應用於光學存儲系統的光束移動部件的製作方法

2023-05-01 18:37:36 1

專利名稱：應用於光學存儲系統的光束移動部件的製作方法
應用於光學存儲系統的光束移動部件
本發明涉及一種光學存儲介質(如全息存儲介質)的讀出/寫入裝置，更 具體的，涉及這種裝置中所用的光束移動部件。
在全息數據存儲系統中，通過記錄兩個相干雷射光束重疊時產生的幹涉 圖案來存儲數字數據，其中一光束(即所謂的"信號光束")由空間光調製器 調製，載有要記錄的信息。第二光束用作參考光束。幹涉圖案引起存儲材料 特定屬性的改變，這種改變取決於幹涉圖案的局部強度。通過在與記錄時相 同的條件下用參考光束照射全息圖讀取記錄的全息圖。這導致記錄的信號光 束的重構。
全息數據存儲的 一 個優點是數據容量增加。與傳統的光學存儲介質不
同，全息存儲介質用"體(Volume)，，來存儲信息，而不是單層或者少數的2維 層存儲結構。全息數據存儲的另外一個優點在於它為同 一空間內存儲多個數 據提供了可能，比如，改變兩個光束之間的夾角，或者移動復用等。而且， 數據以數據頁來存儲，而不是單個的數據位。通常數據頁由亮暗圖案矩陣構 成，即二維的二進位陣列或者灰度值(由多個位編碼而成)陣列。這樣在增 加了存儲密度之外，還提高了數據速率。數據頁通過空間光數據機 (SLM)被"列印"到信號光束上，並由探測器陣列探測。
在盤式全息存儲介質的讀取/寫入裝置中，物鏡安裝在致動器上。因而物 鏡可以相對於其它光學部件移動，以便例如進行尋軌或在記錄時將物鏡保持 在相對於旋轉的盤面固定的位置處。物鏡的移動會導致記錄過程中全息圖的 強烈變形，還會引起探測陣列中像素的移動，因為其它光學系統不移動。因 此，物鏡移動的這一負面影響必須:故降到最低。其它形式的光學存儲介質也 有類似的問題，特別是對於高密度光學存儲介質。
US 5828482公開了一種光束移動部件，它通過傾斜平行板來實現光束移 動。但是，對於全息存儲介質的數據讀取/寫入，需要一種厚的玻璃板來獲取 所需的橫向移動，大約100pm。這使得高頻時難以獲得補償，因為需要的力 相對比較大。因而，平行板的傾斜是準靜態(quasi-static)系統的主要解決 方案。

發明內容
本發明的目的是為光束移動部件提出一種可供選擇的解決方案，它可以 在高頻時獲得光束移動補償。
才艮據該發明，這一目的是通過一種光束移動部件實現的，該部件至少包
括第一光學部件，以第一偏轉角偏轉入射光；第二光學部件，以與第一偏 轉角相反的第二偏轉角偏轉來自第一光學部件的光束，其中，第一和第二光 學部件之間的光學路徑的長度是可調的。光束經第一光學部件偏轉後在第二 光學部件上的位置依賴於兩個光學部件之間的路徑長度。因而，通過調整路 徑長度就可以控制光束在第二光學部件上的位置。第二光學部件偏轉後的光 束與被第一光學部件偏轉前的光束平行。
有利的是，可以通過調整第一偏轉角和第二偏轉角來調整光束的路徑長 度。光學部件之間的距離給定時，路徑長度依賴於偏轉角。因而，調整偏轉 角就調整了路徑長度，進而也就調整了光束的移動。該方案的優點就是不需 要可移動部件。另外，獨立控制第一光學部件和第二光學部件的偏轉角，除 可以調整光束的移動之外，光束的方向也可以調整。偏轉角可調的光學部件 的一個實施例就是光柵周期可變的光柵。比如，在Chao等人的〃 Compact Holographic Data Storage System (緊湊全息數據存儲系統)〃 ，Proceedings of the Eighteenth IEEE Symposium on Mass Storage Systems and Technologies Vol. 00 (2001 ) ， pp.237-247中就描繪了這樣一個光柵。另外一個偏轉角可調的 光學部件實施例是電光束掃描器，它具有可調的折射率。比如，在Fang等
