專利名稱：對準全息rom系統(tǒng)的設備和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種對準全息ROM系統(tǒng)的設備和方法。更特別地，涉及這樣一種對準全息ROM系統(tǒng)的設備和方法，用于在全息介質上記錄數(shù)據(jù)模式之前，防止數(shù)據(jù)遮罩和全息介質沒有對準，進而減少記錄和讀出時的錯誤。
背景技術：
傳統(tǒng)的全息存儲系統(tǒng)一般采用逐頁存儲方法。諸如SLM(空間光調(diào)制器)的輸入裝置以二維陣列(被稱作一頁)的形式來呈現(xiàn)記錄數(shù)據(jù)，同時利用諸如CCD照相機的檢測器陣列根據(jù)讀出值來檢索記錄數(shù)據(jù)的頁。此外，還提出了其它的方案，其中用逐位記錄取代逐頁方法。但是，所有這些系統(tǒng)都有共同的缺點它們需要記錄大量的分離全息圖，以便將存儲器填充到其全部容量。典型的使用兆位級陣列的面向頁系統(tǒng)，需要記錄幾十萬個全息頁，以達到100GB或更大的容量。即使是毫秒級的全息曝光時間，填充100GB級存儲器所需的全部記錄時間，盡管不是幾小時也至少能輕易地達到幾十分鐘。于是，開發(fā)了另一種傳統(tǒng)的全息ROM系統(tǒng)，其產(chǎn)生100GB級容量光盤所需的時間可減少到不足一分鐘，甚至能達到秒的數(shù)量級。
圖1示出了一種傳統(tǒng)的全息ROM系統(tǒng)，它包括光源10；快門12；反射鏡14、28、34、40；HWP(半波片)16、24、36；空間濾波器18、30、42；透鏡20、44；PBS(偏振分束器)22；偏振器26、38；錐形反射鏡32；數(shù)據(jù)遮罩46和全息介質48。
光源10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-偏振光或S-偏振光，并經(jīng)由快門12提供到反射鏡14，其中當在全息介質48上記錄數(shù)據(jù)時，該快門打開用以經(jīng)過其中傳送激光束。反射鏡14將激光束反射到HWP 16上。該HWP 16將激光束的偏振旋轉θ度(優(yōu)選45°)。然后，偏振旋轉的激光束輸送到空間濾波器18，以便消除包含在該偏振旋轉的激光束中的噪聲。然后，將偏振旋轉的激光束提供到透鏡20，用于將激光束的光束尺寸擴展到預定尺寸。之后，將擴展后的激光束提供到PBS 22。
PBS 22通過反復沉積至少兩種具有不同折射率的材料而制成，并用于沿光路S1來透射例如水平方向偏振的激光束，即S-偏振光束，并用于沿光路S2來反射例如垂直方向偏振的激光束，即P-偏振光束。這樣，PBS 22將擴展后的激光束分成分別具有不同偏振的透射激光束(下文稱為“參考光束”)和反射激光束(下文稱為“信號光束”)。
例如S-偏振的信號光束被反射鏡34所反射。然后，被反射的信號光束依次地經(jīng)過HWP 36和偏振器38提供到反射鏡40。由于HWP 36能夠將信號光束的偏振旋轉θ’角度，并且偏振器38僅適于通過P-偏振信號光束，因此HWP 36和偏振器38能通過改變θ’來調(diào)節(jié)到達反射鏡40的P-偏振信號光束的數(shù)量。然后，P-偏振信號光束被反射鏡40朝向空間濾波器42而反射，用以消除信號光束中不完全的偏振成分，而只允許其中的純P-偏振成分透射過去。而后，具有完全或純偏振的信號光束提供到透鏡44，用以將信號光束的光束尺寸擴展到預期尺寸。之后，被擴展的信號光束經(jīng)數(shù)據(jù)遮罩46投射到全息介質48上。呈現(xiàn)用于記錄的數(shù)據(jù)模式的數(shù)據(jù)遮罩46，用作輸入裝置，例如空間光調(diào)制器(SLM)。
同時，參考光束依次地經(jīng)HWP 24和偏振器26輸送到反射鏡28。由于HWP 24能將參考光束的偏振旋轉θ”角度，并且偏振器26僅適于通過P-偏振參考光束，因此HWP 24和偏振器26可以通過變換θ”來調(diào)節(jié)到達反射鏡28的P-偏振參考光束數(shù)量。因而，參考光束的偏振變得與信號光束的偏振相同。而后，反射鏡28朝向空間濾波器30反射P-偏振參考光束，且僅允許其純的P-偏振成分從其中透射過去，其中該空間濾波器30用于消除參考光束中的不完全偏振成分。然后，將具有完全的或純偏振的參考光束投射在錐形反射鏡32上(錐形反射鏡32由具有圓形基底的圓錐體所形成，并在圓形基底和錐形體之間具有一預定的底角)，該錐形反射鏡32由一個支架(未示出)固定。錐形反射鏡32朝向全息介質48反射參考光束。被反射的參考光束在全息介質48上的入射角，由錐形反射鏡32的底角所確定。
