DE2234883A1 - Volumenhologramm-speicheranordnung - Google Patents
Volumenhologramm-speicheranordnungInfo
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Description
Western Electric Company, Inc. Glass, A.M. 5-5
New York
Volumenhologramm-Speicheranordnung
Die Erfindung betrifft eine Volumenhologramm-Speicheranordnung
mtt einem Einkristallkörper aus einem Material, das durch die Formel (LiO0)n . . ~ ,-CNb-O1-) n cr „ c, bezeichneten Bereichs,
2 U , 44—U, D 2. D U, Db-O, ο
wobei die Dicke des Körpers ausreichend groß bemessen ist, um eine Speicherung von Vielfachbildern zu ermöglichen, wenn
der Körper auf einer bestimmten Oberfläche mit einem Information beinhaltenden Strahlbündel bestrahlt wird, das auf die
Oberfläche unter einem von einer der Zahl der Vielfachbilder « entsprechenden Anzahl von Einfallwinkeln auftrifft.
Optische Speichersysteme, sowohl als digitale als auch analoge
Anordnungen, von denen letztere durch in optischen Abhandlungen beschriebene Holographie veranschaulicht sind, wurden seit
der Entwicklung des Lasers vor etwa 10 Jahren praktisch realisierbar. Diese Art der Aufzeichnung basiert auf einer Interferenzfigur
aus zwei oder mehr Strahlbündeln einer elektromagnetischen Strahlung, von denen eines als Referenzbündel und
das andere bzw. die anderen, häufig Nachrichten enthaltenden Bündel als Signalbündel bezeichnet werden. Die Rekonstruktion
bzw. Wiedergewinnung der aufgezeichneten Interferenzfiguren wird durch ein Abfragebündel erreicht, das gewöhnlich unter
dem Bragg-Winkel auf das Aufzeichnungsmedium geworfen wird.
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Zweidimensionale holographische Anordnungen, die auf diesem Prinzip beruhen, fanden über einige Jahre weitverbreiteten
experimentellen Gebrauch. Eine Anzahl geeigneter Medien, von denen viele nach einem photographischen
Prinzip arbeiten, wurden verwendet.
Das Konzept der Volumen- bzw. dreidimensionalenHblographie beruht auf der eigenen Charakteristik der räumlichen Redundanz,
d. h. der Tatsache, daß sich wiederholende Gruppen von Interferenzstreifen die-selbe Information beinhalten. Die
Vielfachabbildung nutzt die Verwendung verschiedener Einfallwinkel
einer oder mehrerer der interferierenden Wellen aus,
wodurch sich Gruppen von Interferenzstreifen ergeben, welche
selektiv herausgegriffen werden können. Der selektive Zugriff wird durch die Verwendung eines Abfragebündels unter einem
die Bragg-Bedingung erfüllenden Einfallwinkel ermöglicht. Die Tatsache, daß Streifen von Bildern verschiedener Ordnung zu
sogar zufälliger Löschung führen können, hat für ein Medium dann keine Bedeutung, wenn es genügend dick ist, um die notwendige
Redundanz zu schaffen.
Das Konzept der Volumenholographie eröffnete verlockende Möglichkeiten. Die Fähigkeit derartiger Systeme bei derzeit
zur Verfügung stehenden Optiken eröffnete die Möglichkeit
10 12 von beliebig zugreifbaren Speichern mit 10 bis 10
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Informationsbits bei einem vernünftigen Volumen (einem Kubikzentimeter oder weniger) . Derzeit ist kein anderes
System mit einer solchen Kapazität bekannt, ..--■"'
Der mangelhafte kommerzielle Erfolg der Holographie geht, wie erkannt wurde, auf die Nachteile bisher bekannter Auf·*-
zeichnungsmedien zurück.
Die Suche nach einem geeigneten Holographischen Medium hat zum Auffinden einer Vielzahl von Materialien geführt«
Herkömmliche Gelatinen, photo graph is ehe Emulsionen sind, in
der Regel für zweidimensionale Medien brauchbars obwohl ·
sie generell nicht leicht löschbar sind. Die Durchlässigkeit ist in der Regel so-weit begrenzt, daß die Entwicklung
eines genügend dicken Mediums unwahrscheinlich ist.
