RU2457526C2 - Способ и устройство для получения поляризационных голограмм - Google Patents
Способ и устройство для получения поляризационных голограмм Download PDFInfo
- Publication number
- RU2457526C2 RU2457526C2 RU2008136052/28A RU2008136052A RU2457526C2 RU 2457526 C2 RU2457526 C2 RU 2457526C2 RU 2008136052/28 A RU2008136052/28 A RU 2008136052/28A RU 2008136052 A RU2008136052 A RU 2008136052A RU 2457526 C2 RU2457526 C2 RU 2457526C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- polarization
- hologram
- phase
- calculated
- polarisation
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 30
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000012876 carrier material Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 102
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 22
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 2
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- DMLAVOWQYNRWNQ-UHFFFAOYSA-N azobenzene Chemical group C1=CC=CC=C1N=NC1=CC=CC=C1 DMLAVOWQYNRWNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000011232 storage material Substances 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
- G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
- G03H1/08—Synthesising holograms, i.e. holograms synthesized from objects or objects from holograms
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
- G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
- G03H1/08—Synthesising holograms, i.e. holograms synthesized from objects or objects from holograms
- G03H1/0891—Processes or apparatus adapted to convert digital holographic data into a hologram
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
- G03H1/0005—Adaptation of holography to specific applications
- G03H1/0011—Adaptation of holography to specific applications for security or authentication
- G03H2001/0016—Covert holograms or holobjects requiring additional knowledge to be perceived, e.g. holobject reconstructed only under IR illumination
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
- G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
- G03H1/0476—Holographic printer
- G03H2001/0478—Serial printer, i.e. point oriented processing
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
- G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
- G03H1/08—Synthesising holograms, i.e. holograms synthesized from objects or objects from holograms
- G03H1/0841—Encoding method mapping the synthesized field into a restricted set of values representative of the modulator parameters, e.g. detour phase coding
- G03H2001/085—Kinoform, i.e. phase only encoding wherein the computed field is processed into a distribution of phase differences
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
- G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
- G03H1/2249—Holobject properties
- G03H2001/2276—Polarisation dependent holobject
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H2222/00—Light sources or light beam properties
- G03H2222/31—Polarised light
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H2222/00—Light sources or light beam properties
- G03H2222/34—Multiple light sources
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H2225/00—Active addressable light modulator
- G03H2225/20—Nature, e.g. e-beam addressed
- G03H2225/24—Having movable pixels, e.g. microelectromechanical systems [MEMS]
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H2225/00—Active addressable light modulator
- G03H2225/30—Modulation
- G03H2225/36—Polarisation
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H2240/00—Hologram nature or properties
- G03H2240/20—Details of physical variations exhibited in the hologram
- G03H2240/26—Structural variations, e.g. structure variations due to photoanchoring or conformation variations due to photo-isomerisation
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H2260/00—Recording materials or recording processes
- G03H2260/30—Details of photosensitive recording material not otherwise provided for
- G03H2260/35—Rewritable material allowing several record and erase cycles
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H2260/00—Recording materials or recording processes
- G03H2260/50—Reactivity or recording processes
- G03H2260/51—Photoanisotropic reactivity wherein polarized light induces material birefringence, e.g. azo-dye doped polymer
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Holo Graphy (AREA)
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
Abstract
Способ получения поляризационной голограммы заключается в том, что на первом этапе рассчитывают фазовую голограмму, которая имеет комплексное распределение амплитуды и фазы. На втором этапе из фазовой голограммы путем замены значений для распределения фазы направлениями поляризации рассчитывают поляризационную голограмму. На третьем этапе переносят рассчитанную поляризационную голограмму на материал-носитель, содержащий вещество, в котором можно при помощи света локально создать ориентированное двулучепреломление. Устройство для получения поляризационной голограммы содержит вычислительный блок, посредством которого могут быть проведены математические расчеты; источник света, посредством которого может быть получен поляризованный свет, имеющий регулируемое направление поляризации, представляющий собой записывающий лазер, в котором направление поляризации может быть установлено по меньшей мере в две стадии. Также устройство содержит блок, посредством которого поляризованный свет может быть направлен на материал, в частности, таким образом, чтобы можно было осветить различные точки в и (или) на материале светом различного направления поляризации, и фазовращатель, поворачивающий поляризацию на π/2, посредством которого можно установить дополнительную поляризацию. Технический результат заключается в обеспечении возможности записи на материал-носитель синтезированной на компьютере поляризационной голограммы. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Настоящее изобретение относится к способу получения поляризационных голограмм, устройству для получения поляризационных голограмм и применению поляризационных голограмм согласно изобретению в качестве хранилищ данных, признаков защиты или дифракционных оптических элементов для выполнения обычных оптических функций.
Синтезированная на компьютере голограмма (CGH) является цифровой голограммой. Структуры CGH вычисляются с использованием специальных алгоритмов, которые моделируют на компьютере процесс голографической записи на виртуальной дифракционной решетке. Эти структуры затем переносятся на материальный носитель, например, методами литографии.
