DE2345351A1

DE2345351A1 - Holographisches system zum schreiben und lesen eines indexgitters im innern eines lichtempfindlichen elektrooptischen materials

Info

Publication number: DE2345351A1
Application number: DE19732345351
Authority: DE
Inventors: Guy Bismuth; Francois Micheron
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1972-09-08
Filing date: 1973-09-07
Publication date: 1974-03-21
Also published as: US3892465A; DE2345351C2; FR2199162A1; GB1446035A; FR2199162B1; JPS49109052A

Description

Holpgraphisches System zum Schreiben und Lesen eines Xndexgitters im Innern eines lichtempfindlichen elektrooptischen Materials

Die Erfindung bezieht sich auf Systeme, welche die Aufzeichnung von dreidimensionalen Interferenzstreifen in Form von Änderungen einer optischen Kenngröße im Innern eines Materials zur Bildung eines Hologramms und die spätere Wiederherstellung des zur Bildung dieses Hologramms verwendeten Bildes ermöglichen.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Sj'steme, bei denen die erwähnte optische Kenngröße die Doppelbrechung eines lichtempfindlichen elektro-optischen Materials ist.

Der Vorteil derartiger Systeme besteht darin, daß die auf diese Weise aufgezeichneten Interferenzstreifen ein dreidimensionales Beugungsgitter bilden, das bei der Rekonstruktion des Bildes einen optischen Wirkungsgrad aufweist,

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der größer als der Wirkungsgrad der klassischen zweidimensionalen Aufzeichnungen sein kann.

Ferner wird das Bild im Innern des Materials gespeichert, was eine beträchtliche Erhöhung der Informationsspeicherdichte ermöglicht.

Für die Aufzeichnung des Interferenzstreifensystems in einer Schicht eines elektro-optischen Materials nutzt man im allgemeinen das Vorhandensein eines elektrischen Feldes im Innern der Schicht aus, die anschließend im gleichen elektrischen Zustand bei der Rekonstruktion des Bildes verwendet wird.

Leider sind die auf diese Weise unter dem Einfluß der Lichtstrahlung erzeugten Änderungen der Doppelbrechung gering, so daß man gezwungen ist, elektrische Felder großen Viertes anzulegen, wenn man einen ausreichenden optischen Wirkungsgrad erhalten will.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines holographischen Systems, das eine beträchtliche Erhöhung des optischen Wirkungsgrades der aufgezeichneten Interferenzstreifen ermöglicht.

Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, die unter bestimmten Anwendungsbedingungen des Materials bestehenden nichtlinearen Beziehungen zwischen der Doppelbrechung und dem im Innern des Materials erzeugten örtlichen elektrischen Feld zur Erhöhung des optischen Wirkungsgrades dadurch auszunutzen, daß beim Lesen ein elektrisches Feld angelegt wird, das einen anderen Wert wie das beim Einschreiben verwendete elektrische Feld hat.

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Die Erfindung und die damit erzielten Vorteile werden nachstehend anhand der Zeichnung beispielshalber beschrieben.
In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung zur Erläuterung des Verfahrens der
Aufzeichnung von Interferenzstreifen in einem lichtempfindlichen elektro-optischen Material,

Fig. 2 ein holographisches Schreib- und Lesesystem nach der Erfindung und

Fig. 3> 4 und 5 Diagramme zur Erläuterung der -Wirkungsweise verschiedener Ausführungsformen der Erfindung.

Fig. 1 erläutert das Verfahren, mit welchem ein Interferenzstreifengitter in einem lichtempfindlichen elektro-optischen Material in Form von örtlichen Änderungen des Brechungsindex aufgezeichnet werden kann. Diese Figur zeigt einen ebenen
Schnitt durch ein solches Material, in welchem der schraffierte linke Teil beleuchtet ist, während der rechte Teil keine Beleuchtung empfängt; die Gerade A-A₁ markiert die Trennung zwischen den beiden Zonen.

