть достаточным для размягчения рабочего слоя. Тогда деформирующие электростатические силы, сформированного экспонированием скрытого изображения, прикладываются к рабочему слою носителя, вязкость которого после предварительного нагрева снижена. ФТП слой перед экспонированием уже подготовлен предшествующей тепловой обработкой к деформированию, обеспечивает его оперативный деформационный отклик и непосредственное формирование рельефно-фазовой голограммы после экспонирования.

В предложенном устройстве повышением энергии ИК-излучения в зоне записи, не увеличивая времени предварительного нагрева, обеспечивается эффективная тепловая обработка ФТП носителя на предварительном этапе. При этом при заданной длительности лазерного ИК импульса теплового излучения не происходит сокращение длительности этапа окончательного (т.е. после экспонирования) проявления регулярных деформаций, ответственных за качество результирующего изображения. Ранее поглощавшаяся в спектральном фильтре ИК энергия направляется в зону тепловой обработки носителя. Выбором удвоителя с типом преобразования 00 -> е обеспечиваются взаимно ортогональные поляризации излучения удвоенной и основной частот и разделение их по направлениям анализатором поляризации.

На фиг. 1 представлена оптическая схема устройства.

Устройство содержит импульсный твердотельный лазер ИК диапазона, включающий активный элемент 1 и электрооптический модулятор 2 с гипотенузной гранью полного внутреннего отражения, помещенные в сложный резонатор с зеркалами 3, 4, 5, а также канал 6 экспонирования, в котором размещены электрооптический элемент 7, электрически связанный с блоком питания 8, анализатор поляризации 9, оптически связанный с зеркальным отражателем 10, удвоитель частоты лазерного излучения 11 и светоделитель 12. Зеркалами 13 опорный пучок и предметный, формируемый коллиматором 14, транспарантом 15 и линзой 16, направляются на ФТП носитель 17, помещенный в держатель 18 со средством электризации 19 его поверхности, которое электрически связано с высоковольтным блоком 20. В состав устройства входит также теплоизлучающий канал 21, включающий дополнительное резонаторное плечо 22, образованное полупрозрачным зеркалом 5, расположенным на пути распространения луча, отраженного от гипотенузной грани модулятора 2 при отсутствии управляющих импульсов на его электродах 23, оптические элементы 24, 25 для направления ИК-излучения по теплоизлучающему каналу 21, средство регистрации теплового излучения 26, оптически связанное с модулятором 2, а также линия задержки 27. Причем выход средства регистрации теплового излучения 26 электрически связан с линией задержки 27, соединенной с входом электронного блока управления 28, выход которого электрически связан с электродами 23 электрооптического модулятора 2.

Анализатор поляризации 29 ориентирован в направлении максимального отражения излучения основной частоты из тракта канала 6 экспонирования, а удвоитель частоты лазерного излучения 11 выполнен по типу преобразования 00 -> е, обеспечивающему получение удвоенной частоты излучения с поляризацией ортогональной поляризации излучения основной частоты. Излучение основной частоты после дополнительного анализатора поляризации 29 зеркалом 30 направляется по вспомогательному теплоизлучающему каналу 31 на ФТП носитель 17 в зону теплового проявления голографической записи.

Активным элементом 1 служит кристалл иттрий-алюминиевого граната с неодимом (ИАГ: Nd³⁺). В качестве электрооптического модулятора 2 используется стандартный элемент ЛЭЗ-1, выполненный из одноосного анизотропного кристалла ДКДР. Стандартный блок МГИН-5 используется в качестве блока управления 28. Электрооптическим элементом 7 является стандартный элемент из кристаллов LiNBO₃ или ДКДР Z-среза, в качестве анализатора поляризации излучения 9 используется диэлектрический поляризатор, обеспечивающий коэффициент отражения для S-поляризованного света ≈100% и коэффициент пропускания для Р-поляризации ≈96%. Отражателем 10 служит диэлектрическое зеркало с коэффициентом отражения на длине волны λ₁ =1064 нм, равным R₁₀ ≈ 1. В качестве анализатора поляризации 29 используется призма из кальцита с отполированной боковой гранью для обеспечения выхода ИК- излучения в направлении зеркала 30. Удвоителем частоты лазерного излучения 11 является элемент из кристалла, вырезанный относительно кристаллографических осей таким образом, чтобы обеспечить тип преобразования 00 -> е, при котором поляризации излучения удвоенной и основной частот взаимно ортогональны.