В отличие от CGH, в способах классической, аналоговой записи изготовления голографические структуры получают посредством интерференции, то есть суперпозиция лазерных лучей с постоянной фазой.
Преимущество CGH заключается в возможности получать голограммы нереальных, компьютерных объектов или изображений объектов, которые существуют в виде математического описания. Таким образом, применение CGH повышает гибкость при изготовлении дифракционных структур по сравнению с аналоговым подходом. Кроме того, конструкция записывающего устройства для цифровых голограмм более надежна, чем для аналоговых голограмм, поскольку нет необходимости принимать в расчет постоянную во времени фазовую связь по меньшей мере двух лазерных лучей.
Синтезированные на компьютере голограммы широко используются, например, для интерферометрической проверки формы деталей, для изготовления защитных элементов для защиты от подделок и в качестве дифракционных оптических элементов (ДОЭ) для выполнения обычных оптических функций (линз, призм).
Способы получения CGH и их применение в качестве защитных элементов известны из уровня техники и описаны, например, в немецкой патентной заявке DE 19926698 A1. Такие голограммы бывают фазовыми и амплитудными.
Поляризационные голограммы - это особый вид голограмм, которые до настоящего времени производились аналоговым способом, то есть посредством интерференции лазерных лучей. Суперпозиция лазерных лучей создает узор из направлений поляризации, который фиксируется на оптически анизотропном материале.
В частности, в защитных элементах поляризационные голограммы обладают рядом преимуществ над традиционными голограммами с установившейся фазой или амплитудой. Например, поляризационная голограмма чувствительна к направлению вращения считывающего луча с круговой поляризацией; поляризационная голограмма отклоняет свет с правой и левой круговой поляризацией в различных направлениях (Р.Rochon, V.Dronyan, A.Natansohn: Polarization Holographic Gratings in Azopolymers for Detecting and Producing Circularly Polarized Light, submitted for publication in International Conference on Applications of Photonics Technology (SPIE), Technical Report No. 48, Office of Naval Research, Grant: N00014-93-1-0615, R&T Code: 3132081). Следовательно, поляризационная голограмма обеспечивает лучшую защиту от подделки.
Для переноса GCH на носитель для получения поляризационной голограммы требуется материал, который может сохранять направление поляризации записывающего луча. С обычными материалами, на которые обычно переносят CGH, это невозможно. Кроме того, при обычном литографическом переносе CGH на материал-носитель получается постоянная дифракционная структура, которая не может быть изменена. Перенос CGH на перезаписываемый носитель обеспечивает существенно большую гибкость.
Оба аспекта реализуются при помощи так называемых фотомодифицируемых полимеров. Фотомодифицируемые полимеры известны (Polymers as Electrooptical and Photooptical Active Media, V.P.Shibaev (editor). Springer Verlag, New York J 995). Эти вещества характеризуются способностью формировать двулучепреломление при воздействии поляризованного света. Записанные узоры двулучепреломления можно сделать видимыми в поляризованном свете. Примерами этого типа служат полимеры боковых групп согласно патенту США 5173381, которые содержат азобензольные группы.
Кроме того, известно, что локализованное двулучепреломление можно записать в слоях этих полимеров в любой требуемой точке при помощи поляризованного света, причем предпочтительная ось этого двулучепреломления перемещается при вращении направления поляризации (K.Anderle, R.Birenheide, M.Eich, J.H.Wendorff, Makromol. Chem., Rapid Commun. 10, 477-483 (1989)).
В Европейской патентной заявке ЕР 0622789 А1 описано, как в целом можно осуществить запись фотомодифицируемых полимеров: под влиянием актиничного света в слое полимера создаются упорядоченные состояния. Предпочтительно использовать свет с линейной или круговой поляризацией, длина волны которого находится в области полосы поглощения боковых групп, изменяющих конфигурацию под действием света. При падении поляризованного света перпендикулярно поверхности пленки создается предпочтительная ориентация, лежащая в плоскости пленки, которая одинакова по всей пленке в случае линейного поляризованного света, тогда как при использовании света с круговой поляризацией предпочтительное направление периодически изменяется в соответствии с вектором напряженности электрического поля возбуждающего света, падающего перпендикулярно поверхности. Воздействие неполяризованного света создает предпочтительную ориентацию перпендикулярно плоскости пленки.
Кроме того, в ЕР 0622789 А1 утверждается, что фотомодифицируемые полимеры особенно подходят для обработки изображений и для обработки информации посредством голограмм, воспроизведение которых может быть осуществлено посредством освещения опорной волной. В этой выложенной заявке голограмма получается в результате суперпозиции двух источников света с постоянной фазой в материале для хранения данных.
В ней также утверждается, что в случае аналогового сохранения значения шкалы серого можно регулировать непрерывно и с высокой точностью позиционирования.
Описание получения поляризационных голограмм посредством записи оцифрованного узора направлений поляризации отсутствует.