Die Lichtempfindlichkeit des Materials ist mit dem Vorhandensein von Donator- und Akzeptorzentren im Innern des Materials verknüpft. Es wird beispielsweise angenommen, daß die Donatorzentren durch Licht erregbar sind: beim Auftreffen eines Photons mit ausreichender Energie wandeln sie sich in ortsfeste positive Ladungen um und setzen ein bewegliches Elektron frei, das in das Innere des Feststoffs diffundiert,
bis es auf ein Akzeptorzentrum trifft, wodurch dann eine
ortsfeste negative Ladung erzeugt wird.

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In den Bereichen gleichförmiger Beleuchtung wird somit jedes positive Zentrum durch ein negatives Zentrum kompensiert, und die Änderung des inneren elektrischen Feldes ist Null. Das gleiche gilt erst recht in dem nicht beleuchteten Bereich, wo kein positives Zentrum erzeugt wird. In dem mittleren Bereich in der Nähe des Beleuchtungssprungs A-A₁ lassen dagegen Elektronen, die in der Beleuchtungszone erzeugt werden, positive Zentren zurück, während sie in die Dunkelzone gehen und dort negative Zentren erzeugen. Somit entstehen zwei Zonen, von denen die eine zwischen den Geraden A-A₁ und B-B.. liegt und nicht kompensierte positive Ladungen enthält, während die andere Zone zwichen den Geraden A-A₁ und C-C₁ liegt und ausschließlich negative Ladungen enthält; zwischen diesen Zonen bildet sich ein örtliches elektrisches Feld E-, aus. Der Abstand d zwischen den Geraden B-B₁ und C-C₁ ist mit der Diffusionslänge der Ladungsträger im Innern des Materials verknüpft. Infolge des elektro-optischen Charakters des Materials läßt die Änderung des örtlichen elektrischen Feldes zu beiden Seiten des Beleuchtungssprunges eine Änderung der Doppelbrechung in Erscheinung treten.

Wie dieses einfache Beispiel zeigt, sind derartige elektrooptische Materialien nur für räumliche Beieuchtungsänderungen empfindlich. Sie ermöglichen zwar nicht die Aufzeichnung von Figuren, die ausgedehnte Bereiche gleichförmiger Beleuchtung aufweisen, eignen sich aber besonders gut für die Aufzeichnung der Interferenzstreifen,.aus denen die Hologramme bestehen.

Bei der Mehrzahl der bekannten lichtempfindlichen elektrooptischen Materialien ist die Beweglichkeit der Ladungsträger sehr gering, und ihre Diffusion unter der Wirkung

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der Wärmebewegung ist außerordentlich klein. Zur Erhöhung der Empfindlichkeit für die Beleuchtung ist es bekannt, auf das Material ein örtliches elektrisches Feld einwirken zu lassen, das die Wanderung der durch Photo-Ionisation erzeugten Ladungsträger verursacht. Im Gegensatz zu der thermischen Diffusion, die im allgemeinen isotrop ist, entsteht diese Wanderung in einer Richtung, die parallel zu der Feldrichtung liegt; es ist daher erforderlich, daß die Feldrichtung im wesentlichen senkrecht zu der mittleren Richtung der aufzuzeichnenden Interferenzstreifen liegt.

Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemäßes System, das die Aufzeichnung der sich auf ein Objekt beziehenden Information in Form eines Hologramms in einem lichtempfindlichen elektrooptischen Material und die spätere Rekonstruktion eines Bildes des Objekts aufgrund des aufgezeichneten Hologramms ermöglicht.

Dieses System enthält optische Mittel, die es ermöglichen, aufgrund des Objektes das Interferenzstreifengitter zu erzeugen, dessen Aufzeichnung das Hologramm bildet; es enthält ferner Mittel zur Aufzeichnung dieses Interferenzstreifengitters .

