DE2320521A1

DE2320521A1 - Optisches beugungssystem

Info

Publication number: DE2320521A1
Application number: DE2320521A
Authority: DE
Inventors: Juan Jose Amodei
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1972-04-24
Filing date: 1973-04-21
Publication date: 1973-11-08
Also published as: US3825316A; GB1429221A; CA988337A; JPS4948345A; NL7305577A; FR2182477A5

Description

Dipl.-Ing. H. Sauerland · Dr.-Ing. R. König ■ Dipl.-Ing. K. Bergen

Patentanwälte · 4000 Düsseldorf ao ■ Cecilienallee vb ■ Telefon 433732

18. April 1973 2320521 28 349 B

RCA Corporation, 30, Rockefeiler Plaza, New York. N₀Y. 10020 (V.St.A.)

"Optisches Beugungssystem"

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf optische Systeme, mit deren Hilfe Lichtstrahlen, insbesondere Laserstrahlen gebeugt werden können.

Optische Systeme werden häufig benutzt, um beispielsweise Laserstrahlen zu steuern oder abzulenken und damit optische Informationsspeicher oder digitale Informationen abzutasten. Bekannte Bauteile, wie Refraktoren und Deflektoren werden in den Strahlenweg gebracht und Maßnahmen vorgesehen, um den effektiven Brechungsindex dieser Bauteile zu ändern, wobei vom elektro-optischen Effekt oder schall-optischen Effekt Gebrauch gemacht wird. Bei einem anderen bekannten Gerät wird die Änderung der Reflexionsstärke durch Modulation des Oberflächenreflexionsvermö- ~gens oder mechanisches Abtasten benutzt. Bei den diese bekannten Bauteile benutzenden Systemen, bei denen der Lichtstrahl genauestens abgelenkt werden muß, gibt es grundsätzlich zwei Techniken, um die gewünschte Genauigkeit zu erreichen, nämlich (1) ein optisches Ablenksystem zu benutzen, das als solches hinreichende Präzision und Stabilität garantiert, und (2) einen ungenauen Deflektor mit einem genauen, stabilen und exakten Beugungssensor in einem geschlossenen Kreislauf eines automatischen Servomechanismus für Beugungskontrolle zu benutzen. Diese bekannten Beugungssysteme haben den Nachteil, daß sie

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schwierig und nur aufwendig herzustellen sind, um exakt den gewünschten Beugungswinkel· zu garantieren. Weitere Nachteile dieser bekannten Systeme "bestehen darin, daß die erreichbaren Beugungswinkelbereiche relativ "begrenzt und der Transmissionswirkungsgrad relativ niedrig ist. Einige "bekannte Deflektoren haben darüber hinaus den Nachteil, daß ein Reststrahl in einer oder sämtlichen Zielpositionen verbleibt, der nicht leicht entfernt werden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden und ein optisches System vorzuschlagen, das insbesondere einen großen Beugungswinkelbereich aufweist und relativ unempfindlich hinsichtlich der Ausrichtbedingungen istο Mit der Erfindung wird gleichzeitig ein relativ hoher Transmissionswirkungsgrad erreicht und die Möglichkeit geschaffen, Restlichtstrahlen zu entfernen. Darüber hinaus beinhaltet die Erfindung die Möglichkeit, die Wellenfront des gebeugten Strahls räumlich zu modulieren oder zu ändern, wodurch in einem Bauteil die Funktionen eines Strahldeflektors und eines optischen Bauteils kombiniert werden.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das optische System Einrichtungen zum Erzeugen eines Strahls aus polarisiertem, kohärentem Licht, Einrichtungen zur selektiven Kontrolle des in einer von zwei gegenseitig orthogonalen Richtungen zu polarisierenden Strahls in Abhängigkeit von einem Kontrollsignal und ein optisches Bauteil, das im Weg des Lichtstrahles angeordnet ist, enthalte Das optische Bauteil besteht vorzugsweise aus einem transparenten, elektro-optisehen Material, dessen Brechungsindex sich in einer bestimmten Richtung in Übereinstimmung mit den Interferenzrändern eines bestimmten holographischen Musters, das darauf

