Способ записи и считывания серии голограмм Советский патент 1980 года по МПК G03H1/18 

1

Изобретение относится к оптике, в частности к оптоэлектронике и оптической обработке информации, и может быть использовано в системах оптической памяти и устройствах управления световыми пучками (дефлекторах, модуляторах и т. п.).

Известны способы записи и считывания серии голограмм в электрооптических кристаллах путем воздействия на кристалл постоянного электрического поля 1. В процессе считывания голограмм к электрооптическому кристаллу прикладывают постоянное электрическое поле, величина которого отличается от величины поля, используемого при записи. Тем самым, увеличивается оптический коэффициент полезного действия записанной голограммы. Электрическое поле при этом прикладывают также в направлении оптической оси кристалла и голографическую запись ведут по схеме Лейта-Упатниекса, освещая грапь кристалла, параллельную оптической оси.

Ближайшим известным техиическим решением является способ записи и считывания серии голограмм в электрооптическом фоторефрактивном кристалле путем экспозиции интерференциопной картины, образованной предметным и опорным пучками, и приложения к нему постоянного электрического напряжения 2.

Однако в кристалле записывается серия наложенных голограмм, что не позволяет восстановить раздельное изображение.

Целью изобретения является обеспечен 1е раздельной записи голограмм и улучшения качества восстановленного изображения.

Цель достигается тем, что величина приложенного папрял ения при записи и считывании каждой последующей голограммы отличается от напряжения при записи и считывании предыдущей голограммы на величину, изменяющую разность фаз, равную я, между относительными фазовыми сдвигами записывающих световых волн на противоположных гранях кристалла.

При записи голограмм в соосных пучках, постоянное электрическое напрял ение прикладывают к кристаллу так, что вектор напряженности электрического поля параллелен биссектрисе угла между записывающими лучами, а разность напряжений при записи и считывании двух соседних голограмм удовлетворяет соотношению

дгу

4«VisSin-,

где Я - длииа волны записывающего света в вакууме;

rih. - поворотный электрооптический 30коэффициент;

п - показатель преломления кристалла;

f - угол между записывающими лучами в воздухе.

При записи голограмм во встречных пучках постоянное электрическое напряжение прикладывают к кристаллу так, что вектор напряженности электрического поля перпендикулярен направлениям распространения записывающих лучей, а разность напряжений при записи и считывания соседних голограмм удовлетворяет соотношению

,

где t/xy2 - полуволновое напряжение электрооптического кристалла, d - размер кристалла в направлении вектора напряженности электрического поля, L - средний размер голограммы в направлении биссектрисы острого угла, образуемого записывающими лучами.

Для точного выполнения условий дифракции Брэгга на объемной голограмме необходимо, чтобы лучи, продифрагировавшие на противоположных краях голограммы, на выходе из кристалла имели одинаковую фазу. Для уменьшения интенсивности света, продифрагировавшего на данной голограмме в два раза (критерий Гелея), для указанных световых лучей необходимо создать фазовый сдвиг равный я. Требуемый фазовый сдвиг получают путем приложения постоянного напряжения к известным электрооптическим кристаллам.

На фиг. 1 представлена схема реализации способа записи серии голограмм в фоторефрактивном электрооптическом кристалле в так называемых соосных лучах (схема Лейта-Упатниекса); на фиг. 2 - то же во встречных лучах (схема Ленисюка).

Способ заключается в следующем. Запись первой голограммы проводят в электрооптическом кристалле 1 с нанесенными на него электродами 2 предметным и опорным световыми лучами 3 и 4 при приложении к кристаллу некоторого постоянного электрического поля от регулируемого источника 5 напряжения. Запись каждой последующей голограммы проводят при напряжении, отличающимся от напряжения записи предыдущей голограммы, по крайней мере, на величину напряжения, приводящую к изменению разности, равной я, между относительными фазовыми сдвигами записывающих световых волн, измеренными на противоположных гранях кристалла 1. При считывании для воспроизведения голограммы к кристаллу прикладывают соответствующее электрическое поле. Таким образом, выборка голограмм осуществляется путем изменения прикладываемого напряжения, что позволяет значительно повысить скорости выборки.

Количественная оцвнка величины необходимого шага существенно зависит от вза лмной ориентации кристалла, направления вектора напряженности электрического поля и направления распространения записыБающих лучей.

В случае, если кристалл имеет электрооптический коэффициент, приводящий к повороту индикатриссы показателя преломления при приложении к кристаллу электрического поля, то запись голограммы проводят в соосных лучах. В этом случае для разрешения по критерию Релея двух соседних голограмм к кристаллу необходимо приложить напряжение

,

, sin 7

где Я - длина волны записывающего света в вакууме, мкм; k - поворотный электрооптический

коэффициент, Ф/В;

п - показатель преломления кристалла;

7 - угол между записывающими лучами в воздухе.