Photochrom-Materialien, ζ«B, einkristallines KBr wuFCten zu
diesem Zwecke vorgesehlagen. Das Phänomen beruht auf einer
Änderung der Absorption und/oder des Brechungsindexes bei
Bestrahlung, Die induzierte Änderung kann gewöhnlich mit thermischen Mitteln gelöscht werden, Beschränkungen liegen
vor allem in nie-drigem Beugungswirkungsgrad und im Falle
von organischen Photochromen in chemischer Instabilität.
Magnetische Stoffe hängen von einer Form von Cüi?ie Punkt·'
Fchreibung ab. Ein Medium wird einem Magnetfeld ausgesetzt.
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Die Bestrahlung führt zu örtlicher Erwärmung, die ausreicht, um die Koerzitivkraft des Mediums zu verringern
und dadurch dem angelegten Feld die Möglichkeit zu geben, eine Umkehr der Magnetisierungsrichtung hervorzurufen.
Das Auslesen erfolgt beispielsweise durch Verwendung eines Detektors, der auf die Faradaty-Rotation eines Zugrif f sstrahlbündels
anspricht. Derartige Systeme haben hohe Auflösung, gute Stabilität und ermöglichen eine leichte thermische
Löschung. Der Aufzeichnungsvorgang benötigt jedoch eine hohe Spitzenleistung.
Gewisse Vorteile hat ein System, das kristalline Ferroelektrika verwendet. DerVorschlag zur Verwendung dieser Materialien
ging zunächst auf die Beobachtung einer "optisch-induzierten Beschädigung" zurück. Es wurde gefunden, daß ein solches
Material bei Verwendung in optischen Schaltungselementen Streuzentren entwickelt, die für die Entwicklung örtlicher Brechungsindex-Inhomogenitäten
ursächlich sind. Es wurde gefunden, daß wenigstens ein derartiges Material, LiNbO-, eine hohe Auflösung
ermöglicht, (vgl. US-PS 3 544 189). Die Löschung kann
insgesamt leicht durch thermische Mittel oder selektiv ebenso einfach durch optische Mittel erfolgen. Es ist ein hoher Beugungswirkungsgrad
zu erwarten, obwohl die Optimierung die Identifizierung des für die Entwicklung der Brechungsindex-Inhomogenitäten
ursächlichen Mechanismus voraussetzt.
Ausgehend von einer Volumenhologramm-Speicheranordnung der eingangs angegebenen Art, schlägt die Erfindung zur Lösung des
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κ
BAD ORIGINAL
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oben genannten Problems vor, daß das Material des kristallinen Körpers Eisen in einer ausreichenden Menge enthält, um einen
Gesamt-Fe +-Ionengehalt von wenigstens 50 Teilen pro Million
des Gesamtkationengehalts des Materials und wenigstens die gleiche Zahl von Fe -Ionen zu erzeugen.
In der Zeichnung ist eine perspektivische Darstellung eines Systems .zur volumenholographischen Aufzeichnung und Abfrage
gemäß den Prinzipien der Erfindung gezeigt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält Lithiumniobat,
LiNbO-, das als Speichermedium beispielsweise bei einem digitalen Ablenk-Aufzeichnungsmedium oder als Volumenholographisches
Medium verwendet wird, geringe Mengen von Eisenionen unter solchen Bedingungen, daß sich eine gleich-1
mäßige Verteilung der Ionen in den zweiwertigen' und dreiwertigen Zuständen ergibt. Die Zugabe oder das Vorhandensein
von Eisen ist so gewählt, daß der Gesamtgehalt auf ein Minimalniveau von 100 Teilen pro Million bezogen auf den Kationengehalt
gebracht wird (100 Teile pro Million ist angenähert dieselbe Größe wie 0,01 Molprozent Pe2O3). Bei üblichen Dicken
der holographischen Medien ist ein--Maximal gehalt von Fe von
etwa 500 Teilen pro Million vorgeschrieben. Der Gesamteisengehalt kann einen Maximalwert von etwa 1000 Teilen pro Million
bei gleichmäßiger Verteilung von zweiwertigen und dreiwertigen Ionen oder auch höhere Werte erreichen, sofern die dreiwertigen
Ionen vorherrschen. Genauer können die Grenzen wie folgt
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ausgedrückt werden: 50, 250 und 500 Teile pro Million Fe'" und Mengen von Fe , die vorzugsweise wenigstens gleich
den Fe + Mengen sind,, letztere jedoch übersteigen können.
