從全息存儲介質讀取並且/或寫入到全息存儲介質的裝置的製作方法

2023-11-03 22:14:42

專利名稱：從全息存儲介質讀取並且/或寫入到全息存儲介質的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於從全息存儲介質讀取並且/或者寫入到全息存儲介 質的裝置，更具體地說，涉及一種使用簡化共孔徑設置從全息存儲介質讀取 並且/或者寫入到全息存儲介質的裝置。
背景技術：
在全息數據存儲裝置中，通過記錄由兩個相干雷射光束的疊加所產生的 幹涉圖案來存儲數字數據，其中， 一個光束(所謂的"目標光束")受空間光 調製器所調製，並且攜帶所要記錄的信息。第二光束充當基準光束。千涉圖 案導致對存儲材料的具體特性的修改，這取決於幹涉圖案的局部強度。通過 使用與在記錄期間相同的條件以基準光束來照射全息圖而執行對所記錄的全 息圖的讀取。這導致了重構所記錄的目標光束。
全息數據存儲的 一 個優點是增加的數據容量。與傳統光存儲介質相反， 全息存儲介質的巻用於存儲信息，而不僅僅是幾個層。全息數據存儲的另一
優點是例如通過改變兩個光束之間的角度，或者使用移位復用(shift multiplexing)等在相同的巻中存儲多個數據的可能性。更進一步地，並非存 儲單個比特，而是將數據存儲為數據頁面。典型地，數據頁面包括暗光圖案 的矩陣，即二維二進位數組或灰度值的數組，其對多個比特進行編碼。除了 增加的存儲強度之外，這還允許實現增加的數據率。由空間光調製器(SLM) 將數據頁面印記到目標光束上，並且以檢測器陣列來檢測數據頁面。
討論當前用於全息存儲系統的三種主要解決方法。在例如在EP 1 624 451 中所公開的共線系統中，分別對於目標光束和基準光束使用物鏡孔徑的分離 部分。這種布置是所謂的同軸系統，即目標光束和基準光束沿著相同的軸行 進。這種系統使用一種移位復用作為復用方法。
在例如US 6,721,076中所公開的離軸記錄系統中，目標光束和基準光束 不共享相同光路徑。在該系統中，使用角度和多起源(polytopic)復用。
例如在WO 2006/003077中所公開的共孔徑記錄系統的基本想法是，目標光束和基準光束填充物鏡的全部孔徑。因此，共孔徑系統是特殊類型的同 軸系統。為了進行讀出，光束在焦平面(即重構的全息圖像的傅立葉平面) 上被分離。這與共線構思不同之處是，目標光束和基準光束僅填充孔徑的獨 特部分，因此，它們在全息圖的圖像平面上被分離。共孔徑系統允許實現更 高的數據容量，但是由於必須對目標光束和基準光束進行分離、形成和結合， 因此設置更複雜並且不穩定。

發明內容
本發明的目的在於提出一種用於以簡化的共孔徑設置從全息存儲裝置進 行讀取並且/或者寫入到全息存儲介質的裝置。
根據本發明，通過一種用於以一個或多個基準光束和一 目標光束或重構 的目標光束的同軸布置從全息存儲介質進行讀取並且/或者寫入到全息存儲 介質的裝置來實現該目的，所述裝置具有一個或多個空間光調製器，其用於 通過以具有比數據頁面的空間頻率更高的空間頻率的調製圖案來調製光東而 生成一個或多個基準光束。
本發明的想法在於，以 一 個或多個空間光調製器生成用於共孔徑記錄系 統的目標光束和基準光束。通過使用特定像素圖案來實現該想法，其中，以 比所述數據圖案的最大空間頻率更高的空間頻率的基準光束圖案來調製對二 進位數據進行編碼的數據圖案。因此，可以在傅立葉域分離目標光束和基準 光束，這是共孔徑系統的基本原理。本發明允許實現所述共孔徑系統，而不 需要通過光學手段來分離並且結合所述目標光束和所述基準光束。這兩種光 束使用相同光路徑。因此，設置大大簡化，並且系統關於搖動和振動變得更 加穩定。此外，因為所述目標光束和所述基準光束的光路徑長度自動地接近 相同，所以可以降低雷射的相干長度。
根據本發明進一步的方法，通過一種用於使用一個或多個基準光束和一 目標光束的同軸布置將數據頁面寫入到全息存儲介質的方法而同樣地實現上
述優點，所述方法具有以下步驟通過以具有比所述數據頁面的空間頻率更
高的空間頻率的調製圖案來調製光束而生成一個或多個基準光束。
