Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung und Vereinigung mehrerer Teilstrahlenbündel zu einem einzigen Strahlenbündel.
Der Begriff Strahlung soll hier alle Arten von Schwin gungsenergie, wie elektromagnetische Schwingungen aller Wellenlängen, akustische Schwingungen usw. umfassen, mit denen Interferenzfiguren erzeugt werden können. Die Erfindung wird im folgenden am Beispiel von Lichtstrahlung erläutert. Der Begriff Licht soll dabei elektromagnetische Schwingungen im infraroten, sichtbaren und ultravioletten Spektralbereich umfassen.
Häufig sollen mehrere Strahlungsbündel einzeln verarbeitet und dann zu einem einzigen zusammengesetzten Strahlungs bündel vereinigt werden. Dies ist z.B. bei Nachrichtensystemen der Fall, die mit phasenmoduliertem Licht arbeiten und bei denen ein Referenz-Lichtbündel einer vorgegebenen Wellen länge mit einem anderen Lichtbündel dieser Wellenlänge, dessen Phase bezüglich der des Referenzbündels als Funktion der Zeit entsprechend einem Modulationssignal geändert wird, zu vereinigen ist.
Die beiden kombinierten Lichtbündel können dann in Form eines einzigen zusammengesetzten Bündels übertragen werden, so dass etwaige Phasenverschiebungen, die auf der Übertragungsstrecke zwischen dem Sendeort und dem Empfangsort auftreten, beide Teilbündel des zusammenge setzten Bündels in gleicher Weise beeinflussen und dementspre chend keine Verzerrung der am Empfangsort empfangenen Signale verursachen. Ein anderes Beispiel ist der Fall, bei dem eines oder mehrere von einer Anzahl von Lichtbündeln dadurch, dass man es durch ein Transparentbild fallen lässt, räumlich in der Intensität moduliert wird, bevor es oder sie mit den anderen Bündeln zu einem einzigen zusammenge setzten Bündel vereinigt werden.
In diesem Falle können sich wenigstens einige Teilbündel hinsichtlich der Lichtwellenlänge voneinander unterscheiden und z.B. verschiedene Grundfarben darstellen, die in dem einzigen resultierenden zusammenge setzten Bündel gemischt werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, dass gleichzeitig mehrere Strahlenbündel erzeugt und unter verschiedenen Einfallswinkeln auf einen holographischen Bündelkoppler gerichtet werden, wobei der holographische Bündelkoppler die Strahlenbündel derart beugt, dass sie alle unter demselben Austrittswinkel den Bündelkoppler verlassen.
Eine Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens zur Erzeugung eines einzigen Lichtbündels, das sowohl die Farb- information als auch die Leuchtdichteinformation einer Szene enthält, unter Verwendung dreier getrennter Schwarzweiss- Transparentbilder, die die jeweiligen Farbauszüge einer Szene darstellen, ist dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig getrennte farbige Lichtbündel erzeugt werden, dass die Intensität jedes dieser farbigen Lichtbündel räumlich dadurch moduliert wird, dass man die Lichtbündel jeweils durch das die entsprechende Farbinformation enthaltende Transparentbild fallen lässt,
dass man ein erstes der räumlich modulierten Bündel auf den holographischen Bündelkoppler unter einem ersten Einfallswinkel fallen lässt, dass man gleichzeitig ein zweites der räumlich modulierten Bündel unter einem zweiten Einfallswinkel, der vom ersten Winkel verschieden ist, auf den holographischen Bündelkoppler richtet, und dass gleichzeitig das dritte der räumlich modulierten Bündel auf den holographi schen Bündelkoppler unter einem dritten Einfallswinkel geworfen wird, welcher dritte Einfallswinkel sowohl vom ersten als auch vom zweiten Winkel verschieden ist.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungs beispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert; es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Einrichtung zur Herstellung eines holographischen Bündelkopplers; Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Einrichtung, die mit einem holographischen Bündelkoppler arbeitet und ähnlich wie die Einrichtung gemäss Fig. 1 aufgebaut ist; Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Einrichtung mit einem holographischen Farbbündelkoppler; und Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Einrichtung, die mit einem holographischen Farbbündelkoppler gemäss Fig. 3 arbeitet.
