對準全息rom系統的設備和方法
2023-09-23 06:09:55
專利名稱：對準全息rom系統的設備和方法
技術領域：
本發明涉及一種對準全息ROM系統的設備和方法。更特別地，涉及這樣一種對準全息ROM系統的設備和方法，用於在全息介質上記錄數據模式之前，防止數據遮罩和全息介質沒有對準，進而減少記錄和讀出時的錯誤。
背景技術：
傳統的全息存儲系統一般採用逐頁存儲方法。諸如SLM(空間光調製器)的輸入裝置以二維陣列(被稱作一頁)的形式來呈現記錄數據，同時利用諸如CCD照相機的檢測器陣列根據讀出值來檢索記錄數據的頁。此外，還提出了其它的方案，其中用逐位記錄取代逐頁方法。但是，所有這些系統都有共同的缺點它們需要記錄大量的分離全息圖，以便將存儲器填充到其全部容量。典型的使用兆位級陣列的面向頁系統，需要記錄幾十萬個全息頁，以達到100GB或更大的容量。即使是毫秒級的全息曝光時間，填充100GB級存儲器所需的全部記錄時間，儘管不是幾小時也至少能輕易地達到幾十分鐘。於是，開發了另一種傳統的全息ROM系統，其產生100GB級容量光碟所需的時間可減少到不足一分鐘，甚至能達到秒的數量級。
圖1示出了一種傳統的全息ROM系統，它包括光源10；快門12；反射鏡14、28、34、40；HWP(半波片)16、24、36；空間濾波器18、30、42；透鏡20、44；PBS(偏振分束器)22；偏振器26、38；錐形反射鏡32；數據遮罩46和全息介質48。
光源10發射具有恆定波長、如532nm波長的雷射束。該雷射束只是一種線偏振光，如P-偏振光或S-偏振光，並經由快門12提供到反射鏡14，其中當在全息介質48上記錄數據時，該快門打開用以經過其中傳送雷射束。反射鏡14將雷射束反射到HWP 16上。該HWP 16將雷射束的偏振旋轉θ度(優選45°)。然後，偏振旋轉的雷射束輸送到空間濾波器18，以便消除包含在該偏振旋轉的雷射束中的噪聲。然後，將偏振旋轉的雷射束提供到透鏡20，用於將雷射束的光束尺寸擴展到預定尺寸。之後，將擴展後的雷射束提供到PBS 22。
PBS 22通過反覆沉積至少兩種具有不同折射率的材料而製成，並用於沿光路S1來透射例如水平方向偏振的雷射束，即S-偏振光束，並用於沿光路S2來反射例如垂直方向偏振的雷射束，即P-偏振光束。這樣，PBS 22將擴展後的雷射束分成分別具有不同偏振的透射雷射束(下文稱為「參考光束」)和反射雷射束(下文稱為「信號光束」)。
例如S-偏振的信號光束被反射鏡34所反射。然後，被反射的信號光束依次地經過HWP 36和偏振器38提供到反射鏡40。由於HWP 36能夠將信號光束的偏振旋轉θ』角度，並且偏振器38僅適於通過P-偏振信號光束，因此HWP 36和偏振器38能通過改變θ』來調節到達反射鏡40的P-偏振信號光束的數量。然後，P-偏振信號光束被反射鏡40朝向空間濾波器42而反射，用以消除信號光束中不完全的偏振成分，而只允許其中的純P-偏振成分透射過去。而後，具有完全或純偏振的信號光束提供到透鏡44，用以將信號光束的光束尺寸擴展到預期尺寸。之後，被擴展的信號光束經數據遮罩46投射到全息介質48上。呈現用於記錄的數據模式的數據遮罩46，用作輸入裝置，例如空間光調製器(SLM)。
同時，參考光束依次地經HWP 24和偏振器26輸送到反射鏡28。由於HWP 24能將參考光束的偏振旋轉θ」角度，並且偏振器26僅適於通過P-偏振參考光束，因此HWP 24和偏振器26可以通過變換θ」來調節到達反射鏡28的P-偏振參考光束數量。因而，參考光束的偏振變得與信號光束的偏振相同。而後，反射鏡28朝向空間濾波器30反射P-偏振參考光束，且僅允許其純的P-偏振成分從其中透射過去，其中該空間濾波器30用於消除參考光束中的不完全偏振成分。然後，將具有完全的或純偏振的參考光束投射在錐形反射鏡32上(錐形反射鏡32由具有圓形基底的圓錐體所形成，並在圓形基底和錐形體之間具有一預定的底角)，該錐形反射鏡32由一個支架(未示出)固定。錐形反射鏡32朝向全息介質48反射參考光束。被反射的參考光束在全息介質48上的入射角，由錐形反射鏡32的底角所確定。
