專利名稱：數(shù)據(jù)存儲設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明 一般涉及數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)和方法，更特別的是涉及基于光學(xué)的 數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)和方法，以及全息數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
已經(jīng)知道數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)和方法是十分需要的。體積全息記錄系統(tǒng)通 常使用會聚在光敏全息媒質(zhì)內(nèi)的兩束反向傳播的激光或者光束來形成 干涉圖案。該干涉圖案造成該全息媒質(zhì)的折射率改變或者調(diào)制。如果響 應(yīng)于將要編碼的數(shù)據(jù)調(diào)制該光束中的一束，則所生成的干涉圖案在強度 和相位方面編碼該調(diào)制數(shù)據(jù)。隨后，可以響應(yīng)于未調(diào)制的或者基準光束 的再次引入而檢測所記錄的強度和相位信息，從而將已編碼的數(shù)據(jù)再現(xiàn) 為反射。常規(guī)的"基于頁面"的全息存儲器在2維陣列或"頁面"上將數(shù)據(jù) 寫入全息媒質(zhì)中。希望提供一種相對簡單、不太昂貴并且穩(wěn)建可靠的全息存儲系統(tǒng)。 而且，希望獲得面向位的全息存儲系統(tǒng)。發(fā)明內(nèi)容一種數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，包括塑料襯底，其具有沿著多個垂直疊置、 橫向延伸的層中的軌道設(shè)置的多個體積；以及每一個包含在該多個體積 中相應(yīng)的一個體積中的多個微全息圖；其中，在每個體積中存在或者不 存在微全息圖表示所存儲數(shù)據(jù)的相應(yīng)部分。


通過結(jié)合相應(yīng)附圖考慮以下對于本發(fā)明優(yōu)選實施例的詳細說明，將 有助于理解本方面，在附圖中相同的附圖標記表示相同的部件，并且 圖1表示了使用反向傳播的光束在媒質(zhì)內(nèi)形成全息圖的配置； 圖2表示了使用反向傳播的光束在媒質(zhì)內(nèi)形成全息圖的可選配置； 圖3表示了使用反向傳播的光束在媒質(zhì)內(nèi)形成全息圖的可選配置；圖4表示了使用反向傳播的光束在媒質(zhì)內(nèi)形成全息圖的可選配置；圖5表示了使用反向傳播的光束在媒質(zhì)內(nèi)形成全息圖的可選配置； 圖6表示了光強度圖案；圖7表示了對應(yīng)于圖6的強度圖案的在線性媒質(zhì)中的折射率調(diào)制； 圖8表示了當衍射效率為記錄與讀取溫度之差的函數(shù)時預(yù)期的全息 布拉格失諧；圖9表示了當衍射效率為角度變化的函數(shù)時預(yù)期的全息布拉格失諧；圖10A - IOB表示了在基本上線性的光學(xué)響應(yīng)媒質(zhì)中的光強度和相 應(yīng)的折射率變化；圖10C - IOD表示了在基本上非線性的光學(xué)響應(yīng)媒質(zhì)中的光強度和 相應(yīng)的折射率變化；圖11A - IIB表示了在基本上線性的光學(xué)響應(yīng)媒質(zhì)中的光強度和相 應(yīng)折射率變化；圖11C- IID表示了在基本上非線性的光學(xué)響應(yīng)媒質(zhì)中的光強度和相應(yīng)折射率變化；圖12表示了預(yù)期微全息圖反射率與折射率調(diào)制的關(guān)系；圖13A和13B表示了在不同時間預(yù)期溫度升高分布與位置的關(guān)系；圖14A和14B表示了預(yù)期折射率變化與升高溫度之間的關(guān)系以及相應(yīng)的微全息圖讀取和寫入模式；圖15A-15C表示了作為相應(yīng)的光學(xué)注量與歸一化線性吸收率、使用反飽和吸收劑時光束束腰與距離以及使用反飽和吸收劑時透射率與注量的函數(shù)的將材料溫度提高到臨界溫度所需的光束入射光束能量之間的預(yù)期關(guān)系；圖16A和16B表示了媒質(zhì)內(nèi)的預(yù)期反向傳播光束曝光以及相應(yīng)的溫度提南;圖16C表示了對應(yīng)于圖16A和16B的溫度提高的預(yù)期折射率變化； 圖17A表示了作為時間的函數(shù)的在25。C和160°C時鄰硝基芪的歸一 化透射率的變化；圖17B表示了作為溫度的函數(shù)的鄰硝基芪的量子效率的變化； 圖17C表示了 25。C和16(TC時作為波長函數(shù)的二甲基氨基二硝基芪 的吸收率；圖18表示了跟蹤和聚焦探測器配置；圖19A-19C表示了模擬折射率分布的輪廓； 圖20表示了照射到全息記錄媒質(zhì)區(qū)域的入射激光束的橫截面； 圖21A-21C表示了對應(yīng)于圖19A- 19C的圓形微全息圖模擬的近 場分布(z = - 2jum);圖22A-22C分別表示了對應(yīng)于圖21A-21C的近場分布的遠場分布；圖23A-23C表示了模擬折射率分布的輪廓；圖24A-24C表示了對應(yīng)于圖23A-23C的圓形微全息圖的模擬的 近場分布；圖25A-25C分別表示了對應(yīng)于圖24A-24C的近場分布的遠場分布；圖26A - 26D表示了跟蹤和聚焦探測器配置和示例性檢測條件；圖27表示了聚焦和跟蹤伺服系統(tǒng)；圖28表示了具有交替方向螺旋軌道的格式化；圖29表示了多種軌道開始和終止點；圖30表示了包括基本上圓形的微全息圖的格式化；圖31表示了包括伸長微全息圖的格式化；圖32表示了離軸微全息圖記錄；圖33表示了離軸微全息圖反射；圖34A-34C表示了離軸微全息圖記錄和讀?。粓D35表示了用于制備微全息母媒質(zhì)的配置；圖36表示了用于由微全息母媒質(zhì)制備共軛微全息母媒質(zhì)的配置； 圖37表示了用于由共軛微全息母媒質(zhì)制備流通微全息媒質(zhì)的配置；圖38表示了用于由微全息母媒質(zhì)制備流通微全息媒質(zhì)的配置； 圖39表示了通過改變預(yù)先格式化的微全息圖陣列來記錄數(shù)據(jù)； 圖40表示了用于讀取基于微全息圖陣列的存儲器設(shè)備的配置。
具體實施方式
應(yīng)當理解，已經(jīng)簡化了附圖和對本發(fā)明的說明，以說明與清楚理解 本發(fā)明相關(guān)的元件，同時為了清楚，省略了許多在典型全息方法和系統(tǒng)中可以找到的其他元件。然而，因為這些元件是本領(lǐng)域一^知的，并且因 為它們無助于更好地理解本發(fā)明，因此在本文中不再對這些元件進^f亍討 論。本說明書涉及本領(lǐng)域技術(shù)人員可知的所有變化和修改。凝迷體積光學(xué)存儲系統(tǒng)有可能滿足高容量數(shù)據(jù)存儲的要求。在諸如緊致盤(CD)和數(shù)字通用盤(DVD)格式的傳統(tǒng)光盤存儲格式中，將數(shù)字 信息存儲在單一 (或者至多兩個)反射層中，與這些格式不同，根據(jù)本設(shè)置在垂直堆疊、橫向定向的軌道中的多個體積中。每個軌道可以限定 相應(yīng)的橫向(例如徑向)定向的層。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，可以將數(shù)據(jù)的單個位或者位組編碼成單獨 的微全息圖，每個微全息圖基本上包含在相應(yīng)的一個體積中。在一個實 施例中，該媒質(zhì)或介質(zhì)采用可注模熱塑盤的形式，并且具有一個或多個 非線性功能特性。該非線性功能特性可以具體體現(xiàn)為作為所經(jīng)歷的能量 的非線性函數(shù)的折射率變化，該能量例如為入射光強度或者能量或者加 熱。在這個實施例中，通過在該j 某質(zhì)的全合定體積內(nèi)生成干涉條紋，可以 有選擇性地將數(shù)據(jù)的一個或多個位編碼在該體積中，作為隨后的可檢測 的折射率調(diào)制。因此，可以將折射率變化的三維分子光響應(yīng)矩陣用于存 儲數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，非線性功能特性可以確定閾值能量響應(yīng)條 件，在該條件以下基本上不發(fā)生折射率變化，在該條件以上引起可測量 的折射率變化。按照這種方式，通過投射具有小于該閾值的傳遞能量的 光束，能夠讀取或再現(xiàn)(recover)選定的體積，并且利用具有大于該閾 值的傳遞能量的光束，能夠?qū)懭牖虿脸x定的體積。相應(yīng)地，可以確定 稠密體積矩陣，每個體積中實質(zhì)上可以或可以不包含微全息圖。每個微 全息圖具體體現(xiàn)為具有不同折射率的子區(qū)域的交替圖案，這些子區(qū)域?qū)?應(yīng)于用于寫入微全息圖的反向傳播光束的干涉條紋。在折射率調(diào)制作為 與目標體積(例如編碼的位中心)的距離的函數(shù)快速衰減之處，可以更 加密集封裝(pack)這些體積。根據(jù)本發(fā)明的 一 個方面，可以利用局部化加熱圖案——對應(yīng)于穿過 該體積的反向傳播激光束的干涉條紋一 _引起特定體積中的折射率變化。在一個實施例中，該折射率變化是由熱塑媒質(zhì)的非晶和結(jié)晶態(tài)之間 的密度差造成的。通過在媒質(zhì)的目標體積中的千涉條紋處熱激勵該目標 體積的子體積，可以在該目標體積中選擇性地引起從一種狀態(tài)到另 一種 狀態(tài)的轉(zhuǎn)變?？蛇x的是，可以利用該媒質(zhì)目標體積的子體積內(nèi)的化學(xué)變 化引起折射率變化，該化學(xué)變化例如為在位于該目標體積內(nèi)的染料或者 染料內(nèi)的其它催化劑中發(fā)生的化學(xué)變化。也可以利用熱激勵選擇性地《1 起這種化學(xué)變化。利用非線性響應(yīng)媒質(zhì)的配置非常適合用于提供一種面向位的(與基 于頁面的形成對比)微全息媒質(zhì)和系統(tǒng)，其使用單個緊聚焦光束，聚焦的、略聚焦或者未聚焦的反射光束。這種配置提供的優(yōu)點包括改善了 對于記錄光學(xué)器件未對準的容差，以及提供了更加簡單、成本更低的微 全息系統(tǒng)。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，可以將具有很小曲率或者沒 有曲率的反射元件用于微全息系統(tǒng)中?？梢詫?shù)據(jù)記錄盤的 一個表面用 作反射元件(具有或者不具有反射涂層)。例如，具有低曲率特征的可注模熱塑媒質(zhì)可以模制成媒質(zhì)表面，并 且能夠被金屬化并用于產(chǎn)生反射以及用于跟蹤。根據(jù)本發(fā)明的一個方 面，可以模制熱塑媒質(zhì)以使盤中包含略彎曲的元件，繼而可以將其用于 產(chǎn)生具有較高功率密度的反射。這些特征也可以用于跟蹤例如DVD上 的凹槽。而且，可以將一個或多個元件用于校正反射光束。例如，可以 將彎曲鏡用于生成準直光束，并且可以將液晶單元用于抵消由于去到不 同的層而產(chǎn)生的路徑長度差?；蛘?，可以將起到衍射元件作用的全息層 接近該媒質(zhì)的表面放置，從而提供對光束的校正?？梢詫⑼獠糠瓷溏R或 者盤表面用于產(chǎn)生反射。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，在不同層處的數(shù)據(jù)讀取可以是不同的。因 為反射在不同層處具有不同的像差，所以可以將該像差用于聚焦過程中 的層索引?？梢詫⒃摫P背面的設(shè)計用于提供對反射光束的更好控制，以 便增大有效光柵強度。多層涂層和/或表面結(jié)構(gòu)(類似于顯示器膜結(jié)構(gòu)) 適合使用。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，還可以將吸收傾斜入射光束并反射 垂直光束的設(shè)計用于減少噪聲以及控制微全息圖的取向。而且，微全息 圖的光柵強度對于不同的層無需相同?？梢詫⒐β收{(diào)度用于不同層處的 記錄。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，可以實現(xiàn)使用一個聚焦光束和一個平面波光束在閾值材料中記錄微全息圖。盡管這種方法可以利用兩個輸入光 束，但是對準要求沒有常規(guī)方法嚴格，同時微全息圖取向和強度保持良 好控制并且貫穿各層是均勾的。也可以更好地預(yù)測讀取信號。#個在(^/"g/""^么惑術(shù)' 單個位微全息術(shù)與其它全息技術(shù)相比，在光學(xué)數(shù)據(jù)存儲方面具有幾 個優(yōu)點?，F(xiàn)在參照圖1,示出了使用反向傳播的光束在媒質(zhì)內(nèi)形成全息圖的示例性配置100。其中，微全息記錄是由兩個反向傳播的光束110、 20干涉以在記錄媒質(zhì)130的體積140中產(chǎn)生條紋而引起的。通過以接 近衍射極限的直徑(例如約1微米(Mm)或更小)使光束110、 120聚 焦在記錄媒質(zhì)140內(nèi)的目標體積處，例如希望的位置處，就可以獲得干 涉?？梢詫⒊Ｒ?guī)透鏡115用于光束110以及將透鏡125用于光束120來 聚焦光束IIO、 120。盡管表示了簡單的透鏡，但是當然也可以使用復(fù)合 透鏡形式。