In Fig. 1 ist schematisch eine Quelle für kohärente Strahlungsbündel' zum aufeinanderfolgenden Aufzeichnen von Hologrammfiguren dargestellt. Die Quelle, die einen oder mehrere Laser zusammen mit einer üblichen Bündelteileroptik enthalten kann, ist insbesondere imstande, ein erstes Paar kohärenter Lichtbündel einer vorgegebenen ersten Wellenlänge zu liefern, von denen das eine mit einem Referenzbündel B, und das andere mit einem Bündel B1 in Fig. 1 zusammenfällt. Wie Fig. 1 zeigt, ist das Bündel B, senkrecht und das Bündel B, in einem Winkel O, vom Bündel B, nach oben bezüglich eines Aufzeichnungsträgers 102 orientiert.
Im allgemeinen Fall ist der Einfallswinkel des Bündels B, bezüglich des Aufzeichnungs trägers 102 beliebig und der Einfallswinkel des Bündels B, bezüglich des Aufzeichnungsträgers 102 ist vom Einfallswinkel des Bündels B@ wesentlich verschieden.
Durch die Beleuchtung des Aufzeichnungsträgers 102 mit den kohärenten Strahlungsbündeln des ersten Paares wird eine erste Teil-Interferenzfigur auf dem Aufzeichnungsträger 102 aufgezeichnet. Die Eigenschaften dieser ersten Teil Interferenzfigur werden durch die Wellenlänge der kohärenten Strahlungsbündel des ersten Paares und durch die jeweiligen Einfallswinkel der beiden Bündel dieses Paares bezüglich des Aufzeichnungsträgers 102 bestimmt.
Nachdem die erste Teil-Interferenzfigur auf dem Auf zeichnungsträger 102 aufgezeichnet worden ist, werden dieser noch eine oder mehrere zusätzliche Teil-Interferenzfiguren überlagert und nacheinander auf dem Aufzeichnungsträger 102 aufgezeichnet, so dass man eine einzige Interferenzfigur erhält. Insbesondere kann die Lichtquelle 100, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, nachdem sie das erste Paar kohärenter Strahlungsbündel der vorgegebenen ersten Wellenlänge in der oben erläuterten Weise erzeugt hat, nacheinander ein oder mehrere weitere Paare kohärenter Strahlungsbündel, wie ein Paar kohärenter Strahlungsbündel einer vorgegebenen zweiten Wellenlänge liefern, welches aus einem Bündel, das in der Richtung des Bündels Br verläuft und einem Bündel, das in der Richtung des Bündels B" verläuft, besteht.
Wie Fig. 1 zeigt, ist das Bündel B, des zweiten Paares kohärenter Strahlungsbündel senkrecht zum Aufzeichnungsträger 102 und das Bündel B" in einen Winkel O", dervomBündelBr nach unten geht, bezüglich des Aufzeichnungsträgers 102 orientiert. Im allgemeinen sind die auf den Aufzeichnungsträger 102 bezogenen Einfallswinkel des einen Bündels B, aller nacheinander zum Aufzeichnen verwendeten Paare kohärenter Strahlungsbündel untereinander gleich, während die Einfallswinkel der anderen Bündel B, ... B" bezüglich des Aufzeichnungsträgers 102 voneinander und von dem des ersterwähnten Bündels wesentlich verschieden sind.
Die Wellenlängen der kohärenten Strahlungsbündel der Strahlungsbündelpaare können von Paar zu Paar gleich oder verschieden sein. Auf alle Fälle ist auf dem Aufzeichnungsträger 102 schliesslich eine zusammengesetzte Interferenzfigur aufgezeich net, die aus einer Anzahl überlagerter Teilinterferenzfiguren besteht, die jeweils durch Aufzeichnen mit verschiedenen Paaren kohärenter Strahlungsbündel erzeugt wurden. Diese zusammengesetzte Interferenzfigur stellt ein Hologramm dar.
Das aufgezeichnete Hologramm kann entweder ein sogenann tes Oberflächen- oder Dünnschicht-Hologramm sein, wobei dann die verschiedenen Teil-Interferenzfiguren alle im wesentlichen in der gleichen Ebene liegen, oder es kann ein sogenanntes Volumen- oder Dickschicht-Hologramm sein, wobei dann die Tiefe der Ebenen, in denen die verschiedenen Teil-Interferenzfiguren aufgezeichnet sind, Funktionen der den verschiedenen Teil-Interferenzfiguren entsprechenden Winkel O, ... O" sind. Ein Dickschicht-Aufzeichnungsträger wird bevorzugt, da bei diesem etwaige unerwünschte, durch eine Kreuzmodulation der verschiedenen, die zusammengesetzte Interferenzfigur bildenden Teil-Interferenzfiguren hervorgeru fenen Effekte zweiter Ordnung weitestgehend vermieden werden.