Поляризационные голограммы, которые записывают аналоговым методом записи на фотомодифицируемые полимеры, известны из уровня техники. Устройство, при помощи которого можно записать поляризационные голограммы на фотомодифицируемые полимеры посредством суперпозиции двух лазерных лучей с круговой поляризацией, описано в заявке WO 99/57719 А1 (с.10, строка - с.14, строка 16). Однако при помощи этого устройства невозможно записать синтезируемые компьютером голограммы непосредственно на фотомодифицируемые полимеры.
В немецкой патентной заявке DE 19620588 А1 описан способ, отличающийся от вышеупомянутых способов и предназначенный для записи на фотомодифицируемые полимеры.
В первом процессе генерации всю поверхность слоя фотомодифицируемого полимера освещают источником поляризованного света и таким образом получают анизотропное двулучепреломление. На втором этапе таким образом подготовленный материал освещают короткими световыми импульсами, и созданная по всей поверхности анизотропия меняется в локализованных областях. Описание записи синтезированной компьютером поляризационной голограммы отсутствует.
Таким образом, задачей настоящего изобретения является разработка способа, посредством которого можно рассчитать поляризационные голограммы и затем перенести при помощи записывающей системы на материал-носитель.
Неожиданно было обнаружено, что эта задача решается описанным ниже способом согласно изобретению и устройством согласно изобретению для получения поляризационных голограмм.
В первую очередь изобретение относится к способу получения поляризационных голограмм.
Способ согласно изобретению для получения поляризационных голограмм содержит, на первом этапе, расчет поляризационной голограммы, которая имеет по меньшей мере две поляризационных стадии, и, на втором этапе, перенос рассчитанной поляризационной голограммы на материал-носитель, содержащий вещество, в котором при помощи света может быть локально получено ориентированное двулучепреломление.
Расчет поляризационных голограмм
Объект описывается в трехмерном пространстве комплексной величиной, составленной из амплитуды и фазы. Амплитуда объекта - это распределение значений яркости (амплитудное распределение), фаза объекта может быть выбрана произвольно. Предпочтительно выбрать случайное распределение.
Объект, предназначенный для сохранения в топографическом виде, представлен в цифровой форме, то есть имеется матрица дискретных значений амплитуды и фазы.
Поляризационные голограммы - это особая форма фазовой голограммы, поэтому для объекта рассчитывается фазовая голограмма. Для этой цели необходимо найти фазовую голограмму, которая воссоздает объект при освещении ее считывающим лучом. Фазовая голограмма модулирует фазу считывающего луча. Это означает, что необходимо найти фазовую голограмму, которая модулирует фазу считывающего луча таким образом, чтобы восстановить амплитудное распределение объекта.
В литературе описан ряд походов к решению; в качестве примера можно привести итерационный алгоритм преобразования Фурье (IFTA), описанный Gerchberg & Saxton (R.W.Gerberg, W.O.Saxton; A Practical Algorithm for the Detection of Phase from Image and Diffraction Plane Pictures; Optik 35 (1972), page 237). Цель алгоритма - найти представление объекта в частотном пространстве, которое содержит минимальное количество ошибок.
Определения:
А(O) - амплитуда объекта
Р(O) - фаза объекта
А(С) - амплитуда CGH
Р(С) - фаза CGH
A(L) - амплитуда считывающего луча, предоставленного для процесса считывания
В случае фурье-голограмм преобразование Фурье позволяет восстановить требуемый объект. Для получения фурье-CGH комплексное распределение амплитуды/фазы в плоскости голограммы вычисляется посредством преобразования Фурье из объекта (А(O), Р(O)), имеющегося в цифровом виде.
В результате вновь получается комплексное распределение амплитуды/фазы (А(С), Р(С)). Для амплитудного распределения А(С) используется амплитудное распределение считывающего луча A(L), предоставленного для процесса считывания, и выполняется обратное преобразование Фурье для (A(L), P(C)).
Результатом является амплитудное и фазовое распределение в пространстве объекта (А'(O), Р'(O)). Оно больше не соответствует первоначальному распределению (А(O), Р(O)), поскольку А(С) было заменено A(L). Фазовое распределение Р'(O) сохраняется, А'(O) заменяется А(O) и выполняется еще одно преобразование Фурье.
Так продолжается до тех пор, пока комплексное распределение амплитуды/фазы не приведет к комплексному распределению амплитуды/фазы в плоскости объекта, которое согласуется с первоначальным распределением А(O), Р(O) с достаточной точностью.
Результатом является цифровая фазовая голограмма, комплексное распределение амплитуды/фазы А(С), Р(С) которой при освещении считывающим лучом воссоздает объект (А(O), Р(O)) с достаточной точностью.
Существенной особенностью этого способа расчета является изменение алгоритма таким образом, что фазовое распределение в плоскости голограммы подвергается дискретизации (так сказать "округляется") на каждом шаге итерации так, что рассчитанная поляризационная голограмма имеет по меньшей мере две поляризационных стадии. Причина дискретизации связана с тем, что по техническим причинам невозможно установить для фазы любое произвольное значение при переносе рассчитанной поляризационной голограммы на материал-носитель. Дискретизация Р(С) выполняется в зависимости от того, сколько и какие дискретные значения могут быть установлены в материале при помощи используемого способа. В предпочтительном варианте выполнения дискретизация выполняется таким образом, чтобы рассчитанная поляризационная голограмма имела четыре стадии поляризации.