圖2表示了使用反向傳播的光束在支持全息圖的媒質(zhì)內(nèi)形成全息圖 的可選配置200。在配置200中，曲面反射鏡220取代了透鏡125,使 得光束110的聚焦反射120與光束110自身干涉。配置100、 200需要 使透鏡115與125或者透鏡115與反射鏡220相對彼此高度精確對準。 相應(yīng)地，采用這種配置的微全息記錄系統(tǒng)限于穩(wěn)定的、無振動的環(huán)境， 例如包含常規(guī)高精度定位臺的環(huán)境。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，可以將聚焦、略聚焦或者未聚焦的反射光 束(相對于反向傳播的聚焦光束)用于記錄。圖3表示了使用反向傳播 光束在媒質(zhì)內(nèi)形成全息圖的可選配置300。配置300使用來自反射4竟320 的光束110的未聚焦反向傳播反射310。在所示實施例中，反射鏡320 采用基本上為平面反射鏡的形式。圖4表示了使用反向傳播的光束在媒質(zhì)內(nèi)形成全息圖的可選配置 400。配置400使用來自反射鏡420的光束110的略聚焦反向傳播反射 410。所示的配置400的實施例還包括光路長度校正元件425，其可以采 取例如液晶單元、玻璃楔或者楔對的形式。圖5表示了使用反向傳播的光束在媒質(zhì)內(nèi)形成全息圖的另 一種可選 配置500。類似于配置300 (圖3)，配置500使用基本上為平面的反射 表面。然而，配置500使用了媒質(zhì)130自身的一部分520來提供光束110的反射510。部分520可以采取媒質(zhì)130的反射(例如金屬涂敷)后表 面、媒質(zhì)130內(nèi)的反射層或者在媒質(zhì)130中實質(zhì)上形成反射表面的一個或多個全息圖的形式，所有這些形式均為非限制性實例。在配置300、 400和500中，光束110在目標體積或區(qū)域中比光束 310、 410、 510具有更小的光點尺寸和更大的功率密度，使得微全息圖 的維度將由該較小光點尺寸的維度驅(qū)動。兩個光束的功率密度差的潛在 缺點是在干涉圖案中產(chǎn)生零頻(pedestal)或者DC成分。當材料130顯 示出隨著所經(jīng)歷的曝光強度的折射率線性變化，該零頻或者DC成分消 耗了材料130相當大部分的記錄能力(動態(tài)范圍)。圖6表示了從反向傳播的光束所經(jīng)歷的光強度隨位置的變化——從 而形成了干涉條紋。如圖7所示，在線性響應(yīng)材料中，其中折射率相對 于iiQ隨著經(jīng)歷的光強度基本上線性地變化，(相對)未聚焦的光束由此 消耗了比對應(yīng)于希望全息圖的目標體積大得多的體積中的動態(tài)范圍，從 而降低其它體積和微全息圖的可能的反射率。在反向傳播的光束也是正 入射之處，還在該媒質(zhì)的整個深度上消耗了動態(tài)范圍(參見圖l和2)。根據(jù)本發(fā)明的 一個方面，利用對于所經(jīng)歷的功率密度具有非線性響 應(yīng)的記錄材料，減輕了全息圖形成過程中不是目標體積的受影響體積中 的這種動態(tài)范圍消耗。換句話說，將具有非線性記錄屬性的媒質(zhì)與微全 息方法結(jié)合使用。將該材料的非線性記錄屬性用于促進隨光強度非線性 的記錄(例如平方、立方或者為閾值型的)，使得基本上僅在某個光強 度以上發(fā)生記錄。該材料的這種非線性記錄特性減少或消除了未尋址體 積中的動態(tài)范圍消耗，并且有助于微全息圖維度的減小，從而有助于目 標體積的維度的減小。圖10A-B和11A-B表示了線性記錄媒質(zhì)的記錄特性，同時圖10C -D和11C-D表示了閾值型非線性記錄媒質(zhì)的記錄特性。更特別的 是，圖10A-IOD表示了使如圖1和2所示的兩個聚焦的反向傳播的光 束干涉產(chǎn)生了光強度的調(diào)制，其中位置0 ( -0.5與0.5之間的中間)對 應(yīng)于沿著媒質(zhì)厚度的這兩個聚焦光束的焦點。在媒質(zhì)具有線性記錄屬性 的情況下，將產(chǎn)生如圖IOB所示的折射率調(diào)制，其遵循圖IOA所示的強 度分布。盡管折射率調(diào)制最終會在接近位置0時最大化，但是可以注意 到其基本上在該材料的整個厚度上延伸，并且不限于例如圖10B中的位 置(橫坐標)值一一使得所生成的微全息圖基本上沒有包含在媒質(zhì)內(nèi)的特定體積內(nèi)，其中多個體積上下疊置。另一方面，在具有非線性或閾值 屬性的記錄媒質(zhì)中(圖10D中表示了閾值條件)，基本上僅在滿足閾值條件1020的體積中出現(xiàn)記錄1010,使得所得到的微全息基本上包含在 特定體積內(nèi)，其中多個體積上下疊置。圖IOD表示了微全息圖引起的條 紋延伸了大約3ym多。如圖11A-11D所示，在微全息圖的橫向維度 中存在類似的特性。由此證明了利用閾值型的非線性材料，減輕了媒質(zhì) 的非目標體積的動態(tài)范圍的不希望的消耗。盡管為了說明描述了閾值型非線性材料，但是應(yīng)當理解，在一階近 似的情況下，在線性響應(yīng)材料中，折射率調(diào)制的振幅隨著光強度線性變 化(參見圖10A-10B、 11A-11B)。因此，即使具有記錄閾值的材料 可以證明是特別希望的，但是對曝光呈現(xiàn)出非線性光學(xué)響應(yīng)的材料(其 中折射率調(diào)制的幅度，例如象大于1的冪(或者冪的組合)那樣變化) 將顯著減輕其它受影響體積中的動態(tài)范圍消耗。再返回到閾值型的非線性材料，并且再次參照圖10C-D和11C-D,在這種情況下，閾值響應(yīng)媒質(zhì)這樣工作，即基本上僅在入射能量密 度或者功率密度1015高于閾值1020時經(jīng)歷光引起的折射率變化1010。 在閾值1020以下，該媒質(zhì)基本上不經(jīng)歷折射率變化。用于記錄的反向 傳播光束之一 (例如反射光束)可以是聚焦的(圖1和2)、略聚焦的 (圖4)或者甚至未聚焦的(圖3和5)。盡管如此，使用這種閾值響 應(yīng)材料仍具有放松聚焦容差要求的影響。另一個優(yōu)點是可以將反射裝置 包含在該媒質(zhì)(例如盤)中，類似于當前的表面技術(shù)光學(xué)存儲設(shè)備，例 如圖5所示的?，F(xiàn)在還參照圖8和9，使用較小的微全息圖(與較大的基于頁面的 全息圖形成對比)改善了對溫度波動和角度未對準的系統(tǒng)容差。圖8表 示了作為記錄與讀取溫度之差的函數(shù)的預(yù)期全息圖布拉格失諧(a^，其中L為全息圖長度)。附圖標記810對應(yīng)于預(yù)期的微全息圖性能，而 附圖標記820對應(yīng)于預(yù)期的基于頁面的全息圖的性能。圖9表示了作為 角度變化的函數(shù)的預(yù)期全息圖布拉格失諧其中L為全息圖長 度)。附圖標記910對應(yīng)于預(yù)期的微全息圖性能，而附圖標記920對應(yīng)于預(yù)期的基于頁面的全息圖的性能。僅為了進一 步說明而非限定的是，以接近衍射極限的尺寸聚焦的入 射光束可以略聚焦或者根本未聚焦地反射，使得反射光束相對于反向傳 播的聚焦入射光束而言是未聚焦的(或略聚焦的)。該反射元件可以位 于盤表面上，并且可以采取例如平面反射鏡或者略微彎曲的反射鏡的形 式。如果在聚焦光束與反射之間出現(xiàn)一定程度的未對準，則在反射光束 的相位波前具有較大曲率的情況下，將由聚焦光束的位置驅(qū)動干涉圖 案。當聚焦光點相對于反射光束移動時，該大曲率產(chǎn)生小的功率密度變 化。已經(jīng)提出了將光聚合物作為全息存儲系統(tǒng)的媒質(zhì)備選材料。以夾在 玻璃襯底之間的凝膠狀態(tài)記錄，基于光聚合物的媒質(zhì)具有適當?shù)恼凵渎?變化和靈敏度。然而，希望的是提供一種簡化的結(jié)構(gòu)，例如模制盤。而 且，光聚合物系統(tǒng)對于環(huán)境條件(即環(huán)境照明)敏感，并且通常在記錄 過程之前、期間甚至有時是之后需要特殊處理。也希望消除這些缺點。根據(jù)本發(fā)明的 一個方面，將聚合物相變材料用作全息數(shù)據(jù)存儲媒 質(zhì)，其中通過使該材料暴露于光束在該材料中引起折射率調(diào)制。在一個 實施例中，可檢測的折射率變化是由熱引起的該材料在非晶和晶體成分 之間的局部變化產(chǎn)生的。這樣就使得能夠利用小能量引起潛在的大折射 率調(diào)制。這種材料還提供了閾值條件，其中閾值以下的光學(xué)曝光能量對 于材料的折射率具有很小的影響或者基本上沒有影響，而閾值以上的光 學(xué)曝光能量造成可檢測的折射率變化。更特別的是，可引起相變的聚合物材料能夠在可注模的、環(huán)境穩(wěn)定 的熱塑襯底中提供大折射率變化(An>0.01)以及良好靈敏度(S>500 或更大cm/J)。此外，這種材料還提供了使用基本上閾值響應(yīng)的記錄過 程的可能性一一使得能夠?qū)⑾嗤ㄩL的激光用于讀和寫，同時防止環(huán)境 光曝光顯著劣化存儲的數(shù)據(jù)。在一個實施例中，可檢測的折射率變化對 應(yīng)于共聚物熱塑襯底的成分之一的非晶與晶體狀態(tài)之間的折射率差。通 過將該共聚物升高到熔化溫度(Tm)以上并且快速冷卻或者淬火該材 料，以引發(fā)該材料的先前晶體成分冷卻在非晶狀態(tài)下，能夠制備這種襯 底?，F(xiàn)在還參照圖14A和14B，光束在該材料的目標體積內(nèi)干涉，/人而 局部加熱其對應(yīng)于干涉條紋的子體積，這是由于在這些子體積處的能量 吸收造成的。 一旦局部溫度上升到臨界溫度以上，例如玻璃轉(zhuǎn)變溫度 (Tg)以上(圖14A)，該材料的晶體成分熔化，并且隨后冷卻為非晶 狀態(tài)，從而產(chǎn)生了相對于該材料中的其它晶態(tài)體積的折射率差。可選的 是，該臨界溫度可以在納米疇成分材料的熔化溫度(Tm)附近。無論 如何，如果入射光束的能量不足以使該材料的溫度升高到臨界溫度以 上，則基本上不會發(fā)生變化。這在圖14B中表示出來，其中臨界值Fcnt 以上的光注量造成相位變化，該相位變化導(dǎo)致全息圖寫入，并且小于臨 界值Ferit的光注量基本上不會造成這種變化_一并且由此適用于讀取所記錄的全息圖，并且因此恢復(fù)所記錄的數(shù)據(jù)。為了非限定地進一步說明，由FCRIT = Lx p XCpX AT給出該臨界值，其中L是微全息圖的長度或者深度，p是材料密度，Cp是該材料的 比熱，并且AT是經(jīng)歷的溫度變化(即，Tg-To,其中Tg是該材料的 玻璃轉(zhuǎn)變溫度，To是該材料的環(huán)境溫度)。例如，當使用密度為1.2g/cm3 并且比熱為1.2J/(K .g)的聚碳酸酯時，微全息圖的長度為5 x 10 —4cm， 并且溫度變化為125°C (K) , FCRIT = 90mj/cm2。轉(zhuǎn)化為能量項，達到該 臨界注量Fcrit所需的能量(ECRIT )為ECRIT = FCRIT x A = FCRIT x丌Wo2/2 ， 其中A是該全息圖的橫向面積，wo是光束腰。提供EcRrr所需的焦點處 的能量Ep為EF = ECRIT/ ( 1 - e—")，其中e-"為透射，a-a。4^F， ao是該材料的線性吸收，ccnl是該材料的非線性吸收，F(xiàn)是最大入射光注量，L是該微全息圖的長度。傳遞到該材料以提供焦點處所需的能量EF 的入射能量Ew為 O一e 〉e ,其中e—"為透射，a = oc0+aNLF, oc0是該材料的線性吸收，ccnl是該材料的非線性吸收，F(xiàn)是最大入射光注量，L是該微全息圖的長度，并且D是該材料的深度(或長度)(例如 該媒質(zhì)盤的厚度)。現(xiàn)在還參照圖15A-15C,假設(shè)光束腰wo為0.6x10 —4cm,則該全息的橫向面積A為5.65 x 10 —9cm2。又々l/沒微全息圖的 深度L為5 x 10 —4cm,并且該材料的深度D(例如整個媒質(zhì)盤)為lmm， 則入射能量E!n與cc之間的預(yù)測關(guān)系如圖15A所示。進一步假設(shè)材料線 性吸收oc。為0.018 l/cm，并且材料非線性吸收o(NL為1000cm/J (并且 材料長度仍為.lcm),則透射與注量之間的預(yù)測關(guān)系如圖15B所示。使 用這些相同的假設(shè)，圖15C表示了光束腰與距離以及歸一化吸收與距離 之間的預(yù)測關(guān)系。同樣并且如圖16A和16B所示，預(yù)期的是，使這種共聚物材料媒質(zhì) 在反向傳播光束下曝光，將按照與反向傳播光束干涉條紋對應(yīng)的固定折 射率調(diào)制的形式寫入微全息圖，這是由于在干涉條紋處形成或者破壞了結(jié)晶聚合物的納米疇而造成的。也就是說，基于基本上小于正在使用的 光波長的結(jié)晶納米疇的形成或破壞，相變/相分離機制產(chǎn)生了折射率調(diào) 制。使用兩個反向傳播光束預(yù)測圖16B的值，每個反向傳播光束具有 75mW的單一入射光束功率(Pl =P2), a =20cm—、并且曝光時間(T) 為lms。圖16C中表示了預(yù)測所得到的形成該微全息圖的折射率改變(△ n = 0.4)。如圖中所示，基本上只有在局部加熱超過閾值條件(例如溫 度超過150°C)使得產(chǎn)生了閾值記錄條件的情況下，才會出現(xiàn)具體化為 一系列折射率改變的微全息圖，該一 系列折射率改變對應(yīng)于反向傳播光 束的干涉條紋。適用的適當聚合物包括(作為非限定性實例)顯示出部分結(jié)晶度的 均聚物、包括非晶和晶態(tài)聚合物的均聚物的混合物以及包括隨機和成塊 共聚物的多種共聚物組分，以及具有或不具有均聚物的共聚物的混合 物。