相似地，通過一種用於使用一個或多個基準光束和一重構的目標光束的 同軸布置從全息存儲介質讀取數據頁面的方法而同樣地也實現上述優點，所
述方法具有以下步驟通過以具有比所述數據頁面的空間頻率更高的空間頻率的調製圖案來調製光束而生成一個或多個基準光束。
優選地，對於以數據頁面和調製圖案的疊加來調製光束，提供一種單個 空間光調製器。其具有的優點是，由於僅需要一個空間光調製器，因此減少 了光學設置的花費。
或者，對於以數據頁面和調製圖案依次調製光束，提供兩個空間光調製 器。理想地，這兩個空間光調製器被彼此接近地平行布置在目標平面上。調 製圖案或數據頁面是否首先被印記在光束上並不是重要的。該解決方法具有 的優點是，可以使用例如具有不同像素大小或不同切換時間的不同類型的空 間光調製器。此外，用於印記所述調製圖案的空間光調製器同樣可以是靜態 的，即，其可以具有固定的調製圖案。在此情況下，優選地採用簡單相位掩 膜或幅度掩膜。
優選地，通過所述一個或多個空間光調製器的像素的群組來形成所迷數 據頁面的數據像素。這樣容易地允許使用相同的空間光調製器或至少相同類 型的空間光調製器，以用於既將調製圖案又將數據頁面印記在所述光束上。
有利的是，由空間濾波器將重構的目標光束與 一個或多個基準光束分離。 所述空間濾波器位於傅立葉平面內。由於所述目標光束和所述一個或多個基 準光束具有不同的空間頻率，因此在所述傅立葉平面內或接近於所述傅立葉 平面將它們空間分離。因此，空間濾波器(例如孔徑)允許以便宜並且高效 的方式來分離所述光束。


為了更好地理解，現將參照附圖在以下描述中更詳細地解釋本發明。應 理解，本發明不限於所述示例性實施例，並且還可以在不脫離本發明範圍的 情況下便利地組合併且/或者修改所指定的特徵。在附圖中
圖1示出在寫入操作期間用於從全息存儲介質進行讀取和寫入的已知 傳輸類型裝置，
圖2示出在讀取操作期間圖1的裝置，
圖3示出根據本發明的用於從全息存儲介質進行讀取並且/或者寫入到全
息存儲介質的共孔徑裝置，
圖4示出數據圖案的示例，其中，由3x3 SLM像素來形成每一數據像素， 圖5示出用於生成基準光束的調製圖案，圖6示出從數據圖案和調製圖案的疊加所得到的數據頁面，
圖7示出在第一傅立葉透鏡的焦平面內從圖6的數據頁面得到的強度分
布，
圖8示出在空間濾波之後在第三傅立葉透鏡的焦平面內的重構的目標光 束的強度分布，
圖9示出在陣列檢測器上在圖像平面內的重構的目標光束的強度分布，
圖IO示出由陣列檢測器所獲得的圖像，
圖11示出圖IO的檢測器值的直方圖，以及
圖12描述通過分片重獲初始存儲的二進位數據。
具體實施例方式
在以下描述中，參照具有兩個基準光束的傳輸類型的全息存儲系統。當 然，這種構思也可應用於反射類型的全息存儲系統，其中，僅從所述全息存 儲系統的一側記錄並且讀取數據。更進一步地，可以使用僅單個基準光束或 多於兩個的基準光束。
圖1示出用於從全息存儲介質進行讀取並且寫入到全息存儲介質的一種 已知共孔徑裝置的示例性設置。為了簡化，僅示出光束的主射線。相干光的 源(例如雷射二極體1 )發射光束2，由光束擴展器和濾波器布置3來對光束 2進行校準、擴展和濾波。於是由光束分割器4將光束2劃分為兩個分離的 光束5、 6。第一光束5(所謂的"目標光束")穿過光束快門7，並且由兩個 反射鏡8、 9朝向空間光調製器(SLM) IO定向。SLM10調製光束5，以印 記2維數據圖案。由一對傅立葉透鏡ll、 13和空間濾波器12對目標光束5 濾波，空間濾波器12濾除目標光束5的高頻分量。於是由物鏡14將目標光 束5聚焦到全息存儲介質15(例如全息盤或全息卡)。第二光束6(基準光束) 在其撞擊部分光束生成元件17 (例如雙稜鏡或衍射元件)之前也穿過光束快 門16。部分光束生成元件17從基準光束6生成兩個或更多部分基準光束6a、 6b。按以下方式來設計部分光束生成元件17:兩個部分基準光束6a、 6b的焦 距位於目標光束5的焦點區域旁邊。由光束耦合元件18 (例如光束分割器) 將部分基準光束6a、 6b耦合到目標光束5的光路徑，並且由物鏡14將部分 基準光束6a、 6b聚焦到全息存儲介質15。在目標光束5和部分基準光束6a、 6b的交點處，出現幹涉圖案，其被記錄在全息存儲介質15的光敏層上。