На последнем этапе расчета рассчитываемых поляризационных голограмм значения для фазового распределения Р(С) заменяются направлениями поляризации. Фазовое распределение предполагает значения в интервале от 0 до 2 π. Эти значения отображаются на распределения направлений поляризации в интервале между 0° и 180°. В простейшем случае выполняется линейное отображение, то есть значения между 0 и 2π в фазовом распределении заменяются линейным образом значениями между 0° и 180°. Возможны также отображения, отличные от линейных. Предпочтительно экспериментально определить характеристику материала, которая указывает, какое направление поляризации к какому фазовому сдвигу приводит.
Одна итерация измененного алгоритма обратного преобразования Фурье содержит следующие этапы:
Этап 1: Расчет А(С) и Р(С) из А(O) и Р(O) посредством преобразования Фурье
Этап 2: Замена А(С) на A(L)
Этап 3: Дискретизация Р(С) дает Pq(C)
Этап 4: Расчет А'(О) и Р'(O) из A(L) и Pq(C) при помощи обратного преобразования Фурье
Этап 5: Замена А'(O) на А(O) и переход к этапу 1 с новыми значениями А(O) и Р(O); (А(O), Р'(O))
Способ завершается, когда преобразование Фурье комплексного распределения амплитуды/фазы в плоскости голограммы приводит к комплексному распределению амплитуды/фазы в плоскости объекта, которое соответствует с достаточной точностью первоначальному распределению А(O), Р(O). Результатом является рассчитанная фазовая голограмма. Точность соответствия определяется областью применения. Например, если в виде голограммы записывают двоичные, двумерные коды данных (матричные коды, такие как, например, матричный код данных), восстановление должно быть достаточно хорошим, чтобы обеспечить надлежащую коррекцию ошибок, содержащихся в матричном коде, для восстановления данных. В случае топографического хранения изображения восстановление должно быть достаточно хорошим, чтобы человеческий глаз не мог заметить отличия между оригиналом и восстановленным изображением. Обычно этапы итерации выполняются многократно таким образом, чтобы результат расчета перестал изменяться на следующем шаге итерации или изменялся на величину среднего отклонения на каждом последующем шаге итерации.
Расчет рассчитанной фазовой голограммы осуществляется предпочтительно с использованием компьютера.
После расчета фазовой голограммы производится вышеописанная замена значений для фазового распределения Р(С) направлениями поляризации. В результате получается поляризационная голограмма.
После расчета поляризационная голограмма на втором этапе переносится на материал-носитель.
Перенос рассчитанной поляризационной голограммы на материал-носитель
Если фазовая голограмма переносится на материал-носитель, он модулирует фазу считывающего луча. На фазу считывающего луча может влиять оптический путь в материале. Оптический путь (ОР) - это произведение толщины слоя d и коэффициента преломления материала n:
OP=n·d
В случае обычных фазовых голограмм, описанных, например, в DE 19926698 А1, толщина слоя материала изменяется для создания фазовой модуляции считывающего луча. В случае настоящего изобретения коэффициент преломления материала изменяется для создания фазовой модуляции считывающего луча.
Материал-носитель
В качестве материала-носителя можно использовать все вещества, в которых при помощи света может быть локально создано ориентированное двулучепреломление (Polymers as Electrooptical and Photooptical Active Media, V.P.Shibaev (editor). Springer Verlag, New York 1995; Natansohn et al, Chem. Mater. 1993, 403-511). Особенно подходящими полимерами являются полимеры, в которых при помощи света может быть локально создано ориентированное двулучепреломление. Такие полимеры называются фотомодифицируемыми полимерами. Таковыми являются, в частности, полимеры с боковыми группами, которые можно использовать для настоящего изобретения и которые описаны в следующих публикациях: ЕР 0622789 В1 (с.3-5), DE 4434966 A1 (с.2-5), DE 19631864 А1 (с.2-16), DE 19620588 А1 (с.3-4), DE 19720288 А1 (с.2-8), DE 4208328 А1 (с.3, строки 3-4, 9-11, 34-40, 56-60), DE 10027153 А1 (с.2-е. 8, строка 61), DE 10027152 А1 (с.2-8), WO 196038410 А1, US 5496670 (столбец 1 строки 42-67, столбец 6 строка 22 - столбец 12 строка 20), US 5543267 (столбец 2 строка 48 - столбец 5 строка 3), ЕР 0622789 В1 (с.3, строка 17 - с.5, строка 31), WO 9202930 А1 (с.6, строки 26-35, с.7 строка 25 - с.14 строка 20), WO 1992002930 А1.
При освещении поляризационных голограмм поляризованным светом отдельные направления волны испытывают фазовый сдвиг. Он зависит от уровня локального двулучепреломления в сохраняющем материале. Если в качестве сохраняющего материала используется так называемый фотомодифицируемый полимер, то свет может вызвать двулучепреломление (R.Hagen, Т.Bieringer. Photoaddressable Polymers for Optical Data Storage. In: Advanced Materials, WILEY-VCH Verlag GmbH (2001), No. 13/23, pages 1805-1810).