圖2詳細地顯示了一種用于在全息ROM上記錄數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)方法。如圖2所示，全息介質48是用于記錄數(shù)據(jù)模式的盤形材料。數(shù)據(jù)遮罩46也具有與全息介質48類似尺寸的圓盤形狀，用于提供將要保存在全息介質48中的數(shù)據(jù)模式。通過使用正常入射的平面波即信號光束來照射數(shù)據(jù)遮罩46，并使用從相反側入射的參考光束在圖2所示的反射幾何形狀中記錄全息圖，從而將衍射模式記錄在全息介質48上。選擇圓錐光束的形狀，以便使得平面波參考光束在光盤的所有位置上都近似地具有恒定的徑向角，從而在讀出過程中當光盤轉動時，能通過固定角的窄平面波從本處讀取全息圖。另外，可利用具有不同底角的錐形反射鏡32，來實現(xiàn)角度多路復用。
然而，當數(shù)據(jù)遮罩46的中心46a和全息介質48的中心48a沒有對準時，即數(shù)據(jù)遮罩46和全息介質48沒有同軸地對準，如圖3所示，數(shù)據(jù)模式將沿同樣沒有與全息介質48相對準的光道48c被記錄下來。這樣，在讀出過程中，由于記錄光道48c與光道48b并不匹配，因此在讀出過程中很難重新生成數(shù)據(jù)模式。因而，應該在記錄數(shù)據(jù)模式之前使得數(shù)據(jù)遮罩46與全息介質48對準。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的在于，通過在全息介質上記錄數(shù)據(jù)模式之前檢測數(shù)據(jù)遮罩和全息介質是否對準，來提供一種對準全息ROM系統(tǒng)的設備和方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明的全息設備，包括一個光束提供單元，用來提供入射激光束；一個傳送單元，用來接收所述入射激光束并產(chǎn)生聚焦的激光束；一個包括全息介質的反射單元，用于通過一個開口來接收所述聚焦的激光束，并且之后將接收到的激光束往回反射到該開口，其中穿過該開口的被反射激光束的數(shù)量，取決于所述全息介質與所述開口是否對準，而且，其中穿過該開口的被反射激光束返回到所述傳送單元，并且之后被所述傳送單元轉換成返回激光束；和一個檢測單元，用于檢測該返回激光束的數(shù)量，從而確定所述開口和所述全息介質是否對準。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明的全息設備，包括一個光束提供單元，用來提供入射激光束；一個透鏡，用來將所述入射激光束聚焦在一個開口處，以產(chǎn)生聚焦的激光束；一個數(shù)據(jù)遮罩，用來在全息介質上記錄包含在所述數(shù)據(jù)遮罩中的數(shù)據(jù)，并且在其中心部分具有所述開口，用來通過所述開口來傳送所述聚焦的激光束；和一個反射鏡，它與所述全息介質相聯(lián)結，用來反射由所述數(shù)據(jù)遮罩所傳送的聚焦的激光束，其中將穿過所述開口的被反射激光束提供給檢測單元，用來檢測穿過所述開口的被反射激光束的數(shù)量，以確定所述數(shù)據(jù)遮罩和所述全息介質是否對準。
根據(jù)本發(fā)明更進一步的方面，本發(fā)明的全息方法包括以下步驟(a)提供入射激光束；(b)通過位于數(shù)據(jù)遮罩的中央部分上的一個開口來傳送所述入射激光束，該數(shù)據(jù)遮罩被用于在全息介質上記錄包含在所述數(shù)據(jù)遮罩中的數(shù)據(jù)；(c)由與所述全息介質相聯(lián)結的反射鏡，來反射被傳送的入射激光束；(d)通過所述開口來傳送被反射的激光束；和(e)檢測穿過所述開口的被反射激光束的數(shù)量，以確定所述數(shù)據(jù)遮罩和所述全息介質是否對準。


通過以下結合附圖對優(yōu)選實施例的描述，本發(fā)明的上述及其它目的和特征將變得更加清楚。
圖1顯示傳統(tǒng)的全息ROM系統(tǒng)；圖2詳細地描述一種用來記錄全息ROM的傳統(tǒng)方法；圖3示出了全息介質和數(shù)據(jù)遮罩之間沒有對準的排列；圖4根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例示出了一種用于對準全息介質和數(shù)據(jù)遮罩的設備；圖5A和5B分別示出了當全息介質和數(shù)據(jù)遮罩對準和沒有對準時的光束路徑。