Da Fe geringen Einfluß auf die Durchlässigkeit hat, k-:inn
der Überschuß z.B. 100 % oder mehr betragen.
Das Eisen kann in die Ausgangsbestandteile während der Züchtung oder auch später eingeführt werden. Andere Behandlungsschritte
können zur Vergrößerung des Fe /FeJ Verhältnisses und zur Schaffung der geeigneten Verteilung
des Ionengehaltes vorgesehen sein, oder zumindest so geschaffen sein, daß dieses Verhältnis nicht verschlechtert
wird. So wird beispielsweise das zur Erzeugung einwandigen Domänenmaterials erforderliche ferroelektrische Polen s.o
kurz als möglich durchgeführt, um Ionenansammlungen zu verhindern.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird der Winkel
wenigstens eiies der Schreib- oder Lesestrahlbündel so geändert, daß sich eine Vielfachabbildung ergibt. Ein derartiges
Ausführungsbeispiel verwendet zu diesem Zweck ein akustooptisches Element.
der
In Zeichnung sind eine kohärente Lichtquelle 1, die ein kohärentes Strahlbündel 2 aussendet, räumliche Deflektoren und 4, eine Kolimatorlinse 5, ein Winkeldeflektor 6, ein modifiziertes LiNbO--Aufzeichnungsmedium 7 und ein Detektor
In Zeichnung sind eine kohärente Lichtquelle 1, die ein kohärentes Strahlbündel 2 aussendet, räumliche Deflektoren und 4, eine Kolimatorlinse 5, ein Winkeldeflektor 6, ein modifiziertes LiNbO--Aufzeichnungsmedium 7 und ein Detektor
BAO ORiGlNAL
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dargestellt. Das System wird im folgenden anhand der Abfrageoperation
beschrieben. Zur Informationsaufnahme sind die dargestellten Elemente so vorgesehen, daß das Laserstrahl-■
bündel 2 oder ein Teil desselben mit einem oder mehreren Informationsstrahlbündeln interferuiert. Das dargestellte
System ruft ein Phasenhologramm hervor, das in einem dicken Medium gebildet wird (d. h. in einem Medium, dessen Dicke
ausreicht, um eine sich wiederholende Zahl von Interferenzstreifengruppen zur statistischen Kompensation der Zerstörung
durch Teile anderer Gruppen zu enthalten). Die Aufzeichnung von 100 Bildern in einem von einer gemeinsamen Oberfläche
definierten Volumen erfordert eine Dicke von angenähert 0,25 mm unter allgemeinen Operationsbedingungen.
Ein in einem transparenten holographischen Medium 7 gebildetes
Phasenhologramm kann als dreidimensionales Beugungsgitter angesehen werden, das ein Lichtstrahlbündel in derselben Weise
beugt wie ein Kristallgitter ein monochromatisches Röntgenstrahl·
bündel. Es gibt genau ^-definierte Bragg-Einfallwinkel, an denen
die Beugung auf einem Maximum ist. An von diesen Winkeln ab-
- weichenden Winkeln gibt es keine kohärente Beugung, Einige
HoLogramme können auf denselben Volumen wie das Aufzeichnungsmedium
überlagert vier den, und jedes Hologramm kann durch geeignete Wahl des Einfallwinkels selektiv abgefragt werden.