Если объяснять простыми словами, в результате падения линейно поляризованнго света хромофоры ориентируются перпендикулярно направлению поляризации.
Для записи рассчитанной голограммы на чувствительный к поляризации материал используется линейно поляризованный свет, предпочтительно с длиной волны в интервале от 380 нм до 580 нм. Особенно предпочтительно осуществлять запись при помощи света с длиной волны 400-420 нм или 500-550 нм.
Существует две возможности переноса рассчитанной поляризационной голограммы на материал-носитель: последовательная и параллельная запись.
Последовательная запись
Для последовательной записи голограммы, то есть точка за точкой, записывающий луч должен быть способен распространяться в двух направлениях. Такое распространение обеспечивается системой с быстрым отклонением зеркала. Она состоит из зеркала, которое может отклоняться на два угла двумя пьезоприводами. В альтернативном варианте возможно также использование двух зеркал, каждое из которых может отклоняться только на один угол.
В одном варианте выполнения настоящего изобретения лазерный луч неподвижен, а среда хранения перемещается в двух направлениях относительно лазерного луча. Это можно осуществить, например, посредством смещаемого стола. Возможно также сочетание зеркал для перемещения лазерного луча и смещения среды хранения относительно лазерного луча.
Направление поляризации должно быть непрерывно или дискретно регулируемым в интервале от 0 до 180°, на котором имеется по меньшей мере две поляризационных стадии. Предпочтительно осуществляется запись по меньшей мере четырех поляризационных стадий, равномерно распределенных в интервале от 0 до 180°.
Для достижения достаточно высокой скорости записи необходимо уметь очень быстро изменять направление поляризации. В одном варианте выполнения настоящего изобретения используется конструкция, содержащая четыре лазера, которая приведена схематически на фиг.2. Достоинство такой конструкции заключается в отсутствии механических компонентов для записи поляризационных направлений. Каждый лазер создает свет с различным направлением поляризации. Предпочтительные направления поляризации - 0°, 45°, 90° и 135°.
В процессе записи лазеры попеременно включаются и выключаются, так чтобы в коллимированном выходном луче имелось требуемое направление поляризации (см. фиг.2). Тем самым на материал с высокой скоростью можно записать четыре стадии поляризации. При помощи дополнительного фазовращателя, поворачивающего поляризацию на π/2 (см. фиг.3), можно установить дополнительную поляризацию, при помощи которой среда хранения может быть "отформатирована". На первом этапе по всей площади голограммы записывается направление поляризации. Затем удаляется дополнительный фазовращатель, сдвигающий фазу на π/2, и на втором этапе записываются остальные направления поляризации в режиме дифракционной решетки при помощи лазеров, которые можно попеременно включать и выключать. Таким образом, посредством вышеописанного устройства можно записать голограммы, имеющие пять поляризационных стадий.
В другой реализации изобретения используется только один лазер, в котором направление поляризации можно непрерывно регулировать. Например, для этой цели можно использовать волоконно-оптический регулятор поляризации. Он действует аналогично плоскости, преломляющей плоскую волну, в классической оптике. Оптическое волокно свернуто в катушки. В результате искривления оптического волокна его поперечное сечение деформируется, и оно становится эллиптическим и, следовательно, двулучепреломляющим. Посредством вращения катушек относительно непрерывного оптического волокна можно изменять состояние поляризации и вращать плоскость поляризации во всем интервале.
Можно также установить поляризатор с возможностью вращения и тем самым непрерывно поворачивать плоскость поляризации.
Помимо поляризационных голограмм при помощи лазера на материал-носитель можно записывать и другие структуры, например особые позиционные метки для поиска голограмм.
Параллельная запись
При параллельной записи все точки рассчитанной поляризационной голограммы, имеющие ту же поляризацию, записываются на материал-носитель одновременно. Это можно обеспечить, например, при помощи технологии DLP (цифровой обработки света). Технология DLP основана на микроскопически маленьких зеркалах, которые установлены на чипе DMD (цифрового микрозеркального устройства).
Зеркала имеют два устойчивых конечных состояния, между которыми они могут переходить за короткий промежуток времени. Зеркала приводятся в движение извне при помощи компьютера. В результате отклонения отдельных микрозеркал на чипе DMD свет либо непосредственно отражается оптической системой, либо направляется на поглотитель.
Для параллельной записи поляризационных голограмм на чип DMD направляется расходящийся линейно поляризованный луч света с регулируемым направлением поляризации.
Зеркала чипа DMD представляют пикселы поляризационной голограммы. Все зеркала, которые относятся к заданному поляризационному направлению, отклоняются в направлении оптической системы. Все остальные зеркала отклоняются в направлении поглотителя.
Затем выбирается новое направление поляризации и процесс продолжается аналогичным образом до тех пор, пока не будут записаны все направления поляризации.