這種材料適用于在3微米量級深處存儲全息圖，僅作為非限定性實 例。該材料的線性吸收高，從而使該材料不透明并且限制了靈敏度。與光致反應(yīng)機制分離，從而可能獲得大靈敏度。根據(jù)本發(fā)明的一個方 面，熱引發(fā)過程可以為光引發(fā)的折射率改變提供非線性響應(yīng)機制。這種 機制或者閾值條件使得能夠以低和高功率使用相同波長的光束，以便分 別用于數(shù)據(jù)讀取和記錄。這個特性還防止了環(huán)境光顯著劣化所存儲的數(shù) 據(jù)。具有反飽和吸收(RSA)屬性的染料是有用的，其中吸收是注量的函數(shù)并且隨著注量的增大而增大。因此，吸收在(多個)光束焦點處是 最大的，這意味著背景線性吸收小，最終產(chǎn)生了幾乎透明的材料。這些 染料的實例包括卟啉和酞菁，僅作為非限定性實例。而且，非晶/晶態(tài)共聚物適合在可注模的熱塑襯底中提供希望的屬 性，該襯底例如為盤。使用熱塑性材料使數(shù)據(jù)能夠記錄在穩(wěn)定的襯底 中，而沒有重要的后處理要求，使得單一共聚物材料本身就提供了折射 率改變、靈敏度、穩(wěn)定性和"固定"。并且，通過選擇共聚物的成分， 大于常規(guī)光聚合物的折射率調(diào)制也是可能的。該材料的靈敏度可以取決 于所使用的染料的光學(xué)吸收屬性。在已知反向飽和吸收染料的情況下，可以獲得是常規(guī)全息光聚合物2-3倍高的靈敏度。閾值條件還提供了 以相同波長讀取和寫入數(shù)據(jù)的能力，在記錄了數(shù)據(jù)之后需要很少的后處 理或者不需要后處理。這與光聚合物形成了對比，光聚合物通常需要在 記錄數(shù)據(jù)之后使襯底全部曝光，以使該系統(tǒng)完全固化。最后，在數(shù)據(jù)記 錄之前，該共聚物襯底可以處于熱塑狀態(tài)，這與光聚合物的凝較狀狀態(tài) 形成對比。這樣，與光聚合物相比，有利地簡化了該媒質(zhì)的物理結(jié)構(gòu)， 這是因為熱塑態(tài)材料本身可以是注模的，并且無需包含在例如容器或者 載體內(nèi)。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，可以將非晶/晶態(tài)共聚物用于支持光 引發(fā)的相變和所得到的折射率調(diào)制?？梢詫⒕€性吸收染料與非晶/晶態(tài)相 變材料組合使用，以將光學(xué)能量變?yōu)闇囟仍黾??？梢允褂梅达柡臀杖?料有效地生成溫度升高?？梢越柚玖虾拖嘧?相分離材料將光學(xué)激勵與 折射率變化誘因分開，相變/相分離材料能夠?qū)崿F(xiàn)折射率變化的閾值條 件。作為進一步說明，在某些成塊共聚物成分中，單獨的聚合物相自發(fā) 地分離成規(guī)則排序的疇結(jié)構(gòu)，這些疇結(jié)構(gòu)不會像聚合物混合物那樣宏觀 生長，這是由于共聚物的性質(zhì)決定的。Sakurai在TRIP, 1995年第3巻 第90頁以后討論了這種現(xiàn)象。構(gòu)成共聚物的單個聚合物能夠取決于溫 度顯示出非晶和/或晶態(tài)特性。各個聚合物的重量比可用于指示分離的微 相形成了球、柱還是薄片?？梢允褂眠@樣的共聚物系統(tǒng)，其中當筒短的 (或延長的)加熱到單個塊的玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)和熔化溫度(Tm) 以上時，兩個相都是非晶的。當冷卻到低溫時， 一個相結(jié)晶，同時保持 原始微相的形狀。如Hung等人在2001年34期《Macromolecules》的第6649頁及以后發(fā)表的，在聚(環(huán)氧乙烷)/聚苯乙烯成塊共聚物中說明 了這種現(xiàn)象的一個實例。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，可以按照例如75%/25 %的比例使用聚(環(huán)氧乙烷)/聚苯乙烯成塊共聚物。例如，能夠?qū)⒐饣瘜W(xué)和熱穩(wěn)定染料添加到這種共聚物中并且注模成 U0mm直徑的盤，該染料例如為酞菁染料，如銅酞菁、鉛酞菁、鋅酞菁、 銦酞菁、銦四丁基酞菁、鎵酞菁、鈷酞菁、鉑酞菁、鎳酞菁、四-4-石黃酉臾笨基口卜淋一4同(II) (tetra-4-sulfonatophenylporphyrinato畫copper (II)) 或者四-4-磺酸苯基卟啉-鋅(II)。模制將共聚物的溫度提高到聚苯 乙烯的玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)和聚(環(huán)氧乙烷)的熔化溫度(Tm)以上， 從而生成具有微相分離的非晶材料。將該盤冷卻(例如淬火)到約-30 。C使得聚(環(huán)氧乙烷)相貫穿該材料結(jié)晶。當晶態(tài)區(qū)域的疇尺寸足夠小， 例如小于一百納米(例如〈100nm)時，該媒質(zhì)將不會使光散射，并且該 媒質(zhì)即使在厚襯底中也將保持透明?？梢酝ㄟ^使2個激光束(或者光束 及其反射)在該盤的特定區(qū)域(例如目標體積)中干涉，而將數(shù)據(jù)記錄 到該材料中。當暴露于一個或多個記錄光束(例如高功率激光束)時，染料吸收 干涉條紋處的強光，即刻將該盤相應(yīng)體積或區(qū)域中的溫度升高到聚(環(huán) 氧乙烷)相的熔化溫度(Tm)以上。這使得該區(qū)域成為基本上非晶的， 從而產(chǎn)生了與周圍材料中的晶態(tài)疇不同的折射率。隨后為了讀取所記錄 的微全息圖并且作為微全息圖反射再現(xiàn)相應(yīng)數(shù)據(jù)而暴露于低能量激光 束，并不會造成材料的任何顯著變化，其中使用不會將聚合物加熱到各 個聚合物的Tg或者Tm以上的激光功率。因此，可以提供非線性光學(xué) 響應(yīng)(例如閾值響應(yīng))的全息數(shù)據(jù)存儲媒質(zhì)，其在長時間段內(nèi)并且經(jīng)過 多次讀取基本上保持穩(wěn)定。盡管球、柱和薄片是常用結(jié)構(gòu)，但是其它排列也能夠同樣形成并工 作。可替換的是，可以使用各種塊狀共聚物，包括聚碳酸酯/聚酯塊狀共 聚物，并且這些塊狀共聚物允許晶態(tài)疇的不同形成溫度以及破壞溫度。 如果用于吸收輻射并且產(chǎn)生熱量的染料采取反飽和吸收物的形式，可以 對精確查明何處發(fā)生了加熱進行良好控制。微全息圖的橫向延伸比(多 個)聚焦激光束的束腰直徑小得多。因此可以通過使用根據(jù)本發(fā)明一個 方面的非線性記錄媒質(zhì)，實現(xiàn)對所記錄的微全息圖之外的記錄材料的動 態(tài)范圍消耗的限制或者消除，由此提高了每個微全息圖的反射率，并且因此提高了數(shù)據(jù)存儲容量。閾值材料也能夠表現(xiàn)出比線性材料對于記錄更加敏感的附加優(yōu) 點。這個優(yōu)點可以轉(zhuǎn)化為微全息系統(tǒng)的更高的可實現(xiàn)記錄數(shù)據(jù)速率。而 且，由于該媒質(zhì)的閾值特性而產(chǎn)生的階梯式折射率調(diào)制，可以用于生成 比使用線性材料時反射更少的微全息圖。然而，對于數(shù)據(jù)存儲應(yīng)用，反 射率可以保持足夠高?，F(xiàn)在還參照圖12，預(yù)期反射率隨著折射率調(diào)制的 增加而增加。還預(yù)期熱擴散不應(yīng)呈現(xiàn)不適當?shù)膯栴}。也已經(jīng)考慮到了全 息圖形成過程中的熱擴散，并且預(yù)期溫度圖案遵循反向傳播光束的干涉 條紋，即曝光圖案。為了保持折射率圖案中的條紋，基本上可以將熱擴散限制到達到相變溫度的條紋之間的區(qū)域。圖12中的曲線1210對應(yīng)于 線性響應(yīng)材料，并且圖12中的曲線1220對應(yīng)于閾值響應(yīng)材料?，F(xiàn)在還 參照圖UA和UB,示出了作為位置的函數(shù)的預(yù)期溫度升高分布。相應(yīng) 地，預(yù)期從目標體積到周圍體積的熱泄漏不應(yīng)當將周圍體積升高到閾值 溫度1020?；?An),以實現(xiàn)全:數(shù)據(jù):《儲，其中該有機染料相對于聚合母體而 言具有大諧振增強折射率。在這種情況下，對特定區(qū)域或者目標體積中 的染料進行漂白，可以用于產(chǎn)生用于全息術(shù)的折射率梯度?？梢酝ㄟ^在 該媒質(zhì)內(nèi)使光束干涉以漂白特定區(qū)域來寫入數(shù)據(jù)。然而，在干涉光穿過 整個媒質(zhì)，(即使僅將要漂白特定區(qū)域)并且存在對于漂白輻射的線性 響應(yīng)時，(即使光束強度在聚焦區(qū)域中最大并且在聚焦區(qū)域中產(chǎn)生最大 程度的漂白)預(yù)期貫穿被照射的媒質(zhì)，較低層次(level)的染料被漂白。 因此，在將數(shù)據(jù)寫入到多個層次之后，預(yù)期在線性記錄媒質(zhì)中出現(xiàn)不需 要的附加的漂白。這最終可能限制能夠?qū)懭朐撁劫|(zhì)中的數(shù)據(jù)層的數(shù)量， 而這又限制了該線性記錄媒質(zhì)的整體存儲容量。由于認識到記錄媒質(zhì)需要具有高量子效率(QE )以便具有對于商業(yè) 用途而言有用的靈敏度，產(chǎn)生了另一種顧慮。QE是指入射到光反應(yīng)元 件的、將生成電子-空穴對的光子的百分比，其是該設(shè)備靈敏度的度 量。即使在使用低功率讀取激光時，具有高QE的材料也通常受到對所 存儲的全息(因而對數(shù)據(jù))的快速漂白。 一貫的是，在線性響應(yīng)媒質(zhì)中，數(shù)據(jù)實質(zhì)上變?yōu)椴豢勺x取的之前，僅能夠有限次地讀取數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，將非線性光學(xué)響應(yīng)媒質(zhì)用于解決這些缺點。同樣，可以在用于提供數(shù)據(jù)存儲和獲取的全息系統(tǒng)中使用基于熱塑性材料的解決方案，來取代光聚合物。這在過程、處理和存儲方面證明是有利的，并且與各種全息技術(shù)具有兼容性。作為進一步解釋，可以將熱塑材料中的窄帶吸收染料用于全息光學(xué)數(shù)據(jù)存儲。人們認為剛性聚合物網(wǎng)絡(luò)妨礙某些光化學(xué)反應(yīng)的量子效率 (QE)。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，局部加熱聚合物網(wǎng)絡(luò)到例如熱塑性材料的Tg附近或者以上的溫度，對于提高該材料的局部QE是有 效的，例如提高〉100倍。這種改進按照有用于全息光學(xué)數(shù)據(jù)存儲的方式 直接增強了該材料的靈敏度。而且，其提供了光柵過程(grating process) 或者閾值過程，其中染料分子在該媒質(zhì)的分立熔化區(qū)域中比在周圍的非 晶材料中更快地經(jīng)歷光化學(xué)反應(yīng)——由此有助于寫到媒質(zhì)的許多虛擬 層上，而不顯著影響其它層。換句話說，其使得能夠在沒有有害地使其 它體積顯著漂白的情況下進行讀取和寫入?，F(xiàn)在參照圖17A-17C,可以將包含聚合母體的鄰硝基芪(ortho-nitrostilbenes ) ( o -硝基芪)用于全息數(shù)據(jù)存儲。造成該鄰硝基芪漂白 的光化學(xué)反應(yīng)是公知的,并且例如在Splitter和Calvin在1955年第20 期JOC第1086 - 1115頁中對其進行了討論。McCulloch隨后通過將染 料漂白以形成覆層材料來使用這類化合物在薄膜應(yīng)用中生成波導(dǎo)(參見 1994年第27期Macromolecules第1697 - 1702頁)。McCulloch發(fā)表了 在聚曱基丙烯酸曱酯(PMMA)母體中特定鄰硝基芪的QE為0.000404。 然而，他注意到在稀釋的己烷溶液中的相同染料在相同的漂白波長時具 有0.11的QE。 McCulloch還推測這種差異是由于在從薄聚合物膜進入 到己烷溶液時lambda最大值的向藍移造成的。其可能與遷移率效應(yīng)有 關(guān)，這是因為剛性聚合物中鄰硝基芪的穩(wěn)定構(gòu)造可能會由于初始周環(huán)反 應(yīng)而不能適當對準。圖17A示出了表示在25。C和16(TC時利用lOOmW 的532nm激光進行漂白的數(shù)據(jù)。增強可能是由于遷移率增大或者簡單地 由于較高溫度產(chǎn)生的更快反應(yīng)動力學(xué)，或者由這兩者造成。與圖17A — 致，圖17B表示了在約65。C以上預(yù)期所討論母體的增強的QE。因此， 在一個實施例中，將鄰硝基芪染料與聚碳酸酯母體組合使用，以提供與 PMMA材料相當?shù)男阅?，當然略高的QE也是可能的。然而，應(yīng)當理解，本發(fā)明不限于這類染料。相反，本發(fā)明希望使用 任何這樣的光敏染料材料，該材料在室溫或者接近室溫時在固態(tài)聚合母體中具有足夠低的QE,并且在加熱時顯示出QE的增加，例如QE的指數(shù)增加。這提供了一種非線性記錄機制。應(yīng)當理解，只要顯著增強了QE,加熱不必將溫度提高到玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)以上，或者也可將其區(qū)域內(nèi)增強該光敏口染料的QEr在聚碳i酯母體的情況^，通過將包含光敏染料的聚碳酸酯母體加熱到其Tg以上，就可以實現(xiàn)漂白速率的提 高。