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aufgenommen wurde, ändert. Das elektro-optische Material ist im Strahlengang mit der genannten bestimmten Richtung derart angeordnet, daß der Strahl in Übereinstimmung mit dem Muster nur dann völlig in eine erste Zielposition gebeugt wird, wenn er sich in einem der beiden gegenseitig orthogonalen Polarisationszustände befindet, und nur dann vollständig in eine zweite Zielrichtung durchgelassen wird, wenn er sich in dem anderen der beiden zueinander senkrechten Polarisationszustände befindet«,

Anhand der beiliegenden Zeichnungen wird die Erfindung näher erläutert«, Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form eines digitalen Laserstrahldeflektors, in schematischer Darstellung;

Fig. 2 ein System zur Aufnahme eines bestimmten Hologramms auf elektro-optisches Material, das für das in Fig. 1 dargestellte System benutzt wird, in schematischer Darstellung; und

Fig. 3 ein optisches System mit einem komplexen optischen Bauteil zur Verdeutlichung einer zweiten Anwendungsmöglichkeit der Erfindung, in schematischer Darstellung.

Das optische System gemäß Fig_e 1 stellt ein Beugungssystem 10 für einen digitalen Laser dar. Die Lichtquelle 12 erzeugt einen polarisierten, kohärenten Lichtstrahl 14, der durch einen Polarisationsschalter 16 geschickt wird. Das durch den Schalter 16 durchgelassene Licht trifft auf ein optisches Bauteil 18. Die Zielpositionen des Laserstrahls sind als Detektoren 20 und 22 dargestellt. Analysatoren 24 und 26 sind zwischen dem optischen Bauteil 18 und den Detektoren (oder Zielen) 20 bzw. 22 angeordnet.

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Die Lichtquelle 12 kann aus einer Laserquelle bestehen, die für einen polarisierten Lichtausgang sorgt, "beispielsweise eine mit Brewster-Fenstern versehene La~ serkammer«, Alternativ kann die Quelle 12 aus einer Lasereinrichtung für nicht polarisiertes Licht bestehen, das durch einen oder mehrere Polarisatoren geleitet wird«, Der Polarisationsschalter 16 dient dazu, einen Lichtstrahl zu schaffen, der eine lineare Polarisation in einer von zwei zueinander senkrechten Zuständen aufweist«, Der Schalter 16 besitzt einen Steuereingang 2B₉ Wenn der Schalter 16 inaktiviert ist, bleibt die Polarisation des auftreffenden Lichtstrahls unbeeinflußt. Wird jedoch der Schalter 16 durch Anlegen eines Signals an den Steuereingang 28 aktiviert, so wird die Polarisationsebene in den orthogonalen Zustand gedreht» Das optische Bauteil 18 spricht auf die Polarisation des auftreffenden Lichtstrahls 14 derart an, daß einer der zwei möglichen Ausgangsstrahlen entsteht; der erste Strahl wird durch das optische Bauteil ungebeugt durchgelassen, während der zweite Strahl vom Bauteil gebeugt wird,, Der erste Ausgangs strahl 14a, dessen Polarisation dem ersten Orthogonalzustand entspricht, wird durch den Analysator 24 zum Detektor 20 durchgelassen. Der zweite Ausgangsstrahl 14b, der dem zweiten orthogonalen Zustand entspricht, gelangt durch den Analysator 26 zum Detektor 22» Die Analysatoren dienen dazu, das durch das optische Bauteil 18 durchgelassene Licht selektiv weiterzuleiten. Dadurch wird das Vorhandensein von Reststrahlen an den Detektoren 20 und 22 völlig ausgeschlossen. Die Detektoren 20 und 22 können beispielsweise als Fotodetektoren ausgebildet sein, die aufgrund des durch die Analysatoren 24 bzw. 26 übermittelten Lichts ein Ausgangssignal abgeben.