圖2詳細地顯示了一種用於在全息ROM上記錄數據的傳統方法。如圖2所示，全息介質48是用於記錄數據模式的盤形材料。數據遮罩46也具有與全息介質48類似尺寸的圓盤形狀，用於提供將要保存在全息介質48中的數據模式。通過使用正常入射的平面波即信號光束來照射數據遮罩46，並使用從相反側入射的參考光束在圖2所示的反射幾何形狀中記錄全息圖，從而將衍射模式記錄在全息介質48上。選擇圓錐光束的形狀，以便使得平面波參考光束在光碟的所有位置上都近似地具有恆定的徑向角，從而在讀出過程中當光碟轉動時，能通過固定角的窄平面波從本處讀取全息圖。另外，可利用具有不同底角的錐形反射鏡32，來實現角度多路復用。
然而，當數據遮罩46的中心46a和全息介質48的中心48a沒有對準時，即數據遮罩46和全息介質48沒有同軸地對準，如圖3所示，數據模式將沿同樣沒有與全息介質48相對準的光道48c被記錄下來。這樣，在讀出過程中，由於記錄光道48c與光道48b並不匹配，因此在讀出過程中很難重新生成數據模式。因而，應該在記錄數據模式之前使得數據遮罩46與全息介質48對準。
發明內容
因此，本發明的一個目的在於，通過在全息介質上記錄數據模式之前檢測數據遮罩和全息介質是否對準，來提供一種對準全息ROM系統的設備和方法。
根據本發明的一個方面，本發明的全息設備，包括一個光束提供單元，用來提供入射雷射束；一個傳送單元，用來接收所述入射雷射束並產生聚焦的雷射束；一個包括全息介質的反射單元，用於通過一個開口來接收所述聚焦的雷射束，並且之後將接收到的雷射束往回反射到該開口，其中穿過該開口的被反射雷射束的數量，取決於所述全息介質與所述開口是否對準，而且，其中穿過該開口的被反射雷射束返回到所述傳送單元，並且之後被所述傳送單元轉換成返回雷射束；和一個檢測單元，用於檢測該返回雷射束的數量，從而確定所述開口和所述全息介質是否對準。
根據本發明的另一個方面，本發明的全息設備，包括一個光束提供單元，用來提供入射雷射束；一個透鏡，用來將所述入射雷射束聚焦在一個開口處，以產生聚焦的雷射束；一個數據遮罩，用來在全息介質上記錄包含在所述數據遮罩中的數據，並且在其中心部分具有所述開口，用來通過所述開口來傳送所述聚焦的雷射束；和一個反射鏡，它與所述全息介質相聯結，用來反射由所述數據遮罩所傳送的聚焦的雷射束，其中將穿過所述開口的被反射雷射束提供給檢測單元，用來檢測穿過所述開口的被反射雷射束的數量，以確定所述數據遮罩和所述全息介質是否對準。
根據本發明更進一步的方面，本發明的全息方法包括以下步驟(a)提供入射雷射束；(b)通過位於數據遮罩的中央部分上的一個開口來傳送所述入射雷射束，該數據遮罩被用於在全息介質上記錄包含在所述數據遮罩中的數據；(c)由與所述全息介質相聯結的反射鏡，來反射被傳送的入射雷射束；(d)通過所述開口來傳送被反射的雷射束；和(e)檢測穿過所述開口的被反射雷射束的數量，以確定所述數據遮罩和所述全息介質是否對準。
通過以下結合附圖對優選實施例的描述，本發明的上述及其它目的和特徵將變得更加清楚。
圖1顯示傳統的全息ROM系統；圖2詳細地描述一種用來記錄全息ROM的傳統方法；圖3示出了全息介質和數據遮罩之間沒有對準的排列；圖4根據本發明優選實施例示出了一種用於對準全息介質和數據遮罩的設備；圖5A和5B分別示出了當全息介質和數據遮罩對準和沒有對準時的光束路徑。
具體實施例方式
圖4是根據本發明的優選實施例所表示的一種設備，用於使用數據遮罩在全息介質上記錄數據之前，將全息介質和數據遮罩對準。圖4中的設備包括光源100；快門102；HWP(半波片)104；偏振器105；空間濾波器106；PBS(偏振分束器)108；QWP(四分之一波片)110；透鏡112；數據遮罩114；全息介質116；半球反射鏡118；用於將半球反射鏡118夾到全息介質116的中心孔隙117上的夾具120；主軸馬達122；檢測器124和控制器126。