漂白速率的提高可以是>100倍的量級。可選的是，除了將光致反應(yīng)染料添加到如鄰硝基芪的聚碳酸酯母 體，還可以將第二熱學(xué)和光化學(xué)穩(wěn)定的染料添加到該母體，以起到光吸 收劑的作用，從而在反向傳播激光束的焦點處的干涉條紋處產(chǎn)生局部加 熱?？梢詫⒔裹c處的染料濃度、激光功率和時間用于將預(yù)期溫度調(diào)整到 例如該母體的Tg附近或者以上的希望范圍。在這個實施例中，用于光漂白的光的第一和第二波長同時聚焦在該母體的大約相同區(qū)域中。因為 該材料的受熱區(qū)域中的靈敏度有望比周圍冷剛性聚合物區(qū)域(參見圖 17A)更大，例如是其大約100倍，所以能夠利用對周圍區(qū)域具有小得 多的漂白影響的較低功率光束，將信息快速地記錄在目標受熱體積中。 因此，先前記錄的區(qū)域或者仍未記錄數(shù)據(jù)的區(qū)域經(jīng)歷最小程度的漂白， 由此減少這些位置處不希望的動態(tài)范圍消耗，并且總體上允許在該媒質(zhì) 中寫入更多層數(shù)據(jù)。而且，通過利用加熱特定區(qū)域以進行寫入時所使用 的激光波長、以較低功率進行讀取，還減輕了讀取過程中無意的染料漂 白?？蛇x的是，可以將單一波長或者一波長范圍的光用于加熱和漂白， 使得僅使用一種波長的光(或者一波長范圍)，取代使用兩種不同的波 長。盡管對于局部加熱目的，多種染料均適合用作熱學(xué)和光化學(xué)穩(wěn)定染 料，但是表現(xiàn)出非線性的染料證明特別適合。 一種這類的染料稱作反飽 和吸收劑(RSA),也稱作激態(tài)吸收劑，其特別具有吸引力。這種染料 包括多種金屬酞菁和富勒碳染料，這些染料對于一部分光譜(與該染料 的其它強吸收充分分開)通常具有非常弱的吸收，但是，當光的強度超 過閾值水平時，其也形成強瞬態(tài)三重態(tài)-三重態(tài)吸收。圖17C示出了對 應(yīng)于使用擴展的二甲氨基二硝基芪的非限定實例的數(shù)據(jù)。與其一致，預(yù)期一旦在包含二曱氨基二硝基芪的媒質(zhì)中的反向傳播光束的干涉條紋 處的光強度超過閾值水平，則該染料在焦點處強烈吸收，并且能夠?qū)⒃?材料的相應(yīng)體積快速加熱到高溫。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，使用 熱光柵事件使得能夠以較低能量將數(shù)據(jù)寫入到媒質(zhì)的目標體積中(由此 表現(xiàn)出增加的靈敏度)，同時使該媒質(zhì)的其它體積中的不想要的曝光引 起的反應(yīng)最小化。在 一 個實施例中，將微全息圖沿著多個垂直疊置層中的徑向延伸螺 旋軌道存儲在體積媒質(zhì)中，其中該媒質(zhì)為旋轉(zhuǎn)的盤的形式(例如參見圖28和30)。光學(xué)系統(tǒng)將光束聚焦到該媒質(zhì)中的特定目標體積中，以檢 測該目標體積處是否存在微全息圖，以便再現(xiàn)(recover)或者讀取先前 存儲的數(shù)據(jù)或者在該目標體積處生成干涉條紋，以生成微全息圖。因 此，重要的是精確瞄準目標體積，以便于數(shù)據(jù)寫入和再現(xiàn)光束的照射。在一個實施例中，將照射光束的反射的空間特性用于幫助瞄準包含 微全息圖陣列的媒質(zhì)中的選定體積。如果目標體積，例如微全息圖是離 焦的或者在軌道外，則反射圖像不同于來自按照可預(yù)測方式焦點對準和 在軌道上的微全息圖的反射。而這能夠被監(jiān)測并且用于控制致動器以精 確瞄準特定體積。例如，來自離焦的微全息圖的反射的尺寸與焦點對準 的微全息圖的反射尺寸不同。而且，與來自適當對準的微全息圖的反射 相比，來自未對準微全息圖的反射伸長，例如本質(zhì)上更加橢圓。作為進一步解釋，在上述材料系統(tǒng)中，(與常規(guī)的CD和DVD技 術(shù)不同)，將非金屬化層用于反射入射讀取光束。如圖18所示，包含 在媒質(zhì)1820中的微全息圖1810將讀取光束1830反射到位于一個或多 個光學(xué)元件(例如透鏡)1850周圍的環(huán)形探測器1840。光學(xué)元件1850 將光束1830聚焦到對應(yīng)于微全息圖1810的目標體積中-使得微全息圖 1810生成入射到光學(xué)元件1850和環(huán)形探測器1840的反射。在所示實施 例中，光學(xué)元件1850將該反射傳送到數(shù)據(jù)再現(xiàn)探測器(未示出)。應(yīng) 當理解，盡管僅表示了單個微全息圖1810，但是實際上期望媒質(zhì)1820 包含位于多個位置(例如X、 Y坐標或者沿著軌道)和許多層(例如Z 坐標或者深度平面或者偽平面)中的微全息圖陣列。使用(多個)致動 器，可以將光學(xué)元件1850選擇性地瞄準對應(yīng)于選定微全息圖的目標體積。如果微全息圖1810處于讀取光束1830的焦點處，則讀取激光束 1830受到反射，由此在光學(xué)元件1850處生成反射信號，該反射信號被 傳送到數(shù)據(jù)再現(xiàn)探測器。該數(shù)據(jù)再現(xiàn)探測器可以采用光電二極管的形 式，其定位成檢測例如光束1830的反射。如果在焦點處不存在微全息 圖1810,則數(shù)據(jù)再現(xiàn)探測器不生成相應(yīng)的信號。在數(shù)字數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，可 以將檢測到的信號解譯為'T，，并且將不存在檢測到的信號解譯為"0"， 反之亦然?，F(xiàn)在還參照圖19A-19C，示出了對應(yīng)于焦點上、軌道上圓 形微全息圖的模擬反射數(shù)據(jù)，使用了具有0.5ym入射波長的讀取光束， 激光光點尺寸為D/2 = 0.5ym,左圓偏振，共焦光束參數(shù)z/2 = 2.5pm, 遠場半衍射角為6/2= 11.55。(場)或者6/2 = 8.17。(能量)?，F(xiàn)在還參照圖20,為了微全息圖正確地反射讀取激光束，應(yīng)當將激 光束正確地聚焦在微全息圖上，并且橫向上以微全息圖為中心。在圖20 中，所示的入射光束具有其中心部分2030垂直于傳播光軸2020的波前 2010。微全息圖基本上僅反射具有匹配某個方向的波矢(即k矢量)的 光。聚焦高斯光束，例如圖20所示的光束，是具有各種波矢的許多子 波的交疊。聚焦物鏡的數(shù)值孔徑確定波矢的最大夾角。相應(yīng)地，不是所 有的波矢均被微全息圖反射-使得微全息圖類似于僅反射具有某些波 矢的入射光的濾波器。當遠離焦點時，僅入射光的中心部分與微全息圖 交疊。因此，僅有中心部分被反射。在這種情況下，反射效率的變化減當聚焦光束未與軌道中的微全息圖適當對準時，沿著垂直于軌道的 方向的波矢不象沿著軌道的方向的反射那樣強。在這種情況下，在近場 中光束在垂直于軌道的方向上伸長，同時在遠場中光束沿著這個方向擠 壓。相應(yīng)地，可以提供獨立跟蹤全息圖。圖21A-21C表示了對應(yīng)于圖19A- 19C的圓形微全息圖的模擬的 近場分布(z = -2Mm)。圖21A表示了在x = y = 0并且z = 0.01處射 入媒質(zhì)中的數(shù)據(jù)再現(xiàn)光束。圖21B表示了由x = 0.5的偏移造成的軌道外 條件反射。圖21C示出了由z= 1.01的偏移造成的離焦或者焦點外條件 反射。因此，在焦點未對準條件下，光束效率降低，而在軌道外條件下， 反射在空間上失真?，F(xiàn)在還參照圖22A-22C,表示了分別對應(yīng)于圖21A -21C的近場分布的遠場分布。圖22A表示了在x = y = 0并且z = 0.01處射入媒質(zhì)的數(shù)據(jù)再現(xiàn)光束沿著X和Y方向提供了模擬遠場發(fā)散角(全)，在所示情況下沿著X和Y方向均為11.88° 。圖22B表示了由 x = 0.5的偏移造成的軌道外條件反射導(dǎo)致沿著X和Y有不同的遠場分 布角，在所示情況下沿著X方向為4.6°以及沿著Y方向為6.6。。最后， 圖22C表示了由z= 1.01的偏移造成的焦點未對準或焦點外條件反射導(dǎo) 致沿著X和Y方向的模擬遠場發(fā)散角(全)，在所示情況下沿著X和 Y方向均為9.94。。因此，微全息圖起到k空間濾波器的作用，使得遠 場光點在軌道外條件下為橢圓的，并且該遠場光點在焦點未對準條件下 更小。應(yīng)當理解，該微全息圖不必是圓形的。例如，可以使用長方形微全 息圖?，F(xiàn)在還參照圖23A-23C,表示了對應(yīng)于在焦點上的、軌道上長 方形微全息圖的模擬，其利用了入射波長為0.5ym的讀取光束，D/2 = 0.5 jum的激光光點尺寸，左圓偏振，z/2 = 2.5jum的瑞利范圍以及6/2 =11.55。(場)或者6/2 = 8.17。(功率)的遠場半衍射角一其與圖19A -19C的模擬類似。圖24A-24C表示了對應(yīng)于圖23A-23C的長方形 微全息圖的模擬的近場分布(z = - 2Mm)。圖24A表示了在x = y = 0 并且z-O.Ol處射入媒質(zhì)中的數(shù)據(jù)再現(xiàn)光束。圖24B表示了由x-0.5的 偏移造成的軌道外條件反射。圖24C表示了由z= 1.01的偏移造成的焦 點未對準或者焦點外條件反射。因此，在焦點未對準的條件下，光束效率降低，同時在軌道外條件下，反射在空間上失真。現(xiàn)在還參照圖25A -25C,表示了分別對應(yīng)于圖24A-24C的近場分布的遠場分布。圖25A 表示了在x = y = 0并且z = 0.01處射入媒質(zhì)中的數(shù)據(jù)再現(xiàn)光束，提供了 取決于該微全息圖的長方形程度的遠場發(fā)散，在所示情況下沿著X方向 為8.23。并且沿著Y方向為6.17。。圖25B表示了由x = 0.5的偏移造 成的軌道外條件反射導(dǎo)致沿著X和Y有不同的遠場分布角，在所示情 況下該角沿著X方向為4.33。并且沿著Y方向為5.08° 。最后，圖25C 表示了 z=1.01的偏移造成的焦點未對準或者焦點外條件反射導(dǎo)致沿著 X方向和Y方向有不同的遠場發(fā)散角(全)，在所示情況下沿著X方向 為5.88°并且沿著Y方向為5.00° 。因此，長方形微全息圖還起到k空間濾波器的作用，并且盡管長方 形微全息圖產(chǎn)生橢圓遠場光點空間輪廓，但是在軌道外條件下，拉伸的 方向可能不同，并且遠場光點在焦點未對準條件下變小。僅出于非限定性說明的目的，進一步描述涉及圓形微全息圖的本發(fā) 明。使用四極探測器，例如圖26所示的探測器，可以確定沿著偏離軌 道方向的光束形狀變化以及光束空間強度。因此，在一個實施例中，將 微全息圖反射的空間分布用于確定讀取光束是否聚焦和/或在軌道上。該 信號還可以用于將焦點未對準和軌道外這兩種光束聚焦情況分開，并且 向驅(qū)動伺服提供反饋信號，以校正例如激光器光頭的位置。例如，能夠 使用將微全息圖反射轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕?一個或多個探測器來檢測微全息 圖反射圖像中的變化-并且因此能夠用于為光學(xué)元件定位致動器提供 聚焦和跟蹤反饋。可以將多種光電探測器用于檢測微全息圖反射。例 如，可以將一個或多個光電二極管用于按照常規(guī)方式檢測來自微全息圖 的反射。光電二極管的制造和使用對于相關(guān)領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言是公 知的。將這些探測器提供的信息用于對光學(xué)系統(tǒng)中的致動器實施實時控 制，以便保持聚焦并且停留在正確的數(shù)據(jù)軌道上。因此，這種伺服控制系統(tǒng)可以解決激光束焦點未對準條件下可能出現(xiàn)的兩個主要情況第一個是當激光束沒有聚焦在正確的層上時，第二 個是當激光束相對于所要讀取的微全息圖橫向未對準時；同時還配置為 在存在噪聲源的情況下優(yōu)化跟蹤和聚焦性能。能夠?qū)⒅T如卡爾曼 (Kalman)濾波器的估計技術(shù)用于推斷出該系統(tǒng)過去、當前或者未來狀 態(tài)的最佳估計，以便減少實時誤差并且減少讀取和寫入誤差。圖26A - 26D表示了用于確定該系統(tǒng)是否焦點對準或者處于軌道上 的探測器配置或者陣列(圖26A)以及各種檢測的條件(圖26B-26D)。 在一個實施例中，可以使用四象限探測器陣列2600來確定該光學(xué)系統(tǒng) 是否焦點未對準或者偏離軌道。該探測器陣列2600的每個象限探測器 2600A、 2600B、 2600C、 2600D生成與反射到其上的能量的量成比例的 電壓。探測器陣列2600包括光電二極管陣列，每個光電二極管對應(yīng)于 一個象限，該探測器陣列例如為四極探測器的形式。在所示實施例中， 探測器陣列2600響應(yīng)于在大于聚焦光學(xué)器件(例如透鏡2620)的區(qū)域 上傳播的光學(xué)能量，該聚焦光學(xué)器件用于將光束中繼到體積存儲媒質(zhì)中 或者將反射中繼出體積存儲媒質(zhì)。例如，可以將四極探測器2600放置 在用于照射目標體積和4妄收來自該目標體積的反射的物鏡之后，以一全測 光束形狀變化。在圓形微全息圖的情況下，如果檢測到的光束形狀是橢 圓的，則可以推斷該光束偏離軌道，因此該偏離軌道方向是橢圓光束短軸。如果檢測到的光束小于預(yù)期(具有更小的數(shù)值孔徑)，但是該變化 本質(zhì)上是對稱的，則可以推斷該光束焦點未對準。將檢測到的這些從體 積媒質(zhì)反射的讀取光束的空間輪廓變化用作反饋，以用于驅(qū)動聚焦和/ 或跟蹤控制。