Das optische Bauteil 18 wird vorzugsweise aus einer transparenten, elektro-optischen, kristallinen Substanz hergestellt, die

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anisotrope optische Eigenschaften zeigt. Es ist bekannt, daß Phasenhologramme auf elektro-optische Materialien dieser Art aufgenommen werden können. Dieses Phänomen tritt auf, wenn während des Einwirkens eines Lichtmusters, wie es beispielsweise durch zwei sich kreuzende Strahlen kohärenten Lichts entsteht, innerhalb des Kristalls freie Elektronen wandern oder sich von den Bereichen hoher Lichtintensität weg bewegen und dann wieder eingefangen werden. Die daraus resultierende Ladungsverlagerung baut ein elektrisches Feld auf. Wenn das Material einen hohen linearen elektro-optisehen Koeffizienten aufweist, wird sein Brechungsindex entlang einer bestimmten Richtung entsprechend dem elektrischen Feld moduliert. Somit führt die Belichtung mit einem Interferenzmuster zu Änderungen des Brechungsindex, der sich der Form des Lichtintensitätsmusters anpaßt, und die Änderungen bleiben solange· bestehen, wie die Ladungsverteilung, die das elektrische Feld aufbaut, aufrechterhalten bleibt. Somit wird deutlich, daß die Änderungen des Brechungsindexes zu einem Phasenhologramm führen, das gelesen werden kann durch Belichten des elektro-optischen Kristallmaterials mit einem Bezugsstrahl aus kohärentem Licht, der den Kristall unter demselben Einfallswinkel beleuchtet wie einer der zwei ursprünglichen sich schneidenden Strahlen,, Der Leseoder Bezugsstrahl, der in dieser Weise auf das Phasenhologramm trifft, verstärkt einen gebrochenen Ausgangsstrahl,, der hinsichtlich Amplitude und Phasenverteilung identisch mit dem anderen der beiden ursprünglichen, sich schneidenden Strahlen ist_e

Phasenhologramme, die in der zuvor beschriebenen Weise in bestimmten elektro-optischen Kristallmaterialien aufgenommen sind, besitzen eine sehr stark von der Polarisation abhängige Ablese- bzw. Anzeigecharakteristik. Das bedeutet, daß nur Licht mit einer bestimmten Polarisa-

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tionsrichtung stark gebeugt wird. Wenn beispielsweise ein Hologramm in einem derartigen Kristall mit den beiden Richtungen des AufnahmeStrahls in der Ebene der C-Achse aufgenommen wird, stehen die Ränder bzw. Interferenzlinien des Hologramms, die die aufgeprägten Änderungen des Brechungsindexes darstellen, senkrecht zur C-Achse, so daß der elektro-optische Effekt eine Modulation des Brechungsindexes nur für Licht bewirkt, dessen Polarisation entlang der C-Achsejles Kristalls ausgerichtet ist„ Das holographische Bild ist somit nur für Licht dieser Polarisation hergestellt, und Licht mit einer Polarisation senkrecht zur C-Achse passiert den transparenten Kristall völlig ungebeugt.

Geeignete Materialien für das optische Bauteil 18, die diesen elektro-optischen Effekt aufweisen, sind Lithiumniobat LiNbO, und Barium-Natriumniobat BapNaNbgCL,-. Kristalle, wie Lithiumniobat und Barium-Natriumniobat, sind für derartige Verwendungszwecke besonders geeignet, da die holographische Information fixiert werden kann, so daß ein ungestörtes Ablesen des holographischen Bildes oder anderer im Kristallmaterial gespeicherter Informationen gewährleistet ist.

Zur Verdeutlichung der Wirkungsweise des für den Digitallaser vorgesehenen Beugungssystems gemäß Fig, 1 wird nachfolgend Fig» 2 erläutert. Darin ist ein System zur Aufnahme eines Hologramms in dem im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 verwendeten optischen Bauteil dargestellt. Das System gemäß Fig. 2 ist dem nach Fig. 1 ähnlich, so daß für entsprechende Teile gleiche Bezugszeichen verwendet sindo Das Aufnahmesystem 30 weist einen Strahlteiler 32 auf, der aus einem halb versilberten Spiegel oder anderen geeigneten Einrichtungen bestehen kann. Der Strahlteiler 32 teilt den Ausgangsstrahl 40 der Laserquelle 12 in zwei Teilstrahlen 14a¹ und 14b¹. Eine

