專利名稱：全息只讀存儲器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
、本發(fā)明涉及全息ROM(只讀存儲器)系統(tǒng)；尤其涉及能利用簡單結(jié)構(gòu)提高記錄和閱讀效率的全息ROM系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的全息存儲系統(tǒng)一般采用面向頁的存儲方法。諸如SLM(空間光調(diào)制器)的輸入裝置以二維陣列的形式表示記錄數(shù)據(jù)，同時利用諸如CCD照相機(jī)的檢測器根據(jù)讀出值檢索該記錄數(shù)據(jù)。還提出了其它方案，其中，用逐位記錄取代面向頁的方法。但是，所有這些系統(tǒng)的共同缺點(diǎn)是它們必須記錄大量的分離全息圖以便填充存儲器的容量。典型的使用兆位級陣列的面向頁系統(tǒng)要求記錄幾十萬個全息頁以達(dá)到100GB或更大的容量。既使是毫秒級的全息曝光時間，填充100GB級存儲器所需的記錄時間盡管不是幾小時也至少能輕易地達(dá)到幾十分鐘。于是，開發(fā)了如圖1所示的普通全息ROM系統(tǒng)，其產(chǎn)生100GB容量光盤所需的時間可減少到不足一分鐘，甚至達(dá)到秒的數(shù)量級。
圖1的普通全息ROM系統(tǒng)包括光源100；HWP(半波板)102，112；擴(kuò)展單元104；PBS(偏振分束器)106；偏振器108、116；反射鏡110、116；掩膜122；全息照相介質(zhì)120；和錐形反射鏡118。
光源100發(fā)射具有恒定波長、如532nm波長的激光束。該激光束只是一種線偏振光、如P偏振或S偏振光、并被提供到HWP102。HWP102以θ度(優(yōu)選45°)旋轉(zhuǎn)激光束的偏振。而后，偏振旋轉(zhuǎn)的激光束被輸送到擴(kuò)展單元104以便將激光束的尺寸擴(kuò)展到預(yù)定尺寸。之后，擴(kuò)展的激光束被提供到PBS106。
PBS106通過沉積至少兩種具有不同折射率的材料而制成，并用于透射一種偏振激光束例如P偏振光束、而反射另一種偏振激光束例如S偏振光束。于是，PBS106將擴(kuò)展的激光束分成分別具有不同偏振的透射激光束(下文稱為“信號光束”)和反射激光束(下文稱為“參考光束”)。
例如P偏振的信號光束被輸送到偏振器108，偏振器108除去信號光束的不完善的偏振成分、只允許其中的純P偏振成分被透射。而后，具有理想或純偏振的信號光束被反射鏡110反射。之后，被反射的信號光束經(jīng)掩膜122投射到全息照相介質(zhì)120。帶有用于記錄的數(shù)據(jù)圖案的掩膜122用作輸入裝置、例如空間光調(diào)制器(SLM)。
另一方面，參考光束被輸送到HWP112。HWP112轉(zhuǎn)換參考光束的偏振而使參考光束的偏振變得與信號光束的偏振相同。而后，具有轉(zhuǎn)換偏振的參考光束被提供到偏振器114，參考光束的偏振在偏振器114被進(jìn)一步純化。具有理想偏振的參考光束被反射鏡116反射。而后，被反射的參考光束投射到錐形反射鏡118(錐形反射鏡118是具有圓形基底的圓錐，在圓形基底與錐面之間具有預(yù)設(shè)底角)，錐形反射鏡118由支架(未示出)固定。圓錐反射鏡118將被反射的參考光束向全息照相介質(zhì)120反射。被反射的參考光束在全息照相介質(zhì)120上的入射角由圓錐反射鏡118的底角確定。
用于固定圓錐反射鏡118的支架應(yīng)安裝在圓錐反射鏡118的下側(cè)、以避免支架阻擋參考光束。由于支架位于圓錐反射鏡118的下側(cè)，所以常常通過全息照相介質(zhì)120的中心開口124安裝圓錐反射鏡118。
全息照相介質(zhì)120是用于記錄數(shù)據(jù)圖案的盤形材料。圓盤尺寸的掩膜122提供被儲存在其中的數(shù)據(jù)圖案。通過用標(biāo)準(zhǔn)平面波即信號光束照射掩膜122、并用參考光束從相對側(cè)入射而以反射幾何結(jié)構(gòu)記錄全息圖，衍射圖案被記錄在全息照相介質(zhì)120上。選擇圓錐光束形狀以便平面波參考光束在光盤在所有位置均近似以恒定的輻射角入射，以便在播放期間光盤被轉(zhuǎn)動時能通過固定角窄平面波本地地閱讀全息圖。另外，可利用具有不同底角的圓錐反射鏡118實(shí)現(xiàn)角度多路復(fù)用(見“用于高速復(fù)制的全息ROM系統(tǒng)”(holographic ROM system for high-speedreplication)，2002 IEEE，Ernest Chuang等)。
使用上述方案，用于產(chǎn)生完整記錄100GB級容量光盤所需的時間可減少到不足一分鐘、甚至達(dá)到秒的數(shù)量級。
