全息信息存儲介質及利用其記錄/再現全息信息的方法和設備的製作方法

2023-05-04 01:37:36

專利名稱：全息信息存儲介質及利用其記錄/再現全息信息的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明的多個方面涉及一種全息信息存儲介質以及利用該全息信息存儲介質記
錄/再現全息信息的方法和設備，更具體地講，涉及一種信號光束和參考光束通過全息信息存儲介質的同一表面進入的單側型全息信息存儲介質以及利用所述單側型全息信息存儲介質記錄/再現全息信息的方法和設備，所述單側型全息信息存儲介質減小再現信息時的噪聲。
背景技術：
近來，利用全息圖的信息存儲技術引起很多注意。利用全息圖的信息存儲方法將信息以光學幹涉圖樣的形式存儲在感光的聚合物材料或無機晶體中。利用兩個雷射束來形成光學幹涉圖樣，所述兩個雷射束彼此幹涉以生成幹涉圖樣。即，在沿不同路徑傳播的參考光束和信號光束彼此幹涉時形成的幹涉圖樣引起感光存儲介質中的化學或物理變化，從而記錄信息。為了從記錄的幹涉圖樣再現信息，將與用於記錄的參考光束相似的用於再現的參考光束髮射到記錄在存儲介質上的幹涉圖樣上，幹涉圖樣對參考光束進行衍射以恢復信號光束，從而再現信息。 全息信息存儲技術包括體全息法和微全息法，體全息法通過利用體全息術以頁為單位記錄/再現信息，微全息法通過利用微全息術以單比特為單位記錄/再現信息。體全息法的優點在於可以同時處理大量信息。然而，體全息法具有這樣的缺點由於需要非常精確地調節光學系統，所以難以商業化成為普通消費者的信息存儲裝置。 在微全息術中，使兩個聚焦的光束在存儲介質上在焦點處彼此幹涉，通過使這樣的幹涉圖樣在存儲介質的平面內移動，記錄多個幹涉圖樣以形成信息面。通過沿存儲介質的深度方向在全息記錄層中疊置多個信息面，以三維(3D)方式記錄信息。
如果信號光束和參考光束分別入射在信息存儲介質的相對的兩個表面上以進行記錄，則必須在信息存儲介質的相對的兩側分別設置用於信號光束和用於參考光束的光學系統，從而增加了整個光學系統的大小。為了克服這一問題，已提出將信號光束和參考光束髮射到信息存儲介質的同一表面上的單側記錄/再現方法。在這種方法中，信號光束和參考光束被聚焦在信息存儲介質所包括的全息記錄層中的焦點上，並以形成在焦點處的幹涉圖樣的形式記錄信息。可通過將參考光束髮射到全息記錄層來再現記錄的信息。

發明內容
技術問題 然而，單側記錄/再現方法的缺點在於由反射光引起的噪聲。在傳統的光學信息記錄/再現方法中，通過增加全息記錄層與反射層之間的距離並使入射在光電檢測器上的反射光散焦，可以去除噪聲。然而，由於全息圖的特性，再現信號的幅度非常小，因此難以將通過增加全息記錄層與反射層之間的距離來去除噪聲的方法應用於全息記錄存儲介質。全
5息圖的反射率，即衍射效率根據記錄的全息圖的厚度以及記錄有全息圖的信息存儲介質中的折射率變化而改變。在這一方面，當局部記錄全息圖時，如在微全息圖的情況下，微全息圖的反射率非常小。通常，典型地用於形成全息記錄層的光聚合物(photopolymer)的折射率變化是大約0. 01。在這種情況下，當通過數值孔徑為0. 85的光學系統記錄微全息圖時，微全息圖的反射率為1%或更小。另外，當為了增加記錄容量而在多個信息面中記錄信息時，反射率進一步減小。通常，本領域技術人員公知的是，反射率與全息記錄層的數量的平方成反比。例如，當使用20個或更多全息記錄層時，反射率極其小，為0.01%或更小。由於全息圖這樣的特性，當全息記錄層與反射層之間的距離減小，以便減小由反射光引起的噪聲時，必須補償的信號光束和參考光束之間的像差增大。另外，由於光學系統對傾斜敏感，所以難以構造所述光學系統。
技術方案 根據本發明的多個方面，利用單側記錄方法記錄有信息的全息信息存儲介質以及將信息記錄到所述全息信息存儲介質和/或從所述全息信息存儲介質再現信息的方法和設備可防止信號質量由於在記錄在全息信息存儲介質上的信息被再現時生成的反射光所引起的噪聲而變差。 根據本發明的一方面，一種全息信息存儲介質，包括基底；覆蓋層，接收具有第一偏振方向的第一圓偏振光束和具有第二偏振方向的第二圓偏振光束，其中，第二偏振方向與第一偏振方向正交；偏振光束分割/反射層，設置在基底與覆蓋層之間，用於在保持第一光束的第一偏振方向的同時反射第一光束，並透射第二光束；全息記錄層，設置在偏振光束分割/反射層與覆蓋層之間，用於將信息記錄為通過被偏振光束分割/反射層反射的第一光束和被覆蓋層接收的第二光束形成的幹涉圖樣。 根據本發明的一方面，提供一種用於將信息記錄在全息信息存儲介質上和/或從
全息信息存儲介質再現信息的全息信息記錄/再現設備。所述全息信息存儲介質包括基
底；覆蓋層；偏振光束分割/反射層，設置在基底與覆蓋層之間，用於反射具有第一偏振方
向的第一圓偏振光束同時保持第一光束的第一偏振方向，並透射具有與第一偏振方向正交
的第二偏振方向的第二圓偏振光束；全息記錄層，設置在偏振光束分割/反射層與覆蓋層
之間。所述設備包括光學拾取器，生成具有第一偏振方向的第一圓偏振光束和具有與第一
圓偏振方向正交的第二偏振方向的第二圓偏振光束，並發射第一光束和第二光束使第一光
束和第二光束入射在全息信息存儲介質的覆蓋層上，使得第一光束被偏振光束分割/反射
層反射；被偏振光束分割/反射層反射的第一光束和入射在覆蓋層上的第二光束在全息記