Zu diesen optischen Mitteln gehört eine kohärente Strahlungsquelle 1, die ein paralleles Lichtbündel 10 abgibt, das durch einen Strahlenteiler 2 in zwei parallele Bündel 11 und 12 zerlegt wird. Das sogenannte Objektbündel wird*durch ein Objektiv 31 in einem Punkt S,. fokussiert; die vom Punkt S₁ ausgehende Kugelwelle trifft auf ein zweites Objektiv 41, das ein Bild S^ des Punktes S₁ erzeugt. Das sogenannte Bezugsbündel 12 wird nach Ablenkung

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durch den Spiegel 30 von einem Objektiv 32 im Punkt S₂ fokussiert. In der Nähe des Objektivs 41 wird das Objekt angeordnet, dessen Hologramm aufgezeichnet werden soll, beispielsweise in Form einer Schicht 5 mit ungleichförmiger Lichtdurchlässigkeit. Diese Schicht beugt die durch das Objektiv 41 gehende Strahlung zu verschiedenen Bündeln, die in der gleichen Ebene konvergieren, in der auch der Punkt S, liegt. Die auf diese Weise vom Objekt 5 gebeugte Strahlung kommt mit der vom Punkt Sp ausgehenden Bezugskugelwelle zur Interferenz, wodurch in dem den Punkt S^, umgebenden Volumen ein Interferenzstreifengitter gebildet wird, dessen Anordnung kennzeichnend für das Objekt 5 ist.

Damit die räumliche Aufzeichnung dieser Interferenzstreifen und somit die Bildung des dreidimensionalen Hologramms des Objekts 5 erfolgt, wird eine Schicht 6 aus einem elektro-optischen Material, das für die von der Quelle 1 kommende Strahlung empfindlich ist, in der Interferenzzone in der Nähe des Punktes S^ angeordnet. Diese Schicht ist mit zv/ei Elektroden 61, 62 versehen, die an einander entgegengesetzten Flächen angeordnet und mit einem elektrischen Vorspannungserzeuger 63 verbunden sind, wodurch im Innern der Schicht ein elektrisches Feld E„ erzeugt wird.

Die Schicht 6 kann beispielsweise aus einer polykristallinen Probe von Bleititanzirkonat und Lanthan geschnitten sein, die außerdem verschiedene metallische Verunreinigungen, insbesondere Eisen, Silber, Wismut und Kupfer enthält. Dieses Keramikmaterial wird durch Sintern während einer Dauer von vier bis sechzehn Stunden bei einer Temperatur von etwa 1000⁰C und unter einem Druck von 250 bis 500 kg/cm erhalten. Das gesinterte Material wird zerschnitten und dann optisch

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poliert, damit Scheiben mit einer Dicke von etwa 100 Mikron und einem Durchmesser von etwa 1 cm erhalten werden.

Wie bereits zuvor erläutert wurde, erzeugen die die Interferenzstreifen darstellenden abwechselnd hellen und dunklen Zonen im Innern des Materials örtliche elektrische Felder, die Änderungen der Doppelbrechung mit entsprechender Intensität in Erscheinung treten lassen. Das Interferenzstreifengitter wird somit in Form eines veränderlichen Indexgitters aufgezeichnet, das in der Lage ist, die Phase einer durch das Material laufenden Welle örtlich zu modulieren.

Das System von Fig. 2 ermöglicht auch das Lesen der aufgezeichneten Information nach dem zuvor beschriebenen Verfahren, also dadurch, daß die Schicht 6 in geeigneter Weise so beleuchtet wird, daß das Bild des Objekts 5· erscheint, dessen aufgezeichnete Interferenzstreifen das Hologramm darstellen.

