DE2345351C2

DE2345351C2 - Holographisches Aufzeichnungs- und Auslesesystem

Info

Publication number: DE2345351C2
Application number: DE2345351A
Authority: DE
Inventors: Guy Antony Bismuth; Francois Orsay Micheron
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1972-09-08
Filing date: 1973-09-07
Publication date: 1984-05-03
Also published as: FR2199162B1; US3892465A; GB1446035A; DE2345351A1; JPS49109052A; FR2199162A1

Description

Die Erfindung betrifft ein holographisches Aufzeichnungs- und Auslesesystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges holographisches Aufzeichnungs- und Auslesesystem ist aus der DE-OS 20 32 108 bekannt. Es enthält eine Platte aus lichtempfindlichem, ferroelektrischem Material, dessen Brechungsindex veränderlich ist. Durch Belichtung mit einem Interferenzmuster wird in dieser Platte ein Brechungsgitterindex erzeugt. Die Platte ist mit Elektroden versehen, um während des Aufzeichnens und während des Auslesens ein elektrisches Feld wirksam werden zu lassen. Die auf diese Weise in der Platte aufgezeichneten Interferenzstreifen bilden ein dreidimensionales Beugungsgitter, das bei der Rekonstruktion des gespeicherten Bildes einen optischen Wirkungsgrad aufweist, der größer ist als der von üblichen zweidimensionalen Aufzeichnungen. Da die Aufzeichnung im Inneren des Materials erfolgt, wird eine beträchtliche Erhöhung der Informationsspeicherdichte erreicht. Bei diesem bekannten holographischen Aufzeichnungs- und Auslesesystem kann die Intensität des rekonstruierten Bildes durch Ändern der elektrischen Feldstärke gesteuert werden, wobei eine maximale Bildhelligkeit erreicht werden soll, wenn die elektrische Feldstärke bei der Rekonstruktion ungefähr gleich derjenigen ist, die bei der Aufzeichnung des Hologramms angewendet wurde. Die auf diese Weise durch Belichtung mit dem Interferenzmuster erzeugten Änderungen der Doppelbrechung sind aber gering, so daß hohe elektrische Felder angelegt werden müssen, um einen ausreichend großen optischen Wirkungsgrad zu erhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das holo-

graphische Aufzeichnungs- und Auslesesystem der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß bei geringer Intensität des induzierenden Interferenzstreifengitters große Änderungen des Brechungsindex erreicht werden.

Diese Aufgabe wird durch die Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, die unter bestimmten Anwendungsbedingungen des Materials, aus dem die lichtempfindliche, ferroelektrische Platte besteht, bestehenden nichtlinearen Beziehungen zwischen der Doppelbrechung und dem im Inneren dieses Materials erzeugten örtlichen elektrischen Feld zur Erhöhung des optischen Wirkungsgrades auszunutzen, indem beim Auslesen ein elektrisches Feld angelegt wird, das einen anderen Wert als das beim Aufzeichnen verwendete elektrische Feld besitzt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeich- nung beispielshalber beschrieben. In der Zeichnung zeigt

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

F i g. 2 ein holographisches Aufzeichnungs- und Auslcsesystem und

F i g. 3, 4 und 5 Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise verschiedener Ausführungsformen.

Fig. i erläutert das Verfahren, mit welchem ein Interferenzstreifengitter in einem lichtempfindlichen elck- tro-optischen Material in Form vor örtlichen Änderungen des Brechungsindex aufgezeichnet werden kann. Diese Figur zeigt einen ebenen Schnitt durch ein solches Material, in welchem der schraffierte linke Teil beleuch- tet ist, während der rechte Teil keine Beleuchtung empfängt; die Gerade A-A\ 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 Feststoffes diffundiert, bis es auf ein Akzeptorzentrum trifft, wodurch dann eine ortsfeste negative Ladung erzeugt wird.