光束掃描器)〃 ，IEEE.Tech. Lett. Vol. 11 ( 1999) , pp.66 -68.中展示了這樣一 臺光束掃描器。
或者，調整第一光學部件和第二光學部件之間的距離也可以調整光束的 路徑長度。優選地，通過移動一個或者多個光學部件來進行調整所述距離。 舉例來講，光學部件可以是稜鏡、折射光柵或者全息部件。當兩個光學部件 之間的距離被改變，入射光束就會被橫向移動。由於第一和第二光學部件以 相反角度來偏轉光束，因此移動後的光束與入射的光束平行。根據本發明， 光束移動部件的優點在於只有一個相對薄的光學部件需要移動，這就降低了 (所需要的)致動力，使得光束移動部件能夠在高頻下工作。
更為有利的是，光束移動部件增加了第三光學部件，偏轉來自第二光學 部件，以第二偏轉角偏轉後的光束；增加了第四光學部件，偏轉來自第三光 學部件，以第一偏轉角偏轉後的光束。第三光學部件和第四光學部件之間的 距離也可以調整。在第二和第三光學部件的聯合作用下，光束以兩倍於第二 偏轉角的角度偏轉。這通過第一和第四光學部件的偏轉角補償，因此，補償 後的移動光束與入射光平行。另外，調整四個光學部件可以把光學移動部件
設置到這樣的狀態光束不產生移動。這可以簡化使用光束移動部件的光學 系統的設計。應該注意到，第三和第四光學部件也可能以不同於第一和第二 光學部件的角度偏轉光束。而且，第三和第四光學部件的散射(dispersion) 可能與第一和第二光學部件不同。這可以最小化光束波長對光束移動的影 響，適用於出現多個波長的應用，如照相^/L。
優選，第一光學部件和第四光學部件固定，而第二光學部件和第三光學 部件可以移動。如果兩個光學部件一起移動，則沿光軸方向相對小的移動就 可引起光束相對大的移動。另外一種情況，如果兩個部件各自獨立移動，其 中一個光學部件可以對光束作粗略移動，而另一個光學部件對光束微小移 動。
第二光學部件和第三光學部件通常構成一個單元。這可以簡化光束移動 部件的裝配，因為可以省略調整一個光學部件。另外，第二光學部件和第三 光學部件的移動可以自動實現同步。
優選，光學存儲介質(如全息存儲介質)的讀取/寫入裝置採用才艮據本發 明的光束移動部件，用於沿第一方向移動光束。光束移動部件用於將光束保 持在進行尋軌移動的物鏡的光軸上，或在記錄時保持在相對於旋轉的盤面固 定的位置處。採用這種方法，光束的變形可以最小化。如果光束需要沿第二 方向移動，還需增加根據另一根據本發明的光束移動部件。當然，根據本發 明的光束移動部件同樣可用於任何其它需要移動光束的光學裝置中，
一般來講，所述裝置包括控制部件，用以調整光束移動部件產生的光束 移動。控制部件響應位置信號來調整光束移動，位置信號標明光束相對於目 標位置的偏轉。或者，控制部件響應來自物鏡致動器的控制信號來調整光束 的移動。這種辦法可以保證光束自動停留於物鏡的光軸方向。致動器控制信 號經低通濾波後獲得控制部件所需的信號，這樣可以避免過多的高頻光束調 整。


為更好的理解該發明，下面參照圖進行更為詳細的描繪。該發明並不局 限於所舉實施例，只要不背離當前發明的範圍，各特徵可以方便地進行組合
和/或》務改。圖中
圖1顯示了全息存儲介質讀取/寫入裝置的裝置示例。
圖2以原理圖方式描繪了根據本發明的光束移動部件的第一個實施例。
圖3描繪了根據本發明的光束移動部件的第二個實施例。
圖4顯示了圖3中處於第一補償狀態的光束移動部件。
圖5顯示了圖3中處於第二補償狀態的光束移動部件。
圖6描繪了根據本發明的光束移動部件的第三個實施例。
圖7顯示了根據本發明的光束移動部件的第四個實施例，和
圖8描繪了根據本發明的光束移動部件的第五個實施例。
具體實施例方式