In Fig. 1 sind die Bündel B, ... B" und das Bündel B, alle als Bündel paralleler Strahlen mit ebenen Wellenfronten dargestellt. Dies ist jedoch nicht wesentlich. Wenn es der vorgesehene Verwendungszweck erfordert, können eines oder mehrere Bündel konvergente oder divergente Bündel sein, wie noch näher erläutert wird. Ausserdem kann in dem speziellen Falle, dass die Wellenlänge aller Bündelpaare die gleiche ist, eine einzige kohärente Strahlungsquelle zum Erzeugen aller Bündel verwendet werden und die Aufzeichnung kann mit allen Paaren gleichzeitig anstatt nacheinander erfolgen.
Die in Fig. 2 gezeigte Einrichtung enthält eine nachfolgend als holographischer Bündelkoppler bezeichnete Vorrichtung 202, die nach dem in Verbindung mit Fig. 1 erläuterten Verfahren hergestellt worden ist. Die dargestellte Einrichtung enthält eine Quelle 200 zum gleichzeitigen Erzeugen von Strahlungsbündeln, die zu koppeln sind. Die Quelle 200 kann eine oder mehrere monochromatische Lichtquellen, wie Laser, und übliche optische Elemente enthalten und liefert gleichzeitig eine Anzahl von im Winkel zueinander verlaufender Abfrage bündel b, ... b", die den Bündeln B, ... B" in Fig. 1 entsprechen. Die Bündel b, .. . b" sind auf das auf dem holographischen Bündelkoppler 202 aufgezeichnete Hologramm gerichtet, dessen Herstellung oben in Verbindung mit Fig. 1 erläutert wurde.
Insbesondere verläuft das Abfragebündel b, in einem Winkel 0, oberhalb der Normalen zum holographischen Bündelkoppler 202 und das Abfragebündel b" verläuft in einem Winkel KP" unterhalb der Normalen zum holographischen Bündelkoppler 202.
Die Abfragebündel b, ... bn können entweder gleiche oder verschiedene Wellenlängen haben. Ferner können die Abfrage bündel b, ... bn jeweils die gleiche Wellenlänge wie oder eine andere Wellenlänge als das entsprechende Bündel B,<B>...</B> B" in Fig. 1 haben. In allen Fällen muss jedoch das Verhältnis der Wellenlänge jedes speziellen Abfragebündels b, ... bn zur Wellenlänge des entsprechenden der Bündel B, ... B" in Fig. 1 im wesentlichen gleich dem Verhältnis des Sinus des Winkels (P, den das betreffende Abfragebündel mit der Normalen zum Bündelkoppler 202 bildet, zum Sinus des Winkels O, den das entsprechende Bündel B, ... B" in Fig. 1 mit der Normalen zum Aufzeichnungsträger 102 bildet, sein.
Das Verhältnis der Wellenlänge des Abfragebündels b, zur Wellenlänge des Bündels B, wird also im wesentlichen gleich dem Verhältnis sin 01/sin O, gemacht. In entsprechender Weise wird das Verhältnis der Wellenlänge des Abfragebündels b" zur Wellenlänge von B" im wesentlichen gleich dem Verhältnis von sin n/sin O" gemacht. Im speziellen Falle, dass die Wellenlänge des Abfragebündels b, gleich der Wellenlänge des entsprechen den Aufzeichnungsbündels B, ist, wird dann also 0, in Fig. 2 gleich O, in Fig. 1 sein.
Die Quelle 200 zum gleichzeitigen Erzeugen der zu koppelnden Strahlungsbündel kann eine Anordnung enthalten, die eines oder mehrere der zu koppelnden Bündel mit einer Nachricht zu modulieren gestattet. Die Abfragebündel b, und b" können z.B. von einer einzigen kohärenten Quelle gewonnen werden, so dass sie gleiche Wellenlänge haben, und die Quelle 200 für die zu koppelnden, gleichzeitig erzeugten Strahlungs bündel kann einen Phasenmodulator, z.B. einen elektro optischen Modulator, enthalten, um die Phase eines der Ab- fragebündel b, und b" als Funktion der Zeit entsprechend einem Nachrichtensignal bezüglich der Phase des anderen Bündels zu modulieren. Anstelle der Phasenmodulation können auch eines oder mehrere der Abfragebündel b, ... b" mit einem Nachrichtensignal amplituden- und/oder frequenzmoduliert werden.