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reflektierende Oberfläche 34 ist derart angeordnet, daß der Teilstrahl 14a¹ auf das optische Bauteil 18 reflektiert wird, so daß er einen Objektstrahl für den holographischen Aufnähmevorgang darstellt. Der Teilstrahl 14b¹, der vom Strahlteiler 32 und Polarisationsschalter 16 durchgelassen wird, trifft auf das optische Bauteil 18 und weist dieselbe Polarisationsrichtung wie der Ausgangsstrahl 14 der Quelle 12 auf, so daß er einen Bezugsstrahl für den holographischen Aufnahmevorgang darstellt. Es sei darauf hingewiesen, daß die reflektierende Oberfläche derart angeordnet sein kann, daß tatsächlich jeder gewünschte Einfallswinkel des Teilstrahles 14a* auf das optische Bauteil 18 eingestellt werden kann. Demgemäß bestimmt dieser Einfallswinkel den Ausfallswinkel des Teilstrahls 14b an der gegenüberliegenden Oberfläche des transparenten optischen Bauteils 18. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß dieser Ausfallswinkel den Beugungswinkel des in Fig. 1 dargestellten AusgangsStrahls 14b bestimmt.

Das Hologramm wird entsprechend dem physikalischen Aufbau des optischen Gerätes gemäß Fig. 2 im optischen Bauteil 18 dadurch aufgenommen, daß letzteres dem Interferenzmuster, das durch die Strahlen geschaffen wird, ausgesetzt wird, bis es entlang einer bestimmten Richtung eine entsprechende Änderung des Brechungsindexes hervorruft. Bei Verwendung eines elektro-optischen, kristallinen Materials stimmt die Richtung mit der C-Achse überein. Vorzugsweise liegt die Polarisationsrichtung der Strahlen in der durch die Ausbreitungsrichtung der beiden Strahlen definierten Ebene. Die auf diese Weise aufgenommene holographische Information kann fixiert werden, um ein einwandfreies Hologramm zu erhalten, das gegenüber späteren Lesestrahlen unempfindlich ist. Beispielsweise kann das Material des optischen Bauteils

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entweder während oder nach dem Aufnahmevorgang für eine "bestimmte Zeit auf ungefähr 10O⁰C erwärmt werden. In einem Fall war bei Verwendung von Kristallen aus LiNbO-, oder Ba₂NaNb₅O₁₅ die Heizzeit bei 100⁰C ungefähr 30 Minuten«, Ein besonders geeignetes Verfahren zum Erwärmen des Materials des optischen Bauteils, entweder während oder nach dem Aufnahmevorgang, besteht darin, erwärmte Luft oder Gas in thermischen Kontakt mit dem Material zu bringen, beispielsweise unter Verwendung eines Warmekanalgeblases,

Nachdem das Hologramm aufgenommen (und .vorzugsweise fixiert) ist, kann die reflektierende Oberfläche 34.aus dem System entfernt werden; es ist ersichtlich, daß: die verbleibenden Teile ein System bilden, das dem in Fig. 1 dargestellten entspricht. Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird nunmehr deutlich, daß das System 10 eine Einrichtung zum Beugen eines Laserstrahls darstellt, bei dem das Auftreffen des Ausgangsstrahls am Detektor 20 oder 22 durch die Polarisation des von der Quelle 12 kommenden Ausgangsstrahls 14 bestimmt ist. Der Ausgangsstrahl 14 stellt einen Bezugs- oder Lesestrahl zum Abtasten bzw. Ablesen der holographischen Informationen dar, die im optischen Bauteil 18 enthalten sind. Wenn die Polarisation des Ausgangsstrahls 14 parallel zur C-Achse des optischen Bauteils 18 liegt, wird der Ausgangsstrahl durch das holographische Muster gebeugt und zum Detektor 22 abgelenkt. Wenn jedoch die Polarisation des AusgangsStrahls 14 senkrecht zur C-Achse des optischen Bauteils 18 verläuft, wird der Ausgangsstrahl durch das transparente Material des optischen Bauteils 18 völlig ungebeugt durchgelassen. Es sei darauf hingewiesen, daß jegliche Reststrahlen, entweder durchgelassen oder in ungewünschte Richtung abgelenkt, eine Polarisation zeigen, die senkrecht zur Durchl. "^polarisation der Analysatoren 24 und 26 steht. Somit können die von den Detektoren 20 und 22

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aufgenommenen Ausgänge tatsächlich 10O^ Ein-Aus-Modulation des Laserstrahls bewirken, wenn das in Pig» 1 dargestellte System für ein Digitallaser-Steuersystem verwendet wird.