如圖2所示，通過僅以部分基準光束6a、 6b照射所記錄的全息圖來從全 息存儲介質15重獲所存儲的數據。為此，由光束快門7阻擋目標光束5。 由 全息結構來衍射部分基準光束6a、 6b,並且部分基準光束6a、 6b產生原始目 標光束5、重構的目標光束19的拷貝。由物鏡20來校準這個重構的目標光 束19,並且這個重構的目標光束19被定向到2維陣列檢測器24 (例如CCD 陣列)。另一對傅立葉透鏡21、 23以及另一空間濾波器22阻擋部分基準光束 6a、 6b。空間濾波器22還有利地用於濾除重構的目標光束19的高頻分量。 陣列檢測器24允許重構所記錄的數據。
為了簡化基準光束6a、 6b的生成以及基準光束6a、 6b與重構的目標光 束19的分離，本發明的主要想法在於以SLM 10生成目標光束5和基準光束 6a、 6b。 SLM 10可以是相位SLM或幅度SLM。同樣有可能依次應用多於一 個的SLM 10。圖3示出對應的共孔徑設置。該設置與圖1的設置基本相同。 然而，省略了基準光束路徑，這樣簡化了光學設置。反之，通過以附加圖案 來調製數據圖案而生成基準光束6a、 6b，所述附加圖案主要包括比數據圖案 更高的空間頻率。該操作要麼由用於將數據頁面印記在光束2上的相同SLM IO來完成，要麼由(由虛線矩形所指示的)附加SLM10a來完成。當然，在 後者的情況下，SLM IO可以同樣用於印記調製圖案，而附加SLM 10a印記 數據頁面。高頻調製圖案充當用於共孔徑全息成像的基準光束6a、 6b。結果， 空間濾波器12被修改，從而其不濾除調製圖案的空間頻率，即孔徑的直徑增 加。當然，同樣有可能以僅一個基準光束6a、 6b穿過的方式來修改空間濾波 器12。在圖中，目標光束5和基準光束6a、 6b的空間分離僅是為了示出的目 的。
在以下特定實施例中，通過以單個SLM IO的多個像素生成一個數據像 素而實現數據圖案的一維調製。圖4示出數據圖案的示例。在此情況下，由 3x3 SLM像素31形成一個數據像素30。通道比特"1"與3x3亮像素對應， 而通道比特"0"與3x3暗像素對應。
圖5示出一維幅度調製圖案32的示例。調製圖案32包括多行具有一個 像素的寬度的亮像素，所述亮像素由兩個暗像素所分離。結果，調製圖案32 的空間頻率高於數據圖案的空間頻率。當然，也同樣可以使用其它類型的調 製圖案32，只要它們與數據圖案的空間頻率相比展現出足夠大的高空間頻率 的部分。例如，調製圖案32可以是2維光柵，或隨機結構或偽隨機結構(例如具有可變行距離的光柵)。除了幅度調製圖案32之外，還可以使用相位調製圖案(例如具有正弦相位調製的光柵)。後者具有的優點是，理想地，生成零階，這樣簡化了傅立葉平面中的光束5、 6a、 6b的分離。圖6示出得自數據圖案和調製圖案32的疊加的最終數據頁面33 。由SLM 10將該圖案33應用於由光源1所發射的光束2。從圖中可知，為了減少SLM IO的像素的數量，像素優選地適配於調製圖案。在特定示例中，可以使用具 有與三個垂直相鄰的正方形像素對應的大小的矩形像素。以具有任意單位的對數比例在圖7中示出得自圖6的最終數據頁面33 的第一傅立葉透鏡l的焦平面的強度分布。可以標識較高強度的三個區域。 由信號的較低頻率內容(即主要是數據圖案)生成中心區域。在該中心區域 的側部的區域得自高頻內容(即主要是調製圖案32)。在第三傅立葉透鏡21 中也發現數據圖案和調製圖案32的這種分離，並且這種分離使得有可能在該 平面內分離重構的目標光束19與基準光束6a、 6b。為了進行讀取，由SLM IO僅將圖5的調製圖案32應用於光束2。於是 由存儲在全息存儲介質15中的全息圖來重構原始數據圖案。為了濾除基準光 束6a、 6b,選取全息存儲介質15與陣列檢測器24之間的空間濾波器22的孔 徑，從而阻擋得自第三傅立葉透鏡21的焦平面內的基準光束6a、 6b的強度 峰值。圖8以具有任意單位的對數比例示出在空間濾波器22的孔徑之後的這 個焦平面內的其餘強度分布的強度圖線。圖9描述了在陣列檢測器24上在圖像平面內的所得到的信號強度分布。 可見，完全濾除基準光束的高頻內容。因此，可以恢復數據信號，而不受基 準光束6a、 6b的信號所千擾。