錄層中的焦點處形成幹涉圖樣；全息記錄層在焦點處將信息記錄為幹涉圖樣。 根據本發明的一方面，提供一種用於將信息記錄在全息信息存儲介質上和/或從
全息信息存儲介質再現信息的全息信息記錄/再現設備。所述全息信息存儲介質包括基
底；覆蓋層；偏振光束分割/反射層，設置在基底與覆蓋層之間，用於反射具有第一偏振方
向的第一圓偏振光束同時保持第一光束的第一偏振方向，並透射具有與第一偏振方向正交
的第二偏振方向的第二圓偏振光束；全息記錄層，設置在偏振光束分割/反射層與覆蓋層
之間，用於通過被偏振光束分割/反射層反射的第一光束和第二光束將信息記錄為形成在
全息記錄層中的焦點處的幹涉圖樣。所述設備包括光學拾取器，生成具有與第一偏振方向
正交的第二偏振方向的第二圓偏振光束，並發射第二光束使第二光束入射在全息信息存儲介質的覆蓋層上，使得具有第二偏振方向的第二光束在焦點處被全息記錄層中的幹涉圖樣 部分地反射以形成具有第一偏振方向的反射光束，被全息記錄層中的幹涉圖樣部分地透射 以形成具有第二偏振方向的透射光束；反射光束入射在光學拾取器上；透射光束穿過偏振 光束分割/反射層；偏振光束分割/反射層阻止在透射光束穿過偏振光束分割/反射層之 後通過透射光束的反射生成的任何反射光入射在光學拾取器上。 根據本發明的一方面，提供一種將信息記錄在全息信息存儲介質上和/或從全息 信息存儲介質再現信息的方法。所述全息信息存儲介質包括基底；覆蓋層；偏振光束分割 /反射層，設置在基底與覆蓋層之間，用於反射具有第一偏振方向的第一圓偏振光束同時保 持第一光束的第一偏振方向，並透射具有與第一偏振方向正交的第二偏振方向的第二圓偏 振光束；全息記錄層，設置在偏振光束分割/反射層與覆蓋層之間。所述方法包括生成具 有第一偏振方向的第一圓偏振光束和具有與第一偏振方向正交的第二偏振方向的第二圓 偏振光束；將第一光束和第二光束髮射到全息信息存儲介質的覆蓋層上，使得第一光束和 第二光束穿過覆蓋層；使被偏振光束分割/反射層反射並具有第一偏振方向的第一光束聚 焦在全息記錄介質中的焦點處；使穿過覆蓋層並具有第二偏振方向的第二光束聚焦在全息 記錄層中的焦點處，使得第一光束和第二光束幹涉以在焦點附近形成幹涉圖樣，從而信息 被記錄為全息記錄層中的幹涉圖樣。 本發明的另外的方面和/或優點將部分地通過下面的描述而被闡述，並且部分地 將根據所述描述而明顯，或者可通過本發明的實踐而了解。
有益效果 因此，根據本發明的多個方面，全息信息存儲介質以及將信息記錄到所述全息信 息存儲介質和/或從所述全息信息存儲介質再現信息的方法和設備可防止信號質量由於 在記錄在全息信息存儲介質上的信息被再現時生成的反射光所引起的噪聲而變差，從而提 高信號質量。


通過結合附圖閱讀下面對示例性實施例的詳細描述以及權利要求，本發明的更好 的理解將變得明顯，其中，所述附圖、說明書和權利要求形成本發明的公開的一部分。儘管 下面所寫所示的公開集中於公開本發明的示例性實施例，但是應該清楚地理解的是，這僅 是示意性和示例性方式，本發明不限於此。本發明的精神和範圍僅由權利要求限定。下面 給出附圖的簡要說明，其中 圖1是根據本發明示例性實施例的全息信息存儲介質的剖面圖；
圖2是根據本發明示例性實施例的偏振光束分割/反射層的光學特性的曲線圖；
圖3示出根據本發明示例性實施例的用於將信號光束和參考光束髮射到圖1的全 息信息存儲介質上的光學構造； 圖4是圖3的顯示由信號光束和參考光束形成的幹涉圖樣的A部分的放大圖像；
圖5示出根據本發明示例性實施例的入射在圖1的全息信息存儲介質上的信號光 束和參考光束的偏振狀態； 圖6示出根據本發明示例性實施例的入射在圖1的全息信息存儲介質上的再現光 束的偏振狀態；
圖7是由圖6的噪聲光束L3n生成的噪聲對信息面與偏振光束分割/反射層之間 的距離的曲線圖； 圖8至圖11是根據本發明示例性實施例的全息信息存儲介質的剖面圖；
圖12示出根據本發明實施例的全息信息記錄/再現設備的光學構造；
圖13是根據本發明示例性實施例的針孔元件的剖面圖； 圖14示出根據本發明示例性實施例的通過針孔元件阻擋散焦噪聲光束的情況。
具體實施例方式
現在將詳細說明示出於附圖中的本發明的示例性實施例，在附圖中，相同的標號 始終表示相同的部件，為了清晰起見，層和區域的厚度會被誇大。下面參照附圖描述示例性 實施例以解釋本發明。
圖1是根據本發明示例性實施例的全息信息存儲介質100的剖面圖。 參照圖l，全息信息存儲介質100包括按照圖1所示的次序順序疊置的基底110、
伺服層120、緩衝層130、偏振光束分割/反射層140、間隔層150、全息記錄層160和覆蓋層
170。 基底110是設置用於保持全息信息存儲介質100的形狀(如盤形)的支撐件，並 且可以由聚碳酸脂樹脂(polycarbonate resin)、丙烯酸樹脂(acrylicresin)等形成。