Zu diesem Zweck wird nach der Aufzeichnung des Indexgitters im Innern der mit Hilfe des Generators 63 und der Elektroden 61, 62 polarisierten Schicht das Objektbündel 11 verdunkelt und "die Schicht mit dem gleichen Bezugsbündel 12 beleuchtet, das auch für die Aufzeichnung gedient hat. Die vom Punkt S^ ausgehende Kugelwelle wird dann von dem Indexgitter in Form von Strahlen 13 gebeugt, die vom Objekt 3 zu stammen scheinen und somit ein virtuelles Bild des Objekts liefern; es ist stets möglich, aus diesem virtuellen Bild, beispielsweise mit Hilfe eines Sammelobjektivs, ein reelles Bild herzustellen, wenn hierfür ein Bedarf besteht.

Das System von Fig. 2 kann dazu verwendet werden, nacheinan-

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der verschiedene Hologramme im Innern der gleichen Schicht aufzuzeichnen. Zu diesem Zweck wird, nachdem das vorhergehende Hologramm aufgezeichnet und ein neues Objekt 5 eingesetzt worden ist, die Neigung des Bezugsbündels 12 in Bezug auf die Schicht, beispielsweise durch Einwirkung auf den Strahlenteiler 2 und den Spiegel 30 geändert und eine neue Aufzeichnung vorgenommen. Jedes Hologramm wird getrennt abgelesen, indem dem Bezugsbündel genau die Neigung in Bezug auf die Schicht erteilt wird, die es bei der ent-rsprechenden Aufzeichnung hatte.

Natürlich können zur Erzeuglang eines Interferenzstreifengitters aufgrund eines Objektes auch verschiedenartige andere optische Mittel verwendet v/erden. Es ist auch möglich, beispielsweise durch Fortlassen des Objektivs 41 und des Objekts 5» die von zwei punktförmigen Quellen, wie S^ und S^, ausgehenden Kugelwellen zur Interferenz zu bringen und dadurch im Innern der Schicht 6 ein Interferenzstreifengitter aufzuzeichnen, das eine holographische Linse bildet.

Eine der Besonderheiten des beschriebenen Systems beruht in der Wahl der elektro-optischen Eigenschaften des Materials in Verbindung mit dem Anlegen unterschiedlicher elektrischer Felder beim Einschreiben und beim Lesen mit Hilfe des Generators 63undder Elektroden 61 und 62.

Erfindungsgemäß wird das Material so gewählt oder unter solchen physikalischen Bedingungen verwendet, daß sich seine Doppelbrechung als Funktion des elektrischen Feldes nichtlinear ändert.·

Eine erste Möglichkeit zur Erzielung einer solchen Kennlinie

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findet sich bei den ferr.oelektrischen Materialien, die bei einer Temperatur verwendet werden, die über ihrer Curie-Temperatur liegt. Die Doppelbrechung des Materials ist dann eine quadratische Funktion des Feldes. Aus offen- sichtlüien Gründen der leichteren Anwendung werden vorzugsweise Materialien gewählt, deren Curie-Temperatur unter der Umgebungstemperatur liegt.

Gemäß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems werden die Interferenzstreifen im Innern des Materials nur durch Ausnutzung der Erscheinungen der thermischen Diffusion aufgezeichnet, und das äußere Feld wird ausschließlich während der Lesephase an die Schicht angelegt.

In Fig. 3 ist die parabolische Funktion aufgetragen, welche die Änderung der Doppelbrechung Δη (d.h. die Differenz zwischen dem ordentlichen Brechungsindex und dem außerordentlichen Brechungsindex) als Funktion des in dem Material bestehenden örtlichen elektrischen Feldes E^ darstellt. Diese Kurve läßt die extremen Änderungen der Doppelbrechung erkennen, die mit dem System bei der Aufzeichnungsphase und bei der Lesephase erhalten werden können.