Als kohärente Lichtquelle 1. kann ein Laser oder eine kompliziertere
Einrichtung mit Hilfselementen (Generatoren für
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die zweite Harmonische oder dergleichen)verwendet werden,
deren Strahlung eine Grundwollenlänge von weniger als etwa 0,65 Mikrometer hat. Dieser Wellenlängenbereich ist vorgeschrieben,
da er einer minimalen Quantenenergie zum wirksamen Erzeugen der Brechungsindexänderung, von der der Aufzeichnungsmode
abhängt, entspricht, wie im folgenden noch genauer erläutert werden wird..Beim Abfragen kann die Quelle ·
1 bei einer längeren Wellenlänge betrieben werden. Dieser Betrieb ermöglicht eine längere Bestrahlung ohne die Gefahr
der Löschung, erfordert jedoch eine Einstellung des Einfallwinkels gegenüber dem beim Aufzeichnen verwendeten Winkel, um
die Bragg-Winkelbedingung zu erfüllen. Die räumlichen Deflektoren bzw. Ablenkeinrichtungen 3 und 4, von denen der
erste eine X-Ablenkung und der zweite eine Y-Ablenkung hervorruft,
können nach irgendeinem geeigneten Prinzip arbeiten, so z.B. akustooptisch, elektrooptisch, magnetooptisch und
dergleichen. Die Mittel zum Erzeugen einer solchen Ablenkung sind nicht gezeigt; sie können akustische Generatoren und
•.Terminatoren, Elektrodenausführungon, Einrichtungen zum Anlegen
magnetischer oder elektrischer Felder, Energiequellen und dergleichen aufweisen. Geeignete Einrichtungen sind im
einzelnen z.B. in Band 46 Bell System Technical Journal, Seite
95 7 (196 7) und Band 6 Journal of Quantum Electronics, Seite 223 (1970) beschrieben.
Die Funktion der X, Y räumlichenDeflektoren 3 und 4 bestrht
in der Schaffung des ersten'Niveaus bzw. Pegels der räumlichen
Adressierung. Dioso Elemente können als Einrichtungen manschen
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. ν; er den, die das Aufzeichnungsmedium 7 in ein;., den einzelnen
Aufzeichnungszonen entsprechendes Gitter unterteilt. Die Ko3Iimatorlinse dient zum Fokussieren des Strahlbündels und
erzeugt dabei eine genau definierte Abgrenzung zwischen benachbarten
Zonen. Das Element 6 ist ein Winkelabienker mit großer Öffnung, der den vorgesehenen Aufzeichnungs- oder
Abfragewinkel auswählt. Das Element 6 kann nach irgendeinem Ablcnkprinzip arbeiten, das auf der Wechselwirkung von Licht
mit beispielsweise akustischer, magnetischer oder elektrischer Energie beruht. Da der Doflektor bzw. die Ablenkeinrichtung
an das LiIIbO~-Element 7 angrenzt, hat der Einfallwinkel des
Strahls auf das Speichermedium geringen Einfluß auf die Position, d.h. es kann im wesentlichen, die Gesamtheit- des in dem von den '
Deflektorelementen 3 und 4 definierten Gitter gebildeten Bereichs ausgenutzt werden. Die dargestellte Anordnung weist eine Detektoranordnung
8 auf, die die vjährend des Abfragev'or gangs des Aufzeichnungsmediums 7 ausgestrahlte Information bestimmt. Eine
solche Anordnung kann z.B. aus einer Gruppe von Silizium-Photodioden bestehen.
Es wurde gezeigt, daß wenigstens 100 überlagerte holographische
Bilder durch angenäherte Winkelwahl ohne Kreuzkopplung bzw. Kopiereffekt aufgenommen und später ausgelesen werden können.
Da die gegenwärtige Technologie die Errichtung eines Gitters
7
von r-tv;η ^O Zonen auf einem möglichen Gebiet (in der Größen-
von r-tv;η ^O Zonen auf einem möglichen Gebiet (in der Größen-
Ordnung von; 1 cm' ) erlaubt,, ist ein System, wie das in der .
Zeichnung dargestellte, im Prinzip für 10 Λ Informationsbits
gr :oi(;nr L. . .
209885/1328 "
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Systeme wie die dargestellte Anordnung können cn tv.1 r. der
insgesamt oder selektiv geloscht worden. Eine solche
Löschung kann durch gleichmäßige Bestrahlung erfolgon,
wobei wiederum eine Wellenlänge von im wesentlichen 0,65. Mikrometer oder kürzer vorwendet wird, oder sie ksnn .mit
Hilfe ungleichförmigem Bestrahlung durchgeführt werden,
die ein negatives Bild unter solchem Einfallwinkel definiert, daß es mit dem zu löschenden vorgegebenen Positivbild korrespondiert.
