專利名稱：從全息存儲介質(zhì)讀取并且/或?qū)懭氲饺⒋鎯橘|(zhì)的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于從全息存儲介質(zhì)讀取并且/或者寫入到全息存儲介 質(zhì)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(zhì)讀取 并且/或者寫入到全息存儲介質(zhì)的裝置。
背景技術：
在全息數(shù)據(jù)存儲裝置中，通過記錄由兩個相干激光光束的疊加所產(chǎn)生的 干涉圖案來存儲數(shù)字數(shù)據(jù)，其中， 一個光束(所謂的"目標光束")受空間光 調(diào)制器所調(diào)制，并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，這取決于干涉圖案的局部強度。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(zhí)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(shù)據(jù)存儲的 一 個優(yōu)點是增加的數(shù)據(jù)容量。與傳統(tǒng)光存儲介質(zhì)相反， 全息存儲介質(zhì)的巻用于存儲信息，而不僅僅是幾個層。全息數(shù)據(jù)存儲的另一
優(yōu)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(shù)據(jù)的可能性。更進一步地，并非存 儲單個比特，而是將數(shù)據(jù)存儲為數(shù)據(jù)頁面。典型地，數(shù)據(jù)頁面包括暗光圖案 的矩陣，即二維二進制數(shù)組或灰度值的數(shù)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(xiàn)增加的數(shù)據(jù)率。由空間光調(diào)制器(SLM) 將數(shù)據(jù)頁面印記到目標光束上，并且以檢測器陣列來檢測數(shù)據(jù)頁面。
討論當前用于全息存儲系統(tǒng)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(tǒng)中，分別對于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(tǒng)，即目標光束和基準光束沿著相同的軸行 進。這種系統(tǒng)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(tǒng)中，目標光束和基準光束 不共享相同光路徑。在該系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)是特殊類型的同 軸系統(tǒng)。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(tǒng)允許實現(xiàn)更 高的數(shù)據(jù)容量，但是由于必須對目標光束和基準光束進行分離、形成和結(jié)合， 因此設置更復雜并且不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種用于以簡化的共孔徑設置從全息存儲裝置進 行讀取并且/或者寫入到全息存儲介質(zhì)的裝置。
根據(jù)本發(fā)明，通過一種用于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(zhì)進行讀取并且/或者寫入到全息存儲 介質(zhì)的裝置來實現(xiàn)該目的，所述裝置具有一個或多個空間光調(diào)制器，其用于 通過以具有比數(shù)據(jù)頁面的空間頻率更高的空間頻率的調(diào)制圖案來調(diào)制光東而 生成一個或多個基準光束。
本發(fā)明的想法在于，以 一 個或多個空間光調(diào)制器生成用于共孔徑記錄系 統(tǒng)的目標光束和基準光束。通過使用特定像素圖案來實現(xiàn)該想法，其中，以 比所述數(shù)據(jù)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(diào)制對二 進制數(shù)據(jù)進行編碼的數(shù)據(jù)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(tǒng)的基本原理。本發(fā)明允許實現(xiàn)所述共孔徑系統(tǒng)，而不 需要通過光學手段來分離并且結(jié)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，并且系統(tǒng)關于搖動和振動變得更 加穩(wěn)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，所以可以降低激光的相干長度。
根據(jù)本發(fā)明進一步的方法，通過一種用于使用一個或多個基準光束和一 目標光束的同軸布置將數(shù)據(jù)頁面寫入到全息存儲介質(zhì)的方法而同樣地實現(xiàn)上
述優(yōu)點，所述方法具有以下步驟通過以具有比所述數(shù)據(jù)頁面的空間頻率更
高的空間頻率的調(diào)制圖案來調(diào)制光束而生成一個或多個基準光束。
相似地，通過一種用于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(zhì)讀取數(shù)據(jù)頁面的方法而同樣地也實現(xiàn)上述優(yōu)點，所
述方法具有以下步驟通過以具有比所述數(shù)據(jù)頁面的空間頻率更高的空間頻率的調(diào)制圖案來調(diào)制光束而生成一個或多個基準光束。
優(yōu)選地，對于以數(shù)據(jù)頁面和調(diào)制圖案的疊加來調(diào)制光束，提供一種單個 空間光調(diào)制器。其具有的優(yōu)點是，由于僅需要一個空間光調(diào)制器，因此減少 了光學設置的花費。
或者，對于以數(shù)據(jù)頁面和調(diào)制圖案依次調(diào)制光束，提供兩個空間光調(diào)制 器。理想地，這兩個空間光調(diào)制器被彼此接近地平行布置在目標平面上。調(diào) 制圖案或數(shù)據(jù)頁面是否首先被印記在光束上并不是重要的。該解決方法具有 的優(yōu)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(diào)制器。此外，用于印記所述調(diào)制圖案的空間光調(diào)制器同樣可以是靜態(tài) 的，即，其可以具有固定的調(diào)制圖案。在此情況下，優(yōu)選地采用簡單相位掩 膜或幅度掩膜。
