DE2234883A1

DE2234883A1 - Volumenhologramm-speicheranordnung

Info

Publication number: DE2234883A1
Application number: DE2234883A
Authority: DE
Inventors: Alastair Malcolm Glass; George Earl Peterson
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1971-07-21
Filing date: 1972-07-15
Publication date: 1973-02-01
Also published as: CA963710A; BE786359A; FR2146421A1; US3703328A; IT964741B

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 brauchbar_s 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
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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 /Fe^J 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

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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-

Ordnung von; 1 cm' ) erlaubt,, ist ein System, wie das in der . Zeichnung dargestellte, im Prinzip für 10 ^Λ Informationsbits gr :oi(;nr L. . .

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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 LiKbG_n 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.

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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 pp^J -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

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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.

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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.

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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-

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 Fe^c+ relativ zu Fe ⁺ wächst mit zunehmender Temperatur, und das gezüchtete Material hat eine thermodynamische Verteilung, welche das maximale Fe^ /Fe^J -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

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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 Pe^c 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 .

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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.

Beispiel 1

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

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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.

Beispiel ?

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.

Beispiel 3

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.

Beispiel 4

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

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ο ,

einer Minute. Die Fe' -Konzentration dieser Probe lagin ■der Größenordnung von 75 Teilen pro Million.

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Claims

£88*3

Λ π S ρ r ü .C h e

^ yAfolumenhologramm-Speicheranordnung mit einem Einkristallkörper aus einem Material, des durch die Formel (LiO2)_{n 4}* or (Hb_nO_n-)„ c_r__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 beinhaltenden

Strrhlbündel 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 -Ionen

su 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: kohärentes

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elektromagnetisches 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.

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