但是，在該已有技術(shù)的系統(tǒng)中仍存在致命的問題首先，圖1所示的傳統(tǒng)全息ROM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜。即，傳統(tǒng)全息ROM系統(tǒng)需要許多部件，它們包括PBS106；HWPs102、112；反射鏡110、116；和偏振器108、114；這增加了制作成本。
其次，用于角度多路復(fù)用的圓錐反射鏡118的更換非常麻煩。由于要將支架擠入位于全息照相介質(zhì)120、圓錐反射鏡118和掩膜122之間的狹小空間，所以無論何時更換用于角度多路復(fù)用的圓錐反射鏡118、都會影響全息照相介質(zhì)120與掩膜122之間的對準(zhǔn)，因而使圓錐反射鏡118的更換復(fù)雜化。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供具有簡單結(jié)構(gòu)的全息ROM系統(tǒng)，該系統(tǒng)可方便地更換用于角度多路復(fù)用的圓錐反射鏡。
本發(fā)明提供的全息ROM系統(tǒng)包括光源，用于發(fā)射激光束；擴(kuò)展單元，用于擴(kuò)展激光束；和掩膜，用于調(diào)制擴(kuò)展激光束的某一部分、以便產(chǎn)生被直接提供到全息照相介質(zhì)的信號光束，并用于篩選擴(kuò)展激光束的剩余部分、以便產(chǎn)生提供到圓錐反射鏡的參考光束，圓錐反射鏡將參考光束反射到全息照相介質(zhì)，其中，全息照相介質(zhì)包括記錄區(qū)，參考光束和信號光束均投射在其上；透明區(qū)，經(jīng)掩膜篩選的參考光束穿過透明區(qū)而向圓錐反射鏡提供參考光束。


下面結(jié)合附圖對優(yōu)選實(shí)施例所作的說明將使本發(fā)明的上述及其它目的的特征變得更加清楚，在附圖中圖1表示傳統(tǒng)的全息ROM系統(tǒng)；圖2表示本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的全息ROM系統(tǒng)；圖3A是圖2所示全息ROM系統(tǒng)中的全息照相介質(zhì)的平面圖；圖3B是圖2所示全息ROM系統(tǒng)中的掩膜的平面圖；圖3C表示本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的記錄結(jié)構(gòu)；和圖3D說明本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的圓錐反射鏡與全息照相介質(zhì)之間參考光束的光路。
優(yōu)選實(shí)施例圖2表示本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的全息ROM系統(tǒng)。該全息ROM系統(tǒng)沿直線主光軸即OP軸依次包括光源200；擴(kuò)展單元204；掩膜206；全息照相介質(zhì)208；和圓錐反射鏡210。全息照相介質(zhì)208優(yōu)選具有類CD光盤的形狀、并在其中心設(shè)有使參考光束通過而射向圓錐反射鏡210的透明區(qū)208a、圍繞透明區(qū)208a設(shè)有環(huán)形記錄區(qū)208b，如圖3A所示。與圖1的傳統(tǒng)掩膜一樣，掩膜206用于產(chǎn)生記錄用數(shù)據(jù)圖案，但不同的是掩膜206設(shè)有光束通過區(qū)206a和數(shù)據(jù)圖案區(qū)206b，如圖3B所示。如下面將具體說明的，光束通過區(qū)206a位于掩膜206的中心區(qū)、以使通過它參考光束經(jīng)全息照相介質(zhì)208的透明區(qū)208a投射到圓錐反射鏡210。環(huán)形的數(shù)據(jù)圖案區(qū)206b圍繞光束通過區(qū)206a。光束通過區(qū)206a可以是單個開孔、或由透明材料構(gòu)成、或是開孔和透明材料的組合結(jié)構(gòu)。掩膜206可以是只用于特定全息照相介質(zhì)208的具有固定尺寸的區(qū)206a和206b的掩膜、也可是用于各種全息照相介質(zhì)208的具有各種尺寸結(jié)構(gòu)的掩膜。在任何情況下，透明區(qū)208a和記錄區(qū)208b的尺寸最好應(yīng)與光束通過區(qū)206a和數(shù)據(jù)圖案區(qū)206b的尺寸相同，即、記錄區(qū)208b的內(nèi)外直徑等于數(shù)據(jù)圖案區(qū)206b的內(nèi)外直徑。