В альтернативном варианте параллельная запись может быть также осуществлена при помощи устройства из элементов, посредством которых можно управляемым образом устанавливать направления поляризации. В данном случае отдельные имеющиеся направления поляризации не требуется записывать одно за другим, но все имеющиеся направления поляризации могут быть записаны одновременно одно рядом с другим. В качестве такого устройства из элементов можно использовать жидкокристаллический дисплей.
Изобретение также относится к устройству для изготовления поляризационных голограмм, которое содержит (см. фиг.1) вычислительный блок (1), посредством которого могут выполняться математические расчеты. Оно также содержит источник света (2), посредством которого можно получить поляризованный свет (3), имеющий регулируемое направление поляризации. Кроме того, оно содержит блок (4), посредством которого поляризованный свет может быть направлен на материал (5), в частности, таким образом, чтобы можно было осветить различные точки в и (или) на материале светом с различным направлением поляризации.
В возможном варианте выполнения устройства используется записывающий лазер, в котором направление поляризации может быть установлено по меньшей мере в двух стадиях.
В другом возможном варианте выполнения устройства используется множество лазеров, каждый из которых имеет по меньшей мере одно отличающееся направление поляризации, то есть различные лазеры используются для записи различных направлений поляризации. Один лазер для каждого записываемого направления поляризации. Используя фазовращатели на угол π/2, которые могут быть введены в траекторию луча лазера и вновь выведены, можно даже записать больше направлений поляризации, чем имеющееся количество лазеров.
Номера позиций | |
(1) | Вычислительный блок |
(2) | Источник света, имеющий регулируемое направление поляризации |
(3) | Луч света, имеющий определенное направление поляризации |
(4) | Блок для направления луча света на материал-носитель |
(5) | Материал-носитель |
(6) | Куб расщепления луча |
(7) | Пластина расщепления луча |
(8) | Фазовращатель на угол π/2 |
Настоящее изобретение относится также к поляризационным голограммам, получаемым способом согласно изобретению, и к применению этих поляризационных голограмм в качестве хранилищ данных, признаков защиты и дифракционных оптических элементов для выполнения обычных оптических функций, например, линз или призм.
Claims (8)
1. Способ получения поляризационной голограммы, отличающийся тем, что на первом этапе рассчитывают фазовую голограмму, которая имеет комплексное распределение амплитуды А(С) и фазы Р(С), на втором этапе из фазовой голограммы путем замены значений для распределения фазы Р(С) направлениями поляризации рассчитывают поляризационную голограмму и на третьем этапе переносят рассчитанную поляризационную голограмму на материал-носитель, содержащий вещество, в котором можно при помощи света локально создать ориентированное двулучепреломление.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала-носителя используют фотомодифицируемый полимер.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что помимо поляризационной голограммы на материал-носитель записывают позиционные метки.
4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что расчет рассчитанной поляризационной голограммы осуществляют посредством итерационного преобразования Фурье, причем рассчитанное фазовое распределение в плоскости голограммы дискретизируют в каждом цикле итерации таким образом, что рассчитанная поляризационная голограмма имеет по меньшей мере две поляризационные стадии.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что рассчитанное фазовое распределение в плоскости голограммы дискретизируют в каждом цикле итерации таким образом, что рассчитанная поляризационная голограмма имеет по меньшей мере четыре поляризационные стадии.
6. Устройство для получения поляризационной голограммы, содержащее вычислительный блок (1), посредством которого могут быть проведены математические расчеты; источник света (2), посредством которого может быть получен поляризованный свет (3), имеющий регулируемое направление поляризации, блок (4), посредством которого поляризованный свет может быть направлен на материал (5), в частности, таким образом, чтобы можно было осветить различные точки в и(или) на материале светом различного направления поляризации, и фазовращатель, поворачивающий поляризацию на π/2, посредством которого можно установить дополнительную поляризацию, причем источник света представляет собой записывающий лазер, в котором направление поляризации может быть установлено по меньшей мере в две стадии.
7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что используется множество лазеров, каждый из которых имеет по меньшей мере одно отличающееся направление поляризации.