В данном устройстве импульсный твердотельный лазер инфракрасного диапазона обеспечивает получение импульсов излучения двух длин волн λ₁и λ₂, соответственно в миллисекундном и наносекундном временных интервалах. Инфракрасное излучение с длиной волны λ₁=1064 нм используется для теплового воздействия на ФТП носитель, а видимое излучение второй гармоники с длиной волны λ₂= 532 нм - для экспонирования записываемого изображения. Импульсы излучения с λ₁ и λ₂распространяются соответственно в теплоизлучающем канале 21 и канале 6 экспонирования. Однако часть излучения λ₁ при включенном теплоизлучающем канале 21 выходит через полупрозрачное зеркало 4 в тракт канала 6 экспонирования. При выключении теплоизлучающего канала 21 и включении основного резонатора лазера по тому же каналу 6 через зеркало 4 выходит и моноимпульс излучения, удвоенная частота которого используется при экспонировании. Использование попавшего в канал 6 излучения λ₁ для нагрева ФТП носителя 17 на предэкспозиционном этапе, осуществляется путем вывода его из тракта канала 6 экспонирования дополнительным анализатором поляризации 29 в направлении зеркала 30 и вспомогательного канала 31, оптически связанного с зоной записи. В момент экспонирования моноимпульс излучения с удвоенной частотой пропускается дополнительным анализатором поляризации 29 в направлении светоделителя 12 на вход голографической системы проецирования. Удвоитель частоты лазерного излучения 11 выбран в виде удвоителя по типу преобразования 00 -> е, обеспечивающему получение излучения удвоенной частоты с поляризацией, ортогональной поляризации излучения основной частоты. Это дает возможность анализатору поляризации 29 разделить излучения λ₁ и λ₂ и направить соответственно в канал 31 и голографическую систему проецирования. Важно подчеркнуть, что данный эффект достигается при совместном использовании удвоителя 11 с типом преобразования 00 -> е и анализатора поляризации 29. Видно, что в этом случае отпадает необходимость в спектральном фильтре, помещаемом, как в прототипе, на входе голографической системы проецирования, так как до экспонирования ИК-излучения λ₁ выводится из каналов 6 при совместном действии удвоителя 11 и анализатора поляризации 29, а после генерации моноимпульса экспонирования включается зеркальный отражатель 10 и ИК-излучение λ₁, не достигая удвоителя 11, возвращается через основной резонатор лазера в теплоизлучающий канал 21. Дополнительный анализатор поляризации 29 ориентирован в тракте канала 6 экспонирования таким образом, что посылает ИК-излучение λ₁ в направлении зеркала 30, его ориентация отличается на 90^о от ориентации анализатора поляризации 9, который установлен в канале экспонирования в положение с максимальным пропусканием ИК-излучения λ₁.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии на электроды 23 модулятора 2 от блока управления 28 подано постоянное напряжение смещения. В начальный момент времени t₀ включается оптическая накачка активного элемента 1. При достижении в момент времени t₁(t₁>t₀) порога генерации в сложном резонаторе лазера с дополнительным плечом 22 в нем появляется ИК-излучение свободной генерации λ₁, которое направляется в теплоизлучающий канал 21. Часть излучения λ₁ с поляризацией Е₀ через полупрозрачное зеркало 4 выходит в тракт канала 6 экспонирования. Излучение Е₀ проходит электрооптический элемент 7 (его блок питания 8 выключен), анализатор поляризации 9 (он ориентирован с максимальным пропусканием), удвоитель 11 с дополнительным анализатором поляризации 29, ориентированным на отражение, выводится из канала 6 экспонирования в направлении зеркала 30, которым направляется через вспомогательный теплоизлучающий канал 31 на ФТП носитель 17. Таким образом, излучение λ, ранее проходившее по каналу 6 экспонирования в направлении спектрального фильтра (на фиг. 1 не показан, присутствует в прототипе) и поглощавшееся в нем, в данном устройстве, выводится из канала 6 и направляется на носитель 17. На отрезке времени Δ t_л3, равном длительности предэкспозиционной тепловой обработки ФТП носителя, нагрев осуществляется ИК-излучением, поступающим как по теплоизлучающему каналу 21, так и по вспомогательному каналу 31. Спустя время Δ t_л3, задаваемое линией задержки 27, происходит кратковременный сброс напряжения с электродов 23 модулятора 2, переключение излучения в основной резонатор (зеркала 3, 4) и генерация в нем моноимпульса излучения, который, проходя удвоитель 11, вызывает генерацию в нем излучения второй гармоники с удвоенной частотой (λ₂). Благодаря выбору удвоителя 11 с типом преобразования 00 -> е излучение удвоенной частоты поляризовано в плоскости Е_е, ортогональной плоскости поляризации Е₀ излучения основной частоты. Поэтому излучение E_e удвоенной частоты (λ₂) анализатором поляризации 20 пропускается в направлении светоделителя 12 системы голографического проецирования, не направляется в канал 31, а попадает в систему записи. После действия сбросового импульса, имеющего противоположнoe по отношению к постоянному напряжению смещения постоянное напряжение. Это вновь приводит к включению дополнительного резонаторного плеча 22 с зеркалом 5, что открывает путь излучению в теплоизлучающий канал 21. После генерации моноимпульса экспонирования, когда произошло вновь включение дополнительного плеча 22 и теплоизлучающего канала 21, блок управления 28 вырабатывает синхроимпульс, поступающий на запуск блока питания 8 электрооптического элемента 7, происходит включение зеркального отражателя 10. Излучение λ₁, выходящее через зеркало 4 в канал 6 после генерации лазерного моноимпульса экспонирования, возвращается отражателем 10 в резонатор лазера. Добротность сложного резонатора лазера на этапе после экспонирования выше, чем до момента времени t_экс.