Die von den Interferenzstreifen verursachten örtlichen Beleuchtungsschwankungen folgen einem Sinusgesetz; dies hat im Innern des Materials die Erzeugung eines elektrischen Feldes zur Folge, das auf den Raumladungen beruht und dessen Amplitude sich zwischen +E^ und -E₁ ändert. Dieses örtliche Feld läßt eine gewisse Doppelbrechung des Materials in Erscheinung treten, die den maximalen Wert (Δη)₀ hat, der den beiden Werten +E₁ und -E, entspricht. Das auf diese Weise erzeugte Indexgitter hat eine Periodizität, die doppelt so

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groß wie diejenige des Interferenzstreifengitters ist, da positive und negative Werte des Feldes infolge des quadratischen Gesetzes gleiche Werte der Doppelbrechung zur Folge haben; ferner ist die Änderung (Δη)₀ sehr gering, da man in der Nähe des Minimums der Änderung der Doppelbrechung als Funktion des Feldes bleibt.

Während der Lesephase wird an das ganze Material mit Hilfe des Generators und der Elektroden ein äußeres Feld E_E angelegt, das sich dem von den Beleuchtungsänderungen erzeug ten Raumladungsfeld überlagert, so daß ein örtliches Feld entsteht, das sich von E^ = E_E -E₁ bis E^₂ = Eg +Ej ändert.

Das Indexgitter nimmt dam eine Periodizität an, die gleich derjenigen des Interferenzstreifengitters ist, mit dem es aufgezeichnet worden ist. Wie Fig. 3 zeigt, ändert.sich die Doppelbrechung zwischen den Werten (Δη)^ und (Δη)«, die den Werten E_L1 bzw. E^₂ des örtlichen Feldes ent sprechen. Die Modulationsamplitude der Interferenzstreifen, die bei der Aufzeichnung gleich (An)Q war, ist nun (Δη)ρ - (Δη)^ geworden; der Modulationsgewinn, der im wesentlichen gleich dem doppelten Wert des Verhältnisses zwischen den Amplituden des äußeren Feldes und des inneren Feldes ist, kann beträchtlich groß sein. Das Anlegen eines äußeren Feldes beim Lesen ergibt die Wirkung, daß das Hologramm offenbart wird, das bis dahin im latenten Zustand war.

Dieses System weist den Vorteil auf, daß bei der Aufzeichnung das Anlegen eines elektrischen Feldes nicht notwendig ist. Wegen der geringen Beweglichkeit der Ladungsträger in den zur Zeit bekannten ferroelektrischen Materialien erfordert

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es dagegen, wie bereits zuvor angezeigt wurde, zur Erzielung von Hologrammen mit ausreichendem optischen Wirkungsgrad entweder beträchtliche Beleuchtungsstärken bei der Aufzeichnung oder das Anlegen von starken Feldern beim Lesen.

Eine zweite Ausführungsform des Systems nach der Erfindung, bei der gleichfalls ein ferroelektrisches Material verwendet wird, das bei einer Temperatur arbeitet, die über seiner Curie-Temperatur liegt, ermöglicht die Beseitigung des zuvor erwähnten Nachteils. Bei dieser zweiten Ausführungsform wird an das Material bei der Aufzeichnung ein äußeres elektrisches Feld und beim Lesen das gleiche Feld, aber mit entgegengesetzten Vorzeichen angelegt.

Das Diagramm von Fig. 4,in dem gleichfalls die parabolische Änderung der Doppelbrechung Δη als Funktion des örtlichen elektrischen Feldes E^ aufgetragen ist, erläutert diese zweite Äusführungsform.