覆蓋層170保護全息記錄層160，並且當全息記錄層160不是由固體材料形成時保 持全息信息存儲介質100的形狀。可在覆蓋層170上形成用於防止光被覆蓋層170的表面 反射的減反射層(未示出)。 全息記錄層160由感光材料，如光聚合物和熱塑材料形成，所述感光材料在吸收 光時折射率改變。通常，感光材料的折射率與吸收的光的強度成比例地改變。感光材料可 具有這樣的非線性特性感光材料在光強方面具有預定閾值，並且僅對強度超過所述閾值 的光做出響應。為了增加記錄密度，可通過沿全息記錄層160的深度方向在不同的焦點位 置形成不同的幹涉圖樣，來在全息記錄層160中疊置多個不同的幹涉圖樣。因此，如果用於 形成全息記錄層160的材料具有非線性特性，則隨著距焦點位置的距離增大，幹涉圖樣的 幅度快速減小，因此可執行密集的多層記錄。 間隔層150是用於保持全息記錄層160與偏振光束分割/反射層140之間的距 離的層，當被偏振光束分割/反射層140反射的信號光束聚焦在全息記錄層160中的焦點 F(參照圖3)上時，間隔層150保持偏振光束分割/反射層140與執行記錄的焦點F之間的 距離。間隔層150的厚度可根據全息記錄層160的特性而改變，間隔層150形成為厚度在 0至100 ii m範圍內。類似地，通過保持偏振光束分割/反射層140與焦點F之間的距離， 當再現信息時，可減小由偏振光束分割/反射層140所反射的光引起的噪聲。下面將詳細 解釋間隔層150與噪聲減小之間的詳細關係。然而，不需要在本發明的所有實施例中均包 括間隔層150，可以使用保持偏振光束分割/反射層140與焦點F之間的距離的其它方式。 例如，全息記錄層160的未用於記錄信息的部分可代替間隔層150。偏振光束分割/反射層 140由反射第一圓偏振光束且透射第二圓偏振光束的材料形成，所述第一圓偏振光束和第 二圓偏振光束各自具有彼此正交的偏振方向。此外，偏振光束分割/反射層140在保持反 射的第一圓偏振光束的偏振方向的同時反射圓偏振光束。將以偏振光束分割/反射層140反射左旋圓偏振光束並透射右旋圓偏振光束，並且反射的左旋圓偏振光束被保持在左旋圓 偏振狀態的情況為例進行描述。偏振光束分割/反射層140可由能夠處於液晶態或硬化態 的液晶膜中的膽甾液晶形成。膽甾液晶具有這樣的結構其中，液晶分子的指向矢軸按照螺 旋方式扭曲。這種結構的結果是，膽甾液晶反射沿所述螺旋的方向偏振的圓偏振光束，透射 沿與所述螺旋的方向相對的方向偏振的圓偏振光束。因此，偏振方向正交的兩種圓偏振光 束可被分離，反射的圓偏振光束的狀態可被保持在圓偏振狀態。 圖2是根據本發明示例性實施例的偏振光束分割/反射層140的光學特性的曲線 圖。參照圖2，水平軸是通過偏振光束分割/反射層140透射的光的偏振角O，垂直軸是入 射在偏振光束分割/反射層140上的光的透射率。可以看出，R圓偏振光束被完全透射，但 是L圓偏振光束幾乎完全沒有被透射。在膽甾液晶構成偏振光束分割/反射層140的情況 下，可根據螺旋周期來控制透射的R圓偏振光束的波長。另外，偏振光束分割/反射層140 可具有這樣的疊層結構其中，多個膽甾液晶層疊置，以使得膽甾液晶層的液晶分子具有不 同的螺旋周期。在這種情況下，通過控制疊置的膽甾液晶層的螺旋周期以及疊置的膽甾液 晶層的數量，具有預定波長的光根據光的偏振方向被透射或反射，而具有其它波長的光被 透射。在當前示例性實施例中，由於在偏振光束分割/反射層140下方設置伺服層120，所 以信號光束/參考光束根據信號光束和參考光束的偏振方向被透射/反射，而伺服光束被 透射。 緩衝層130介於偏振光束分割/反射層140和伺服層120之間，並且可由透明材 料或吸收具有用於記錄/再現信號的波長的光的材料形成。緩衝層130被設置為填充形成 在伺服層120上的用於表示伺服信息的伺服圖案，以使得偏振光束分割/反射層140可形 成為平坦層。 伺服層120是寫有伺服信息的層，伺服層120反射伺服光束。在當前示例性實施 例中，伺服光束的波長不同於用於記錄/再現信息的光的波長。另外，設置在伺服層120上 方的緩衝層130、偏振光束分割/反射層140、間隔層150、全息記錄層160和覆蓋層170被 設計為透射伺服光束。 參照圖3至圖5，下面描述根據本發明示例性實施例的將信息記錄在圖1的全息信 息存儲介質100上的方法。 圖3示出根據本發明示例性實施例的用於將信號光束Ll和參考光束L2發射到圖 1的全息信息存儲介質100上的光學構造。圖4是圖3的顯示由信號光束Ll和參考光束 L2形成的幹涉圖樣的A部分的放大圖像。圖5示出根據本發明示例性實施例的入射在圖1 的全息信息存儲介質100上的信號光束Ll和參考光束L2的偏振狀態。
參照圖3，信號光束Ll和參考光束L2都經物鏡280入射在全息信息存儲介質100 上。信號光束Ll被偏振光束分割/反射層140反射，並被聚焦在全息記錄層160中的焦點 F上。參考光束L2入射在覆蓋層170上，並被聚焦在焦點F上。由於信號光束L1和參考光 束L2的光點在焦點F處重疊，所以形成幹涉圖樣。由於幹涉圖樣的形狀根據信號光束Ll 的調製狀態或者信號光束Ll和參考光束L2的調製狀態而變化，所以可利用幹涉圖樣記錄 信息。圖4是圖3所示的包括信號光束Ll和參考光束L2的焦點F並顯示幹涉圖樣的A部 分的放大圖像。幹涉圖樣沿軌道被記錄在相同的平面上，從而在全息記錄層160中形成單 層的信息面165。隨著焦點F沿全息記錄層160的深度方向變化，多個信息面165疊置，從而可執行多層記錄。根據當前示例性實施例的全息信息存儲介質100使用在每一焦點F處 的幹涉圖樣中包含單比特信息的微全息術方法，但是本發明不限於這樣的配置。例如，可採 用體全息術方法，在體全息術方法中，在信號光束LI和參考光束L2的光點在焦點F重疊時 以三維方式形成幹涉圖樣，從而同時記錄大量信息。 參照圖5，下面描述考慮偏振的形成幹涉圖樣的過程。參照圖5，根據當前示例性 實施例的全息信息記錄/再現設備包括四分之一波片285和物鏡280。