光源100發射具有恆定波長、如532nm波長的雷射束。該雷射束只是一種線偏振光，如P-偏振光或S-偏振光，並經由快門102提供到HWP 104，其中當使全息介質116和數據遮罩114相對準時，該快門打開用以經過其中傳送雷射束。該HWP 104將雷射束的偏振旋轉θ度(優選45°)。然後，偏振旋轉的雷射束輸送到僅能透射例如S-偏振雷射束的偏振器105。將透射的S-偏振雷射束提供給空間濾波器106，以便消除包含在該透射的S-偏振雷射中的噪聲。
然後，將S-偏振雷射束提供給PBS 108，該PBS 108能夠僅透射例如水平偏振的雷射束，即S-偏振光束，和僅反射例如垂直偏振的雷射束，即P-偏振光束。由於將S-偏振雷射束提供給PBS108，雷射束透射穿過其中。然後，透射過的雷射束提供給QWP 110。一般地，QWP具有將圓偏振光轉換為線偏振光的獨特性能，同時也具有將線偏振光轉換為圓偏振光的獨特性能。更具體地，S-偏振光束(或P-偏振光束)在穿過QWP之後變成圓偏振光束，然後圓偏振光束再一次通過QWP時轉變成P-偏振光束(或S-偏振光束)。
因此，QWP 110將輸入的S-偏振雷射束轉換為圓偏振雷射束，該圓偏振雷射束隨後被輸送到透鏡112。由於數據遮罩114位於透鏡112的焦距位置處，透鏡112在針孔115處聚焦該圓偏振雷射束，該針孔位於數據遮罩114的中心位置，其尺寸例如如是5μm。這樣，透鏡112就能通過針孔115和孔隙117將圓偏振雷射束提供給半球反射鏡118，其中該孔隙是全息介質116的一個中心孔部分。半球反射鏡118可以在夾具120的凹入部分上形成為一單獨體或一分離體。夾具120，例如被插入孔隙117中，用來將全息介質116的中心與半球反射鏡118的中心對準，並且連接到夾具120的主軸馬達122帶動全息介質116旋轉。
如果數據遮罩114和全息介質116如圖5A所示地完全對準，則針孔115的中心應該對應於虛擬球面的中心，該虛擬球面的表面包含了半球反射鏡118的表面。也就是說，數據遮罩114的針孔115的中心應當基本上與半球反射鏡118的焦點相重合。這樣，半球反射鏡118將通過針孔115的中心將圓偏振雷射束往回反射到透鏡112上，被反射的圓偏振雷射束在針孔115的中心處聚焦。因此，穿過針孔115的圓偏振雷射束的數量達到了最大值。
然後，透鏡112將被反射的圓偏振雷射束提供給QWP 110。這之後，QWP 110將被反射的圓偏振雷射束轉換為P-偏振雷射束，然後再將該P-偏振雷射束提供給PBS 108。由於P-偏振雷射束是由PBS 108的特性所反射，因而檢測器124檢測P-偏振雷射束。當藉助於半球反射鏡118，全息介質116的中心與針孔115完全對準時，由檢測器124所檢測的P-偏振雷射束的數量也能達到最大值。
另一方面，如果數據遮罩114和全息介質116如圖5B中所示並沒有完全對準時，則針孔115的中心並沒有對應於包含半球反射鏡118表面的虛擬球面的中心。這樣，被半球反射鏡118反射的圓偏振雷射束不能夠通過針孔115的中心被全部地傳送給透鏡112。因此，穿過針孔115的被反射的圓偏振雷射束的數量小於最大值。這樣，由檢測器124所檢測到的被反射的圓偏振雷射束的數量也變得小於最大值，這就意味數據遮罩114和全息介質116並沒有完全對準。之後，如果被反射的圓偏振雷射束的數量小於接近最大值的預先設定的閾值時，檢測器124就向用於控制致動器(未示出)的控制器126發出代表沒有對準的信號。然後，致動器調節數據遮罩114的位置或者全息介質116的位置，以對準數據遮罩114和全息介質116。當數據遮罩114和全息介質116對準後，它們被使用在如圖1示出的全息ROM系統上，用以在全息介質116上記錄數據。
在圖4所示的設備中，如果光源100發出S-偏振光，則快門102、HWP 104、偏振器105和空間濾波器106可以省略。然而，優選採用快門102、HWP 104、偏振器105和空間濾波器106，用於獲得一更準確和標準的結果。