In den Bereichen gleichförmiger Beleuchtung wird somit jedes positive Zentrum durch ein negatives Zen-

trum kompensiert, und die Änderung des inneren elektrischen Feldes ist Null. Das gleiche gilt erst recht in dem nicht beleuchteten Bereich, wo kein positiv.!.". Z-. ;> trum erzeugt wird. Indem mittleren Bereich in der Nahe des Beleuchtungssprungs A-Ai lassen dagegen l.lektro nen, die in der Beleuchtungszone erzeugt werden, positive Zentren zurück, während sie in die Dunkel/one gehen und dort negative Zentren erzeugen. Snmn entstehen zwei Zonen, von denen die eine /wischen den

Geraden A-A\ und B-B^ liegt und nicht kompensierte, positive Ladungen enthält, während die andere Zone zwischen den Geraden A-A\ und C-Ci liegt und ausschließlich negative Ladungen enthält; zwischen diesen Zonen bildet sich ein örtliches elektrisches Feld El aus. Der Abstand dzwischen den Geraden 3-B\ und C-Ci ist mit der Diffusionslänge der Ladungsträger im Innern des Materials verknüpft. Infolge des elektro-optischen Charakters des Materials läßt die Änderung des öitlichen elektrischen Feldes zu beiden Seiten des Beleuchtungssprunges eine Änderung der Doppelbrechung in Erscheinung treten.

Wie dieses einfache Beispiel zeigt, sind derartige elektro-optische Materialien nur für räumliche Beleuchtungsänderungen 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 elektro-optischen Materialien ist die Beweglichkeit der Ladungsträger sehr gering, und ihre Diffusion unter der Wirkung der Wärrnebewegung ist außerordentlich klein. Zur Erhöhung der Empfindlichkeit ist es bekannt, auf das Material ein örtliches 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 miitleren Richtung der aufzuzeichnenden Interferenzstreifen liegt.

Fig. 2 zeigt ein Aufzeichnungs- und Auslesesystem, das die Aufzeichnung der sich auf ein Objekt beziehenden Information in Form eines Hologramms in einem lichtempfindlichen elektro-optischen Material und die spätere Rekonstruktion eines Bildes des Objekts aufgrund des aufgezeichneten Hologramms ermöglicht.

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

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 11 wird durch ein Objektiv 31 in einem Punkt S, fokussiert; die vom Punkt Si ausgehende Kugelwelle trifft auf ein zweites Objektiv 41, das ein Bild Sj des Punktes Si erzeugt. Das sogenannte Bezugsbündel 12 wird nach Ablenkung durch den Spiegel 30 von einem Objektiv 32 im Punkt S: 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 S: ausgehenden Bezugskugelwelle zur Interferenz, wodurch in dem den Punkt Si umgebenden Volumen ein Interferenzstreifengitter geb'ldet wird, dessen Anordnung kennzeichnend für das Objekt 5 ist.

Dami: die räumliche Aufzeichnung dieser lnterferenzstreifen 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 S3 angeordnet. Diese Schicht ist mit zwei 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 Ee 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/cm² erhalten. Das gesinterte Material wird zerschnitten und dann optisch 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 F i g. 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 S2 ausgehende Kugelwelle wird dann von dem Indexgitter in Form von Strahlen 13 gebeugt, die vom Objekt 5 zu stammen scheinen und somit ein virtuelle- 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 F i g. 2 kann dazu verwendet werden, nacheinander verschiedene Hologramme im Innern der gleichen Schicht aufzuzeichnen. Zu diesem Zweck wild, nachdem das vorhergehende Hologramm aufgezeichnet und ein neues Objekt 5 eingesetzt worden ist, die Neigung des Bezugsbündels \2 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 entsprechenden Aufzeichnung hatte.

Natürlich können zur Erzeugung eines Interferenzstreifengitters aufgrund eines Objekts auch verschiedene tige andere optische Mittel verwendet werden. Es ist auch möglich, beispielsweise durch Fortlassen des

ns Objektivs 41 und des Objekts 5, die von zwei punktförmigen Quellen, wie Si und S2. ausgehenden Kugelwellen zur Interferenz zu bringen und dadurch im Innern der Schicht 6 ein Interferenzsireifengitter 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 Hiife des Generators 63 und der 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 findet sich bei den ferroelektrischen 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 offensichtlichen Gründen der leichteren Anwendung werden vorzugsweise Materialien gewählt, deren Curie-Temperatur unter der Umgebungstemperaturliegt.