具有不同線偏振的 信號光束Ll和參考光束L2入射在四分之一波片285上。例如，信號光束Ll以S線偏振狀 態入射在四分之一波片285上，參考光束L2以P線偏振狀態入射在四分之一波片285上。 四分之一波片285是用於將線偏振改變為圓偏振以及將圓偏振改變為線偏振的光學元件。 隨著信號光束L1穿過四分之一波片285，信號光束L1的偏振狀態被改變為左旋圓偏振L。 隨著參考光束L2穿過四分之一波片285，參考光束L2的偏振狀態被改變為右旋圓偏振R。 具有左旋圓偏振L的信號光束Ll被偏振光束分割/反射層140反射，其中，偏振光束分割 /反射層140保持反射的信號光束Ll中的左旋圓偏振L。具有左旋圓偏振L的反射的信號 光束Ll聚焦在信息面165上。具有右旋圓偏振R的參考光束L2聚焦在信息面165上，然 後穿過偏振光束分割/反射層140。由於在信息面165上相遇的反射的信號光束Ll和參考 光束L2沿相反方向傳播，並具有相反的圓偏振方向，所以反射的信號光束L1的電場矢量和 參考光束L2的電場矢量沿相同方向旋轉。因此，在信息面165上生成幹涉圖樣，幹涉圖樣 引起由感光材料形成的全息記錄層160中的信息記錄。 穿過偏振光束分割/反射層140的具有右旋圓偏振R的參考光束L2可被伺服層 120等反射。然而，由於被伺服層120等反射的參考光束L2僅改變其傳播方向，而其電場矢 量的旋轉方向維持不變，所以被伺服層120等反射的參考光束L2處於左旋圓偏振L狀態。 因此，參考光束L2不能返回穿過偏振光束分割/反射層140。 在以上描述中，光束L1被描述為信號光束，光束L2被描述為參考光束。然而，光 束Ll可以是參考光束，光束L2可以是信號光束。 參照圖6和圖7，下面描述根據本發明示例性實施例的再現記錄在圖1的全息信息 存儲介質100上的信息的方法。 圖6示出根據本發明示例性實施例的入射在圖1的全息信息存儲介質100上的再 現光束的偏振狀態。圖7是由圖6的噪聲光束L3n生成的噪聲對信息面165與偏振光束分 割/反射層140之間的距離的曲線圖，其中，圖7中將所述距離表示為"反射層的距離"。
參照圖6，偏振方向與參考光束的偏振方向相同的再現光束被發射到全息信息存 儲介質100上，以便再現信息。即，具有P偏振的入射再現光束L3i穿過四分之一波片285， 並被改變為右旋圓偏振R。然後，具有右旋圓偏振R的入射再現光束L3i穿過物鏡280，並 入射在全息信息存儲介質100上。對於信息面165，入射在信息面165上的光束被稱為入射 再現光束L3i，被信息面165反射的光束被稱為反射再現光束L3r，透射通過信息面165的 光束被稱為透射再現光束L3t。具有右旋圓偏振R的入射再現光束L3i的一部分被通過幹 涉圖樣記錄有信息的信息面165衍射(即，反射)，並作為反射再現光束L3r傳播回到物鏡 280，具有右旋圓偏振R的入射再現光束L3i的一部分透射通過信息面165，並向著偏振光 束分割/反射層140傳播。由於被信息面165反射的反射再現光束L3r僅其傳播方向被改 變，而其電場矢量的旋轉方向維持不變，所以反射再現光束L3r處於左旋圓偏振L狀態。由於從具有右旋圓偏振R的入射再現光束L3i透射通過信息面165的透射再現光束L3t處於 右旋圓偏振R狀態，所以透射再現光束L3t穿過偏振光束分割/反射層140。透射再現光束 L3t可被伺服層120等反射成為反射的透射再現光束L3t'。然而，由於反射的透射再現光 束L3t'僅其傳播方向被改變，而其電場矢量的旋轉方向維持不變，所以被伺服層120等反 射的反射的透射再現光束L3t'處於左旋圓偏振L狀態。因此，反射的透射再現光束L3t'不 能返回穿過偏振光束分割/反射層140。如果反射的透射再現光束L3t'穿過信息面165， 從而入射回物鏡280上，則相對於包含在反射再現光束L3r中的再現信號，反射的透射再現 光束L3t'會促成反射光的噪聲光束L3n。然而，根據當前示例性實施例，由於反射的透射 再現光束L3t'不能返回穿過偏振光束分割/反射層140，所以可減小由反射光引起的噪聲 光束L3n，從而提高信號質量。傳統的伺服層被設計為將不反射透射再現光束L3t，以便減 小噪聲光束L3n。然而，根據本發明，即使伺服層120等將透射再現光束L3t反射成為反射 的透射再現光束L3t'，反射的透射再現光束L3t'也不能返回穿過偏振光束分割/反射層 140。因此，由於伺服層120所需的性能降低，所以與使用傳統伺服層的情況相比，更容易制 造根據當前示例性實施例的全息信息存儲介質100。 在上面的描述中，假設具有右旋圓偏振R的透射再現光束L3t穿過偏振光束分割 /反射層140，而不被偏振光束分割/反射層140反射。然而，實際上，具有右旋圓偏振R的 透射再現光束L3t的一部分會被偏振光束分割/反射層140反射。在這種情況下，由於僅 非常小的百分比的具有右旋圓偏振R的入射再現光束L3i被信息面165反射成為反射再現 光束L3r，所以可歸因於被偏振光束分割/反射層140部分地反射的透射再現光束L3t的噪 聲光束L3n分量會引起問題。然而，可通過充分增加記錄有信息的信息面165與偏振光束 分割/反射層140之間的距離，來減小可歸因於被偏振光束分割/反射層140部分地反射 的透射再現光束L3t的噪聲光束L3n分量。 圖7是通過執行仿真獲得的由圖6的噪聲光束L3n生成的噪聲對信息面165與偏 振光束分割/反射層140之間的距離的曲線圖。