在全息數據存儲系統中，通過記錄兩個相干雷射光束重疊時產生的幹涉 圖案來存儲數字數據。全息存儲介質讀取/寫入裝置1的一個示例性裝置如圖 l所示。相干光源(比如雷射二極體2)發射光束3，由準直透鏡4校準。然 後光束3被分束為獨立的兩個光束7、 8。在實施例中，光束3由第一分束器 5分束。但是，同樣也可以使用其它光學元件來達到這一目的。空間光調製 解調器(SLM) 6調製其中一條光束(即所謂的"信號光束")，將2維數據圖 案"列印"到信號光束上。信號光束7和另外一條光束(即所謂的"參考光束") 通過物鏡10聚焦到全息存儲介質(比如，全息存儲盤)11上。信息光束7 和參考光束8幹涉出現幹涉圖案，幹涉圖案被記錄到全息存儲介質感光層上。 光束移動部件9對由於物鏡10移動而引起的信號光束7和參考光束8的變 形進行補償。
僅用參考光束8照射存儲的全息圖就可以從全息存儲介質11中獲取存儲 的數據。參考光束8透過全息圖結構衍射，產生原有信號光束7的複製，即 重構的信號光束12。重構的信號光束12由物鏡IO校準，再通過第二分束器 13被定向到2維陣列探測器(比如CCD陣列)14。陣列糹笨測器14實現記 錄數據的重構。
圖2顯示了根據本發明所述的光束移動部件9的第一個實施例。光束移 動部件9有兩個光學元件91、 92,用來改變光束7、 8的傳播方向。在圖中， 這些光學元件即第一稜鏡91和第二稜鏡92。第一稜鏡91固定，而第二稜鏡 92可以在致動器95的作用下沿光軸Z向移動。當然，同樣也可以移動第一 稜鏡91而使第二稜鏡92固定，或者同時移動兩個稜鏡91、 92。沿Z向移 動稜鏡91、 92中至少一個，傳輸光束7、 8就在X向產生橫向移動。可移動 稜鏡通常安裝在致動器95上，這與光學攝像機或者揚聲器中的使用方式相 似。第一稜鏡91以偏轉角+A偏轉入射光束7、 8，而第二稜鏡92以偏轉角-A 偏轉光束。第一稜鏡91和第二稜鏡92通常由具有高折射率的玻璃製成。這 樣在獲得高偏轉角的同時使稜鏡91、 92的重量最小化。同樣，也可以使用 第一和第二偏轉光柵來替代第一稜鏡91和第二稜鏡92,優選用閃耀衍射光 柵，以便獲得高效率。另外一種方法是採用全息部件。X方向的移動與兩個 光學元件91、 92沿Z向的距離成線性比例。如果兩個光學元件91、 92其中 之一固定，沿X向的移動與可移動光學元件的Z向位置成線性比例。比例 常數依賴於偏轉角A，其可通過改變稜鏡的設計和材料或者光柵周期來調 節。
圖3顯示了根據發明所述的光束移動部件9的第二個實施例。為簡單起 見，該圖及以後的圖中省略致動器95。光束移動部件9由光學元件91、 92、 93、 94組合而成。所述光學元件與圖2中的相同，也為稜鏡。從圖3能夠看 到，光束移動部件9本質上相當於兩個圖2中光束移動部件9的組合， 一個 光束移動部件被顛倒。優選地，第一稜鏡91和第四稜鏡94固定，而第二稜 鏡92和第三稜鏡93可沿Z向(即光軸)移動。第二稜鏡92和第三稜鏡93 通常為了方便而組合成單一部件。這種情況下，只有一個單一部件需要移動。 圖3到圖5的光束移動部件的優點就在於存在位置零點，即，當組合的第二 稜鏡92和第三稜鏡93被放置在第一稜鏡91和第四稜鏡94之間的中點時， X向的移動為零。這簡化了光學裝置的總體布局。組合後的第二稜鏡92和 第三稜4竟93向第一稜鏡91的移動會^^光束7、 8向右移動。相應的，組合 後的第二稜鏡92和第三稜鏡93向第四稜鏡94的移動會使光束7、 8向左移 動。這一點分別在圖4和圖5中圖示。
圖6說明了根據發明所述的光束移動部件9的第三個實施例。光束移動 部件9對應於圖3中的補償器9，這裡稜鏡91、 92、 93、 94替換為衍射光柵91'、 92'、 93'、 94'。第二和第三書亍射光柵92'、 93為方便而組合成單一部件， 比如可以使用具有合適光柵周期的衍射光柵。這種情況下只需移動一個薄 的、比較輕的光學元件。因此，高頻下的光束移動補償成為可能。
下面的是圖6中光束移動部件9的一個數字實例。全部四個衍射光柵91'、 92'、 93'、 94'的光柵周期為10pm。這樣的光柵非常易於生產。第一光柵91' 和第四光柵94'採用+l階衍射，第二光柵92'和第三光柵93'採用-l階衍射。 第一光柵9l'和第四光柵94'之間的固定距離為2mm。仿真採用ZEMAX軟體。 第二光柵92'和第三光柵93'沿Z向移動lmm,波長405nm的光束在X向就 會橫向移動110|im。對於全息存儲系統中常用的數值孔徑NAK).015的信號 光束7，系統引起的光學像差可以忽略不計。