8. Применение поляризационной голограммы, полученной способом по любому из пп.1-5, в качестве хранилища данных.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102006005860.7 | 2006-02-09 | ||
DE102006005860A DE102006005860A1 (de) | 2006-02-09 | 2006-02-09 | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Polarisationshologrammen |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2008136052A RU2008136052A (ru) | 2010-03-20 |
RU2457526C2 true RU2457526C2 (ru) | 2012-07-27 |
Family
ID=38022839
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008136052/28A RU2457526C2 (ru) | 2006-02-09 | 2007-01-31 | Способ и устройство для получения поляризационных голограмм |
Country Status (15)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8208185B2 (ru) |
EP (1) | EP1984793A1 (ru) |
JP (1) | JP5180101B2 (ru) |
KR (1) | KR20090003172A (ru) |
CN (1) | CN101379444B (ru) |
AU (1) | AU2007214061A1 (ru) |
BR (1) | BRPI0707713A2 (ru) |
CA (1) | CA2641566A1 (ru) |
DE (1) | DE102006005860A1 (ru) |
IL (1) | IL192822A0 (ru) |
NO (1) | NO20083627L (ru) |
RU (1) | RU2457526C2 (ru) |
TW (1) | TW200745798A (ru) |
WO (1) | WO2007090546A1 (ru) |
ZA (1) | ZA200806700B (ru) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP4137850A1 (en) * | 2012-10-15 | 2023-02-22 | ImagineOptix Corporation | Optical element |
DE102020114693A1 (de) | 2020-06-03 | 2021-12-09 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Scheibenverbund mit einem integrierten holografisch optischen Element für eine Blickfeldanzeigevorrichtung zum Einsatz in einem Fahrzeug |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1513413A2 (ru) * | 1988-02-23 | 1989-10-07 | Харьковский государственный университет им.А.М.Горького | Голографическое устройство |
EP0425088A2 (en) * | 1989-10-23 | 1991-05-02 | International Business Machines Corporation | Information storage in holograms |
US5384221A (en) * | 1990-12-12 | 1995-01-24 | Physical Optics Corporation | Birefringent azo dye polymer erasable optical storage medium |
US6376655B1 (en) * | 1995-06-02 | 2002-04-23 | Riso National Laboratory | Physically functional materials |
JP2006005319A (ja) * | 2004-06-21 | 2006-01-05 | Canon Inc | 照明光学系及び方法、露光装置及びデバイス製造方法 |
Family Cites Families (21)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3056249B2 (ja) | 1990-08-02 | 2000-06-26 | バイエル・アクチエンゲゼルシヤフト | 液晶性ポリマー類および可逆的な情報記憶に対してそれらを光誘導配向させる方法 |
US5173381A (en) * | 1991-08-05 | 1992-12-22 | Queen's University | Azo polymers for reversible optical storage |
DE4208328C2 (de) | 1992-03-16 | 2002-11-14 | Bayer Ag | Verfahren und Vorrichtung zur löschbaren Speicherung von Information |
EP0622789B1 (de) * | 1993-03-30 | 2002-08-07 | Bayer Ag | Flächenhafte Gebilde aus Seitengruppenpolymeren |
US5496670A (en) * | 1993-08-30 | 1996-03-05 | Riso National Laboratory | Optical storage medium |
GB2286058A (en) * | 1994-01-21 | 1995-08-02 | Sharp Kk | Switchable holographic apparatus |
JP3226072B2 (ja) | 1994-02-18 | 2001-11-05 | キヤノン株式会社 | 偏波変調可能な半導体レーザとその使用法 |
DE4434966A1 (de) * | 1994-09-30 | 1996-04-04 | Bayer Ag | Neue Seitengruppenpolymere und ihre Verwendung für optische Bauelemente |
EP0900239B1 (de) * | 1996-05-22 | 2002-03-27 | Bayer Ag | Schnell fotoadressierbare substrate sowie fotoadressierbare seitengruppenpolymere mit hoher induzierbarer doppelbrechung |
DE19620588A1 (de) | 1996-05-22 | 1997-11-27 | Bayer Ag | Schnell fotoadressierbare Substrate, ein Verfahren zum Beschreiben dieser Substrate und ihre Verwendung |
DE19631864A1 (de) * | 1996-08-07 | 1998-02-12 | Bayer Ag | Photoadressierbare Seitengruppenpolymere hoher Empfindlichkeit |
KR100204569B1 (ko) * | 1996-08-28 | 1999-06-15 | 정선종 | 편광 제어된 표면 방출 레이저 어레이의 구조 및 그 제조 방법 |
DE19720288A1 (de) * | 1997-05-15 | 1998-11-19 | Bayer Ag | Homopolymere mit hoher photoinduzierbarer Doppelbrechung |
JPH1152826A (ja) * | 1997-08-06 | 1999-02-26 | Central Glass Co Ltd | ホログラムの多重露光方法 |
CN1080898C (zh) * | 1997-10-26 | 2002-03-13 | 刘威 | 一种激光全息防伪商标标识及其制造方法 |
HU9801029D0 (en) | 1998-05-05 | 1998-06-29 | Optilink Ab | Method and system for recording information on a holographic card |
DE69942970D1 (de) * | 1998-08-27 | 2011-01-05 | Dainippon Printing Co Ltd | Vorrichtung zum echtheitsnachweis und verfahren zur verwendung eines films zum echtheitsnachweis |
JP2000082213A (ja) * | 1998-09-03 | 2000-03-21 | Fuji Xerox Co Ltd | 光記録方法、光記録装置、光読み取り方法および光読み取り装置 |
DE19926698A1 (de) | 1999-06-11 | 2000-12-14 | Hsm Gmbh | Computergeneriertes Sicherheitsmerkmal |
DE10027152A1 (de) * | 2000-05-31 | 2001-12-13 | Bayer Ag | Moschpolymere zur optischen Datenspeicherung |