圖7中的"反射層的距離"是偏振光束分 割/反射層140與實際記錄有信息的信息面165之間的距離。在所述仿真中，假設入射再 現光束L3i被信息面165以大約0. 0135%的反射率反射，以形成反射再現光束L3r，假設具 有右旋圓偏振R的透射再現光束L3t被偏振光束分割/反射層140以大約1%的噪聲反射 率反射。隨著信息面165與偏振光束分割/反射層140之間的距離增加，聚焦在信息面165 上的透射再現光束L3t變得在偏振光束分割/反射層140上越來越散焦。因此，可歸因於 被偏振光束分割/反射層140反射的透射再現光束L3t的噪聲光束L3n分量減少。參照圖 7，當信息面165與偏振光束分割/反射層140之間的距離為40iim或更大時，可以看出噪 聲-信號(N/S)比小於2.5%。在所述仿真的條件下，間隔層150的厚度"d"可以至少為 40 ii m，以便生成小於2. 5%的N/S比。優選地，間隔層150的厚度"d"可以為50 y m或更大， 以便生成1. 5%或更小的N/S比。然而，間隔層的厚度"d"可根據光學設計參數，如信息面 165的反射率、偏振光束分割/反射層140的噪聲反射率等而變化。另外，如上所述，通過在 仍使記錄有信息的信息面165與偏振光束分割/反射層140之間的距離保持在40 ii m或更 大的同時，將全息記錄層160形成為具有足夠的厚度來代替間隔層150，可減小可歸因於被 偏振光束分割/反射層140反射的透射再現光束L3t的噪聲光束L3n分量。另外，根據本 發明示例性實施例的全息信息記錄/再現設備包括針孔元件(pin hole element) 285 (參
11照圖12)，所述針孔元件設置在光電檢測器290前方，從而限制散焦光的檢測。因此，可進一 步減小或消除可歸因於被偏振光束分割/反射層140反射的透射再現光束L3t的噪聲光束 L3n分量。 在上面描述的示例性實施例中，伺服層120被置於基底110和偏振光束分割/反 射層140之間，但是本發明不限於這樣的結構。圖8至圖11是根據本發明其它示例性實施 例的將伺服層122、 124、 125和145設置在不同位置的全息信息存儲介質102、 104、 106和 108的剖面圖。 參照圖8，全息信息存儲介質102可具有這樣的結構其中，伺服層122被置於偏 振光束分割/反射層140與間隔層150之間。伺服層122由能夠透射用於記錄/再現信息 的光束，即信號光束、參考光束和再現光束的材料形成。與圖1的全息信息存儲介質100的 情況相似，通過將偏振光束分割/反射層140置於全息記錄層160和基底IIO之間，可防止 穿過全息記錄層160的透射再現光束被反射回物鏡從而生成噪聲，從而消除該噪聲源。除 了伺服層122之外，圖8的示例性實施例中的元件與參照圖1至圖6描述的全息信息存儲 介質100的元件相同，因此將省略對它們的詳細描述。 參照圖9，全息信息存儲介質104具有這樣的結構其中，伺服層124被置於信息 記錄層160與覆蓋層170之間。伺服層124由能夠透射用於記錄/再現信息的光束，即信 號光束、參考光束和再現光束的材料形成。與圖1的全息信息存儲介質100的情況相似，通 過將偏振光束分割/反射層140置於全息記錄層160和基底110之間，可防止穿過全息記 錄層160的透射再現光束被反射回物鏡從而生成噪聲，從而消除該噪聲源。除了伺服層124 之外，圖9的示例性實施例中的元件與參照圖1至圖6描述的全息信息存儲介質100的元 件相同，因此將省略對它們的詳細描述。 參照圖IO，全息信息存儲介質106具有這樣的結構其中，伺服層125被置於全息 記錄層160內。伺服層125由能夠透射用於記錄/再現信息的光束，即信號光束、參考光束 和再現光束的材料形成。與圖1的全息信息存儲介質100的情況相似，通過將偏振光束分 割/反射層140置於全息記錄層160和基底110之間，可防止穿過全息記錄層160的透射 再現光束被反射回物鏡從而生成噪聲，從而消除該噪聲源。除了伺服層125之外，圖10的 示例性實施例中的元件與參照圖1至圖6描述的全息信息存儲介質100的元件相同，因此 將省略對它們的詳細描述。 在上面描述的實施例中，伺服光束的波長不同於用於記錄/再現信息的光束的波 長，但是本發明不限於這樣的布置。參照圖ll，全息信息存儲介質108不具有單獨的伺服 層，而使用偏振光束分割/反射層145作為伺服層。可使用與用於記錄/再現信息的光束 不同的單獨的光束作為伺服光束，但是本發明不限於這樣的布置。例如，用於記錄/再現的 光束也可用作伺服光束。當與用於記錄/再現信息的光束不同的單獨的光束用作伺服光束 時，偏振光束分割/反射層145被設計為反射伺服光束。當用於記錄/再現信息的光束也 用作伺服光束時，反射的再現光束用作伺服光束。 圖12示出根據本發明實施例的全息信息記錄/再現設備的光學構造。