Die Grundzusammensctzung des hier verwendeten Materials kann
trotz der Kcnnzeichnunc durch die IJ? nnforrnol LiKbGn c-:t'.;·"-r.
von der angegeben Stöchiomotrie abweichen, was in der Praxis
auch tatsächlich vorkommt. Es ist bekannt, daß eine solche
Abweichung beispielsweise zum Beschleunigen des V/nchsturns
erwünscht sein kann, vjobei die kongruente Zusammensetzung mit der Formel (Li„Ö)„ , nr (IJb„O,-) _ αΛΛ genauer übereinstimmt.
2 0,4ob λ b 0,b ■ 4
Die erfindungsgemäß erzielte Verbesserlang beruht insbesondere
auf der Zugabe von Eisenionen zu der Zusammensetzung. Dor
für die Brechungsindexänderung ursächlichen Mochrnirmus ist,
wie im folgenden noch erläutert wird, eine Art von Elektronensprung
(electron hopping). Im besonderen umfaßt der ursächliche Mechanismus-..eine Freisetzung eines Elektrons durch ein lichherregtes
Fe'' -low. Die so freigesetzten Elektronen werden church
zufällig gesättigte Fe -Ionen oingefangen. Die maßgebliche
Indexänderung entspricht der Konz-ntrationsänderunn von. F^ . Ionen
in ausgewählton Zonen.
20$Xt5 J4T>12 BAD ORIGINAL
Es ist daher zu sehen, daß din erf in dungs gc-m^lße Lehre·.
einen vorgeschriebenen Pe^ -Gehalt betrifft, wobei
selbstverständlich wenigstens eine gleiche Anzahl von ι ppJ -Ionen air. Einfangzentren angenommen wird. Erfxndungsgem"ß
ist vorgeschrieben, daß so viel Eisen der Zusammensetzung^ugegeben
wird, daß wenigstens 50 Teile pro Million Fc+ (Fe'"+-Kationen bezogen auf die Lithium plus Niobium-Kationen)
vorhanden sind. Es ist daher notwendig, daß auch ein Eisengehalt von 50 Teilen pro Million von Fe + vorhanden
ist. Der minimale Gesamteisengehalt, der durch die erfindungsgemäße
Zugabe eingestellt werden muß, beträgt daher wenigstens "00 Teile pro Hillion Eisen, wobei die Hälfte des
Gesamteisengehalts, d.h. 50 Teiie pro Million aus Fe + besteht.
Dieser Minimalgehalt hat sich als notwendig erwiesen, um eine merkliche Verbesserung des Beugungswirkungsgrades im Vergleich
zu herkömmlich gezüchteten LiIJbO„-Kristallen zu erreichen.
Ein maximaler Fe'' -Gehalt auf derselben Basis von 500 Teilen
pro Million wird im Hinblick auf die für Medien einer Dicke
in der Größenordnung von 0,25 mm erforderliche Durchlässigkeit vorgeschrieben vOeine Dicke von 0,25 mm wird für dreidimensionale
Speicherung von Vielfachbildern in einer Anordnung der in der Zeichnung dargestellten Art als Minimaldicke angesehen}.
Ff-+ hat nur geringen Einfluß auf die Durchlässigkeit bzw.
Tr7„ur;·>--.roriz im normalen Durchlrjssigkeitsbereich von LiNbO3
(0,35 bic 7,0 Mikrometer). Für die wirkungsvollste Ausnutzung
2098857 1328
ist es wiederum erwünscht, daß wenigstens 500 Teile pro Million Fe entsprechend dem angegebenen Maximalgehalt
von Fe~+ vorhanden sind. Es gibt jedoch einen kleinen Machteil
bei der Erhöhung des Fe +-Gehalts auf Größenordnungen,
die einige Vielfache dieses Wertes betragen.
Ein vorgeschriebenes Minimum von etwa 100 Teilen pro Million Fe (und daher ebenfalls wenigstens etwa 100 Teile pro
Million Fe ) beruht auf der Beobachtung, daß ein solcher Gehalt zu einem Beugungswikungsgrad in der Größenordnung von
25 % in einem 2 mm dicken Kristall führt, -wodurch eine hundertfache
Verbesserung gegenüber üblichen LiNbO- optischer Qualität
erreicht wird.