如圖2所示，光源200發(fā)射具有特定光束尺寸和恒定波長例如532nm的激光束。激光束被輸送到擴(kuò)展單元204，擴(kuò)展單元204擴(kuò)展激光束的寬度以提供平面波的校準(zhǔn)光束。擴(kuò)展的激光束最好覆蓋光束通過區(qū)206a和數(shù)據(jù)圖案區(qū)206b的整個面積，但其直徑接近記錄區(qū)208b的外徑、并且密度均勻，以使光學(xué)和記錄效率最大化。
如圖3C所示，整個擴(kuò)展激光束直接到達(dá)掩膜206，之后經(jīng)兩個光路到達(dá)全息照相介質(zhì)208。第一光路是擴(kuò)展激光束的外部被輸送到掩膜206的數(shù)據(jù)圖案區(qū)206b、而后經(jīng)面對掩膜206的第一表面投射到全息照相介質(zhì)208。第二光路是擴(kuò)展激光束的內(nèi)部經(jīng)掩膜206的光束通過區(qū)206a穿過全息照相介質(zhì)208的透明區(qū)208a，而后被圓錐反射鏡210反射，之后經(jīng)與掩膜206相對的第二表面投射到全息照相介質(zhì)208。穿過光束通過區(qū)206a的激光用作參考光，穿過掩膜206的數(shù)據(jù)圖案區(qū)206b的激光用作信號光。
掩膜206的數(shù)據(jù)圖案區(qū)206b提供用于在全息照相介質(zhì)208上寫入數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)圖案。通過用標(biāo)準(zhǔn)入射平面波、即信號光束照射掩膜206和使用參考光束在反射幾何結(jié)構(gòu)中記錄全息圖，信號和參考光束的衍射圖案被記錄在全息照相介質(zhì)208中。
選擇圓錐光束形狀、以便在全息照相介質(zhì)208的記錄區(qū)208b的所有位置、平面波參考光束近似具有恒定的徑向角。該數(shù)據(jù)可不轉(zhuǎn)動全息照相介質(zhì)208而由單次照射立刻在整個記錄區(qū)208b上寫入。這樣記錄的全息圖能只用與在記錄處理時所使用的參考光束相同的、但卻是固定角窄平面波的參考光束進(jìn)行本地地閱讀，同時，在播放期間全息照相介質(zhì)208被轉(zhuǎn)動。即，圖2所示的幾何結(jié)構(gòu)只在記錄操作時使用。
圓錐反射鏡210具有面對全息照相介質(zhì)208的圓錐形反射表面210a、并被支架212可拆卸地固定，支架212通過將介質(zhì)208固定在與全息照相介質(zhì)208相對的背側(cè)的位置上而將圓錐反射鏡210保持在固定的位置，以使其不阻擋參考光束。另外，激光束的主光軸即OP軸與穿過圓錐反射表面210a頂點(diǎn)的圓錐反射表面210a的對稱軸重合；圓錐反射表面210a的基底直徑最好不小于透明區(qū)208a的直徑、以使光效率最大化。由于圓錐反射鏡210的更換不會影響全息照相介質(zhì)208與掩膜206之間的配置，所以可相當(dāng)容易地用具有用于多路復(fù)用的不同底角的另一個圓錐反射鏡替換圓錐反射鏡210。
由于直至參考光束到達(dá)圓錐反射鏡210之前、參考光束與信號光束共用光軸(即，主光軸“OP軸”)且不分束，所以只使用光源200、擴(kuò)展單元204、掩膜206、全息照相介質(zhì)208、和圓錐反射鏡210而不使用圖1中已有技術(shù)的HWPs102和112、PBS106、偏振器108、和反射鏡110與116即可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，本發(fā)明的全息ROM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)被極大地簡化，從而明顯降低了制作成本。
圖3D是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的圓錐反射鏡210與全息照相介質(zhì)208之間參考光束的光路。如果入射參考光束方向與全息照相介質(zhì)208表面之間的入射角被設(shè)定為∠2a，角∠DBC即圓錐反射表面210a的底角是∠b，角∠ODA和∠DAO分別等于∠2b和∠2a。則可知∠a+∠b＝45° 公式1在半徑為X1的參考光束被圓錐反射鏡210反射并照射到全息照相介質(zhì)208的情況下，在全息照相介質(zhì)208上的反射參考光束的光束尺寸(寬度)X2可定義為X2＝X1/sin2a 公式2在全息照相介質(zhì)208的記錄區(qū)208b(即，其寬度等于其內(nèi)外直徑之間差的一半)是X3的情況下，X2必需等于或大于X3，以便立刻在記錄區(qū)208b上寫入數(shù)據(jù)。于是，X1與X3之間的關(guān)系可限定為X2＝X1/sin2a≥X3 公式3因此，角∠2a可用X1和X3限定為∠2a＜sin-1(X1/X3) 公式4所以，如果∠2a由公式4確定，則可得到圓錐反射表面210a的合適底角。