參照圖12，根據當前示例性實施例的全息信息記錄/再現設備是用於將信息記錄 在圖1的全息信息存儲介質100上以及從圖1的全息信息存儲介質100再現信息的設備， 並且包括光學拾取器200和電路單元(未示出)，其中，光學拾取器200發射各自具有彼此正交的偏振方向的信號光束Ll和參考光束L2，電路單元用於控制光學拾取器200的驅動以 及信號的處理。 光學拾取器200包括光源210、第一分束器220、半波片230、光閘(shutter) 240、 第二分束器250、第三分束器260、反射鏡225、四分之一波片2S5、物鏡280和光電檢測器 290。光學拾取器200還可包括焦點控制單元270和275，用於分別改變信號光束Ll和參考 光束L2的焦點位置，以便在多個層中記錄/再現信息。另外，光學拾取器200還可包括針 孔元件295，用於阻止散焦的噪聲光束入射在光電檢測器290上。另外，光學拾取器200還 可包括用於執行伺服控制的伺服光學系統(未示出)。 光源210可僅發射具有P偏振的光，並且可包括例如發射藍光的半導體雷射二極 管。為了描述方便起見，將發射的光的偏振方向描述為P偏振，但是本發明不限於P偏振。 可選地，光源210可發射非偏振光，可利用單獨的偏振板(未示出)從所述非偏振光中選擇 具有預定線偏振的光。光源210還可用作伺服光源，或者可採用單獨的伺服光源。當採用單 獨的伺服光源時，伺服光束的波長可不同於從光源210發射的光的波長。第一分束器220、 第二分束器250和第三分束器260是光路分割單元的示例。第一分束器220和第二分束器 250中的每一個用作半反鏡(half mirror)，所述半反鏡將穿過第一分束器220和第二分束 器250的光分割為在兩個光路上傳播的光。從光源210中發射的具有P偏振的光被第一分 束器220分割為均具有P偏振的信號光束Ll和參考光束L2。由第一分束器220分割的具 有P偏振的信號光束Ll被半波片230轉換為具有S偏振的光，並穿過第二分束器250和第 三分束器260。光閘240根據電信號阻擋光，並且被設置在信號光束L1的光路上。當正在 記錄信息時，根據指示將記錄信息的電信號，光閘240使信號光束Ll通過；當正在再現信息 時，根據指示反射再現光束L3r將被阻擋的電信號，光閘240阻擋反射再現光束L3r。由第 一分束器220分割的具有P偏振的參考光束L2的光路被反射鏡225改變，從而參考光束L2 向著第三分束器260傳播。第三分束器260是反射具有S偏振的信號光束Ll且透射具有 P偏振的參考光束L2的偏振分束器。因此，信號光束Ll和參考光束L2沿著不同的光路入 射在第三分束器260上。然後，所述光路在第三分束器260中被組合，從而具有S偏振的信 號光束Ll和具有P偏振的參考光束L2向著四分之一波片285傳播。 入射在四分之一波片285上的信號光束Ll的S偏振被轉換為左旋圓偏振L。入射 在四分之一波片285上的參考光束L2的P偏振被轉換為右旋圓偏振R。具有轉換的彼此正 交的偏振方向的信號光束Ll和參考光束L2經物鏡280入射在全息信息存儲介質100上， 從而如參照圖3至圖5所描述的記錄全息信息。 焦點控制單元270和275可包括擴束器(beam expander)，如中繼透鏡組271 、272、 276和277。焦點控制單元270和275被設計為中繼透鏡組271 、272、276和277中的至少 一個透鏡可在驅動單元(未示出)的控制下，沿圖12中的雙向箭頭所指示的光路的方向移 動。通過使中繼透鏡組271、272、276和277中的至少一個透鏡沿光路的方向移動，焦點控制 單元270和275可改變在全息信息存儲介質100中的信號光束Ll和參考光束L2的焦點。 焦點控制單元270和275使信息能夠記錄在全息信息存儲介質100的多個層中。S卩，當信 號光束Ll和參考光束L2被聚焦在全息信息存儲介質100中的焦點F(參見圖3)上時，形 成信息面165。隨著信號光束Ll和參考光束L2的焦點位置通過焦點控制單元270和275 而改變，在全息信息存儲介質100的深度方向上形成多個信息面165(未示出)。因此，可以
13在多個層中執行記錄。在當前示例性實施例中，焦點控制單元270和275包括擴束器，所述 擴束器包括例如中繼透鏡組271 、272、276和277，但是本發明不限於這樣的構造。例如，可 利用液晶透鏡(liquid crystal lens)來實現焦點控制單元270和275。當電壓被施加到 液晶透鏡時，具有預定偏振的光束由於液晶透鏡的液晶的取向而被折射。液晶透鏡的結構 對本領域普通技術人員而言是公知的，因此將省略其描述。這樣的液晶透鏡可代替中繼透 鏡組271、272、276和277被設置在信號光束LI和參考光束L2各自的光路上，電壓可被施 加到液晶透鏡。因此，信號光束LI和參考光束L2的焦點可改變。 當信息被再現時，從光源210發射的入射再現光束L3i穿過第一分束器220、反 射鏡225、第三分束器260、四分之一波片285和物鏡280，併入射在全息信息存儲介質100 上。入射再現光束L3i被全息信息存儲介質100中的以幹涉圖樣形式記錄有信息的信息面 165(參見圖6)反射，併入射回物鏡280上。由於入射再現光束L3i沿著與參考光束L2相 同的光路傳播，所以入射再現光束L3i以右旋圓偏振狀態入射在全息信息存儲介質IOO上。 被信息面165反射的反射再現光束L3r被轉換為左旋圓偏振光束，併入射回物鏡280。具有 左旋圓偏振的反射再現光束L3r穿過四分之一波片285而被轉換為S偏振光束，被第三分 束器260反射，並穿過第二分束器250以被光電檢測器290檢測。反射再現光束L3r的一 部分可被第二分束器250反射，但是被第二分束器250反射的這一部分反射再現光束L3r 被光閘阻擋，其中，所述光閘在再現信息時被關閉。