Während der Einschreibphase legt der Generator 63 an die Elektroden 61 und 62 eine Spannung an, die in der Materialschicht ein elektrisches Feld Eg erzeugt. Die Rechnung zeigt und die Erfahrung bestätigt, daß beim Anlegen eines äußeren elektrischen Feldes an ein lichtempfindliches elektrooptisches Material, während dieses gleichzeitig einer Beleuchtung ausgesetzt wird, deren Intensität sich örtlich nach einem Sinusgesetz ändert, im Innern dieses Materials ein Raumladungsfeld von gleicher Periodizität wie die Beleuchtung erzeugt wird, das dem äußeren elektrischen Feld entgegenzuwirken sucht. Dieses Raumladungsfeld hat eine feste Komponente Ep und eine räumlich periodisch veränderliche Komponente der Amplitude E„, die beide von der

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Intensität der Beleuchtung und von dem angelegten äußeren Feld E_E abhängen. Aus der Überlagerung des angelegten äußeren Feldes und des Raumladungsfeldes ergibt sich ein örtliches Feld, das zwischen den Extremwerten E_L1 = E„ -Ep -2E_V und E_L2 = E_£ -E₅, um einen Mittelwert Ej^ = E_ß -Ep -Ey schwankt, was, wie Fig. 4 zeigt, Änderungen der Doppelbrechung zwischen den entsprechenden Extremwerten (Δη),, und (Δη)2 zur Folge hat. Das Hologramm wird somit in dem Material in Form eines Indexgitters gleicher Gitterteilung aufgezeichnet.

Während der Lesephase wird die vom Generator 6j5 an die Elektroden angelegte Spannung umgekehrt; das Material ist somit einem äußeren elektrischen Feld -E„ ausgesetzt. Es läßt sich dann zeigen, daß das während der Aufzeichnung erzeugte Raumladungsfeld nicht verändert wird und sich erneut dem angelegten äußeren Feld überlagert, so daß ein örtliches Feld entsteht, das zwischen den Extremwerten εΓΓ = -E-g -Ep -2Ey und ΕΤΙ = -Eg -Ep um einen Mittelwert = -Ετρ -Ep -Ey schwankt. Fig. 4 zeigt, daß dann das

Indexgitter zwisehen den Extremwerten "[SnJT und (Δη)~ schwankt. Infolge der zwischen der Doppelbrechung und dem örtlichen Feld bestehenden quadratischen Beziehung ist der Abstand TZmJT -T^n)₂ wesentlich größer als der Abstand (Δη)₂ -(Δη),,, und aufgrund dieser Tatsache ist der optische Wirkungsgrad des Hologramms wesentlich verbessert

Im Vergleich zu den bekannten Systemen, bei denen die während der Einschaltphase und der Lesephase angelegten Felder gleich sind, ermöglicht das erfindungsgemäße System bei der zweiten Ausführungsform die Erhöhung des optischen Wirkungsgrads des Hologramms, ohne daß die vom Generator abgegebene Spannung entsprechend erhöht werden muß.

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Beispielsweise konnten bei Verwendung einer Schicht, die aus dem zuvor beschriebenen Material geschnitten war und an die ein Feld von 10 kV/cm angelegt wurde, bei der Lesephase Hologramme erhalten werden, deren optischer Wirkungsgrad in der Größenordnung von 20% gleich dem 6,5-fachen des während der Einschreibphase erzielten optischen Wirkungsgrades betrug.

Eine dritte Ausführungsform des Systems nach der Erfindung besteht in der Verwendung eines ferroelektrischen Materials bei einer Temperatur, die unter seiner Curie-Temperatur liegt und das vorzugsweise aus den Materialien ausgewählt ist, die einen Curie-Punkt aufweisen, dessen Temperatur über der Umgebungstemperatur liegt.

Bei solchen Materialien verursachen geringfügige Änderungen des angelegten elektrischen Feldes um den Wert des Koerzitivfeldes das Umkippen der elektrischen Polarisation, was beträchtliche Änderungen der Doppelbrechung zur Folge hat. Daraus ergibt sich eine zweite Möglichkeit zur Erzielung einer nichtlinearen Änderung der Doppelbrechung als
Funktion des elektrischen Feldes.

Diese Eigenschaften sind durch die Kurven von Fig. 5 zusammengefaßt, welche die zusammengehörenden Änderungen der folgenden Größen als Funktion des örtlichen elektrischen Feldes E^ zeigen:

- der elektrischen Polarisation P (gestrichelte Kurve);

- der Doppelbrechung Δη (Kurve in vollen Linien).