Die Züchtung von LiNbO_ für die Zwecke der Erfindung wird in
üblicher Weise durchgeführt. Die üblicherweise verwendete
Methode für das beste optische Material ist die Keimzüchtung durch eine Czochralski-Methode. Die Ausgangsbestandteile, die
üblicherweise eine kongruente Zusammensetzung bilden, können Li„CQ~ und Nb „0[- sein. Das Verfahren ist in Band 48, Journal
of American Ceramic Society, Seite 112 (1965), beschrieben, wobei üblicherweise die Ausgangsbestandteile durch KugelvermaEung
geschliffen werden, worauf eine ..Reihe von Sinter- und Schleifschritten folgt, bis die vollständige Reaktion
erreicht ist. Nach der Reaktion wird das Produkt geschmolzen und durch Ziehen aus der Schmelze der Kristalle gebildet.
209885/1328 Bad original
Die Eisenzugabe kann zu irgendeinem Zeitpunkt während der Herstellung erfolgen. Zweckmäßigerweise erfolgt die
Zugabe generell zu den Ausgangsbestandteilen. Solche Bestandteile .-enthalten bei für optische Einrichtungen
als akzeptabel angesehenem Reinheitsgrad in der Regel in der Größenordnung von 1 Teil pro Million Eisen. Es
ist allgemein erwünscht, auch bei der -erfindungsgemäßen Einrichtung von Bestandteilen auszugehen, die für Material
optischer Güte als annehmbar angesehen werden, da die erfindungsgemäße Einrichtung ähnlich anderen optischen
Einrichtungen vorzugsweise frei von unkontrollierten Streuoder Absorptionszentren gehalten werden sollte. Demgemäß
liegt die in dieser Herstellungsstufe zugegebene Eisenmenge in der Größenordnung von 100 Teilen pro Million auf
der Basis des Gesamtkationengehalts der Ausgangsstoffe.
Eine derartige Eisenzugabe kann in Form von Fe_0„, FeO oder
metallischem Fe erfolgen. Eine einheitliche Dispersion ist gewährleistet, in^jdem den üblichen Schleif- und Sintermethoden
gefolgt wird. (
Die Züchtung kann unter Verwendung üblicher -Öfen und Hilfsvorrichtungen, z. B. Haltern, Tiegeln und dergleichen erfolgen.
Einige in üblichen Geräten bzw. Vorrichtungen enthaltende Materialien können zusätzlich 10 Teile pro Million
Eisen zuführen. Eine solche Zugabe hat unter dem Gesichtspunkt
der Erfindung wenig Bedeutung.
BAD ORIGINAL
209885/1328
Nach der Züchtung wird das sich ergebende kristalline I-i^t
ferroelektrisch gepolt, um Domänenwände zu beseitigen. Zu
diesem Zweck wird, ein Strom in der Größenordnung von 5^ /MiIIiampere
pro cm Kristnllflache über den Kristall aufrecht or·-. :
halten, während der Kristall aus der Mühe seines Schmelzpunktes
über einen Bereich von etwa 50 C heruntergekühlt wird. Diese Polungsmethode wird notwendigerweise über einen
Temperaturbereich durchgeführt, in welchem der Curiepunkt liegt. Der Curiepunkt, der von innerhalb der Grenzen der
Formel (Li„O)n λλπ 1-(Nb1O1.). sen S · Möglichen Zusamraen-
Formel (Li„O)n λλπ 1-(Nb1O1.). sen S · Möglichen Zusamraen-
setzungsänderungen abhängig ist, kann sich über den Temperatur-
o ändern
bereich von 1050 C bis ^180 C. Um Anhäufungen (d.h. inhomogene
Verteilungen) von Eisenionen zu vermeiden, ist es wünschenswert,
die Polungszeit auf einem Minimum zu halten. In der Regel kann die Polung in einer Zeitspanne von fünf
Minuten oder weniger durchgeführt werden.