Eine andere zweckmässige Form der Modulation ist die räumliche Modulation eines oder mehrerer Bündel. In diesem Falle ändert sich die Intensität von Punkt zu Punkt über den Querschnitt des Bündels entsprechend einem Nachrichten signal. Dies kann durch ein in der Quelle 200 vorgesehenes Transparentbild bewirkt werden, das von einem Bündel durchsetzt wird.
Bei der Adressierung des Hologramms des holographischen Bündelkopplers 202 mit dem Abfragebündel b,, das die oben erwähnte Wellenlänge und Winkelorientierung hat, entsteht eine Beugungskomponente erster Ordnung, die einen Teil eines gekoppelten Ausgangsbündels 204 darstellt und senkrecht zum Bündelkoppler 202 aus diesem austritt. In entsprechender Weise wird bei der Adressierung des Hologramms des holographischen Bündelkopplers 202 mit dem Abfragebündel b", das die oben angegebene Wellenlänge und Winkel orientierung hat, ebenfalls eine Beugungskomponente erster Ordnung erzeugt, die einen Teil des gekoppelten Ausgangs bündels 204 bildet und senkrecht zum Bündelkoppler 202 aus diesem austritt.
Bei der gleichzeitigen Beleuchtung des Bündel- kopplers 202 mit den Abfragebündel b,... b" entsteht also eine Anzahl aus dem Bündelkoppler 202 austretender, den verschiedenen Abfragebündeln entsprechender Beugungs komponenten erster Ordnung, die zusammenfallen und ein einziges zusammengesetztes und gekoppeltes Ausgangsbündel, nämlich das Bündel 204, bilden. Der Grund hierfür liegt darin, dass die Paare kohärenter Bündel, die bei der Aufzeichnung des holographischen Bündelkopplers 202 nacheinander verwendet worden waren, Referenzbündel enthielten, die alle die gleiche Orientierung bezüglich des Bündelkopplers hatten.
Der Aus trittswinkel des gekoppelten Ausgangsbündels 204 bezüglich des holographischen Bündelkopplers 202 wird nämlich durch den Einfallswinkel der jeweiligen Referenzbündel B, (Fig. 1) der verschiedenen Paare kohärenter Bündel, die bei der Aufzeichnung des Hologramms des holographischen Bündel- kopplers 202 verwendet werden, bestimmt.
Fig. 3 zeigt die Herstellung eines holographischen Farb- bündelkopplers. Die Einrichtung gemäss Fig. 3 weist eine Quelle 300 für Paare kohärenter Lichtbündel zur aufeinander folgenden Aufzeichnung von Interferenzfiguren auf. Die Quelle 300 enthält einen oder mehrere Laser und übliche optische Elemente zum Erzeugen eines ersten Paares kohärenter Bündel, die eine Wellenlänge im roten Spektralbereich haben und aus einem Bündel paralleler Strahlen 302, das auf einen Aufzeichnungsträger 304 unter einem Winkel 0a oberhalb der Normalen zum Aufzeichnungsträger gerichtet ist, und einem divergenten Bündel, das symmetrisch zur Normalen des Auf zeichnungsmediums 304 verläuft, bestehen.
Auf dem holographischen Aufzeichnungsträger 304 wird auf diese Weise eine erste Teil-Interferenzfigur aufgezeichnet. Nachdem die erste Teil-Interferenzfigur aufgezeichnet worden ist, wird der Aufzeichnungsträger 304 mit einem zweiten Paar kohärenter Bündel, deren Wellenlänge im grünen Spektralbereich liegt, belichtet. Das zweite Paar kohärenter Bündel setzt sich aus einem parallelen Bündel 306, das unter einem unterhalb der Normalen zum Aufzeichnungsträger 304 liegenden Winkel OG auf den Aufzeichnungsträger 304 gerichtet ist, und einem divergenten Referenzbündel, dessen Orientierung mit dem Referenzbündel des ersten Paares kohärenter roter Bündel zusammenfällt, zusammen.
Hierdurch wird auf dem Auf zeichnungsträger 304 eine überlagerte zweite Teil-Interferenz- figur aufgezeichnet. In entsprechender Weise wird der Auf Izeichnungsträger 304 dann mit einem dritten Paar kohärenter Bündel, deren Wellenlänge im blauen Spektralbereich liegt, belichtet. Das dritte Paar kohärenter Bündel besteht aus einem parallelen Bündel 308, das unter einem Winkel Ob unterhalb der Normalen zum Aufzeichnungsträger 30-1 auf dieses gerichtet ist, und einem divergenten Referenzbündel, das die gleiche Orientierung hat wie die Referenzbündel der ersten beiden Paare kohärenter Bündel. Hierdurch wird eine dritte Teil Interferenzfigur aufgezeichnet, die den vorher aufgezeichneten beiden Teil-Interferenzfiguren überlagert ist.