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 F i g. 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 Ei. 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 + Ei und — Ei ändert. Dieses örtliche Feld läßt eine gewisse Doppelbrechung des Materials in Erscheinung treten, die den maximalen Wert (An)₀ hat, der den beiden Werten + E, und — Ei entspricht. Das auf diese Weise erzeugte Indexgitter hat eine Periodizität, die doppelt so 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 (An)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 Ee angelegt, das sich dem von den Beleuchtungsänderungen erzeugten Raumladungsfeld überlagert, so daß ein örtliches Feld entsteht, das sich von

Ei bis Eli = Ee+ Ei

ändert.

Das Indexgitter nimmt dann eine Periodizität an, die gleich derjenigen des Interferenzstreifengitters ist, mit dem es aufgezeichnet worden ist. Wie F i g. 3 zeigt, ändert sich die Doppelbrechung zwischen den Werten (Jn)] und (Jn₂, die den Werten E_L ι bzw. E_L 2 des örtlichen Feldes entsprechen. Die Modulationsamplitude der Interferenzstreifen, die bei der Aufzeichnung gleich (dri)a war, ist nun (Δη)?—(Δη)ι geworden; der Mixlulationsgewinn, der im wesentlichen gleich dem doppelten Wert des Verhältnisses zwischen den Amplituden des äußeren Feldes und des inneren Feldes ist, kann be· trächtlich 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 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 Aiisführungsform 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 Ei. aufgetragen ist, erläutert diese zweite Ausführungsform.

Während der Einschreibphase legt der Generator 63 an die Elektroden 61 und 62 eine Spannung an. die in der Materialschicht ein elektrisches Feld E/ erzeugt. Die Rechnung zeigt und die Erfahrung bestätigt, daß beim Anlegen eines äußeren elektrischen Feldes an ein iichtempfindliches elektro-optisches 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 Ei und eine räumlich periodisch veränderliche Komponente der Amplitude £Ί, die beide von der Intensität der Beleuchtung und von dem angelegten äußeren Feld Ei abhängen. Aus der Überlagerung des angelegten äußeren Feldes und des Raumladungsfeldes ergibt sich ein örtliches Feld, das zwischen den Extremwerten

£;. 1 = Ei— Er- 2E\ und Ei. 2 = Er- E,

um einen Mittelwert

— Et— Ep—

schwankt, was, wie Fig.4 zeigt, Änderungen der Doppelbrechung zwischen den entsprechenden Extremwerten (Δη), und (An)₂ zur Folge hat. Das Hologramm wird somit in dem Material in Form eines Indexgitters gleieher Gitterteilung aufgezeichnet.

Während der Lesephase wird die vom Generator 63 an die Elektroden angelegte Spannung umgekehrt; das Material ist somit einem äußeren elektrischen Feld — E_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

um einen Mittelwert

EiM = — Er— Ei— Ey

schwankt. Fig.4 zeigt, daß dann das Indexgitter zwischen den Extremwerten (An)\ und (An)2 schwankt. Infolge der zwischen der Doppelbrechung und dem örtlichen Feld bestehenden quadratischen Beziehung ist der Abstand

wesentlich größer als der Abstand (An)2— (An)\, 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 Wirkungsgrades des Hologramms, ohne daß die vom Generator abgegebene Spannung entsprechend erhöht werden muß.

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, b.i der Lesephase Hologramme erhalten werden, deren optischer Wirkungsgrad in der Größenordnung von 20% gleich dem 6,5fachen 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 Umgebungstemperaturliegt.

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 F i g. 5 zusammengefaßt, welche die zusammengehörenden Änderungen der folgenden Größen als Funktion des örtlichen elektrischen Feldes El zeigen:

— der elektrischen Polarisation P (gestrichelte Kurve);

— der Doppelbrechung An (Kurve in vollen Linien).