Obgleich im Zusammenhang mit dem vorstehend beschriebenen holographischen Aufnahmeverfahren die Verwendung von Strahlen kohärenten Lichts, die entlang einer bestimmten Richtung in der durch die Fortpflansungsrichtung der beiden Strahlen definierten Ebene polarisiert sind, erwähnt wurde, ist es auch möglich, ein Interferenzmuster mit beiden entlang der orthogonalen Richtung polarisierten Lichtstrahlen zu schaffen₀ Das Heißt, der Aufnahmevorgang ist unabhängig von der Polarisationsrichtung,, Wichtig ist jedoch, daß der elektro-optische Effekt im Material des optischen Bauteils entlang einer bestiEimten Richtung innerhalb des Materials ausgeprägt sein muß. Die Aufnahme kann auch bei nicht paralleler Polarisation der beiden Strahlen durchgeführt werden. >In diesem Fall ist jedoch die Intensität des resultierenden Lichtmusters proportional dem Winkel zwischen den beiden Polarisationsrichtungen reduziert.

Ein weiterer wichtiger Yorteil dieser holographischen Aufnahmetechnik gemäß der Erfindung besteht darin, daß der Vorgang reversibel ist. Das bedeutet, daß das thermisch fixierte Hologramm leicht gelöscht werden kann, beispielsweise durch Erhitzen des optischen Materials auf ungefähr 300°C für eine bestimmte Zeit, die ausreicht, um die Raumladung und damit das zugehörige elektrische Feld im gesamten Volumen des Materials zu neutralisieren. Das Hologramm kann auf andere Weise Z₈B, auch dadurch gelöscht werden, daß das Material des optischen Bauteils auf ungefähr 1OQ⁰C erhitzt wird und während-dessen gleichförmigem Licht geeigneter Wellenlänge ausgesetzt wird, um die eingefangenen Elektronen zu erregen, was im geseilten

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Material zu einer Neutralisierung der Ladung führt. Somit kann dasselbe optische Material wiederholt verwendet werden.

Zusätzlich zu dem oben erwähnten, weiten Beugungswinkelbereich besitzt das erfindungsgeraäße optische System den Vorteil, daß das optische Gerät -am Aufnahmeort vor Aufnahme des Hologramms genau aufgestellt und ausgerichtet werden kann, ohne die Notwendigkeit weiterer Ausrichtung während oder nach Aufnahme der holographischen Informationen im optischen Bauteil. Das heißt_? daß in den meisten Anwendungsfällen keine weitere Ausrichtung erforderlich ist, nachdem erst einmal die erforderlichen Aufnahmebedingungen hinsichtlich der Ausrichtung erfüllt sind.

Ein weiterer wichtiger Vorteil der Erfindung liegt darin, daß der erzielbare Beugungswirkungsgrad ungefähr 90% beträgt, wenn für das optische Bauteil Materialien der vorerwähnten Art verwendet werden.

Darüber hinaus kann mit dem erfindungsgemäßen System mehr als ein Hologramm innerhalb des Volumens eines dicken optischen Bauteils aufgenommen werden, indem einfach der Winkel des ObjektStrahls für jedes neu aufzunehmende Hologramm geändert wird_e Folglich können bei Ausnutzung dieser Eigenschaft eines dicken Inforaationsspeichermediuas für Phasenhologramme mehrere Ausgangsstrahlen erhalten werden. Zusätzlich sei darauf hingewiesen, daß das optische Bauteil ein komplexes optisches System ausrüsten kann, indem die eingegebene Änderung des Brechungsindexes in der Lage ist, die Natur der Wellenfront zur ,gleichen Zeit zu ändern, zu der sie die Ablenkung bewirkt«

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Ein optisches System, "bei dem ein komplexes optisches Bauteil Verwendung findet, ist in Fig. 3 mit 100 bezeichnet. Eine Lichtquelle 102 erzeugt einen polarisierten, kohärenten Lichtstrahl 104, der auf eine den Strahl vergrößernde Optik 106 fällt. Die Optik 106 kann beispielsweise eine den Strahl aufweitende Linse und eine nachgeschaltete Kollimationslinse aufweisen. Aus der Optik 106 tritt ein ausgerichteter Lichtstrahl 108, der einen beträchtlichen Querschnitt besitzt und durch ein die Polarisation umschaltendes Bauteil 110 geleitet wird. Der Schalter 110 bewirkt eine Drehung des Strahls 108 in einen von zwei gegenseitig orthogonalen Zuständen in Abhängigkeit von einem am Steuereingang 111 des Polarisationsschalters 110 anzulegenden Signal. Im einen orthogonalen Zustand wird der Strahl 108 durch ein optisches Bauteil 112 durchgelassen und trifft auf ein optisches Bauteil 114. Im anderen orthogonalen Zustand trifft der Strahl 108 auf einen unterschiedlichen Brechungsindex innerhalb des optischen Bauteils 112, das den Strahl derart beugt, daß abgelenkte Teilstrahlen A, B und C entstehen. Der auf das optische Bauteil auftreffende Strahl 108, der dem ersten Orthogonalzustand entspricht, trifft auf eine Veränderung des Brechungsindexes des optischen Bauteils 114 und wird dadurch in die Teilstrahlen E, F und G gebeugt.