DE10027153A1 (de) * | 2000-05-31 | 2001-12-06 | Bayer Ag | Blockcopolymere zur optischen Datenspeicherung |
-
2006
- 2006-02-09 DE DE102006005860A patent/DE102006005860A1/de not_active Withdrawn
-
2007
- 2007-01-31 RU RU2008136052/28A patent/RU2457526C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2007-01-31 WO PCT/EP2007/000808 patent/WO2007090546A1/en active Application Filing
- 2007-01-31 KR KR1020087019486A patent/KR20090003172A/ko not_active Application Discontinuation
- 2007-01-31 US US12/278,908 patent/US8208185B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2007-01-31 BR BRPI0707713-0A patent/BRPI0707713A2/pt not_active IP Right Cessation
- 2007-01-31 EP EP07703157A patent/EP1984793A1/en not_active Withdrawn
- 2007-01-31 CN CN200780004862XA patent/CN101379444B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2007-01-31 AU AU2007214061A patent/AU2007214061A1/en not_active Abandoned
- 2007-01-31 CA CA002641566A patent/CA2641566A1/en not_active Abandoned
- 2007-01-31 JP JP2008553654A patent/JP5180101B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2007-02-08 TW TW096104541A patent/TW200745798A/zh unknown
-
2008
- 2008-07-15 IL IL192822A patent/IL192822A0/en unknown
- 2008-08-01 ZA ZA200806700A patent/ZA200806700B/xx unknown
- 2008-08-22 NO NO20083627A patent/NO20083627L/no not_active Application Discontinuation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1513413A2 (ru) * | 1988-02-23 | 1989-10-07 | Харьковский государственный университет им.А.М.Горького | Голографическое устройство |
EP0425088A2 (en) * | 1989-10-23 | 1991-05-02 | International Business Machines Corporation | Information storage in holograms |
US5384221A (en) * | 1990-12-12 | 1995-01-24 | Physical Optics Corporation | Birefringent azo dye polymer erasable optical storage medium |
US6376655B1 (en) * | 1995-06-02 | 2002-04-23 | Riso National Laboratory | Physically functional materials |
JP2006005319A (ja) * | 2004-06-21 | 2006-01-05 | Canon Inc | 照明光学系及び方法、露光装置及びデバイス製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5180101B2 (ja) | 2013-04-10 |
NO20083627L (no) | 2008-08-22 |
AU2007214061A1 (en) | 2007-08-16 |
JP2009526250A (ja) | 2009-07-16 |
TW200745798A (en) | 2007-12-16 |
EP1984793A1 (en) | 2008-10-29 |
DE102006005860A1 (de) | 2007-08-30 |
IL192822A0 (en) | 2009-02-11 |
US20090219590A1 (en) | 2009-09-03 |
ZA200806700B (en) | 2009-11-25 |
RU2008136052A (ru) | 2010-03-20 |
CA2641566A1 (en) | 2007-08-16 |
US8208185B2 (en) | 2012-06-26 |
CN101379444A (zh) | 2009-03-04 |
KR20090003172A (ko) | 2009-01-09 |
BRPI0707713A2 (pt) | 2011-05-10 |
WO2007090546A1 (en) | 2007-08-16 |
CN101379444B (zh) | 2013-04-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Ashley et al. | Holographic data storage technology | |
JP5466833B2 (ja) | ページに基づくホログラフィー記録および読み出しを実行する方法 | |
US5719691A (en) | Phase correlation multiplex holography | |
US8077366B2 (en) | Holographic storage device having an adjustment mechanism for a reference beam | |
JP4175204B2 (ja) | ホログラム消去方法及びホログラム消去装置 | |
US5943145A (en) | Phase distance multiplex holography | |
KR20110036648A (ko) | 위상 엔코딩 균질화된 푸리에 변환 홀로그래픽 데이터 저장 및 복구를 위한 방법 및 장치 | |
JP2009146542A (ja) | 光情報記録装置および方法 | |
KR20100080459A (ko) | 광 데이터 저장 디스크를 복제하는 방법 | |
RU2457526C2 (ru) | Способ и устройство для получения поляризационных голограмм | |
Ramanujam et al. | Polarisation-sensitive optical elements in azobenzene polyesters and peptides | |
US7813017B2 (en) | Method and system for increasing holographic data storage capacity using irradiance-tailoring element | |
JP4007267B2 (ja) | ホログラム記録方法及びホログラム記録装置 | |
Anderson et al. | Holographic data storage: rebirthing a commercialization effort | |
JP2007305218A (ja) | 角度多重ホログラム記録再生装置および角度多重ホログラム記録再生方法 | |
MX2008010092A (en) | Method and apparatus for the production of polarization holograms | |
US7995443B2 (en) | Apparatus and method to store information in a holographic data storage medium | |
US7773274B2 (en) | Apparatus and method to store information in a holographic data storage medium | |
EP2390731B1 (en) | Monocular holographic data storage system architecture | |
US20060082850A1 (en) | Covert surface relief hologram design, fabrication and optical reconstruction for security applications | |
US20030147327A1 (en) | Holographic storage device with faceted surface structures and associated angle multiplexing method | |
Yatagai et al. | Optical mass-storage based on vector wave holography |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150201 |