可選的是，可以在物鏡周圍使用更小的透鏡陣列，以聚焦 畸變的反射信號。而且，該反射光束的傳播角度變化還用作未對準方向 的指示。由oc表示象限環(huán)形探測器2600A-2600D生成的信號總量。如果該 系統(tǒng)是焦點對準的，如圖26B所示，則聚焦光點是圓形，其具有最小尺寸并且生成最少量的信號OCmm。如果OC〉OCmm如圖26C所示，則可以確定該光束光點焦點未對準?？梢詫⑼哥R2620放置在探測器陣列2600的 中心，以傳送讀取光束并且使其聚焦在微全息圖上?？梢詫⑹筩x最小化 的常規(guī)反饋控制機構(gòu)用于保持微全息圖的聚焦?，F(xiàn)在還參照圖26D，如 果傳感器頭移動偏離軌道，則檢測到非對稱圖案。當在軌道上時，全部 四個象限探測器2600A、 2600B、 2600C、 2600D接收相等的能量，使得|3 = ( 1800B+1800D) - ( 1800A+1800C) =0。因此，條件P-O表示 偏離軌道條件。作為另一個實例，如果傳感器頭偏離軌道并且變量P (相 對象限之差)變得更正或更負，則反射信號變得伸長。可以將常規(guī)的反 饋控制機構(gòu)與跟蹤伺服組合使用，以通過使P的絕對值最小化來減少跟 蹤誤差。在一個實施例中，能夠確定時間基準，從而在適當時間采樣oc 和P?？梢詫㈡i相回路(PLL)用于確定該基準，并且形成采樣的跟蹤 和聚焦控制系統(tǒng)。還可以將有關(guān)盤的旋轉(zhuǎn)速率和當前讀取頭位置的信息 用于為該系統(tǒng)生成主時間基準T。能夠補償誤差來源，例如偏心盤、盤翹曲和/或丟失數(shù)據(jù)?？梢詫⒖?爾曼濾波器用于解決誤差來源，并且根據(jù)過去的信息預(yù)測所記錄的微全 息圖的未來路徑。還能夠估計螺旋路徑軌跡的正常進展，并將其轉(zhuǎn)發(fā)到 跟蹤伺服。該信息可用于增強跟蹤和聚焦伺服的性能，并且減少跟蹤和 聚焦伺服誤差。圖27表示了適用于實現(xiàn)聚焦和跟蹤控制的伺服系統(tǒng) 2700的結(jié)構(gòu)圖。系統(tǒng)2700包括聚焦和跟蹤路徑估計器2710、 2720,在 一個實施例中，其采用常規(guī)卡爾曼濾波器的形式。聚焦路徑卡爾曼濾波 器2720使用伺服定時脈沖(t )、媒質(zhì)的旋轉(zhuǎn)速度、聚焦誤差值(s )(希望的跟蹤路徑與實際跟蹤路徑之差)以及當前觸針(stylus )(例如 讀取頭)位置，來提供媒質(zhì)旋轉(zhuǎn)時的所估計的聚焦軌跡。跟蹤路徑卡爾曼濾波器2720使用伺服定時脈沖(t )、媒質(zhì)的旋轉(zhuǎn)速度、跟蹤誤差值(￡ )以及當前觸針位置來提供所估計的跟蹤軌跡。系統(tǒng)2700還包 括提供全息圖檢測、邊緣檢測、伺服定時脈沖(t )的鎖相回路(PLL) 2730,其響應(yīng)于檢測到的總信號oc、與電機的速度和當前觸針位置直接相關(guān)的電機定時信號，來提供伺服定時脈沖(t )。例如包括差動放大器的常規(guī)的調(diào)節(jié)電路2740，響應(yīng)于象限探測器2600A、 2600B、 2600C、 2600D (圖26A)提供總信號oc以及前述信號P 。聚焦伺服2750響應(yīng)于來自聚焦路徑卡爾曼濾波器2710的所估計的 聚焦軌跡以及伺服定時脈沖(t )、總信號cc以及來自常規(guī)層和軌道搜 索邏輯(未示出)的層搜索命令控制(多個)聚焦致動器2760。跟蹤伺 服2770響應(yīng)于來自跟蹤路徑卡爾曼濾波器2720的所估計的跟蹤軌跡以 及伺服定時脈沖(t )、信號P以及來自常規(guī)層和軌道搜索邏輯(未示 出)的軌道搜索命令控制(多個)聚焦致動器2780。實質(zhì)上，致動器 2760、 2780響應(yīng)于來自常規(guī)層和軌道搜索邏輯(未示出)的相應(yīng)層和軌 道搜索命令，將讀取和/或?qū)懭牍馐ㄎ徊⒕劢乖谠撁劫|(zhì)中的頭的目標體 積中。因此，本發(fā)明公開了 一種在空間存儲媒質(zhì)中聚焦和跟蹤微全息圖的 方法。針對所采樣的跟蹤和聚焦生成主系統(tǒng)定時基準。根據(jù)由于偏離軌 道條件造成的微全息突反射非對稱性和/或由于焦點未對準條件造成的 擴展，生成誤差信號。將卡爾曼濾波器用于估計和校正微全息圖跟蹤控 制伺服中的跟蹤路徑誤差?？梢詫⒖柭鼮V波器用于校正微全息圖聚焦 控制伺服中的聚焦路徑誤差。如果數(shù)據(jù)基于不同的層或者層之間的變 化，則能夠使用該伺服控制。應(yīng)當理解，本文中描述的跟蹤和聚焦系統(tǒng)和方法不限于使用非線性 和/或閾值響應(yīng)材料的體積存儲系統(tǒng)和方法，而是一般可以廣泛用于體積 存儲系統(tǒng)和方法，包括使用線性響應(yīng)材料的那些，例如美國專利公報 20050136333中描述的，將該公報在本文中引入作為參考。利用用于跟蹤的數(shù)據(jù)表示微全息圖對可旋轉(zhuǎn)體積存儲盤進行格式化
如本文中所述，能夠利用多個垂直層并且沿著每層上的螺旋軌道將 微全息圖存儲到旋轉(zhuǎn)盤中。該數(shù)據(jù)存儲媒質(zhì)的格式可以對系統(tǒng)性能和成本具有非常大的影響。例如，相鄰層中微全息圖的相鄰層鄰近會導(dǎo)致微 全息圖之間的串擾。這個問題隨著該盤中層的數(shù)量增大而變得嚴重。圖28表示了格式2800，其通過將數(shù)據(jù)沿著兩個徑向以螺旋形存儲在諸如可旋轉(zhuǎn)盤的媒質(zhì)上，來克服不同層之間的數(shù)據(jù)不連續(xù)性。以例如向內(nèi)橫穿的螺旋形將微全息圖存儲在一個層2810上。在該層2810的端 部，通過以沿著相反方向橫穿的螺旋形聚焦到該盤中的另一個層2820 上，數(shù)據(jù)以最小的中斷繼續(xù)。相鄰的層，例如2830可以繼續(xù)在開始位 置和方向上交替。按照這種方式，消除了傳感器頭返回到前一螺旋2810 開始的位置所需的時間。當然，如果希望在與前一螺旋相同的開始位置 開始，則數(shù)據(jù)能夠提早存儲并且以希望的系統(tǒng)速率讀取，同時探測器移 回開始點?？蛇x的是，不同的層組可以具有一個開始位置和/或行進方 向，而其它層組具有另一開始位置和/或行進方向。通過在沿著相同方向 行進的螺旋之間提供間隔，使相鄰層中的螺旋方向反向也可以減少各層 之間的串擾量?，F(xiàn)在還參照圖29,通過改變每個螺旋的定相或開始點，可以進一步 減少串擾。圖29表示了包括多個潛在微全息圖軌道開始/終止點2910A -2910G的格式2900。應(yīng)當認識到，盡管表示了 8個軌道開始/終止點， 但是可以使用任意適當?shù)臄?shù)量，更多或更少。根據(jù)本發(fā)明的一個方面， 可以交替每層的相位或者開始/終止點。通過改變不同層上數(shù)據(jù)螺旋的終 止點，可以減少各層之間的串擾。也就是說，例如，如果第 一層在點291 OA 處開始并且螺旋向內(nèi)到達點2910H，則下一層可以在點2910H處開始并 且螺旋向外到達點2910D,繼而在該點處向內(nèi)螺旋的下一層開始。當然， 可以使用其它特定的開始/終止點分組。因此，可以將微全息圖在螺旋軌道(其在不同層上沿著不同方向螺 旋)中存儲到各層中，以便減少讀取/寫入探測器頭移動到下一螺旋，例 如下 一層的開始點所需的時間。在探測器頭從一層移動到另 一層的間隔 期間，可以使用 一個或多個數(shù)據(jù)存儲器來保持對于用戶或系統(tǒng)的 一致數(shù) 據(jù)流?？梢栽谔綔y器頭移動到下 一 螺旋層時從前 一數(shù)據(jù)層讀取存儲在該 存儲器中的數(shù)據(jù)。通過使相鄰或者不同層上的螺旋反向可以減少各層之 間的串擾。還可以通過改變每層的相位或開始點以及改變不同層上數(shù)據(jù) 螺旋的終止點來減少各層之間的串擾?？梢詫⑺B續(xù)讀取的不同層上 的開始和終止點間隔開，從而避免在聚焦到下一連續(xù)數(shù)據(jù)層上所需的時間期間不必要或延長的數(shù)據(jù)中斷。在 一 個實施例中，將長方形微全息圖用作體積數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的格 式。換句話說，提供了自跟蹤微全息圖。有利的是，使用長方形微全息 可以使微全息圖尺寸在至少一個橫向維度上比再現(xiàn)激光光點尺寸小。為 了跟蹤，將長方形孩吏全息用于通過檢測反射形狀確定軌道方向?？梢詫?基于反射光的差分信號用于提高系統(tǒng)可靠性。現(xiàn)在還參照圖30，在單個位全息存儲媒質(zhì)中，可以通過按照與數(shù)據(jù)全息圖相同的方式局部調(diào)制周期性結(jié)構(gòu)中的折射率來寫入格式微全息 圖。該微全息圖生成讀取激光束的部分反射。當不存在微全息圖時，讀 取激光透射穿過局部區(qū)域。通過檢測反射光，驅(qū)動器生成表示內(nèi)容為1還是0的信號。在圖30所示的情況中，位基本上是圓形微全息圖3010， 其尺寸是由寫入激光光點尺寸確定的。因為該微全息圖寫入過程遵循激 光的高斯空間輪廓，所以該微全息位的空間輪廓也是高斯形的。高斯輪 廓傾向于在光束束腰(或者光點直徑)之外具有大量能量。為了降低來 自相鄰位(微全息圖1、 2、 3、 4和5)的干擾，位間隔(兩個位之間的 距離dt)需要為激光光點尺寸的三倍。因此，層上的內(nèi)容密度實際上可 能比CD或者DVD層上的內(nèi)容密度小的多。與圓形格式相關(guān)的另一個 可能的缺點與跟蹤有關(guān)，其中媒質(zhì)盤沿著方向3020旋轉(zhuǎn)。仍然參照圖 30，希望激光光點在讀取位1之后移動到位2。然而，因為微全息圖位l 為對稱的，所以驅(qū)動并不具有表示包括位1和2的軌道3030的方向的 附加信息。相應(yīng)地，驅(qū)動會使激光器徘徊到其它軌道3040、 3050，例如 位4或5?，F(xiàn)在還參照圖31，為了幫助校正潛在的軌道未對準，可以使微全息 圖點形狀為非圓形的，或者非對稱的，使得激光器頭能夠確定軌道方 向。為了使位間隔在至少一個橫向維度上小于讀取激光光點尺寸3110， 沿著軌道3130、 3140、 3150形成具有高反射率的微全息圖3120。值得 一提的是，與此對照，諸如CD和DVD的單層格式使用長方形坑，該 長方形坑生成導(dǎo)致較低反射率區(qū)域的干涉。為了寫入如圖31所示的格 式，根據(jù)局部體積中是否希望反射，使媒質(zhì)盤沿著軌道(例如3130)旋 轉(zhuǎn)并且接通和關(guān)斷寫入激光。換句話說，在曝光過程中該媒質(zhì)相對于激 光光點而言超前，從而使該媒質(zhì)的伸長部分曝光。通過接通寫入激光器 以及超前的時間長度或旋轉(zhuǎn)速度，以受控長度寫入長方形微全息圖。這是有利得，因為不需要在一個光點一個光點地寫入時，快速脈動寫入激 光。當讀取激光聚焦在長方形微全息圖上時，該圓形高斯激光光點沿著 軌道方向比垂直于軌道方向具有更大的反射強度。該微全息圖反射的信號不再是完美的圓形(例如參見圖25A-25C),并且可以將諸如象限 探測器的探測器用于確定反射光束的形狀，并且因此確定軌道方向 - 然 后將軌道方向用作反饋以幫助激光器頭保持在軌道上。為了提高系統(tǒng)靈 敏度，還可以采用常規(guī)的CD/DVD格式方法，例如通過利用基于反射的 差分信號。因此，在一個實施例中，針對體積數(shù)據(jù)存儲物理格式，沿著該媒質(zhì) 內(nèi)的軌道提供長方形微全息圖。該格式微全息圖本身可以編碼數(shù)據(jù)，或 者可選的是可以編碼相對于主要數(shù)據(jù)表示微全息圖記錄在不同位置 的、或者在同 一位置但以不同角度記錄的和/或以不同波長記錄的其它數(shù) 據(jù)。如果記錄媒質(zhì)提供了非線性光學(xué)響應(yīng)(即閾值響應(yīng))，則可以進一 步減少長方形標記的寬度(短維度)，從而進一步提高層容量。應(yīng)當理解，本文中描述的格式化系統(tǒng)和方法不限于使用非線性和/ 或閾值響應(yīng)材料的體積存儲系統(tǒng)和方法，而是一般廣泛地適用于體積存 儲系統(tǒng)和方法，包括使用線性響應(yīng)材料的系統(tǒng)和方法，例如美國專利/> 報20050136333中描述的，該專利在本文中引入作為參考。炎^/卓/a的伴考t凌脊#秋癥迷存搭m;化代替或者除了自跟蹤數(shù)據(jù)表示微全息圖之外，可以將單獨的跟蹤元 件包含在該媒質(zhì)中。在沒有有源聚焦以保持激光光點聚焦到正確的層以 及保持激光器頭位于正確的軌道上的情況下，可以證明將微米或者亞微 米尺寸的特征存儲到媒質(zhì)盤中在商業(yè)上是不現(xiàn)實的，這至少部分是由于 物理方面的限制造成的，包括但不限于表面粗糙度和劃痕。單層存儲格式(例如CD、 DVD)使用反射非對稱光束進行聚焦， 并且使用三光束機構(gòu)進行跟蹤。然而，體積存儲媒質(zhì)不包括位于該媒質(zhì) 中數(shù)據(jù)記錄層次的高度反射層。在可記錄或者可改寫類型的CD和DVD 格式中，預(yù)先形成軌道或者凹槽，使得激光器頭在寫入數(shù)字內(nèi)容時遵循 該軌道。美國7>開專利申請2001/0030934和2004/0009406以及美國專 利No.6512606提出了在單個位全息媒質(zhì)中預(yù)先形成軌道，使得激光器 頭能夠在內(nèi)容寫入過程中遵循該軌道，將這些專利在本文中全部引入作為參考。在讀取過程中，激光器頭也遵循該軌道。