儘管本發明是由優選實施例來示出和描述，但是本領域技術人員應當懂得，可能的不同變換和改進並不脫離如下面權利要求所限定的本發明中的保護精神和範圍。
權利要求
1.一種全息設備，它包括一個光束提供單元，用來提供入射雷射束；一個傳送單元，用來接收所述入射雷射束並產生聚焦的雷射束；一個包括全息介質的反射單元，用於通過一個開口來接收所述聚焦的雷射束，並且之後將接收到的雷射束往回反射到該開口，其中穿過該開口的被反射雷射束的數量，取決於所述全息介質與所述開口是否對準；而且，其中穿過該開口的被反射雷射束返回到所述傳送單元，並且之後被所述傳送單元轉換成返回雷射束；和一個檢測單元，用於檢測該返回雷射束的數量，從而確定所述開口和所述全息介質是否對準。
2.根據權利要求1所述的設備，其中所述反射單元進一步包括一個數據遮罩，所述開口設置在數據遮罩的中心處，和一個反射鏡，它與所述全息介質相聯結，用來將接收到的雷射束反射到所述開口，從而使得所述全息介質與所述數據遮罩對準。
3.根據權利要求2所述的設備，其中所述數據遮罩用於在對準完成後在所述全息介質上記錄數據。
4.根據權利要求2所述的設備，其中所述反射鏡是半球反射鏡，並且所述數據遮罩的開口的中心基本上與該半球反射鏡的焦點相重合。
5.根據權利要求1所述的設備，其中所述傳送單元包括一個偏振分束器，用來透射所述入射雷射束；一個四分之一波片，用來將所述入射雷射束轉換成第一平行雷射束；和一個透鏡，用來在所述開口處聚焦所述第一平行雷射束，以產生聚焦的雷射束，其中由所述反射單元將穿過所述開口的被反射雷射束提供給所述透鏡，且所述透鏡將該被反射的雷射束轉換成第二平行雷射束，和其中所述四分之一波片將所述第二平行雷射束轉換成返回雷射束，該返回雷射束由所述偏振分束器朝向所述檢測單元而反射。
6.根據權利要求5所述的設備，其中所述開口位於所述透鏡的焦距位置處。
7.根據權利要求1所述的設備，其中所述光束提供單元包括一個光源，用來產生源雷射束，和一個濾波單元，用來從所述源雷射束中產生線偏振的入射雷射束。
8.一種全息設備，包括一個光束提供單元，用來提供入射雷射束；一個透鏡，用來將所述入射雷射束聚焦在一個開口處，以產生聚焦的雷射束；一個數據遮罩，用來在全息介質上記錄包含在所述數據遮罩中的數據，並且在其中心部分具有所述開口，用來通過所述開口來傳送所述聚焦的雷射束；和一個反射鏡，它與所述全息介質相聯結，用來反射由所述數據遮罩所傳送的聚焦的雷射束，其中將穿過所述開口的被反射雷射束提供給檢測單元，用來檢測穿過所述開口的被反射雷射束的數量，以確定所述數據遮罩和所述全息介質是否對準。
9.一種全息方法，它包括以下步驟(a)提供入射雷射束；(b)通過位於數據遮罩的中央部分上的一個開口來傳送所述入射雷射束，該數據遮罩被用於在全息介質上記錄包含在所述數據遮罩中的數據；(c)由與所述全息介質相聯結的反射鏡，來反射被傳送的入射雷射束；(d)通過所述開口來傳送被反射的雷射束；和(e)檢測穿過所述開口的被反射雷射束的數量，以確定所述數據遮罩和所述全息介質是否對準。
全文摘要
本發明公開了一種全息設備和方法。在全息介質上記錄包含在數據遮罩中的數據之前，通過一個對準器使數據遮罩和全息介質對準，該對準器包括一個用來提供入射雷射束的光束提供單元；一個傳送單元，用來接收入射雷射束並產生聚焦的雷射束；一個包括全息介質的反射單元，用於通過一個針孔來接收聚焦的雷射束，然後將接收到的雷射束往回反射到該針孔，其中穿過該針孔的被反射的雷射束返回到傳送單元，然後被該傳送單元轉換成返回雷射束；和一個檢測單元，用於檢驗返回雷射束的數量，以確定針孔和全息介質是否對準。
文檔編號G11B7/0065GK1577181SQ200410002738
公開日2005年2月9日 申請日期2004年1月19日 優先權日2003年6月30日
發明者金近律 申請人:株式會社大宇電子