ボリュームホログラム

体積ホログラムは、記録材料の厚さが記録に使用される光の波長よりもはるかに大きいホログラムです。この場合、ホログラムからの光の回折はブラッグ回折としてのみ可能です。つまり、光は正しい波長（色）を持ち、波は正しい形状（ビーム方向、波面プロファイル）を持っている必要があります。体積ホログラムは、厚いホログラムまたはブラッグホログラムとも呼ばれます。

体積ホログラムは、1969 年にH. Kogelnikによって初めて「結合波理論」によって扱われました^{[1] 。体積}位相ホログラムでは、入射参照光の 100% を信号波に回折することが可能です。つまり、光の完全な回折が実現できます。体積吸収ホログラムでは、効率がはるかに低くなります。H. Kogelnik は、透過条件と反射条件の両方について解析的なソリューションを提供しています。体積ホログラムの理論に関する優れた教科書は、J. Goodman の本にあります^{[2] 。}

体積ホログラムは通常、光熱屈折ガラスを紫外線レーザーの干渉パターンにさらすことによって作られます。^{[要出典]また、}フェムト秒レーザーパルスにさらすことで、非感光性ガラスに体積ホログラムを作ることも可能です。 ^[3]

単純なブラッグ反射器の場合、波長選択性は で推定できます。ここでは読み取り光の真空波長、は格子の周期長、 は格子の厚さです。仮定は、格子が強すぎないこと、つまり格子の全長が光の回折に使用されていることだけです。ブラッグ条件により、 という単純な関係が成り立つことを考慮すると、 はこの波長での材料の変調屈折率（基本屈折率ではない）であり、典型的な値（ ）に対して となり、このような体積ホログラムの並外れた波長選択性を示しています。 ${\displaystyle \Delta \lambda }$${\displaystyle \Delta \lambda /\lambda \approx \Lambda /L}$${\displaystyle \lambda}$${\displaystyle \Lambda}$${\displaystyle L}$${\displaystyle \Lambda =\lambda /(2\Delta n)}$${\displaystyle \Delta n}$${\displaystyle \lambda =500{\text{nm}},\ L=1{\text{mm}},\ \Delta n=0.01}$${\displaystyle \Delta \lambda \approx 12.5{\text{ nm}}}$

透過ジオメトリの単純な格子の場合、角度選択性も次のように推定できます。、ここで はホログラフィック格子の厚さです。ここでは で与えられます。 ${\displaystyle \デルタ\シータ}$${\displaystyle \Delta \Theta \approx \Lambda /d}$${\displaystyle d}$${\displaystyle \Lambda}$${\displaystyle \Lambda =(\lambda /2\sin \Theta }$

再び典型的な数値 ( ) を使用すると、 となり、体積ホログラムの優れた角度選択性が示されます。 ${\displaystyle \lambda =500{\text{nm}},\ d=1{\text{cm}},\ \Theta =45^{\circ}}$${\displaystyle \Delta \Theta \approx 4\times 10^{-5}{\text{rad}}\approx 0.002^{\circ}}$

ブラッグ選択性により、体積ホログラムが極めて重要になります。代表的な例は次のとおりです。

• 分布帰還型レーザー(DFB レーザー) と分布ブラッグ反射型レーザー (DBR レーザー) では、体積ホログラムの波長選択性を利用して半導体レーザーのスペクトル放射を狭めます。
• ホログラフィック データ ストレージ用のホログラフィック メモリデバイス。ブラッグ選択性を利用して、ストレージ材料の 3 次元を効果的に使用して、1 つのホログラフィック記録材料に複数のホログラムを多重化します。
• 光ファイバーに暗号化された体積ホログラフィックグレーティングを採用したファイバーブラッググレーティング。波長フィルターは、特に半導体レーザーの外部フィードバックとして使用されます。^[4]アイデアはDBRレーザーと似ていますが、これらのフィルターはチップに統合されていません。このようなフィルターの助けにより、高出力レーザーダイオードも狭帯域になり、温度の影響を受けにくくなります。
• イメージング分光法は、カメラの全視野内の各ピクセルに単一の波長を選択することで実現できます。^{[5]体積ホログラムは、}ハイパースペクトルイメージングとも呼ばれる単色画像を生成するための調整可能な光学フィルターとして使用されます。
• 低周波（「THz」）ラマン分光法。^[6]

• 回折の力学理論