Die drei Teil- Interferenzfiguren bilden zusammen eine einzige zusammenge setzte Interferenzfigur in Form eines Hologramms.
Die Einrichtung gemäss Fig. 4 weist eine Quelle 400 zum gleichzeitigen Erzeugen von zu koppelnden, räumlich modulierten Lichtbündeln auf. Die Quelle 400 enthält Licht quellen für Licht mit Wellenlängen im roten, grünen und blauen Spektralbereich, die im wesentlichen gleich denen sind, die beim Aufzeichnen des holographischen Bündelkopplers 402 verwendet wurden. Die Quelle 400 enthält ferner ein erstes Transparentbild mit der Rotinformation einer Szene, das zur räumlichen Modulation des roten Bündels in dessen Weg angeordnet ist, so dass ein räumlich moduliertes rotes Bündel 404 entsteht.
Das rote Bündel 404 ist ein Bündel, das unter demselben, sich von der Normalen zum holographischen Bündelkoppler nach oben erstreckenden Winkel 0R auf den Bündelkoppler gerichtet ist wie das rote Bündel 302, das beim Aufzeichnen des Hologramms auf den Bündelkoppler verwendet worden war. In entsprechender Weise wird ein räumlich moduliertes grünes Bündel 406, das unter demselben Winkel OG wie das grüne Bündel 106 einfällt, mittels eines zweiten Transparentbildes innerhalb der Quelle 400, das die grüne Information der Szene enthält, erzeugt. Der holographi sche Bündelkoppler 402 wird gleichzeitig mit dem roten Bündel -10.1 und dem grünen Bündel 406 belichtet.
Ferner wird auf den Bündelkoppler 402 ein räumlich moduliertes blaues Bündel 408 gerichtet, das mittels eines die blaue Information der Szene enthaltenden dritten Transparentbildes in der Quelle 400 erzeugt und auf den Bündelkoppler mit der gleichen Winkel orientierung OB fällt wie das blaue Bündel 408. Das blaue Bündel -108 beleuchtet den Bündelkoppler 402 gleichzeitig mit dem roten Bündel -104 und dem grünen Bündel 406.
Man beachte, dass der holographische Bündelkoppler 402 bei der Einrichtung gemäss Fig. 4 von hinten beleuchtet wird, d.h. dass sich das aufgezeichnete Hologramm auf der rechten Seite des holographischen Bündelkopplers 402 befindet, während die beleuchtenden Bündel 404, 406 und 408 von der in Fig. 4 linken Seite her einfallen. Dies hat zur Folge, dass ein einziges, konvergentes, räumlich moduliertes weisses Bündel 410 rekonstruiert wird, das die ganze Farb- und Leuchtdichte- information der Szene aus den drei getrennten Transparent bildern in der Quelle 400 enthält. Die Ausbreitungsrichtung und der Konvergenzgrad des Bündels 410 werden durch die Richtung und die Divergenz der bei der Aufzeichnung des Hologramms auf dem holographischen Bündelkoppler 402 verwendeten Referenzbündel bestimmt.
Das konvergente Bündel 410 erzeugt ein reelles Bild der durch die drei Transparentbilder dargestellten Szene in voller Farbe in einer Bildebene 412. Wenn das Hologramm des Bündelkopfes 402 nicht von hinten, wie es bei Fig. 4 der Fall ist, sondern von vorne beleuchtet würde, wäre das gekoppelte Bündel ein divergentes Bündel, und es würde anstelle des reellen Bildes ein virtuelles Bild entstehen.
Die oben beschriebenen holographischen Bündelkoppler stellen Hologramme vom Transmissionstyp dar; selbstver- ständlich könnten wegen der bekannten Aequivalenz von Hologrammen des Transmissionstyps und Reflexionstyps als holographische Bündelkoppler auch Hologramme des Reflexionstyps verwendet werden.
The present invention relates to a method for generating and combining several partial beams to form a single beam.