В случае, если кристалл имеет электрооптический коэффициент, приводящий к сжатию или растяжению индикатриссы показателя преломления при приложении к кристаллу электрического поля, то запись проводят во встречных лучах. При этом для разрешения по критерию Релея двух соседних голограмм к кристаллу необходимо приложить напряжение

-f/.2.,

гд.е Ll).i2 - полуволновое напряжение кристалла, В;

d-размер кристалла в направлении вектора напряженности электрического поля, мм; L - средний размер голограммы в направлении биссектрисы угла, образуемого записывающими

лучами, мм.

Пример 1. Голографическая запись и считывание серии голограмм в фоторефрактивном электроонтическом кристалле LiNbOsrFe.

Запись проводится во встречных лучах, оптическая ось направлена по вектору напряженности электрического поля (при этом «работает наибольший для LiNbOs электрооптический коэффициент Гзз), кристалл имеет толщину d 2,5 мм и длину L 7 мм. Напряжение, необходимое для полного разделения дифракционного максимума следующей голограммы от предыдущей, равняется 600 В. Оценки показывают, что в кристалле LiNbOs длиной 1 см можно записать до 100 голограмм. В силу безынерционности электрооптического эффекта скорость переключения с одной голограммы на произвольную другую (время

выборки) определяется скоростью нарастания управляющего напряжения и может быть порядка 10- с.

Пример 2. Голографическая запись и считывание серии голограмм в соосных лучах в том же кристалле.

Оптическая ось направлена перпендикулярно вектору напряженности электрического поля и расположена в плоскости записывающих лучей (при этом «работает электрооптический коэффициент rsi), кристалл имеет толщину 2,5 мм. Напряжение, необходимое для полного разделения дифракционного максимума следующей голограммы от предыдущей, равняется 3 кВ для света с длиной волны А, 0,44 мкм. Количество записываемых голограмм в этом случае значительно меньше, чем в первом слу.чае.

Использование предлагаемого способа записи и считывания серии голограмм позволяет повысить скорости выборки голограмм на 6 порядков по сравнению с прототипом при сохранении той же плотности записи информации, что и в прототипе. На основе описываемого способа можно создать бездефлекторные голографические устройства, обладающие высокой скоростью произвольной выборки информации, высокой плотностью записи, а также высокой степенью надежности вследствие отсутствия в них механически перемещаемых элементов. Способ позволяет, кроме того, создавать электрооптические дефлекторы с отклонением луча на любой заданный угол, а также многопозиционные переключатели света (до 100 положений в LiNbOa).

Формула изобретения

1. Способ записи и считывания серии голограмм в электроонтическом фоторефрактивном кристалле путем экспозиции интерференционной картины, образованной предметным и опорным- пучками, и приложения к нему постоянного электрического напряжения, отличающийся тем, что, с целью обеспечения раздельной записи голограмм и улучшения качества восстановленного изображения, величина приложенного напряжения при записи и считывании каждой последующей голограммы отличается от напряжения при записи и считывании предыдущей голограммы на величину, изменяющую разность фаз, равную л, между относительными фазовыми сдвигами записывающих световых волн на противоподожных гранях кристалла.

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что при записи голограмм в соосных

пучках, постоянное электрическое напряжение прикладывают к кристаллу так, что вектор напрял енности электрического поля параллелен биссектрисе угла между записывающими лучами, а разность напряжеПИЙ при записи и считывании двух соседних голограмм удовлетворяет соотношению:

Фгг; sin f

где К - длина волны записывающего света в вакууме; rife - поворотный электрооптический

коэффициент;

п - показатель преломления кристалла;

7 - угол между записывающими лучами в воздухе.

3.Способ по п. 1, отличающийся тем, что при записи голограмм во встречных пучках, постоянное электрическое напряжение прикладывают к кристаллу так, что вектор напряженности электрического поля перпендикулярен направлениям распространения записывающих лучей, а разность нанрян ений при записи и считывании соседних голограмм удовлетворяет соотношению

,2.

2L

где Uii2 - полуволновое напряжение электрооптического кристалла; d-размер кристалла в направлении вектора напряженности электрического поля;

L - средний размер голограммы в направлении биссектрисы острого угла, образуемого записывающими лучами. Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Патент Франции № 2199162, кл. G ПС 13/00, опублик. 10.05.74.

2.Степанов С. И. и др. Электрически управляемая дифракция света на объемных

голограммах в электрооптических кристаллах. «Письма в ЖТФ, 1977, том 3, вып. 2, с. 89 (прототип).