Die Eigenart der im optischen Bauteil 112 gespeicherten holographischen Information führt dazu, daß die abgelenkten Teilstrahlen A, B und C zu Punkten der Oberfläche einer Detektoranordnung 116 konvergieren« Eine Lochkarte 118 ist im Strahlengang der Teilstrahlen zwischen dem opü sehen Bauteil 112 und der Detektoranordnung 116 angeordnet. Zwischen der Lochkarte 118 und der Detektoranordnung 116 ist wiederum ein Analysator 120 vorgesehen. In ähnlicher Weise führt die

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Eigenart der im optischen Bauteil 114 gespeicherten holographischen Information dazu, daß die Teilstrahlen E₁ F und G zu Punkten auf der Oberfläche einer Detektoranordnung 122. konvergieren. Eine zweite Lochkarte 124 befindet sich im Strahlengang der Tälstrahlen zwischen dem optischen Bauteil 114 und der Detektoranordnung 122. Wiederum ist zwischen der Lochkarte 124 und der Detektoranordnung 122, wie dargestellt, im Strahlengang ein Analysator 126 vorgesehen.

In Fig» 3 ist zum Zwecke der Erläuterung ein Linsensystem 128 dargestellt, das als ein komplexer Objektstrahl zur Aufnahme der gewünschten holographischen Information in den optischen Bauteilen 112 und 114 in einer der im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Technik ähnlichen Weise verwendet werden kann. Das Linsensystem 128, das geeignete Optiken und eine Lichtquelle enthalten kann, sendet Teilstrahlen A¹, B¹ und C* aus, die in gestrichel-;· ten Linien dargestellt sind. Wie im Beispiel gemäß Fig. kann der AufnahmeVorgang durch Belichten der optischen Bauteile mit dem Interferenzmuster eines BezugsStrahls, wie er durch den gerichteten Strahl 108 gegeben ist, und der Objektteilstrahlen A¹, B¹ und C*, die vom Linsensystem 128 ausgesandt werden, durchgeführt werden. Der Objekt- oder Zweitstrahl kann jedoch _auch durch einen Strahl gebildet werden, der entweder von einem Objekt reflektiert wurde oder ein Objekt transparent passiert hat.

Die Lochkarten 118 und 124 weisen eine bestimmte Anzahl von öffnungen oder Durchlässen auf, wie sie beispielsweise auf einer Identifikationskarte bei Karteniesesystemen od.dgl· zu finden sind. Die Detektoranordnungen 116 und 122 können als Ausgang benutzt werden, wenn eine bestimmte Anzahl oder Kombination von Teilstrahlen durch die Lochkarten 118 oder 124 gelangt. Demgemäß

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können die Detektoranordnungen 116 und 120 jeweils entweder aus einer eindimensionalen Anordnung einzelner Detektoren oder aus einer zwe idimensionalen Matrix von Detektoren bestehen, was von der geometrischen Aufteilung der Lochkarten abhängt. Somit kann das optische System 100 in dieser Anordnung, bei der komplexe optische Komponenten zum Erzeugen komplexer Lichtwellenfronten -verwendet werden, als Karten-Lese- oder -Aufnahmesystem dienen.