The term radiation is intended here to include all types of vibrational energy, such as electromagnetic vibrations of all wavelengths, acoustic vibrations, etc., with which interference figures can be generated. The invention is explained below using the example of light radiation. The term light should include electromagnetic oscillations in the infrared, visible and ultraviolet spectral range.
Frequently, several radiation beams are to be processed individually and then combined to form a single composite radiation beam. This is e.g. the case in communication systems that work with phase-modulated light and in which a reference light beam of a predetermined wavelength is to be combined with another light beam of this wavelength, the phase of which is changed with respect to that of the reference beam as a function of time according to a modulation signal.
The two combined light bundles can then be transmitted in the form of a single composite bundle, so that any phase shifts that occur on the transmission path between the sending location and the receiving location affect both sub-bundles of the assembled bundle in the same way and, accordingly, no distortion at the receiving location signals received. Another example is the case in which one or more of a number of light bundles is spatially modulated in intensity by being allowed to pass through a transparency before it is combined with the other bundles into a single composite bundle will.
In this case, at least some partial beams can differ from one another with regard to the light wavelength and e.g. represent different base colors mixed in the single resulting composite bundle.
The method according to the invention consists in that several bundles of rays are simultaneously generated and directed at different angles of incidence onto a holographic bundle coupler, the holographic bundle coupler bending the bundles of rays such that they all leave the bundle coupler at the same exit angle.
An application of the method according to the invention for generating a single light bundle that contains both the color information and the luminance information of a scene using three separate black and white transparencies that represent the respective color extracts of a scene is characterized in that simultaneously separate colored light bundles be generated that the intensity of each of these colored light bundles is spatially modulated by allowing the light bundles to fall through the transparent image containing the corresponding color information,
that one lets a first of the spatially modulated bundles fall onto the holographic bundle coupler at a first angle of incidence, that at the same time a second of the spatially modulated bundles is directed onto the holographic bundle coupler at a second angle of incidence that is different from the first angle, and that at the same time third of the spatially modulated bundles is thrown onto the holographic bundle coupler at a third angle of incidence, which third angle of incidence is different from both the first and the second angle.
The invention is explained in more detail below with reference to execution examples in conjunction with the drawing; 1 shows a schematic representation of an embodiment of a device for producing a holographic bundle coupler; FIG. 2 shows a schematic representation of a device which operates with a holographic bundle coupler and is constructed similarly to the device according to FIG. 1; FIG. 3 shows a schematic representation of a device with a holographic color bundle coupler; and FIG. 4 shows a schematic representation of a device which operates with a holographic color bundle coupler according to FIG.
In Fig. 1, a source for coherent radiation beams is shown schematically for the successive recording of hologram figures. The source, which can contain one or more lasers together with conventional beam splitter optics, is in particular capable of delivering a first pair of coherent light beams of a predetermined first wavelength, one of which with a reference beam B and the other with a beam B1 in Fig 1 coincides. As FIG. 1 shows, the bundle B is oriented vertically and the bundle B, at an angle O, from bundle B, is oriented upwards with respect to a recording medium 102.
In the general case, the angle of incidence of the beam B with respect to the recording medium 102 is arbitrary and the angle of incidence of the beam B with respect to the recording medium 102 is substantially different from the angle of incidence of the beam B @.
By illuminating the recording medium 102 with the coherent radiation beams of the first pair, a first partial interference figure is recorded on the recording medium 102. The properties of this first partial interference figure are determined by the wavelength of the coherent radiation bundles of the first pair and by the respective angles of incidence of the two bundles of this pair with respect to the recording medium 102.
After the first partial interference figure has been recorded on the recording medium 102, one or more additional partial interference figures are superimposed and successively recorded on the recording medium 102 so that a single interference figure is obtained. In particular, the light source 100, as is shown in FIG. 1, after it has generated the first pair of coherent radiation beams of the predetermined first wavelength in the manner explained above, one or more further pairs of coherent radiation beams, such as a pair of coherent radiation beams of a predetermined one provide a second wavelength, which consists of a bundle which runs in the direction of the bundle Br and a bundle which runs in the direction of the bundle B ".
As shown in Fig. 1, the beam B, of the second pair of coherent radiation beams, is oriented perpendicular to the record carrier 102 and the beam B is oriented "at an angle O" with respect to the record carrier 102, which goes downward from the beam Br. In general, the angles of incidence of one beam B, relating to the recording medium 102, of all pairs of coherent radiation beams used successively for recording are identical to one another, while the angles of incidence of the other beams B, ... B '' with respect to the recording medium 102 from each other and from that of the first-mentioned beam are essentially different.