Die Stabilität von Fec+ relativ zu Fe + wächst mit zunehmender
Temperatur, und das gezüchtete Material hat eine thermodynamische
Verteilung, welche das maximale Fe^ /FeJ -Verhältnis
schafft. Es wurde gefunden, daß eine Temperung bei Temperaturen, die wesentlich unterhalb der Curietemperatur liegen, zu einer
gewissen Verminderung des Beugungswirkungsgrades führt. Daraus wird gefolgert, daß das Fe +/Fe +-Verhältnis auf weniger als
50 % durch eine solche Behandlung verringert wird. Dieser . :
Effekt ist besonders ausgeprägt bei Tempern-unterhalb von
BAD ORIGINAL 209885/1328
r.tvii? 700 C, so daß ein derartiger Temperungsvorgang
generell vermieden werden sollte. VJonn andere Gesichtspunkte
ein T-:mpern unterhalb von 700 C erforderlich machen, k?nn das Pe-" /Fe -Verhältnis auf einen geeigneteren
VJert durch nachfolgendes Hoch temperatur tempern erhöht
werden.
Die Erläuterung der Brechungsindexänderung in Lithiumniobat
beruht auf■der Valensänderung von Eisenionen
v;"hrend des Betriebs. Es ist typisch für die holographische
Aufzeichnung, daß die der Interferenzstreifung entsprechende
elektromagnetische Strahlung über den Kristall eine ungleichmäßige Intensität hat. Der Effekt besteht darin,
daß die in den mit der größten Intensität bestrahlten Zonen des Kristalls liegenden Fe -Ionen bevorzugt angeregt werden;
Diese angeregten bzw. erregten Ionen können dann Elektronen
freisetzen und werden in Fe umgesetzt. Die freigesetzten Elektronen werden von anderen Fe +-Ionen in weniger stärk
bestrahlten Zonen des Kristalls eingefangen, und diese Ionen vor den ihrerseits in Pec umgesetzt.. Der Gesamteffekt ist
eine Änderung der Verteilung von Fe*~ -Ionen, der zur Erzeugung
und Neuverteilung von örtlichen Brechungsindex-Inhomogenitäten
über den Elektroneneffekt führt.
Die folgenden Beispiele geben verschiedene Methoden zum Züchten
der bezeichneten Zusammensetzungen an. In den Beispielen .
BAD ORIGINAL
209885/1328
2 und 4 wird Eisen zugegeben,' und die Behandlung erfolgt
so, daß ein geeigneter Fe" -Gehalt gewährleistet ist. Beispiel 3 soll den Effekt des Temperns bei niedriger
Temperatur zeigen. Beispiel 1, das als Bezug·aufgenommen
wurde, gibt die übliche Züchtungsmethode an. Jedes Beispiel umfaßt den gemessenen Beugungswirkungsgrad. Der
Wert für den Beugungswirkungsgrad ist in jedem Fall ein "Sättigungswert", d.h., daß jede Messung nach einer Bestrahlung
durchgeführt wurde, die bei den gegebenen Betriebsbedingungen zu der maximal erreichbaren Indexänderung
führt. Die für die Messungen verv/endete Versuchsquelle erzeugte eine Intensität von etwa 10 Watt pro cm", wobei
die Strahlung eine;· Wellenlänge von 5145 A* hatte. Zum
Vergleich: alle bei den Beispielen verwendeten Abschnitte waren 0,2 cm in der Dickenrichtung. Bei jedem Beispiel
ist ein berechneter Wert des Fe -Ionengehalts angegeben.
Es wurde ein aus einer kongruenten Zusammensetzung herausgeschnittener
kristalliner Abschnitt verwendet, dessen Ausgangsstoffe einen Gesamteisengehalt von etwa 1 Teil pro
Million hatten, wobei herkömmliche Schleif- und Sinterschritte unter solchen Bedingungen verwendet wurden, daß
der Eisengehalt auf etwa 10 Teile pro Million im Endkristall erhöht wurde. Die Bestrahlung dieses Kristalls mit einer
2
Intensität von Λ0 Watt pro cm bei Zimmertemperatur führte zu
Intensität von Λ0 Watt pro cm bei Zimmertemperatur führte zu
BAD ORfGINAL
209885/1328
einem Beugungswirkungsgrad von 0,2 % in einer Zeitspanne
van einer Minute. Die Fe -Konzentration der Probe lag ir
der Größenordnung von 5 Teilen pro Million.