在一個實施例中，軌道預(yù)先格式化和/或離軸微全息圖用于編碼跟蹤 數(shù)據(jù)(例如深度和半徑位置信息)。更特別的是，在將微全息位存儲到 體積存儲媒質(zhì)中之前，將利用離軸微全息光柵編碼的軌道預(yù)先記錄在該 媒質(zhì)中的不同深度和位置處。可以定向這種跟蹤微全息圖，從而生成偏 離照射激光束法線的反射。該定向角度可以與跟蹤微全息圖深度和半徑 相關(guān)，使得該跟蹤微全息圖起到檢查S點的作用。在讀取或者寫入過程 中，該跟蹤微全息圖使入射光遠離光學(xué)法線軸反射，這能夠利用例如獨 立的探測器進行檢測。根據(jù)對該成角度的離軸反射的檢測，來確定該盤 中當前位置的聚焦深度和半徑。因此，可以將預(yù)先形成的微全息圖用于 向驅(qū)動器提供有關(guān)光頭位置的反饋信號。精確定位的臺和寫入激光器適用于在全息媒質(zhì)內(nèi)寫入軌道。每個軌 道可以在媒質(zhì)內(nèi)旋轉(zhuǎn)通過不同的半徑和/或深度。當然，也可以使用其它 配置，包括圓形或者基本上同心的軌道。通過沿著每個軌道形成微全息 圖形成數(shù)字位。例如可以通過聚焦高功率激光以使該媒質(zhì)的折射率局部 交替來形成軌道。局部折射率調(diào)制生成了從入射聚焦光到跟蹤探測器的 部分反射，并且提供了有關(guān)軌道的信息。相反地，如本文中所述，可以將軌道寫入全息母板(master)中，并且將其光學(xué)復(fù)制到媒質(zhì)設(shè)備(例 如盤)中。圖32表示了盤形式的媒質(zhì)3200,其可以旋轉(zhuǎn)以使寫入或者讀取頭 遵循預(yù)先編程的軌道。與該媒質(zhì)基本上相鄰的激光器頭將光束3210聚 焦到局部區(qū)域以便于在媒質(zhì)中寫入軌道。光束3210垂直于媒質(zhì)。所形 成的微全息圖用于將軌道位置編碼成離軸角度。從該媒質(zhì)另 一側(cè)照射的 第二激光束3220與激光束3210照射相同的體積。光束3220相對于盤 法線軸是離軸的。兩個光束3210、 3220干涉，并且形成相對于媒質(zhì)法 線離軸的微全息圖3230?？梢詫㈦x軸角度用于編碼軌道的物理或邏輯位 置，即深度或半徑。相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，微全息圖3230 的離軸角度①取決于光束3220的離軸角度①，其中光束3210垂直于媒 質(zhì)3200。因此，通過改變照射光束3220的角度，可以編碼所形成的全 息圖的位置。光束3210可以采用連續(xù)波的形式，以寫入連續(xù)的軌道，或者該光 束可以是脈沖的。如果是脈沖的，則脈沖重復(fù)速率確定了在內(nèi)容寫入和/或讀取過程中能夠多么頻繁地檢查軌道位置。作為替代或除此之外，可以使用具有變化的重復(fù)速率或者脈沖數(shù)的微全息圖串(burst)與角度相關(guān)性結(jié)合或者代替角度相關(guān)性，來編碼軌道位置信息。然而，如果使用 微全息圖寫入光束的脈動，使得脈沖重復(fù)速率或者脈沖數(shù)表示軌道位 置，則可能需要讀取不止一個跟蹤微全息圖來確定有用的定位信息。 再次返回到使用角度相關(guān)性，在內(nèi)容寫入和讀取過程中，預(yù)先形成的離軸微全息圖3230將垂直于該媒質(zhì)入射激光束3210'離軸地反射，以 提供有關(guān)軌道的信息?？蛇x的是，可以編碼其它信息，例如版權(quán)信息。 在這種情況下，可以調(diào)制離軸光束以編碼這樣的其它數(shù)據(jù)，并且以表示 在該媒質(zhì)內(nèi)的位置的角度?，F(xiàn)在還參照圖33,當將垂直于媒質(zhì)軸的入射 光束3210'聚焦到局部預(yù)先寫入跟蹤微全息圖3230時，跟蹤微全息圖 3230使該光反射成為光束3310，該光束3310具有與微全息圖記錄過程 中使用的第二激光束(例如圖32中的光束3220 )相似方向和空間輪廓。 可以使用離軸傳感器或者傳感器陣列來檢測反射的有角度的光束3310 并且確定入射光束3210'的聚焦光點的位置。因此，可以將軌道和/或其它信息編碼到預(yù)先形成的離軸微全息圖 中。如果將離軸的有角度光束用作編碼器，則光學(xué)驅(qū)動器能夠通過讀取 單個跟蹤微全息圖來確定聚焦入射光束的位置?？梢詫⑺占男畔⒂?于聚焦和跟蹤，例如提供給類似于圖27所示的聚焦/跟蹤系統(tǒng)。例如，的透鏡用于校正與深度有關(guān)的球面像差。在 一個實施例中， 一個或多個微全息圖可以包括離軸和/或偏離中心 的組件。現(xiàn)在還參照圖34A，全息衍射單元(例如相位掩模或者光柵) 將入射光束分成用于寫入/讀取的主光束3410以及用于跟蹤的至少一個 離軸光束3420。離軸光束3420的傳播角度6與該媒質(zhì)3400中的離軸、 離心跟蹤微全息圖3430相符合，使得反射光束沿著入射離軸光束3420 的方向傳播回來。在這種情況下，可能不需要除物鏡外的附加收集光學(xué) 器件。然而，微全息圖3430的離軸角e是固定的，并且對于索引軌道 位置而言，使用微全息圖脈沖重復(fù)速率或者脈沖數(shù)調(diào)制可能是必要的。圖32 - 34A表示了一個離軸微全息圖?？蛇x的是，可以利用兩個離 軸微全息圖(一側(cè)一個)來格式化數(shù)據(jù)微全息圖。圖34B表示了寫入3 個交疊的微全息圖。利用基準光束3440和數(shù)據(jù)光束3450來寫入微全息圖數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)光束沿著與基準光束相同的軸反向傳播?？梢岳猛换鶞使馐?440與離軸寫入光束3460、 3470之間的干涉寫入兩個離軸微全息圖。在讀取過程中(圖34C)，基準光束3440'用作讀取光束。已經(jīng)將 三個微全息圖存儲在一個位置中。因此該基準光束3440，將沿著三個方 向衍射來自數(shù)據(jù)微全息圖的反向反射3482以及來自兩個離軸微全息 的側(cè)向反射3484、 3486。當兩個側(cè)向反射形成的平面垂直于微全息圖數(shù) 據(jù)軌道方向時，該兩個側(cè)向反射用作用于跟蹤的指示器。應(yīng)當理解，本文中所述的跟蹤和聚焦系統(tǒng)和方法不限于使用非線性 和/或閾值響應(yīng)材料的體積存儲系統(tǒng)和方法，而是一般可以廣泛用于包括 使用線性響應(yīng)材料的體積存儲系統(tǒng)和方法，例如美國專利7>報 20050136333中描述的，該專利在本文中引入作為參考。豫a記求的媒^r成批！浙光學(xué)復(fù)制非常適用于分發(fā)(distribute)大量的數(shù)字信息，所述數(shù)字 信息作為微全息圖記錄在支持媒質(zhì)中。與基于頁面的全息方法形成對 比，更加希望將微全息術(shù)用于光學(xué)復(fù)制的工業(yè)過程。使用線性材料的光 學(xué)復(fù)制的一個問題在于光學(xué)復(fù)制系統(tǒng)中任何不希望的反射會產(chǎn)生不希 望的全息圖。因為光學(xué)復(fù)制過程中通常涉及高功率激光器，不希望的全 息圖會嚴重干擾數(shù)據(jù)表示全息圖和/或格式化全息圖。而且，線性材料中 記錄的全息圖的強度與記錄激光光束的功率密度的比例成正比。對于與 l相差很多的比例而言，全息圖弱并且大量動態(tài)范圍(材料的記錄容量) 被不希望地消耗掉。同樣，這能夠通過使用非線性光學(xué)響應(yīng)媒質(zhì)得到解 決?，F(xiàn)在參照圖35、 36和37,表示了適合與非線性光學(xué)響應(yīng)媒質(zhì)一起 使用的光學(xué)復(fù)制技術(shù)的實現(xiàn)方案。圖35表示了用于制備母媒質(zhì)的系統(tǒng)， 圖36表示了用于制造共軛母媒質(zhì)的系統(tǒng)，圖37表示了用于制備副本媒 質(zhì)的系統(tǒng)，該副本媒質(zhì)例如用于流通。首先參照圖35,表示了用于記錄 母媒質(zhì)3510的系統(tǒng)3500。在所示實施例中，母媒質(zhì)3510采用光學(xué)非線 性響應(yīng)材料模制盤的形式，例如本文中描述的那些。通過一個接一個地 形成微全息圖陣列3520來記錄全息母媒質(zhì)3510。系統(tǒng)3500包括與分束 器3552光學(xué)耦合的激光器3550。激光器3550可以采用532nm、 100mWCW、單縱模、腔內(nèi)倍頻二極管泵浦固態(tài)Nd:YAG激光器，其中分束器 3552采取例如偏振立方分束器的形式。將聚焦光學(xué)器件3532、 3542用 于將分離的光束3530、 3540聚焦到媒質(zhì)3510內(nèi)的共同體積，其中這兩 個光束反向傳播，干涉并且形成條紋圖案，從而引發(fā)微全息圖形成，如 上文中所述。聚焦光學(xué)器件3532、 3542可以采取例如高數(shù)值孔徑非球 面透鏡的形式。將快門3554用于將光束3530選擇性地傳送到々某質(zhì) 3510,從而編碼數(shù)據(jù)和/或有助于微全息圖3520的有序形成?？扉T3554 可以釆取例如具有約2.5ms窗口時間的機械、電光或聲光快門的形式。為了能夠使微全息圖在特定目標體積中形成，激勵聚焦光學(xué)器件 3532、 3542以選擇性地聚焦到相對于旋轉(zhuǎn)媒質(zhì)中心的不同半徑，該媒質(zhì) 例如為盤3510。也就是說，它們將聚焦區(qū)域橫向平移到相對于旋轉(zhuǎn)媒質(zhì) 中心的不同半徑處，該媒質(zhì)為例如盤3510。精確定位臺3556支撐該媒 質(zhì)3510，該精確定位臺使媒質(zhì)3510旋轉(zhuǎn)并且允許將聚焦光束3530、3540 對準媒質(zhì)3520中的不同垂直層。通過在適當時間選擇性地打開快門 3554來控制角度定位。例如，可以將步進電動機或者空氣軸承心軸用于 旋轉(zhuǎn)媒質(zhì)3510，使得可以選擇性地打開快門，并且在對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)媒質(zhì) 3510的不同角度位置的不同時刻關(guān)閉快門。現(xiàn)在參照圖36，表示了系統(tǒng)3600的結(jié)構(gòu)圖。系統(tǒng)3600包括光源 3610。光源3610可以采取532nm、90W、lkHz重復(fù)頻率的脈沖的Nd:YAG 激光器，例如市場上可買到的Coherent Evolution的90型號。源3610 穿過共軛母媒質(zhì)3620照射母媒質(zhì)3510。在所示實施例中，共輒母媒質(zhì) 3620采取光學(xué)線性響應(yīng)材料模制盤的形式，例如美國專利公報 20050136333中描述的那些，該專利公報在本文中引入作為參考。通過 使母媒質(zhì)3510快速暴露于源3610穿過共軛母媒質(zhì)3620的發(fā)射3615， 來自母媒質(zhì)3510的反射與直接來自源3510的發(fā)射干涉，以在共輒母媒 質(zhì)!3620中形成條紋圖案。共軛母媒質(zhì)3620中形成的全息圖案與母媒質(zhì) 3510中形成的全息圖案不同，而是表示來自它的反射。根據(jù)本發(fā)明的一 個方面，整個母媒質(zhì)3510與共軛母媒質(zhì)3620對可以閃速(flash)、或 者成批一次曝光。可選的是，發(fā)射3615可以機械地掃描母媒質(zhì)/共扼母 媒質(zhì)對，如橫向箭頭3618所示。圖37表示了系統(tǒng)3700。與系統(tǒng)3600類似，系統(tǒng)3700包括光源 3710。源3710可以采取532nm、 90W、 lkHz重復(fù)頻率的脈沖的Nd:YAG激光器，例如市場上可以買到的Coherent Evolution的90型號。源3710 穿過流通媒質(zhì)(distribution media) 3720照射共輒母媒質(zhì)3620。在所示 實施例中，媒質(zhì)3720類似于母媒質(zhì)3510和共扼母媒質(zhì)3620，采取光學(xué) 非線性響應(yīng)材料模制盤的形式，例如本文中公開的那些。更特別的是， 源3710發(fā)射穿過流通媒質(zhì)3720并且進入共軛母媒質(zhì)3620中的發(fā)射 3715。其中的折射率變化生成反射，該折射率變化對應(yīng)于來自微全息圖 陣列3520 (圖35、 36)的反射。這些反射又橫穿流通媒質(zhì)3720,在該 流通媒質(zhì)中它們與反向傳播發(fā)射3715干涉，以形成表示微全息圖陣列 3730的干涉條紋圖案。如果光發(fā)射3715與發(fā)射3615的方向和波長基本 相同，則陣列3730對應(yīng)于陣列3520 (圖35、 36)—由此將母媒質(zhì)3510 復(fù)制成流通媒質(zhì)3720。整個共軛母媒質(zhì)3620和流通媒質(zhì)3720對可以是 閃速、或者成批一次曝光。可選的是，發(fā)射3715可以掃描該共扼母媒 質(zhì)/流通媒質(zhì)對，如橫向箭頭3718所示。應(yīng)當理解，系統(tǒng)3500、 3600和3700僅僅是實例，并且設(shè)置上的許 多變化可以產(chǎn)生類似的效果。而且，該母媒質(zhì)、共軛母媒質(zhì)和流通媒質(zhì) 不必由相同材料制成，并且能夠由線性與非線性材料的組合制成。可選 的是，它們?nèi)靠梢杂衫玳撝淀憫?yīng)材料構(gòu)成?