圖7顯示了光束移動部件9的第四個實施例。光束移動部件9圖示為稜 鏡。當然，它也可以用其它類型的光學部件實現。實施例中，第二稜鏡92 和第三稜鏡93可以獨立移動。另外，第一稜鏡91和第二稜鏡92的偏轉 角+A、 -A不同於第三稜鏡93和第四稜鏡94的偏轉角+B、 -B。第二稜鏡92 的移動實現光束7、 8的粗略移動，而第三稜鏡93的移動實現光束7、 8的 微小移動。
圖8說明了根據本發明所述的光束移動部件9的第五個實施例。在該實 例中通過兩個偏轉角可調的光學部件91〃 、 92〃來實現光束7、 8的移動。 當然，也可以使用四個偏轉角可調的光學部件實現這目的。兩個光學部件 91〃 、 92〃的偏轉角由控制器96設定。圖中顯示了三個不同偏轉角的光學 路徑。偏轉角可調的光學部件91〃 、92〃的實施例是折射率可調的電光束掃 描器或者光柵周期可調的光柵，如液晶光柵。後一種情況下，光柵周期可以 連續調整或者在多個離散值之間轉換。與前面的實施例不同，該實施例中的 光束移動部件9不需要任何移動元件。另外，單獨控制光學部件91〃 、 92〃 的偏轉角，除可以實現光束7、 8的移動之外，還可以控制光束7、 8的方向。
權利要求
1、一種光束移動部件(9)，至少包括第一光學部件(91″)，以第一偏轉角(+A)偏轉入射光束(7，8)；第二光學部件(92″)，以與第一偏轉角(+A)相反的第二偏轉角(-A)偏轉來自第一光學部件(91″)的光束(7，8)，其中，所述第一光學部件(91″)和第二光學部件(92″)是具有可調偏轉角(A、-A)的光學部件(91″，92″)。
2、 如權利要求1中的光束移動部件，其中進一步包括 第三光學部件(93, 93')，以第三偏轉角(-B)偏轉來自第二光學部件(92〃 )的光束；和第四光學部件(94， 94')，以與第三偏轉角(-B)相反的第四偏轉角(+ B)偏轉來自第三光學部件(93, 93')的光束(7, 8)。
3、 如權利要求1或2中的光束移動部件，其中，光學部件(91〃 ， 92〃 ， 93, 94, 93', 94')是光柵周期可調的光柵或者折射率可調的折射部件。
4、 如權利要求2或3中的光束移動部件，其中，所述第二光學部件(92, 92')和第三光學部件(93, 93')組成一個單元。
5、 一種光學存儲介質(11)的讀取/寫入裝置，包括如權利要求1-4中 任一項所述的光束移動部件(9),用於沿第一方向移動光束(7， 8)。
6、 如權利要求5中的裝置，其中還包括控制部件(95, 96)，用以調整 通過所述光束移動部件(9)引起的光束(7， 8)的移動。
7、 如權利要求5或6中的裝置，其中還包括另一光束移動部件，用於 沿第二方向移動光束(7， 8)。
8、 一種光學裝置，包括如權利要求1-4中任一項所述的光學移動部件 (9)，用於沿第一方向移動光束(7， 8)。
全文摘要
本發明涉及一種光束移動部件(9)及使用這種光束移動部件(9)對光學存儲介質進行讀出/寫入的裝置(11)。根據本發明，光束移動部件(9)至少包括第一光學部件(92″)，以第一偏轉角(+A)偏轉入射光束(7、8)；第二光學部件(92″)，以與第一偏轉角(+A)相反的第二偏轉角(-A)偏轉來自第一光學部件(91″)的光束，其中，第一光學部件(91″)和第二光學部件(92″)是具有可調偏轉角(A、-A)的光學部件(91″，92″)。
文檔編號G11B7/135GK101188127SQ20071016668
公開日2008年5月28日 申請日期2007年11月5日 優先權日2006年11月9日
發明者喬基姆·尼特爾 申請人:湯姆森特許公司