Es wird ohne weiteres deutlich, daß das optische System 100 abgelenkte Strahlen A, B und C liefert, wenn die Polarisation des gerichteten Strahls 108 parallel zur C-Achse des optischen Bauteils 112 verläuft. Sofern die Polarisation des Strahls 108 senkrecht zur C-Achse des optischen Bauteils 112 verläuft, wird der Strahl 108 durch das optische Bauteil 112 durchgelassen und trifft auf das optische Bauteil 114, das derart ausgerichtet ist, daß seine C-Achse senkrecht zur C-Achse des optischen Bauteils 112 verläuft und somit parallel zur Polarisation des durch das optische Bauteil 112 durchgelassenen Strahls 108. Die Analysatoren 120 und 124 sind jeweils auf die Richtung ausgerichtet, die tatsächlich das Vorhandensein jeglicher Reststrahlen auf den zugehörigen Detektor verhindert. Es sei darauf hingewiesen, daß die Möglichkeit, die Richtung des Strahls 108 in Abhängigkeit von einem am Eingang 111 des Polarisationsschalters 110 angelegten Steuersignal zu ändern, eine insbesondere für Kartenlese- oder -Aufnahmesysteme geeignete Anwendung bietet, da der Strahl auf eine bereitgestellte Karte gelenkt werden kann, während die in der anderen Position befindliche Karte ersetzt oder weiterbewegt wird. ,

Es muß betont werden, daß die Anwendung der komplexen

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optischen Bauteile gemäß der Erfindung nicht auf Beugungssysteme als solche beschränkt ist. Vielmehr können die komplexen optischen Bauteile dazu benutzt werden, einen auf treffenden Lesestrahl oder eine auf treffende ebene Lesewelle in verschiedene komplexe Muster oder Bilder zu beugen. Beispielsweise können verschiedene Stufen komplexer optischer Bauteile hintereinander zwischen eine geeignete Quelle für kohärentes Licht und einen Zielpunkt oder -schirm angeordnet werden. Die Polarisation des auftreffenden Lichtes kann an jedem optischen Bauteil getrennt gesteuert werden, und zwar durch einen in Reihe mit und vor jede Stufe angeordneten Polarisationsschalter. Somit kann durch geeignetes Steuern des Polarisationszustandes des auftreffenden Lichts an jedem optischen Bauteil das schließlich am Zielpunkt oder -schirm wiedergegebene Muster einzig durch das in jedem der hintereinander geschalteten optischen Bauteile aufgenommene holographische Muster bestimmt werden,, Natürlich kann das Konzept des Hintereihanderschaltens verschiedener optischer Bauteilstufen in einem mehr konventionellen digitalen Deflektorsystem von Nutzen sein, um eine Vielzahl von bestimmten Ausgangsstrahlpositionen zu erhalten«,

Es sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung besonders geeignet für optische Systeme ist, da eine einsige holographische Aufnahmeeinrichtung dazu benutzt werden kaim_s eine Anzahl komplexer anpassungsfähiger optischer Komponenten zu erzeugen. So kann jedes gewünschte System in einem getrennten optischen Bauteil aufgenommen werden, indem ein herkömmlicher Satz komplexer optischer Aufnahmeeinrichtungen benutzt wird, wobei der gleichzeitige Betrieb verschiedener individueller komplexer Systeme möglich ist, ohne daß eine Vielzahl nicht-

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holographischer Komponenten benötigt wird.

Obwohl für die optischen Bauteile gemäß der Erfindung kristallisierendes Material als bevorzugt angegeben wurde, sei erwähnt, daß andere Materialien ebenfalls mit gleich guten Resultaten verwendet werden können, wie z.B. ein transparenter organischer Stoff, der entlang einer bestimmten Richtung einen betonten elektro-optischen Effekt aufweist.

Mit der Erfindung wird somit ein optisches System hoher Effektivität geschaffen, das unter Verwendung anpassungsfähiger holographischer Komponenten die Beugung von La- . serstrahlen bemerkenswert erleichtert.

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Claims

RCA Corporation, 30, Rockefeller Plaza, New York. N.T. 10020 (V.St.A.)