當在全息記錄層160(參見圖6)的多個 層中記錄信息時，通過利用用於改變參考光束L2的焦點位置的焦點控制單元275改變入射 再現光束L3i的焦點位置，入射再現光束L3i的焦點位置可被設置在將從其讀取信息的信 息面265上。 針孔元件295阻擋除了從其讀取信息的信息面165之外的任何元件反射的光。針 孔元件295包括如圖13所示的預定孔徑(即，針孔295a)以及阻擋光的阻擋層295b，並被 設置在光電檢測器290前方。針孔295a的半徑Rh可大於光束點S的半徑Rs。例如，半徑 Rh可以是光束點S的半徑的兩倍。針孔元件295阻擋散焦光束。參照圖14，當入射再現光 束的焦點位置被設置在將從其讀取信息的信息面165上，並且針孔元件295的針孔295a被 設置在被全息信息存儲介質100的信息面165反射的反射再現光束在光學拾取器200 (參 見圖12)中被聚焦的焦點位置處時，除了信息面165之外的任何元件反射的光，例如當透射 再現光束L3t被偏振光束分割/反射層140部分地反射時生成的散焦噪聲光束L3n(參見 圖6)幾乎被阻擋層295b完全阻擋。因此，可通過除了如上所述的間隔層150之外設置針 孔元件295，來減小或消除可歸因於被偏振光束分割/反射層140反射的噪聲光束L3n的噪 聲° 如參照圖6所描述的，當再現信息時，從入射再現光束L3i穿過全息記錄層160的 透射再現光束L3t被偏振光束分割/反射層140透射，被伺服層120等反射的反射的透射 再現光束L3t'被偏振光束分割/反射層140阻擋。另外，即使透射再現光束L3t的一部分 被偏振光束分割/反射層140反射，也可通過設置全息信息存儲介質100的間隔層150和 /或全息信息記錄/再現設備的針孔元件295來減小或消除噪聲。 已經參照本發明的示例性實施例具體地顯示和描述了全息信息存儲介質以及利 用所述全息信息存儲介質記錄/再現全息信息的方法和設備。從這些示例性實施例可以看 出，通過將選擇性地反射和透射各自具有正交偏振方向的圓偏振光束的偏振光束分割/反
14射層置於全息記錄層和基底之間以減小或消除由反射光引起的噪聲，防止了透射通過全息 記錄層的透射再現光束作為噪聲光束被反射回物鏡，從而減小或消除了由反射光引起的噪
聲° 儘管已經顯示和描述了本發明的示例性實施例，但是本領域技術人員應該理解， 並且隨著技術的發展，在不脫離本發明的真實範圍的情況下，可進行各種改變和修改並且 可對其元件進行等同替換。在不脫離本發明的範圍的情況下，可進行許多修改、置換、添加 和子組合，以使本發明的教導適應於具體情況。因此，本發明不意在限於所公開的各個示例 性實施例，而是本發明包括落入權利要求及其等同物的範圍內的所有實施例。
權利要求
一種全息信息存儲介質，包括基底；覆蓋層，接收具有第一偏振方向的第一圓偏振光束和具有第二偏振方向的第二圓偏振光束，其中，第二偏振方向與第一偏振方向正交；偏振光束分割/反射層，設置在基底與覆蓋層之間，用於在保持第一光束的第一偏振方向的同時反射第一光束，並透射第二光束；全息記錄層，設置在偏振光束分割/反射層與覆蓋層之間，用於通過被偏振光束分割/反射層反射的第一光束和通過覆蓋層接收的第二光束將信息記錄為形成在全息層中的幹涉圖樣。
2. 根據權利要求1所述的介質，其中，所述偏振光束分割/反射層包括膽甾液晶材料。
3. 根據權利要求1所述的介質，其中，所述偏振光束分割/反射層包括處於液晶態或硬 化態的液晶膜。
4. 根據權利要求1所述的介質，其中，偏振光束分割/反射層包括單個膽甾液晶層或多 個膽甾液晶層，其中，所述多個膽甾液晶層的液晶分子對於所述多個膽甾液晶層中的每一 個膽甾液晶層具有不同的螺旋周期。
5. 根據權利要求1所述的介質，其中，全息記錄層包括光聚合物或熱塑樹脂。
6. 根據權利要求1所述的介質，還包括伺服層，設置在基底和偏振光束分割/反射層 之間，或者設置在偏振光束分割/反射層與全息記錄層之間，或者設置在全息記錄層內，或 者設置在全息記錄層和覆蓋層之間。
7. 根據權利要求1所述的介質，其中，偏振光束分割/反射層記錄有伺服信息。
8. 根據權利要求1所述的介質，還包括間隔層，設置在偏振光束分割/反射層與全息 記錄層之間。
9. 根據權利要求8所述的介質，其中，間隔層的厚度等於或大於40 ii m。
10. 根據權利要求1所述的介質，其中，偏振光束分割/反射層與全息記錄層中的寫有 信息的任何信息面之間的距離等於或大於40 ii m。
11. 根據權利要求1所述的介質，其中信息被記錄在沿全息記錄層的深度方向排列的多個信息面中；被偏振光束分割/反射層反射的第一光束和通過覆蓋層接收的第二光束均具有沿全 息記錄層的深度方向排列並分別與所述多個信息面一致的多個焦點位置。
12. 根據權利要求1所述的介質，其中，被記錄為幹涉圖樣的信息以單比特為單位被記錄。
13. —種用於將信息記錄在全息信息存儲介質上和/或從全息信息存儲介質再現信息 的全息信息記錄/再現設備，所述全息信息存儲介質包括基底；覆蓋層；偏振光束分割/ 反射層，設置在基底與覆蓋層之間，用於反射具有第一偏振方向的第一圓偏振光束同時保 持第一光束的第一偏振方向，並透射具有與第一偏振方向正交的第二偏振方向的第二圓偏 振光束；全息記錄層，設置在偏振光束分割/反射層與覆蓋層之間，所述設備包括光學拾取器，生成具有第一偏振方向的第一圓偏振光束和具有與第一圓偏振方向正交 的第二偏振方向的第二圓偏振光束，並發射第一光束和第二光束使第一光束和第二光束入 射在全息信息存儲介質的覆蓋層上，使得第一光束被偏振光束分割/反射層反射；被偏振光束分割/反射層反射的第一光束和入射在覆蓋層上的第二光束在全息記錄層中的焦點處形成幹涉圖樣；全息記錄層將信息記錄為焦點處的幹涉圖樣。