，F(xiàn)在還參照圖38，在不同的實現(xiàn)方案3800中，最終生成流通媒質(zhì) 3810的母媒質(zhì)可以采取具有孔(aperture)、洞(hole)或者至少基本上 透明區(qū)域的帶的形式?？蛇x的是，最終生成流通媒質(zhì)3810的母媒質(zhì)可 以采取具有像素或孔的二維陣列的空間光調(diào)制器的形式。總之，系統(tǒng) 3800包括激光器3820,其可以采取532nm、 Q開關(guān)、高功率(例如90W、 lkHz重復(fù)速率脈沖)的Nd:YAG激光器，例如市場上可以買到的 Coherent Evolution的90型號。激光器3820與分束器3830光學(xué)耦合， 該分束器可以采取例如偏振立方分束器的形式。因此，分束器3830生 成第一和第二光束3830、 3840，該第一和第二光束3830、 3840按照適 合形成表示所存儲的數(shù)據(jù)的微全息圖陣列3815的方式在媒質(zhì)3810的特 定體積內(nèi)反向傳播，如本文中所討論的。更特別的是，光束3840通過 調(diào)節(jié)光學(xué)器件38"傳送到媒質(zhì)3810中。光束3850通過調(diào)節(jié)光學(xué)器件 3855傳送到媒質(zhì)3810中。調(diào)節(jié)光學(xué)器件384、 3855可以采取適于將激光束轉(zhuǎn)變?yōu)橐幌盗芯?焦光點或者聚焦光點的二維陣列的微透鏡陣列的形式。如果透鏡具有高數(shù)值孔徑，則可以通過以小得足以使曝光生成交錯陣列的增量移動該媒質(zhì)，來實現(xiàn)密集封裝。因此，調(diào)節(jié)光學(xué)器件3845、 3855將反向傳播光 束3840、 3850聚焦成媒質(zhì)3810的單層內(nèi)的聚焦點二維陣列。根據(jù)本發(fā) 明的一個方面，該點陣列對應(yīng)于遍布整個層記錄的數(shù)字0或1的陣列。 因此，通過激勵激光器3850，可以利用在其中形成微全息圖陣列的光點 的干涉條紋，將全部數(shù)字0或1的層記錄在該媒質(zhì)3810的單個層中。是特別有用的。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，可以將帶或者空間光調(diào)制器3860用于提 供記錄在媒質(zhì)3810的單個層中的不同數(shù)據(jù)。帶或空間光調(diào)制器3860可 以包括一系列孔或洞、或者孔或洞的陣列。存在或不存在孔可以對應(yīng)于 相應(yīng)數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字狀態(tài)。也就是說，缺少孔的區(qū)域取決于相應(yīng)的數(shù)據(jù) 狀態(tài)，根據(jù)是否將要記錄微全息圖來選擇性地遮擋光束3840。在這兩種情況下，每次記錄一層數(shù)據(jù)并且僅記錄在記錄媒質(zhì)的一個 區(qū)域中。利用例如定位臺3870可以使媒質(zhì)3810前進或旋轉(zhuǎn)幾次以記錄 一個完整的層。利用例如定位臺3870，可以向上或向下移動該媒質(zhì)，以 記錄其它層。間或者共軛母媒質(zhì)。還可以使用對母媒質(zhì)或共軛母媒質(zhì)的泛光照射;夸數(shù) 據(jù)記錄到流通媒質(zhì)中。可以將帶或者空間光調(diào)制器用作母媒質(zhì)來記錄流 通媒質(zhì)。并且，所記錄的全息圖的衍射效率(強度)可能與記錄激光束 功率密度的比例無關(guān)。豫^^式必的媒#如上所述，可以利用表示數(shù)據(jù)狀態(tài)的微全息圖陣列來記錄全息媒質(zhì) 盤?？梢詫⑦@些陣列遍布由光學(xué)非線性或閾值響應(yīng)記錄材料制成的J 某質(zhì) 的基本全部體積。在一個實施例中，通過擦除或者不擦除某些微全息 圖，將特定數(shù)據(jù)(例如數(shù)據(jù)的交替狀態(tài))記錄在預(yù)先格式化的媒質(zhì)中。 可以利用具有足夠聚焦能量使微全息圖的體積達到閾值條件以上(例如 加熱到接近組分聚合母體的Tg)的單個光束來實現(xiàn)擦除。更特別的是，通過擦除或者不擦除選定的預(yù)先記錄的或者預(yù)先格式 化的微全息圖，可以實現(xiàn)將數(shù)據(jù)記錄到預(yù)先格式化的媒質(zhì)中(例如在光學(xué)非線性響應(yīng)材料內(nèi)的表示單個數(shù)據(jù)狀態(tài)(例如全部為0或全部為1) 的微全息圖陣列)。通過將一個或多個激光束聚焦到微全息圖上，可以 有效擦除微全息圖。如上文中所述，如果光束傳遞的能量超過寫入閾值 強度，則擦除該微全息圖。因此，該閾值條件可能與原先形成目標微全 息圖所需要滿足的閾值條件相同。該光束可以由常規(guī)二極管激光器發(fā)出，類似于CD和DVD技術(shù)中常規(guī)使用的光束。圖39表示了系統(tǒng)3900， 其中利用單個激光束，通過聚焦到預(yù)先格式化的陣列中的預(yù)先提供的微 全息圖上并且選擇性地擦除對應(yīng)于所要寫入的位的那些微全息圖，來記錄數(shù)據(jù)。更特別的是，利用聚焦光學(xué)器件3920將激光束3910聚焦到包含預(yù) 先形成的微全息圖(未示出)的媒質(zhì)3930中的目標體積3940。擦除目 標全息圖的實際機制可以與原先用于形成該全息圖的機制類似。例如， 利用單一入射光束使體積元件的任何預(yù)先未受影響的部分(即原始條紋 之間的區(qū)域)經(jīng)歷折射率變化，導(dǎo)致條紋圖案被破壞-由此生成具有連 續(xù)折射率的區(qū)域，能夠擦除預(yù)先格式化的全息圖。而且，激光器不必為 單縱模的，這是因為不需要千涉，從而有利地使得微全息數(shù)據(jù)設(shè)備的讀 取和記錄激光器簡單并且可能比較便宜。可選的是，可以將序列號記錄到該媒質(zhì)中。該序列號可以用于跟蹤 可記錄媒質(zhì)的所有權(quán)，以促進例如版權(quán)保護?？梢园凑沼兄趯ζ溥M行 光學(xué)檢測的方式光學(xué)記錄該序列號?？梢栽谑褂每臻g光調(diào)制器進行數(shù)據(jù) 復(fù)制之前、基本上同時或者之后，將該序列號光學(xué)記錄到該媒質(zhì)中的預(yù) 定位置。這種用于微全息數(shù)據(jù)存儲配置的預(yù)先格式化的非線性記錄格式可 以有助于實現(xiàn)低成本的微全息記錄系統(tǒng)。由于在該媒質(zhì)的單側(cè)使用光學(xué) 器件，還可以使用簡化的光頭。而且，可以將非單縱模的激光器用于記 錄數(shù)據(jù)。而且，因為僅使用了單個光束，所以還可以實現(xiàn)用于微全息系 統(tǒng)的容許振動的記錄系統(tǒng)。應(yīng)當理解，本文中描述的預(yù)先格式化系統(tǒng)和方法不限于使用非線性 和/或闊值響應(yīng)材料的體積存儲系統(tǒng)和方法，而是一般可以廣泛用于包括 使用線性響應(yīng)材料的系統(tǒng)和方法，例如美國專利公報20050136333中描 述的那些，該專利公報全部引入作為參考。存遞凝全,惑^存錄^炎^圖40表示了系統(tǒng)4000。系統(tǒng)4000適用于檢測在媒質(zhì)內(nèi)的特定位置 處是否存在微全息圖，該媒質(zhì)例如旋轉(zhuǎn)盤媒質(zhì)。系統(tǒng)4000的目標是使 用本文中所述的跟蹤和聚焦機制來選擇體積。在所示實施例中，利用聚 焦光學(xué)器件4020聚焦穿過分束器4050的激光束4010,從而照射媒質(zhì)盤 4(M0內(nèi)的目標體積4030。光束4010可以來源于常規(guī)的激光二極管，例 如用于CD和DVD播放器中的激光二極管。這種激光器可以采用基于 例如GaAs或者GaN的二極管激光器。分束器4050可以采取例如偏振 立方分束器的形式。聚焦光學(xué)器件4020可以采取例如高數(shù)值孔徑聚焦 物鏡的形式。當然，其它配置也是可能的。無論具體細節(jié)怎樣，當在目標體積4030中存在微全息時，光束4010 反向反射穿過光學(xué)器件4020到達分束器4050。分束器4050將反射的方 向變?yōu)槌蛱綔y器4060，該探測器檢測是否存在反射。探測器4060可 以采取光電二極管的形式，其被象限探測器圍繞，例如市場上可以買到 的Hamamatsu Si Pin光電二極管S6795型號。應(yīng)當理解，本文中所述的數(shù)據(jù)再現(xiàn)系統(tǒng)和方法不限于使用非線性和 /或閾值響應(yīng)材料的體積存儲系統(tǒng)和方法，而是一般可以廣泛用于包括使 用線性響應(yīng)材料的體積存儲系統(tǒng)和方法，諸如所述美國專利公報 20050136333中描述的那些，該專利在本文中引入作為參考。收入保護對預(yù)先記錄的光學(xué)媒質(zhì)的盜版、甚至是不經(jīng)意的復(fù)制是娛樂和軟件 業(yè)經(jīng)濟損失的重要根源。利用具有高速(例如達到177Mbps)數(shù)據(jù)傳輸 速率的可記錄媒質(zhì)可以使復(fù)制包含版權(quán)音樂或正片電影的CD或DVD 相當容易。在軟件業(yè)中，內(nèi)容供應(yīng)商通常使用產(chǎn)品激活編碼來試圖減少 軟件的盜版。然而，盤上的產(chǎn)品激活編碼和數(shù)據(jù)不是唯一聯(lián)系的，并且 能夠?qū)④浖膸讉€副本安裝在多個機器上，很少或不能檢測該多個版本 或者防止同時使用。在常規(guī)的預(yù)先記錄的光學(xué)媒質(zhì)中，例如CD或者DVD中，常規(guī)的 是在注模過程中，通過將相應(yīng)數(shù)據(jù)壓印到媒質(zhì)中來復(fù)制預(yù)先記錄的內(nèi) 容?？梢詫⒃撨^程用于再現(xiàn)來源于單個母媒質(zhì)的幾萬張盤上的數(shù)據(jù)，這 本質(zhì)上限制了唯一標識單個盤的能力。已經(jīng)進行了幾種嘗試來提供附加的裝置和方法以在模制過程之后標記每個盤。然而，這些方法通常需要 將新數(shù)據(jù)記錄到模制盤上或者從模制盤上擦除數(shù)據(jù)以標記該盤。例如， 已經(jīng)進行了嘗試使用高功率激光器來按照能夠被驅(qū)動器讀取的方式"標 記"盤。然而，盤上的數(shù)據(jù)比激光器所聚焦的光點小的多，使得這些標 記通常比數(shù)據(jù)大的多，并且不容易被驅(qū)動器解譯。而且，用于分發(fā)預(yù)先記錄的內(nèi)容的常規(guī)光學(xué)數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，例如 DVD通常具有足夠用于至多兩個完整長度的正片電影的容量。通常，內(nèi) 容供應(yīng)商使用該容量容納相同內(nèi)容的兩種不同觀看格式，例如傳統(tǒng)的4: 3格式結(jié)合最新型號的電視機上流行的16: 9格式。根據(jù)本發(fā)明的單個位微全息系統(tǒng)可以用于在單個CD尺寸的盤上提 供多個，例如多于50個獨立的正片電影。在一個實施例中，利用嵌入 數(shù)據(jù)中并且可以被全息驅(qū)動器讀取的單獨的唯一識別號或者基本上唯 一的識別號來標記每個盤?？梢园凑展鈱W(xué)方式復(fù)制全息數(shù)據(jù)有助于這種 方法。唯一標識每個大容量盤的能力能夠形成一種提供內(nèi)容的新商業(yè)模 式，其中每個盤能夠包含例如按照各種類別(例如風(fēng)格、導(dǎo)演、領(lǐng)銜男 演員或者女演員)分組的大量正片電影。在該實施例中，消費者可以通過例如購買來獲取預(yù)先記錄的盤。其 成本可能與向用戶提供一種內(nèi)容特征(例如一部正片電影)訪問的常規(guī) 媒質(zhì)相當。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，消費者可以隨后通過例如購買來激 活包含在盤上的其它內(nèi)容，例如附加的正片電影。這可以通過內(nèi)容供應(yīng) 商發(fā)布與特定盤或者分立盤組上編碼的識別號相關(guān)的各個訪問碼來實 現(xiàn)。當盤序列號是不能復(fù)制的時候，該訪問碼不適于使得能夠在另一不 同序列化的盤上觀看盜版內(nèi)容。而且，可以鼓勵消費者復(fù)制盤(例如通過恢復(fù)數(shù)據(jù)并且在另一類似 媒質(zhì)盤上重新再現(xiàn)它)，并且例如基于在預(yù)先格式化的可記錄盤上嵌入 的序列號來接收其自己的訪問碼。按照這種方式，實際上可以鼓勵用戶 到用戶的內(nèi)容流通，同時保護內(nèi)容擁有者的收入來源。在一個實施例中，如本文中所述，可以通過注?？瞻妆P并且隨后將 數(shù)據(jù)通過光學(xué)復(fù)制(例如閃速曝光)轉(zhuǎn)移到盤上，來再現(xiàn)單個位微全息 數(shù)據(jù)，以用于批量流通。在對于所要再現(xiàn)的數(shù)據(jù)的初始曝光過程中，可 以故意地使盤上的幾個位置保持空白。隨后利用例如空間光調(diào)制器，通 過對應(yīng)于識別號的附加光學(xué)曝光來記錄這些位置，其中每個號碼對于每個盤或者盤組而言是唯一的。還能夠?qū)⑦@些位置用于識別空白的預(yù)先格 式化的盤上的號碼。僅作為非限定性實例，根據(jù)預(yù)期的存儲要求和存儲量，具有常規(guī) CD尺寸的包含內(nèi)容的微全息盤可以包含多達50個標準分辨率全長正片電影，或者IO個高清晰(HD)全長電影?？梢园凑斩喾N方式對內(nèi)容進 行分組。