在該特定實施例中，通過以下操作來完成用 以包括3x3 SLM像素31的每一數據像素30落在一個檢測器像素上的方式所 選取並且調整的陣列檢測器24來檢測信號。圖10示出由陣列檢測器24所獲 得的已得圖像。通過簡單的分片操作來恢復由圖4的初始數據圖案所編碼的 二進位數據。為此，必須確定強度級別(即分片級別)。分片級別判斷像素值 是被檢測為亮像素還是被檢測為暗像素(即是通道碼的'T'還是"0")。例 如，可以從檢測器值的直方圖確定所述分片級別，圖ll示出所述直方圖。可 見，亮像素與暗像素被良好地分離，並且可以容易地確定分片級別。在進行 分片之後，重獲初始存儲的二進位數據。圖12示出這種情況。
權利要求
1.一種用於以一個或多個基準光束(6a，6b)和一目標光束(5)或重構的目標光束(19)的同軸布置從全息存儲介質讀取數據頁面並且/或者將數據頁面寫入到全息存儲介質的裝置，其特徵在於，所述裝置具有一個或多個空間光調製器(10)，其用於通過以具有比數據頁面的空間頻率更高的空間頻率的調製圖案(32)來調製光束(2)而生成一個或多個基準光束(6a，6b)。
2. 如權利要求1所述的裝置，其中，所述裝置具有單個空間光調製器 (10),其用於以數據頁面和調製圖案(32)的疊加來調製所述光束(2)。
3. 如權利要求2所述的裝置，其中，所述裝置具有兩個空間光調製器 (10)，其用於以數據頁面和調製圖案(32)來依次調製所述光束(2)。
4. 如權利要求3所述的裝置，其中，所述用於以調製圖案(32)來調製 所述光束(2)的空間光調製器(10)具有固定的調製圖案。
5. 如權利要求3或4所述的裝置，其中，所述用於以調製圖案(32)來 調製所述光束(2)的空間光調製器(10)是相位掩膜或幅度掩膜。
6. 如權利要求1至5之一所述的裝置，進一步具有空間濾波器(22)，其 處於傅立葉平面內，用於分離所述重構的目標光束(19)與所述一個或多個 基準光束(6a、 6b)。
7. 如權利要求1至6之一所述的裝置，其中，通過所述一個或多個空間 光調製器(0)的像素(31)的群組來形成數據頁面的數據像素(30)。
8. —種用於使用一個或多個基準光束(6a、 6b)以及一目標光束(5)的 同軸布置將數據頁面寫入到全息存儲介質(15)的方法，具有以下步驟通 過以具有比所述數據頁面的空間頻率更高的空間頻率的調製圖案(32)來調 制光束(2)而生成所述一個或多個基準光束(6a、 6b)。
9. 如權利要求8所述的方法，其中，以所述數據頁面和所述調製圖案(32 ) 的疊加來調製所述光束(2)。
10. 如權利要求8所述的方法，其中，以所述數據頁面和所述調製圖案(32 ) 來依次調製所述光束(2)。
11. 一種用於使用一個或多個基準光束(6a、 6b)以及一重構的目標光束 (19)的同軸布置從全息存儲介質(15)讀取數據頁面的方法，具有以下步驟通過以具有比所述數據頁面的空間頻率更高的空間頻率的調製圖案(32)來調製光束(2)而生成所述一個或多個基準光束(6a、 6b)。
12. 如權利要求11所述的方法，進一步具有以下步驟通過空間濾波來 分離所述重構的目標光束(19)與所述一個或多個基準光束(6a、 6b)。
13. —種全息存儲介質(15)，其特徵在於，所述全息存儲介質(15)包 括一個或多個數據頁面，所述一個或多個數據頁面適用於以如權利要求]1或 12所述的方法進4於讀耳又。
全文摘要
本發明涉及一種用於以簡化的共孔徑設置從全息存儲介質讀取並且/或者寫入到全息存儲介質(15)的裝置。根據本發明，一種用於以一個或多個基準光束(6a，6b)和一目標光束(5)或重構的目標光束(19)的同軸布置從全息存儲介質讀取數據頁面並且/或者將數據頁面寫入到全息存儲介質的裝置，所述裝置具有一個或多個空間光調製器(10)，其用於通過以具有比數據頁面的空間頻率更高的空間頻率的調製圖案(32)來調製光束(2)而生成一個或多個基準光束(6a，6b)。
文檔編號G11B7/125GK101290780SQ20081009122
公開日2008年10月22日 申請日期2008年4月21日 優先權日2007年4月19日
發明者沃爾夫岡·霍斯費爾德 申請人:湯姆森特許公司