優(yōu)選地，通過所述一個或多個空間光調(diào)制器的像素的群組來形成所迷數(shù) 據(jù)頁面的數(shù)據(jù)像素。這樣容易地允許使用相同的空間光調(diào)制器或至少相同類 型的空間光調(diào)制器，以用于既將調(diào)制圖案又將數(shù)據(jù)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。 所述空間濾波器位于傅立葉平面內(nèi)。由于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(nèi)或接近于所述傅立葉 平面將它們空間分離。因此，空間濾波器(例如孔徑)允許以便宜并且高效 的方式來分離所述光束。


為了更好地理解，現(xiàn)將參照附圖在以下描述中更詳細地解釋本發(fā)明。應 理解，本發(fā)明不限于所述示例性實施例，并且還可以在不脫離本發(fā)明范圍的 情況下便利地組合并且/或者修改所指定的特征。在附圖中
圖1示出在寫入操作期間用于從全息存儲介質(zhì)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(jù)本發(fā)明的用于從全息存儲介質(zhì)進行讀取并且/或者寫入到全
息存儲介質(zhì)的共孔徑裝置，
圖4示出數(shù)據(jù)圖案的示例，其中，由3x3 SLM像素來形成每一數(shù)據(jù)像素， 圖5示出用于生成基準光束的調(diào)制圖案，圖6示出從數(shù)據(jù)圖案和調(diào)制圖案的疊加所得到的數(shù)據(jù)頁面，
圖7示出在第一傅立葉透鏡的焦平面內(nèi)從圖6的數(shù)據(jù)頁面得到的強度分
布，
圖8示出在空間濾波之后在第三傅立葉透鏡的焦平面內(nèi)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(nèi)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制數(shù)據(jù)。
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(tǒng)。當 然，這種構思也可應用于反射類型的全息存儲系統(tǒng)，其中，僅從所述全息存 儲系統(tǒng)的一側(cè)記錄并且讀取數(shù)據(jù)。更進一步地，可以使用僅單個基準光束或 多于兩個的基準光束。
圖1示出用于從全息存儲介質(zhì)進行讀取并且寫入到全息存儲介質(zhì)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(例如激光二極管1 )發(fā)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。于是由光束分割器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，并且由兩個 反射鏡8、 9朝向空間光調(diào)制器(SLM) IO定向。SLM10調(diào)制光束5，以印 記2維數(shù)據(jù)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。于是由物鏡14將目標光 束5聚焦到全息存儲介質(zhì)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 (例如雙棱鏡或衍射元件)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 距位于目標光束5的焦點區(qū)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，并且由物鏡14將部分 基準光束6a、 6b聚焦到全息存儲介質(zhì)15。在目標光束5和部分基準光束6a、 6b的交點處，出現(xiàn)干涉圖案，其被記錄在全息存儲介質(zhì)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(zhì)15重獲所存儲的數(shù)據(jù)。為此，由光束快門7阻擋目標光束5。 由 全息結(jié)構來衍射部分基準光束6a、 6b,并且部分基準光束6a、 6b產(chǎn)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,并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還有利地用于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(shù)據(jù)。
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(fā)明的主要想法在于以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于一 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(diào)制數(shù)據(jù)圖案而生成基準光束6a、 6b，所述附加圖案主要包括比數(shù)據(jù)圖案 更高的空間頻率。該操作要么由用于將數(shù)據(jù)頁面印記在光束2上的相同SLM IO來完成，要么由(由虛線矩形所指示的)附加SLM10a來完成。當然，在 后者的情況下，SLM IO可以同樣用于印記調(diào)制圖案，而附加SLM 10a印記 數(shù)據(jù)頁面。高頻調(diào)制圖案充當用于共孔徑全息成像的基準光束6a、 6b。結(jié)果， 空間濾波器12被修改，從而其不濾除調(diào)制圖案的空間頻率，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(shù)據(jù)像 素而實現(xiàn)數(shù)據(jù)圖案的一維調(diào)制。圖4示出數(shù)據(jù)圖案的示例。在此情況下，由 3x3 SLM像素31形成一個數(shù)據(jù)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(diào)制圖案32的示例。調(diào)制圖案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(jié)果，調(diào)制圖案32 的空間頻率高于數(shù)據(jù)圖案的空間頻率。當然，也同樣可以使用其它類型的調(diào) 制圖案32，只要它們與數(shù)據(jù)圖案的空間頻率相比展現(xiàn)出足夠大的高空間頻率 的部分。例如，調(diào)制圖案32可以是2維光柵，或隨機結(jié)構或偽隨機結(jié)構(例如具有可變行距離的光柵)。除了幅度調(diào)制圖案32之外，還可以使用相位調(diào)制圖案(例如具有正弦相位調(diào)制的光柵)。