例如，內(nèi)容供應(yīng)商可以將給定系列的影片，或者具有特定領(lǐng)衫f 男或女演員的影片，或者相同類型的影片置于盤上。當準備零售時，可 以在盤的包裝上或包裝內(nèi)標明該盤的序列號。當消費者購買該盤時，包 裝可以包括促使用戶在播放該盤時輸入的訪問碼。該訪問碼對應(yīng)于相關(guān) 序列化的盤，從而能夠使用戶觀看盤上的一個且僅一個特定特征(或者 分立的特征組)?？蛇x的是，盤的播放器可安裝有硬件/軟件，以使其與 使用權(quán)限通信，該使用權(quán)限響應(yīng)于序列號并且可能響應(yīng)于播放器的標識 符以及當前允許的訪問級別向播放器提供激活碼。無論怎樣，驅(qū)動器或者讀取設(shè)備可以包括存儲器，例如固態(tài)或者磁 存儲設(shè)備，以在已經(jīng)輸入了訪問碼時存儲該訪問碼，因此，隨后^見看該 特征無需重復(fù)輸入該號碼。用戶可以通過計算機網(wǎng)絡(luò)(如互聯(lián)網(wǎng))或者通過電話(例如通過免 費電話)聯(lián)系內(nèi)容供應(yīng)商或其代理商，從而獲得對應(yīng)于包含在該盤上的 其它特征的附加激活碼?？蛇x的是，播放器可以促使用戶確定該用戶是 否希望購買附加的內(nèi)容，例如用戶試圖選擇數(shù)字內(nèi)容時。當用戶輸入另 一激活碼或者由例如使用權(quán)限提供該碼時，播放器可以相對于該盤的序 列號檢查該號碼，并且僅能夠在該碼與序列號對應(yīng)或相關(guān)的情況下播放 該特征。相應(yīng)的是，針對特定盤序列號(其為不可復(fù)制的)鍵入訪問碼， 使得盡管可以復(fù)制對應(yīng)于盤上特征的數(shù)據(jù)，但是允許對該特征進行訪問 的訪問碼對于原始盤而言是特定的，并且不能夠播放其它盤上的副本。根據(jù)本發(fā)明的 一個方面，可以將內(nèi)容本身復(fù)制到例如預(yù)先格式化的 空白媒質(zhì)盤上。內(nèi)容供應(yīng)商甚至可以鼓勵消費者向其它消費者提供該盤 的副本，從而允許下游副本用戶有限訪問該盤的內(nèi)容。每個盤(預(yù)先格 式化和預(yù)先記錄的)可以設(shè)有唯一的或者基本上唯一的標識符。在復(fù)制 過程中該序列號不會轉(zhuǎn)移。與原始媒質(zhì)的用戶類似，原始媒質(zhì)副本的用 戶可以聯(lián)系內(nèi)容供應(yīng)商或者代理商，并且請求對應(yīng)于該副本媒質(zhì)盤序列 號的訪問碼或者由該序列號產(chǎn)生的訪問碼。按照這種方式，在傳播內(nèi)容的同時管理相應(yīng)的^:字^C。根據(jù)本發(fā)明的 一個方面，微全息復(fù)制系統(tǒng)因此可以提供按照微全息 驅(qū)動器可讀取的方式(至少基本上)唯一地序列化每個盤的能力。通過 使例如兩個反向傳播的激光束干涉，可以將微全息圖記錄在該媒質(zhì)盤的 (多個)保留區(qū)域中。媒質(zhì)盤可以包含能夠例如通過購買單獨訪問的多 個內(nèi)容，例如正片電影或者其它內(nèi)容?？梢詫⒂布?或軟件用于比較訪問碼與盤上的序列號，以確定它們 是否對應(yīng)?？梢詫⒋鎯ζ饔糜诖鎯υL問碼，因此以后如觀看該內(nèi)容則無 需重復(fù)輸入該碼?？梢蕴峁┮环N能夠購買新碼以便能夠訪問盤上的附加 內(nèi)容的商業(yè)模式?？梢蕴峁┢渖夏軌驈?fù)制內(nèi)容并且對其可以使用新訪問 碼來訪問所復(fù)制的內(nèi)容的預(yù)先序列化的可記錄盤。使用具有唯 一 序列號的含微全息圖的盤和讀取驅(qū)動器和使得能夠 在獲取該媒質(zhì)之后購買內(nèi)容的商業(yè)模式，可以提供幾個優(yōu)點。例如，通 過促進已經(jīng)包含在用戶盤上的附加內(nèi)容的購買，可以產(chǎn)生收入。通過對 包含內(nèi)容的可記錄盤編排序列號并且禁止復(fù)制序列號，可以增強數(shù)字權(quán) 利保護?？梢蕴峁┩ㄟ^用戶復(fù)制包含內(nèi)容的盤并且隨后授權(quán)這些盤的內(nèi) 容流通方式?？梢栽趩蝹€盤上提供多個正片電影、相冊或者其它內(nèi)容， 并且獨立地激活它們。應(yīng)當理解，本文中所述的收入模式不限于使用非線性和/和閾值響應(yīng) 材料的體積存儲系統(tǒng)和方法，而是一般可以廣泛用于包括使用線性響應(yīng)材料的體積存儲系統(tǒng)和方法，諸如美國專利公報20050136333中的那 些，該專利全文引入作為參考。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在不背離本發(fā)明精神或范圍的基礎(chǔ)上， 可以對本發(fā)明的裝置和方法進行修改和變化。意在本發(fā)明覆蓋本發(fā)明的 這些修改和變化，包括其所有等價物。40
權(quán)利要求
1.一種數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，包括塑料襯底，其具有沿著多個垂直疊置、橫向延伸的層中的軌道設(shè)置的多個體積；以及多個微全息圖，每一個包含在相應(yīng)的一個所述體積中；其中，在每個所述體積中存在或者不存在微全息圖表示所存儲的數(shù)據(jù)的相應(yīng)部分。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述襯底為約120mm直徑的盤。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該襯底包括熱塑性材料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中該熱塑性材料具有非線性功能特性。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中該非線性功能特性是閾值功能特性。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中該襯底還包括熱催化劑。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述襯底包含染料。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述染料是反飽和吸收染料。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該襯底包括聚(環(huán)氧乙烷)/ 聚苯乙烯塊狀共聚物。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述襯底包含聚碳酸酯/聚酯 塊狀共聚物。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述襯底包含含鄰硝基芪的 聚合物。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述襯底包含鄰硝基芪和聚 甲基丙烯酸曱酯。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述襯底包括聚碳酸酯。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述微全息圖基本上為圓形。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述微全息圖是長方形的。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述襯底為具有中心的盤， 所述層中的至少 一層朝所述盤中心螺旋，并且所述層中的至少另 一層遠 離所述盤中心螺旋。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述層中的每一層具有開始和終止點，并且所述開始點中的至少 一個基本上與所述終止點中的至少 一個垂直對準。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括位于所述襯底中并且表示跟蹤信息的第二多個微全息圖。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中所述表示數(shù)據(jù)的微全息圖 以及第二多個微全息圖中的每一個具有軸，所述表示數(shù)據(jù)的微全息圖的 軸與所述第二多個微全息圖的軸不同。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中與所述第二多個微全息圖 中給定的一個微全息圖的軸相關(guān)的角度表示其在襯底中的位置。
21. —種用于存儲數(shù)據(jù)的方法，包括提供塑料襯底，其具有沿著多個垂直疊置、橫向延伸的層中的軌道 設(shè)置的多個體積；以及在所述襯底中形成多個微全息圖；其中，所述微全息圖中的每一個基本上包含在所述體積中相應(yīng)的一 個內(nèi)，并且在每個所述體積中存在或者不存在微全息圖表示數(shù)據(jù)的相應(yīng)部分。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中根據(jù)數(shù)據(jù)選擇性地形成所 述微全息圖。
23. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，還包括根據(jù)數(shù)據(jù)選擇性地擦除 選定的微全息圖。
24. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述形成包括使兩束反向 傳播的光束千涉。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，還包括使所述光束中的一束聚焦。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述光束中的一束是發(fā)散的。
27. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，還包括反射所述光束中的一束， 以提供所述光束中的另 一束。
28. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，還包括#4居數(shù)據(jù)選擇性地遮擋 至少一束光束。
29. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，還包括形成第二多個反射方向 與所述多個全息圖不同的全息圖。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中所述第二多個全息圖限定 了所述軌道。
31. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，還包括以給定間隔形成第二多 個微全息圖，其中該間隔表示其在襯底內(nèi)的位置。
32. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，還包括形成第二多個微全息圖，其中所述第二多個微全息圖中的至少 一個與所述多個微全息圖中的至 少一個共同》文置在所述體積中共同的一個內(nèi)。
33. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，還包括通過第二塑料襯底泛光 照射所述微全息圖。
34. 根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中所述照射在所述第二塑料 襯底中引發(fā)了折射率變化圖案。
35. 根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，還包括通過第三塑料襯底泛光 照射所述第二塑料襯底。
36. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述通過第三塑料襯底照 射所述第二塑料襯底在所述第三襯底中復(fù)制了所述多個微全息圖。
37. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中所述泛光照射使用激光束。
38. 根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中所述激光束具有對應(yīng)于所 述微全息圖的中心波長。
39. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中所述中心波長約為532nm。
全文摘要
一種數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，包括塑料襯底，其具有沿著多個垂直疊置、橫向延伸的層中的軌道設(shè)置的多個體積；以及每一個包含在該多個體積中相應(yīng)的一個體積中的多個微全息圖；其中，在每個所述體積中存在或者不存在微全息圖表示所存儲的數(shù)據(jù)的相應(yīng)部分。
文檔編號G11B7/246GK101248377SQ200680017070
公開日2008年8月20日 申請日期2006年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月16日
發(fā)明者B·L·勞倫斯, E·P·博登, J·L·斯莫倫斯基, M·迪布瓦, P·P·吳, X·施 申請人:通用電氣公司