Таким образом в предлагаемом устройстве реализуется режим, когда на этапе предварительного нагрева носителя ИК-излучение λ₁ не теряется при поглощении, а дополнительным анализатором поляризации 29 (совместно с удвоителем 11) и зеркалом 30 по вспомогательному каналу 31 направляется в зону проявления записи на ФТП носитель 17. После экспонирования подвод ИК-излучения λ₁ в зону проявления записи осуществляется только по теплоизлучающему каналу 21. Отпадает необходимость в спектральном фильтре на входе голографической системы проецирования, служившем в прототипе для поглощения части ИК энергии, вышедшей в канал экспонирования на этапе предварительного нагрева, а энергия ИК-излучения в зоне проявления голографической записи увеличивается на этапе предварительного нагрева на величину до 40-50%. Это важно при подготовке носителя к окончательному проявлению рельефно-фазовой голограммы.

Преимущество предлагаемого устройства заключается в устранении потерь энергии ИК-излучения λ₁ в тракте канала 6 экспонирования в предэкспозиционный период тепловой обработки. Для выбранного типа ФТПН в предлагаемом устройстве деформационной отклик наступает раньше, без увеличения времени Δ t_л3. Это повышает оперативность записи. Об этом судят по времени появления дифрагированного в первый порядок света при зондировании области записи излучением с длиной волны, лежащей вне области экспозиционной спектральной чувствительности полупроводникового слоя носителя. Если носитель достаточно нагрет на предэкспозиционном этапе, то деформации достигают оптимального уровня, отвечающего деформирующим силам скрытого электростатического изображения. Более ранее развитие регулярной деформации, отвечающее за результирующую дифракционную эффективность голограмм, препятствует возникновению хаотических, шумовых составляющих рельефа, что повышает качество записи. Кроме того, повышение энергии ИК излучения λ₁ в зоне тепловой обработки позволяет также сократить время Δ t_л3 и тем самым увеличить время окончательного (т. е. после t_окс.) проявления, что позволяет регулярным деформациям достигнуть оптимального уровня, заданного зарядкой и экспонированием.

Изобретение относится к оптическому приборостроению. Целью является повышение качества и оперативности записи. В устройство записи дополнительно введен анализатор поляризации. Удвоитель частоты лазерного излучения выбран по типу преобразования, обеспечивающего ортогональные поляризации этих двух элементов, позволяет предотвратить потери энергии части инфракрасного излучения, вышедшего в тракт канала экспонирования, на этапе предварительного нагрева путем вывода его из тракта канала экспонирования и направления в зону проявления записи. 1 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГОЛОГРАФИЧЕСКОЙ ЗАПИСИ ИНФОРМАЦИИ НА ФОТОТЕРМОПЛАСТИЧЕСКИЙ НОСИТЕЛЬ, содержащее держатель фототермопластического носителя, средство электризации его поверхности, импульсный твердотельный лазер инфракрасного диапазона, включающий электрооптический модулятор, блок управления электрооптическим модулятором, и канал экспонирования с последовательно установленными электрооптическим элементом, анализатором поляризации и зеркальным отражателем, удвоителем частоты лазерного излучения и оптической системой проецирования, а также теплоизолирующий канал для разогрева фототермопластического носителя, средство регистрации теплового излучения в линию задержки, электрически связанную со средством регистрации теплового излучения и блоком управления электрооптическим модулятором, отличающееся тем, что, с целью повышения качества и оперативности записи путем повышения энергии инфракрасного излучения в зоне тепловой обработки, удвоитель частоты лазерного излучения выполнен в виде удвоителя по типу преобразования 00 __→ e с ортогональной поляризацией излучения удвоенной частоты относительно основной, а в канал экспонирования введен дополнительный анализатор поляризации, ориентированный для отражения из канала экспонирования инфракрасного излучения основной частоты и расположенный между удвоителем частоты лазерного излучения и оптической системой проецирования и оптически связывающий канал экспонирования через теплоизлучающий канал с зоной теплового проявления фототермопластического носителя.