Patentansprüche:

( 1.iOptisches Beugungssystem, gekennzeichnet durch eine einen polarisierten, kohärenten Lichtstrahl erzeugende Quelle, durch Einrichtungen, die auf den Strahl derart einwirken, daß er selektiv gesteuert in jede von zwei gegenseitig orthogonale Richtungen in Abhängigkeit von einem Steuersignal polarisiert werden kann, und durch optische, im Strahlengang de.s Lichtstrahls angeordnete Bauteile, die ein transparentes, elektro-optisches Material aufweisen, dessen Brechungsindex entlang einer bestimmten Richtung in Übereinstimmung mit den Interferenzffinien eines bestimmten, im elektro-optisehen Material aufgenommenen, holographischen Musters variiert, wobei das elektro-optische Material im Strahlengang mit seiner Vorzugsrichtung derart angeordnet ist, daß ein erheblicher Teil des Strahls in Übereinstimmung mit dem Muster in eine erste Zielposition gebeugt wird, und zwar nur, wenn der Strahl sich in einem der beiden orthogonalen Polarisationszustände befindet, während der Strahl zu einem zweiten Zielpunkt nur durchgelassen wird, wenn er sich im anderen orthogonalen Polarisationszustand befindet.
2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß als Lichtstrahl ein Laserstrahl verwendet wird,
3, Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Lichtquelle Polarisations-Analysatoren aufweist.

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4. Optisches System nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 "bis 3> dadurch gekennzeichnet , daß das elektro-optische Material aus einem elektrooptischen Kristall besteht, dessen C-Achse.entlang einer der orthogonalen Richtungen ausgerichtet ist.
5. Optisches System nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den optischen Bauteilen und jedem der Zielpunkte Polarisations-Analysatoren zum selektiven Durchlaß des gebeugten bzw. ungebeugt durchgelassenen Strahls vorgesehen sind.
6. Optisches System nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis 5, dad u. roh gekennzeichnet, daß als Kristallmaterial Lithium-Niobat oder Barium-Nätrium-. niobat verwendet wird.
7. Optisches System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet' durch ein zusätzliches optisches Bauteil im Strahlengang des ungebeugt durchgelassenen ,auf die zweite Zielposition gerichteten Strahls, wobei das zweite optische Bauteil ein ebenfalls transparentes, elektro-optisches Material aufweist, dessen Brechungsindex entlang einer zweiten bestimmten Richtung in Übereinstimmung mit den Interferenzlinien eines zweiten vorbestimmten,darin aufgenommenen, holographischen Musters variiert, wobei das zweite elektro-optische Material bezüglich der zweiten bestimmten Richtung im Strahlengang des durchgelassenen Strahls derart ausgerichtet ist, daß ein erheblicher Anteil des Strahls in Übereinstimmung mit dem zweiten Muster auf eine dritte Zielposition abgelenkt wird.

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8, Optisches System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine weitere selektive Kontrolle zum Steuern des durchgelassenen Strahls in eine von zwei gegenseitig orthogonale Polarisationsrichtungen in Abhängigkeit von einem zweiten Steuersignal, und durch ein zweites, im Strahlengang des durchgelassenen, auf die zweite Zielposition gerichteten Strahls angeordnetes optisches Bauteil, das ein zweites ebenfalls transparentes elektro-optisches Material aufweist, dessen Brechungsindex sich entlang einer zweiten bestimmten Richtung in Übereinstimmung mit dem Interferenzmuster eines zweiten, aufgenommenen, vorbestimmten holographischen Musters ändert, wobei das zweite elektro-optische Material im Strahlengang mit seiner Vorzugsrichtung derart angeordnet ist, daß ein erheblicher Betrag des durchgelassenen Strahls in Übereinstimmung mit dem zweiten Muster auf.eine dritte Zielposition abgelenkt wird, und zwar nur, wenn sich der durchgelassene Strahl in einem der beiden orthogonalen Polarisationszustände befindet, während der Strahl zu einer vierten Zielposition durchgelassen wird, wenn er sich im anderen der orthogonalen Zustände befindet»
9. Optisches System nach einem oder mehreren.der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch im Strahlengang des Lichtstrahls vorgesehene Strahlvergrößerier, die dem Strahl eine bestimmte Querschnittsfläche geben, wobei ein erheblicher Teil des derart aufbereiteten Strahls an einem optischen Bauteil entsprechend dem Inter^renzmuster auf eine erste Zielposition abgelenkt und gleichzeitig die Wellenfront des Strahls geändert wird, und zwar nur, wenn sich der Strahl in einem der beiden orthogonalen Polarisationszustände befindet, während er im anderen Polarisationszustand auf eine zweite Zielposition durchgelassen wird.

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10. Optisches System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die C-Achse des elektro-optischen Kristalls in einer der beiden orthogonalen Richtungen verläuft.

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