Die Änderung der elektrischen Polarisation als Funktion des elektrischen Feldes ist eine klassische Hysteresisschleife. Wenn das Feld vom Sättigungsfeld E$ bis zum Wert 0 und dann vom Wert 0 bis zu dem Wert — Es umgekehrt wird, stellt man fest, daß die Polarisation schwach und nahezu linear abnimmt, wobei sie durch den remanenten Polarisationswert Pr geht, wenn das Feld El zu Null wird, und daß sie sich dann plötzlich ändert, wobei sie bei dem dem Koerzitivfeld entsprechenden Wert — Ei das Vorzeichen ändert. Symmetrische Erscheinungen sind zu beobachten, wenn man das Feld wieder vom Wert — Es zum Wert + Es 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 Es entsprechenden Wert (An)s langsam ab, wobei sie durch den Wert (An)R geht, welcher dem Wert Pr 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 Interferenzstreifen ohne Anlegen eines äußeren Feldes aufgezeichnet werden; die remanente Polarisation Pr verursacht nämlich die Wanderung der Ladungsträger. Die Raumladungen erzeugen ein örtliches Feld, das zwischen den Werten— £/und +Eischwankt;dadurch wird in dem Material ein Indexgitter aufgezeichnet, das zwisehen den Werten An\ und Am. schwankt. Da der Abstand Ani— An] wegen der geringen Steilheit der Kurve An = f(Ei) in der Nähe des Punktes E₁=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/, dem das Materia! 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 hangt von der Richtung der elektrischen Polarisation beim Einschreiben ab. Bei dem Beispiel von Fig. 5, bei dem die Polarisation beim Einschreiben +Pr ist, legt man ein Feld des Wertes — E_s an. Die elektrische Polarisation und die Doppelbrechung beschreiben ihre jewei- !igen Kurven in der Richtung der Pfeile. Das in dem Material bestehende örtliche elektrische Feld ändert sich zwischen den beiden Extremwerten

Ε/ ι = Er+ Ei und Ei, 2 = Ei— Ei

und läßt Änderungen der Doppelbrechung in Erscheinung treten, die von (Ari)2 bis (An)\ gehen. Der Abstand

(An)₂- (An)_x

zwischen diesen beiden Werten ist der Steilheit der Kurve π = [(El) proportional. Wie Fig.5 zeigt, erreicht er seinen maximalen Wert, wenn das örtliche Feld El ι = Ε_ε+ Ei gleich dem Koerzitivfeld — Ec wird. Während des kurzen Zeitraums, in welchem das äußere Feld Ε_ε von dem Wert — (E_c+ E₁) auf den Wert — (Es- Ei) 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 um so höher ist, je größer die Steilheit der Kurve An=f(Ei.) 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

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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 zehnmal so groß wie die Zeit ist. die für seine Aufzeichnung erforderlich war.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Holografisches Aufzeichnungs- und Auslesesystem, das im Inneren einer Platte aus lichtempfindlichem, ferroelektrischem Material mit veränderlichem Brechungsindex ein Brechungsindexgitter erzeugt und eine optische Einrichtung zum Beleuchten der Platte mit wenigstens einem Interferenzstreifengitter sowie Elektroden zum Anlegen eines einsteilbaren äußeren elektrischen Feldes aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Material im Bereich oberhalb seiner Curietemperatur arbeitet, daß die Aufzeichnung des Brechungsindexgitters mittels des Interferenzstreifengitters in einem Bereich erfolgt, der auf der nichtlinearen Charakteristik der Doppelbrechungsänderung in Abhängigkeit von aem elektrischen Feld im Bereich geringer Steigung gewählt ist, daß das beim optischen Auslesen des Brechungsindexgitters angelegte äußere elektrische Feld eine Intensität hat, die von der Intensität des elektrischen Feldes beim Aufzeichnen verschieden ist und daß die Intensität des elektrischen Feldes beim Auslesen auf der nichtlinearen Charakteristik im Bereich größerer Steigung gewählt ist.

2. Holografisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtlineare Charakteristik eine angenähert quadratische Funktion ist.

3. Holografisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität des äußeren elektrischen Feldes beim Aufzeichnen Null ist.

4. Holografisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensitäten des äußeren elektrischen Feldes bei der Aufzeichnung und beim Auslesen einander im Betrag gleich, jedoch entgegengesetzt sind.

5. Holografisches System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Curietemperatur niedriger als die Umgebungstemperaturist.