Die Änderung der elektrischen Polarisation als Funktion des

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elektrischen Feldes ist eine klassische Hysteresisschleii'e. Wenn das Feld vom Sättigungsfeld E_g bis zum Wert O und dann vom Wert O bis zu dem Wert -Eg umgekehrt wird, stellt man fest, daß die Polarisation schwach und nahezu linear abnimmt, wobei sie durch den remanenten Polarisationswert P„ geht, wenn das Feld E^ zu Null wird, und daß sie sich dann plötzlich ändert, wobei sie bei dem dem Koerzitivfeld entsprechenden Wert -E_n das Vorzeichen ändert. Symmetri sehe Erscheinungen sind zu beobachten, wenn man das Feld wieder vom Wert -Eg zum Wert +Eg ansteigen läßt.

Die Änderung der Doppelbrechung, welche diesen Verlauf der Polarisation begleitet, wird durch die sogenannte "Schmetterlingskurve" ausgedrückt. Die Doppelbrechung nimmt von dem dem Feld E_g entsprechenden Wert (An)₃ langsam ab, wobei sie durch den Wert (Än)_R geht, welcher dem Viert P_R entspricht; in der Nähe des Koerzitivfeldes nimmt die Doppelbrechung plötzlich ab, wobei sie zu Null wird,wenn das Feld den Wert des Koerzitivfeldes erreicht, und sie erfährt beim Überschreiten dieses Wertes einen plötzlichen Anstieg.

Fig. 5 macht auch die Wirkungsweise dieser dritten Ausführungsform des Systems verständlich.

Während der Einschreibphase können die Intarferenzstreifen ohne Anlegen eines äußeren Feldes aufgezeichnet werden; die remanente Polarisation P_R verursacht nämlich die Wanderung der Ladungsträger. Die Raumladungen erzeugen ein örtliches Feld, das zv/ischen den Werten -E₁ und +E-j. schwankt; dadurch wird in dem Material ein Indexgitter aufgezeichnet, das zwischen den Werten An₁ und An₂ schwankt. Da der Abstand An₂ - An₁ wegen der geringen Steilheit der Kurve

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Δη = f (Ej) in der Nähe des Punktes E^ = O sehr klein ist, hat das aufgezeichnete Hologramm einen geringen optischen Wirkungsgrad.

Während der Lesephase, in welcher das Bezugsbündel das Material beleuchtet, verändert man sehr schnell die an die Elektroden angelegte Spannung, so daß das äußere Feld E_E, dem das Material ausgesetzt ist, von dem Wert Null auf einen Wert geht, der dem Sättigungsfeld entspricht. Diese Änderung muß ausreichend schnell sein, und das erzeugte Feld muß ausreichend stark sein, daß das Raumladungsfeld keine Domänenstruktur erzeugt.

Das Vorzeichen des angelegten elektrischen Feldes hängt von der Richtung der elektrischen Polarisation beim Einschreiben ab. Bei dem Beispiel von Fig. 5, bei dem die Polarisation beim Einschreiben +P_R ist, legt man ein Feld des Wertes -Eg an. Die elektrische Polarisation und die Doppelbrechung beschreiben ihre jeweiligen Kurven in der Richtung der Pfeile. Das in dem Material bestehende örtliche elektrische Feld ändert sich zwischen den beiden Extremwerten E,,. = Eg + E-j. und E^p = Eg - E^ und läßt Änderungen der Doppelbrechung in Erscheinung treten, die von (Δ n)p bis (An)₁ gehen. Der Abstand (Δη)ο - (Δ η)«, zwischen diesen beiden Werten ist der Steilheit der Kurve ή = f (E₁) proportional. Wie Fig. zeigt, erreicht er seinen maximalen Wert, wenn das örtliche Feld E_L1 = Eg + E₁ gleich dem Koerzitivfeld - E_c wird. Während des kurzen Zeitraums, in welchem das äußere Feld E_E von dem Wert -(E_c + E₁) auf den Wert -(E_g - E₁) geht, geht somit der extreme Abstand zwischen den Indices des das Hologramm bildenden aufgezeichneten Indexgitters, der beim Einschreiben sehr gering ist, durch einen Wert, der