The wavelengths of the coherent radiation beams of the radiation beam pairs can be the same or different from pair to pair. In any case, a composite interference figure is finally recorded on the recording medium 102, which consists of a number of superimposed partial interference figures which were each generated by recording with different pairs of coherent radiation beams. This composite interference figure represents a hologram.
The recorded hologram can either be a so-called surface or thin-film hologram, in which case the various partial interference figures are all essentially in the same plane, or it can be a so-called volume or thick-film hologram, in which case the depth of the Planes in which the various partial interference figures are recorded are functions of the angles O,... O "corresponding to the various partial interference figures. A thick-film recording medium is preferred because it can contain any undesirable effects caused by cross-modulation of the various Compound interference figure forming partial interference figures evoked second-order effects are largely avoided.
In Fig. 1, the bundles B, ... B "and the bundle B, are all shown as bundles of parallel rays with plane wavefronts. However, this is not essential. If the intended use so requires, one or more bundles can be convergent or divergent Furthermore, in the special case that the wavelength of all pairs of beams is the same, a single coherent radiation source can be used to generate all beams and the recording can be carried out with all pairs at the same time instead of one after the other.
The device shown in FIG. 2 contains a device 202, referred to below as a holographic bundle coupler, which has been produced according to the method explained in connection with FIG. The device shown contains a source 200 for the simultaneous generation of radiation beams which are to be coupled. The source 200 can contain one or more monochromatic light sources, such as lasers, and conventional optical elements and at the same time supplies a number of interrogation beams b, ... b "which run at an angle to one another, which correspond to the beams B, ... B" in FIG 1 correspond. The bundles b, ... b ″ are directed at the hologram recorded on the holographic bundle coupler 202, the production of which was explained above in connection with FIG.
In particular, the interrogation bundle b runs at an angle 0 above the normal to the holographic bundle coupler 202 and the interrogation bundle b "runs at an angle KP" below the normal to the holographic bundle coupler 202.
The query bundles b, ... bn can either have the same or different wavelengths. Furthermore, the query bundle b, ... bn can each have the same wavelength as or a different wavelength than the corresponding bundle B, <B> ... </B> B "in FIG. 1. In all cases, however, this must The ratio of the wavelength of each particular interrogation bundle b, ... bn to the wavelength of the corresponding one of the bundles B, ... B "in FIG. 1 is essentially equal to the ratio of the sine of the angle (P between the respective interrogation bundle and the normal to the bundle coupler 202 forms, to the sine of the angle O, which the corresponding beam B, ... B "in FIG. 1 forms with the normal to the recording medium 102, be.
The ratio of the wavelength of the interrogation beam b to the wavelength of the beam B is thus made essentially equal to the ratio sin 01 / sin O. In a corresponding manner, the ratio of the wavelength of the interrogation beam b "to the wavelength of B" is made essentially equal to the ratio of sin n / sin O. In the special case that the wavelength of the interrogation beam b is equal to the wavelength of the corresponding recording beam B. , will then be 0 in FIG. 2, equal to 0, in FIG.
The source 200 for the simultaneous generation of the radiation beams to be coupled can contain an arrangement which allows one or more of the beams to be coupled to be modulated with a message. The interrogation bundles b, and b ″ can for example be obtained from a single coherent source so that they have the same wavelength, and the source 200 for the radiation bundles to be coupled, simultaneously generated can contain a phase modulator, for example an electro-optical modulator, in order to to modulate the phase of one of the interrogation bundles b and b "as a function of time in accordance with a message signal with respect to the phase of the other bundle. Instead of phase modulation, one or more of the interrogation bundles b, ... b ″ can also be amplitude and / or frequency modulated with a message signal.
Another useful form of modulation is the spatial modulation of one or more bundles. In this case the intensity changes from point to point across the cross-section of the bundle according to a message signal. This can be brought about by a transparency provided in the source 200 through which a bundle passes.
When addressing the hologram of the holographic bundle coupler 202 with the interrogation bundle b ,, which has the above-mentioned wavelength and angular orientation, a first-order diffraction component arises which represents part of a coupled output bundle 204 and emerges perpendicular to the bundle coupler 202 from this. Correspondingly, when the hologram of the holographic bundle coupler 202 is addressed with the interrogation bundle b ″, which has the wavelength and angular orientation specified above, a first-order diffraction component is also generated, which forms part of the coupled output bundle 204 and is perpendicular to the bundle coupler 202 from this exit.