后者具有的優(yōu)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(shù)據(jù)圖案和調(diào)制圖案32的疊加的最終數(shù)據(jù)頁面33 。由SLM 10將該圖案33應用于由光源1所發(fā)射的光束2。從圖中可知，為了減少SLM IO的像素的數(shù)量，像素優(yōu)選地適配于調(diào)制圖案。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(shù)比例在圖7中示出得自圖6的最終數(shù)據(jù)頁面33 的第一傅立葉透鏡l的焦平面的強度分布?？梢詷俗R較高強度的三個區(qū)域。 由信號的較低頻率內(nèi)容(即主要是數(shù)據(jù)圖案)生成中心區(qū)域。在該中心區(qū)域 的側(cè)部的區(qū)域得自高頻內(nèi)容(即主要是調(diào)制圖案32)。在第三傅立葉透鏡21 中也發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)圖案和調(diào)制圖案32的這種分離，并且這種分離使得有可能在該 平面內(nèi)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(diào)制圖案32應用于光束2。于是 由存儲在全息存儲介質(zhì)15中的全息圖來重構原始數(shù)據(jù)圖案。為了濾除基準光 束6a、 6b,選取全息存儲介質(zhì)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(nèi)的基準光束6a、 6b的強度 峰值。圖8以具有任意單位的對數(shù)比例示出在空間濾波器22的孔徑之后的這 個焦平面內(nèi)的其余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(nèi)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(nèi)容。因此，可以恢復數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)像素30落在一個檢測器像素上的方式所 選取并且調(diào)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(shù)據(jù)圖案所編碼的 二進制數(shù)據(jù)。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?？?見，亮像素與暗像素被良好地分離，并且可以容易地確定分片級別。在進行 分片之后，重獲初始存儲的二進制數(shù)據(jù)。圖12示出這種情況。
權利要求
1.一種用于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(zhì)讀取數(shù)據(jù)頁面并且/或者將數(shù)據(jù)頁面寫入到全息存儲介質(zhì)的裝置，其特征在于，所述裝置具有一個或多個空間光調(diào)制器(10)，其用于通過以具有比數(shù)據(jù)頁面的空間頻率更高的空間頻率的調(diào)制圖案(32)來調(diào)制光束(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(diào)制器 (10),其用于以數(shù)據(jù)頁面和調(diào)制圖案(32)的疊加來調(diào)制所述光束(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(diào)制器 (10)，其用于以數(shù)據(jù)頁面和調(diào)制圖案(32)來依次調(diào)制所述光束(2)。
4. 如權利要求3所述的裝置，其中，所述用于以調(diào)制圖案(32)來調(diào)制 所述光束(2)的空間光調(diào)制器(10)具有固定的調(diào)制圖案。
5. 如權利要求3或4所述的裝置，其中，所述用于以調(diào)制圖案(32)來 調(diào)制所述光束(2)的空間光調(diào)制器(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 處于傅立葉平面內(nèi)，用于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(diào)制器(0)的像素(31)的群組來形成數(shù)據(jù)頁面的數(shù)據(jù)像素(30)。
8. —種用于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(shù)據(jù)頁面寫入到全息存儲介質(zhì)(15)的方法，具有以下步驟通 過以具有比所述數(shù)據(jù)頁面的空間頻率更高的空間頻率的調(diào)制圖案(32)來調(diào) 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(shù)據(jù)頁面和所述調(diào)制圖案(32 ) 的疊加來調(diào)制所述光束(2)。
10. 如權利要求8所述的方法，其中，以所述數(shù)據(jù)頁面和所述調(diào)制圖案(32 ) 來依次調(diào)制所述光束(2)。
11. 一種用于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(zhì)(15)讀取數(shù)據(jù)頁面的方法，具有以下步驟通過以具有比所述數(shù)據(jù)頁面的空間頻率更高的空間頻率的調(diào)制圖案(32)來調(diào)制光束(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(zhì)(15)，其特征在于，所述全息存儲介質(zhì)(15)包 括一個或多個數(shù)據(jù)頁面，所述一個或多個數(shù)據(jù)頁面適用于以如權利要求]1或 12所述的方法進4于讀耳又。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于以簡化的共孔徑設置從全息存儲介質(zhì)讀取并且/或者寫入到全息存儲介質(zhì)(15)的裝置。根據(jù)本發(fā)明，一種用于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(zhì)讀取數(shù)據(jù)頁面并且/或者將數(shù)據(jù)頁面寫入到全息存儲介質(zhì)的裝置，所述裝置具有一個或多個空間光調(diào)制器(10)，其用于通過以具有比數(shù)據(jù)頁面的空間頻率更高的空間頻率的調(diào)制圖案(32)來調(diào)制光束(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(yōu)先權日2007年4月19日
發(fā)明者沃爾夫?qū)せ羲官M爾德 申請人:湯姆森特許公司