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umso höher ist, je größer die Steilheit der Kurve Δη = f (E_L) ist. Während einer sehr kurzen Zeitdauer weist somit das Hologramm einen sehr großen Wirkungsgrad auf; es wurde experimentell festgestellt, daß man durch Anwendung
eines solchen Systems den Wirkungsgrad des Hologramms mit einem Faktor in der Größenordnung von 100 vervielfachen kann.

Bei den drei zuvor beschriebenen Ausführungsformen beleuchtet das zum Lesen des Bildes dienende Bezugslichtbündel das lichtempfindliche Material gleichförmig, so daß es das aufgezeichnete Indexgitter zu löschen sucht. Die Erfahrung zeigt jedoch, daß infolge einer Erscheinung, für die es noch keine vollständige Erklärung gibt, zum Löschen des Indexgitters sehr viel stärkere Beleuchtungen als zum Einschreiben erforderlich sind.
Das gleiche Hologramm kann daher unter Aufrechterhaltung eines ausreichenden optischen Wirkungsgrades während einer Zeit gelesen werden, die annähernd zehn mal so groß wie die Zeit ist, die für seine Aufzeichnung
erforderlich war.

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Claims

Patentansprüche

^!Holographisches System,mit dem ein Indexgitter, das einen elektrisch einstellbaren optischen Wirkungsgrad aufweist, im Innern eines lichtempfindlichen elektrooptischen Materials geschrieben und gelesen werden kann, mit optischen Einrichtungen, die in der Schreiphase die Lichterregung einer Schicht des Materials durch wenigstens ein Interferenzstreifengitter und in der Lesephase die Beleuchtung der Schicht durch ein monochromatisches Lichtbündel bewirken, dadurch gekennzeichnet, daß das Material eine nichtlineare Änderung der Doppelbrechung als Funktion des elektrischen Feldes aufweist, und daß Vorspannungseinrichtungen vorgesehen sind, mit denen an das Innere der Schicht ein einstellbares elektrisches Feld angelegt wird, das den Wert der das Indexgitter bildenden Doppelbrechungsänderungen kontrolliert, wobei die Vorspannungseinrichtungen insbesondere das Anlegen von Feldern unterschiedlichen Viertes während der Phasen des Schreibens bzw. des Lesens des Indexgitters ermöglichen.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungseinrichtungen wenigstens ein an der Schicht angeordnetes Elektrodenpaar und einen die Elektroden erregenden elektrischen Generator enthalten.
3· System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektro-optische Material ein ferroelektrisch.es Material ist, dessen Curie-Temperatur unter der Betriebstemperatur der Schicht liegt, und daß die Doppelbrechungsänderung eine annähernd quadratische Funktion des elektrischen Feldes ist.

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4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungseinrichtungen nur während der Phase des Lesens des Indexgitters ein elektrisches Feld an die Schicht anlegen.
5. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungseinrichtungen an die Schicht während der Schreibphase und während der Lesephase Felder des gleichen Absolutwerts, aber mit entgegengesetztem Vorzeichen anlegen.
6. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektro-optische Material ein ferroelektrisches Material ist, dessen Curie-Temperatur über der Betriebstemperatur der Materialschicht liegt und das einen von Null verschiedenen Wert der remanenten Polarisation während der Schreibphase aufweist, und daß die Vorspannungseinrichtungen während der Lesephase an die Schicht einen elektrischen Feldimpuls anlegen, der die Umkehrung der Richtung der Polarisation ermöglicht.

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