14. 根據權利要求13所述的設備，其中，為了再現全息記錄層中被記錄為幹涉圖樣的信息，光學拾取器發射具有第二偏振方向的第二光束使第二光束入射在全息信息存儲介質的覆蓋層上，使得具有第二偏振方向的第二光束被全息記錄層中的幹涉圖樣部分地反射以形成具有第一偏振方向的反射再現光束，被全息記錄層中的幹涉圖樣部分地透射以形成具有第二偏振方向的透射再現光束；反射再現光束入射在光學拾取器上；透射再現光束穿過偏振光束分割/反射層；偏振光束分割/反射層阻止在透射再現光束穿過偏振光束分割/反射層之後通過透射再現光束的反射生成的任何反射光入射在光學拾取器上。
15. 根據權利要求13所述的設備，其中，光學拾取器包括焦點改變單元，用於沿全息記錄層的深度方向改變焦點的位置。
16. 根據權利要求16所述的設備，其中，焦點改變單元包括擴束器或液晶透鏡。
17. 根據權利要求13所述的設備，其中，光學拾取器包括針孔元件，用於阻擋從除了焦點之外的任何點反射的光。
18. 根據權利要求13所述的設備，其中，在焦點處記錄為幹涉圖樣的信息以單比特為單位被記錄。
19. 一種用於將信息記錄在全息信息存儲介質上和/或從全息信息存儲介質再現信息的全息信息記錄/再現設備，所述全息信息存儲介質包括基底；覆蓋層；偏振光束分割/反射層，設置在基底與覆蓋層之間，用於反射具有第一偏振方向的第一圓偏振光束同時保持第一光束的第一偏振方向，並透射具有與第一偏振方向正交的第二偏振方向的第二圓偏振光束；全息記錄層，設置在偏振光束分割/反射層與覆蓋層之間，用於通過被偏振光束分割/反射層反射的第一光束和第二光束將信息記錄為形成在全息記錄層中的焦點處的幹涉圖樣，所述設備包括光學拾取器，生成具有與第一偏振方向正交的第二偏振方向的第二圓偏振光束，並發射第二光束使第二光束入射在全息信息存儲介質的覆蓋層上，使得具有第二偏振方向的第二光束在焦點處被全息記錄層中的幹涉圖樣部分地反射以形成具有第一偏振方向的反射光束，被全息記錄層中的幹涉圖樣部分地透射以形成具有第二偏振方向的透射光束；反射光束入射在光學拾取器上；透射光束穿過偏振光束分割/反射層；偏振光束分割/反射層阻止在透射光束穿過偏振光束分割/反射層之後通過透射光束的反射生成的任何反射光入射在光學拾取器上。
20. —種將信息記錄在全息信息存儲介質上和/或從全息信息存儲介質再現信息的方法，所述全息信息存儲介質包括基底；覆蓋層；偏振光束分割/反射層，設置在基底與覆蓋層之間，用於反射具有第一偏振方向的第一圓偏振光束同時保持第一光束的第一偏振方向，並透射具有與第一偏振方向正交的第二偏振方向的第二圓偏振光束；全息記錄層，設置在偏振光束分割/反射層與覆蓋層之間，所述方法包括生成具有第一偏振方向的第一圓偏振光束和具有與第一偏振方向正交的第二偏振方向的第二圓偏振光束；將第一光束和第二光束髮射到全息信息存儲介質的覆蓋層上，使得第一光束和第二光束穿過覆蓋層；使被偏振光束分割/反射層反射的具有第一偏振方向的第一光束聚焦在全息記錄介質中的焦點處；使穿過覆蓋層並具有第二偏振方向的第二光束聚焦在全息記錄層中的所述焦點處，使得第一光束和第二光束幹涉以在所述焦點附近形成幹涉圖樣，從而信息被記錄為全息記錄層中的幹涉圖樣。
21. 根據權利要求20所述的方法，其中，生成具有第一偏振方向的第一圓偏振光束和具有與第一偏振方向正交的第二偏振方向的第二圓偏振光束的步驟包括從光源發射僅具有第一線偏振方向的線偏振光；從線偏振光生成具有第一偏振方向的第一線偏振光束；從線偏振光生成具有與第一偏振方向正交的第二偏振方向的第二線偏振光束；從第一線偏振光束生成第一圓偏振光束並從第二線偏振光束生成第二圓偏振光束，或者從第二線偏振光束生成第一圓偏振光束並從第一線偏振光束生成第二圓偏振光束。
22. 根據權利要求20所述的方法，還包括再現全息記錄層中被記錄為幹涉圖樣的信息；其中，再現全息記錄層中被記錄為幹涉圖樣的信息的步驟包括發射具有第二偏振方向的第二光束使第二光束入射在全息信息存儲介質的覆蓋層上，以使得第二光束穿過覆蓋層，並被全息記錄層中的幹涉圖樣至少部分地反射以形成反射再現光束；從反射再現光束檢測全息記錄層中被記錄為幹涉圖樣的信息。
23. 根據權利要求20所述的方法，其中，記錄為幹涉圖樣的信息以單比特為單位被記錄。
24. 根據權利要求20所述的方法，還包括沿全息記錄層的深度方向改變焦點的位置，以在沿全息記錄層的深度方向排列的多個信息面上記錄信息。
全文摘要
一種全息信息存儲介質，包括基底；覆蓋層，接收具有第一偏振方向的第一圓偏振光束和具有第二偏振方向的第二圓偏振光束，其中，第二偏振方向與第一偏振方向正交；偏振光束分割/反射層，設置在基底與覆蓋層之間，用於在保持第一光束的第一偏振方向的同時反射第一光束，並透射第二光束；全息記錄層，設置在偏振光束分割/反射層與覆蓋層之間，用於通過被偏振光束分割/反射層反射的第一光束和被覆蓋層接收的第二光束將信息記錄為形成在全息層中的幹涉圖樣。
文檔編號G11B7/24GK101779240SQ200880103156
公開日2010年7月14日 申請日期2008年5月22日 優先權日2007年8月13日
發明者裴在喆, 鄭文一, 鄭澤成 申請人:三星電子株式會社