With the simultaneous illumination of the bundle coupler 202 with the interrogation bundles b, ... b ", a number of diffraction components of the first order exiting from the bundle coupler 202, corresponding to the various interrogation bundles, which coincide and form a single composite and coupled output bundle, namely that Bundles 204. The reason for this is that the pairs of coherent bundles which were used in succession in recording the holographic bundle coupler 202 contained reference bundles which all had the same orientation with respect to the bundle coupler.
The exit angle of the coupled output bundle 204 with respect to the holographic bundle coupler 202 is namely determined by the angle of incidence of the respective reference bundle B, (Fig. 1) of the different pairs of coherent bundles that are used in the recording of the hologram of the holographic bundle coupler 202.
3 shows the production of a holographic color bundle coupler. The device according to FIG. 3 has a source 300 for pairs of coherent light bundles for the successive recording of interference patterns. The source 300 contains one or more lasers and conventional optical elements for generating a first pair of coherent bundles, which have a wavelength in the red spectral range, and a bundle of parallel rays 302 which are directed onto a recording medium 304 at an angle 0a above the normal to the recording medium and a divergent bundle that is symmetrical to the normal of the recording medium 304 exist.
A first partial interference figure is recorded on the holographic recording medium 304 in this way. After the first partial interference figure has been recorded, the recording medium 304 is exposed to a second pair of coherent beams, the wavelength of which is in the green spectral range. The second pair of coherent bundles is composed of a parallel bundle 306, which is directed at an angle OG below the normal to the recording medium 304, and a divergent reference bundle, the orientation of which coincides with the reference bundle of the first pair of coherent red bundles, together.
As a result, a superimposed second partial interference figure is recorded on the recording medium 304. In a corresponding manner, the recording medium 304 is then exposed to a third pair of coherent bundles, the wavelength of which is in the blue spectral range. The third pair of coherent bundles consists of a parallel bundle 308 which is directed at an angle Ob below the normal to the recording medium 30-1 and a divergent reference bundle which has the same orientation as the reference bundles of the first two pairs of coherent bundles. As a result, a third partial interference figure is recorded, which is superimposed on the two previously recorded partial interference figures.
The three partial interference figures together form a single composite interference figure in the form of a hologram.
The device according to FIG. 4 has a source 400 for the simultaneous generation of spatially modulated light bundles to be coupled. The source 400 contains light sources for light having wavelengths in the red, green and blue spectral ranges which are substantially the same as those used when the holographic beam coupler 402 was recorded. The source 400 also contains a first transparent image with the red information of a scene, which is arranged in the path for spatial modulation of the red beam, so that a spatially modulated red beam 404 is created.
The red beam 404 is a beam which is directed toward the beam coupler at the same upward angle θR from normal to the holographic beam coupler as the red beam 302 that was used when the hologram was recorded on the beam coupler. In a corresponding manner, a spatially modulated green beam 406, which is incident at the same angle OG as the green beam 106, is generated by means of a second transparent image within the source 400 which contains the green information of the scene. The holographic bundle coupler 402 is exposed to the red bundle -10.1 and the green bundle 406 at the same time.
Furthermore, a spatially modulated blue beam 408 is directed onto the bundle coupler 402, which is generated by means of a third transparent image containing the blue information of the scene in the source 400 and falls on the bundle coupler with the same angular orientation OB as the blue bundle 408. The blue bundle -108 illuminates the bundle coupler 402 simultaneously with the red bundle -104 and the green bundle 406.
Note that the holographic beam coupler 402 in the device of Figure 4 is backlit, i. that the recorded hologram is on the right side of the holographic beam coupler 402, while the illuminating beams 404, 406 and 408 are incident from the left side in FIG. This has the consequence that a single, convergent, spatially modulated white bundle 410 is reconstructed, which contains the entire color and luminance information of the scene from the three separate transparent images in the source 400. The direction of propagation and the degree of convergence of the beam 410 are determined by the direction and the divergence of the reference beams used in recording the hologram on the holographic beam coupler 402.
The convergent bundle 410 produces a real image of the scene represented by the three transparencies in full color in an image plane 412. If the hologram of the bundle head 402 were not illuminated from behind, as is the case in FIG. 4, but from the front the coupled bundle would be a divergent bundle and a virtual image would arise instead of the real image.
The above-described holographic beam couplers are transmission type holograms; Of course, because of the known equivalence of holograms of the transmission type and reflection type, holograms of the reflection type could also be used as holographic bundle couplers.