參考光束投射在全息照相介質(zhì)208上的位置可隨圓錐反射鏡210與全息照相介質(zhì)208之間的距離而變化。為使全息照相介質(zhì)208上的反射光束的尺寸X2與全息照相介質(zhì)208的記錄區(qū)208b的尺寸重合、或?yàn)槭箙⒖脊馐闹行墓饩€穿過記錄區(qū)208b的內(nèi)邊界，圓錐反射表面210a的頂點(diǎn)與全息照相介質(zhì)208之間的距離“Y”可定義為Y＝X1·tan2a 公式5雖然已結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例說明了本發(fā)明，但是可以理解，在不脫離所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的宗旨和范圍的前提下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以作出各種變化和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一個全息ROM系統(tǒng)，包括光源，用于發(fā)射激光束；擴(kuò)展單元，用于擴(kuò)展激光束；和掩膜，用于調(diào)制擴(kuò)展激光束的一部分、以便產(chǎn)生被直接提供到全息照相介質(zhì)的信號光束，并用于篩選擴(kuò)展激光束的剩余部分、以便產(chǎn)生提供到圓錐反射鏡的參考光束，圓錐反射鏡將參考光束反射到全息照相介質(zhì)；其中，全息照相介質(zhì)包括記錄區(qū)，參考光束和信號光束均投射在其上；透明區(qū)，經(jīng)掩膜篩選的參考光束穿過透明區(qū)而向圓錐反射鏡提供參考光束。
2.如權(quán)利要求1的全息ROM系統(tǒng)，其特征在于，所述透明區(qū)位于所述全息照相介質(zhì)的中心、以使參考光束通過而到達(dá)所述圓錐反射鏡，所述的環(huán)形記錄區(qū)環(huán)繞所述透明區(qū)。
3.如權(quán)利要求1的全息ROM系統(tǒng)，其特征在于，所述掩膜包括數(shù)據(jù)圖案區(qū)，用于調(diào)制所述激光束的該部分；和光束通過區(qū)，用于篩選所述激光束的剩余部分。
4.如權(quán)利要求3的全息ROM系統(tǒng)，其特征在于，所述光束通過區(qū)的尺寸和形狀與所述全息照相介質(zhì)的透明區(qū)的尺寸和形狀相同。
5.如權(quán)利要求1的全息ROM系統(tǒng)，其特征在于，所述圓錐反射鏡由支架固定，該支架安裝在圓錐反射鏡的背面。
6.如權(quán)利要求1的全息ROM系統(tǒng)，其特征在于，所述圓錐反射鏡被另一個具有用于多路復(fù)用的不同底角的圓錐反射鏡替換。
7.如權(quán)利要求6的全息ROM系統(tǒng)，其特征在于∠2a滿足以下關(guān)系∠2a＜sin-1(X1/X3)其中，∠2a是所述參考光束的前進(jìn)方向與所述全息照相介質(zhì)的表面之間角，X1是投射到所述圓錐鏡的參考光束全尺寸的一半，X3是所述全息照相介質(zhì)記錄區(qū)的內(nèi)外直徑之間差的一半。
8.如權(quán)利要求1的全息ROM系統(tǒng)，其特征在于，所述圓錐反射鏡與全息照相介質(zhì)之間的距離根據(jù)多路復(fù)用而變化。
9.如權(quán)利要求8的全息ROM系統(tǒng)，其特征在于，所述距離由下式確定Y＝X1·tan2a其中，X1是投射到所述圓錐鏡的參考光束全尺寸的一半，∠2a是所述參考光束的前進(jìn)方向與所述全息照相介質(zhì)的表面之間角。
全文摘要
一個全息ROM系統(tǒng)，包括光源，用于發(fā)射激光束；擴(kuò)展單元，用于擴(kuò)展激光束；和掩膜，用于調(diào)制擴(kuò)展激光束的某一部分、以便產(chǎn)生被直接提供到全息照相介質(zhì)的信號光束，并用于篩選擴(kuò)展激光束的剩余部分、以便產(chǎn)生提供到圓錐反射鏡的參考光束，圓錐反射鏡將參考光束反射到全息照相介質(zhì)。全息照相介質(zhì)具有記錄區(qū)，參考光束和信號光束被投射到該記錄區(qū)；透明區(qū)，經(jīng)掩膜篩選的參考光束穿過透明區(qū)而向圓錐反射鏡提供參考光束。
文檔編號G03H1/26GK1542854SQ0315401
公開日2004年11月3日 申請日期2003年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月30日
發(fā)明者盧載遇 申請人:株式會社大宇電子