Eine kristalline Probe wurde aus demgloichen Ausgangsbestp.ndteil
\;ie diejenigen bei Beispiel Λ unter Zugabe von
0,05 Malprozent Fe0Q., hergestellt. Ein solcher Kristallabschnitt,
der in eine nach dem allgemeinen Prinzip der Anordnung nach Fig. 1 arbeitende Hinrichtung einbezogen
wurde, führte zu einem Beugungswirkungsgrad von 44 % in weniger nlseiner Minute. Die Fe '+-Konzentration dieses
Kristalle« betrug etwa 250 Teile pro Million.
Die Probe nach Beispiel 2 wurde in Luft bei 700° G über
75 Stunden bei 6OQ C getempert. Der denselben Bedingungen
wie die Proben gemäß Beispielen 1 und .2 unterworfene Abschnitt führte zu einem Beugungswirkungsgrad von einem Prozent
2+ in weniger als einer Minute. Die Fe -Konzentration der
Probe betrug -in' der Großemordnung von 20 Teilen pro Million.
Eine kristalline Probe wurde aus denselben Ausgangsbestand-tfoil'-·π
uie diejenigen gemäß Beispiel 1 hergestellt, wobei 0,0"1S % Fc-00~ zugegeben wurde. Der sich ergebende Kristall
e einen Beugungswirkungsgrnd von 5 Ά in woniger als
BAD 86/13 28' ; ;
ο ,
einer Minute. Die Fe' -Konzentration dieser Probe lagin
■der Größenordnung von 75 Teilen pro Million.
BAD ORIGINAL 209885/ 1-3-2 9
Claims (6)
- £88*3Λ π S ρ r ü .C h e^ yAfolumenhologramm-Speicheranordnung mit einem Einkristallkörper aus einem Material, des durch die Formel (LiO2)n 4* or (HbnOn-)„ cr_n c ,bezeichneten Bereichs, wobei die Dicke dos Körpr?rs ausreichend groß bemessen ist, um eine Speicherung von Vielfschbildern zu ermöglichen, wenn der Körper auf einer bestimmten Oberfläche mit einem Information beinhaltendenStrrhlbündel bestrahlt wird, das auf die Oberfläche unter einem von einer der Zahl der Vielfachbilder entsprechenden Anzahl von Einfallwinkeln auftrifft,d α d. u r" c h gekennzeichnet, daß des Material des kristallinen Körpers Eisen in einer ausreichenden Menge enthält, um eine Fe -Gesamtionengehalt von wenigstens 50 Teilen pro Million des Gesamtkationengehalts des Materials und wenigstens die gleiche Zahl von Fe -Ionensu erzeugen. "
- 2. Volumenhologramm-Speicheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fe' —Gehalt wenigstens 100 Teile pro Million beträgt, ' . '
- 3. Volumenhologramm-Speicheranordnung nach Anspruch "?, dadurch gekennzeichnet, daß en dem kristallinen Körper ein "Jirik^ldeflektorelemont. angeo-rdnet ist, das ein: kohärentes209885/132aelektromagnetisches Strahlenbündel auf den Körper unter
einem von einer Anzahl vorgegebener Einfallwinkel richtet. - 4. Volumenhologramm-Speicheranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsweise des Winkeldeflektorelements entweder auf akustooptischer, elektrooptischer oder magnetooptischer "Wechselwirkung mit dom
Strahl beruht. - 5. Volumenhologramm-Speicheranordnung nnch Anspruch 3, dadurch gekenneaächnet, daß X, Y-Raumdeflektoren (räumliche
Ablenkeinrichtungen) so angeordnet sind, daß sie den Strahl selektiv auf den Körper richten. - 6. Volumenhologramm-Speicheranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkung der X, Y-Raumdeflektoren entweder auf einer akustooptischen, elektrooptischen oder
magnetooptischen Wechselwirkung mit dem Strahl beruht.2 0 9 8 8 5/1328 BAD ORiQ.'NAL
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