具體實施例方式
圖4是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例所表示的一種設備，用于使用數(shù)據(jù)遮罩在全息介質上記錄數(shù)據(jù)之前，將全息介質和數(shù)據(jù)遮罩對準。圖4中的設備包括光源100；快門102；HWP(半波片)104；偏振器105；空間濾波器106；PBS(偏振分束器)108；QWP(四分之一波片)110；透鏡112；數(shù)據(jù)遮罩114；全息介質116；半球反射鏡118；用于將半球反射鏡118夾到全息介質116的中心孔隙117上的夾具120；主軸馬達122；檢測器124和控制器126。
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-偏振光或S-偏振光，并經(jīng)由快門102提供到HWP 104，其中當使全息介質116和數(shù)據(jù)遮罩114相對準時，該快門打開用以經(jīng)過其中傳送激光束。該HWP 104將激光束的偏振旋轉θ度(優(yōu)選45°)。然后，偏振旋轉的激光束輸送到僅能透射例如S-偏振激光束的偏振器105。將透射的S-偏振激光束提供給空間濾波器106，以便消除包含在該透射的S-偏振激光中的噪聲。
然后，將S-偏振激光束提供給PBS 108，該PBS 108能夠僅透射例如水平偏振的激光束，即S-偏振光束，和僅反射例如垂直偏振的激光束，即P-偏振光束。由于將S-偏振激光束提供給PBS108，激光束透射穿過其中。然后，透射過的激光束提供給QWP 110。一般地，QWP具有將圓偏振光轉換為線偏振光的獨特性能，同時也具有將線偏振光轉換為圓偏振光的獨特性能。更具體地，S-偏振光束(或P-偏振光束)在穿過QWP之后變成圓偏振光束，然后圓偏振光束再一次通過QWP時轉變成P-偏振光束(或S-偏振光束)。
因此，QWP 110將輸入的S-偏振激光束轉換為圓偏振激光束，該圓偏振激光束隨后被輸送到透鏡112。由于數(shù)據(jù)遮罩114位于透鏡112的焦距位置處，透鏡112在針孔115處聚焦該圓偏振激光束，該針孔位于數(shù)據(jù)遮罩114的中心位置，其尺寸例如如是5μm。這樣，透鏡112就能通過針孔115和孔隙117將圓偏振激光束提供給半球反射鏡118，其中該孔隙是全息介質116的一個中心孔部分。半球反射鏡118可以在夾具120的凹入部分上形成為一單獨體或一分離體。夾具120，例如被插入孔隙117中，用來將全息介質116的中心與半球反射鏡118的中心對準，并且連接到夾具120的主軸馬達122帶動全息介質116旋轉。
如果數(shù)據(jù)遮罩114和全息介質116如圖5A所示地完全對準，則針孔115的中心應該對應于虛擬球面的中心，該虛擬球面的表面包含了半球反射鏡118的表面。也就是說，數(shù)據(jù)遮罩114的針孔115的中心應當基本上與半球反射鏡118的焦點相重合。這樣，半球反射鏡118將通過針孔115的中心將圓偏振激光束往回反射到透鏡112上，被反射的圓偏振激光束在針孔115的中心處聚焦。因此，穿過針孔115的圓偏振激光束的數(shù)量達到了最大值。
然后，透鏡112將被反射的圓偏振激光束提供給QWP 110。這之后，QWP 110將被反射的圓偏振激光束轉換為P-偏振激光束，然后再將該P-偏振激光束提供給PBS 108。由于P-偏振激光束是由PBS 108的特性所反射，因而檢測器124檢測P-偏振激光束。當借助于半球反射鏡118，全息介質116的中心與針孔115完全對準時，由檢測器124所檢測的P-偏振激光束的數(shù)量也能達到最大值。
另一方面，如果數(shù)據(jù)遮罩114和全息介質116如圖5B中所示并沒有完全對準時，則針孔115的中心并沒有對應于包含半球反射鏡118表面的虛擬球面的中心。這樣，被半球反射鏡118反射的圓偏振激光束不能夠通過針孔115的中心被全部地傳送給透鏡112。因此，穿過針孔115的被反射的圓偏振激光束的數(shù)量小于最大值。這樣，由檢測器124所檢測到的被反射的圓偏振激光束的數(shù)量也變得小于最大值，這就意味數(shù)據(jù)遮罩114和全息介質116并沒有完全對準。之后，如果被反射的圓偏振激光束的數(shù)量小于接近最大值的預先設定的閾值時，檢測器124就向用于控制致動器(未示出)的控制器126發(fā)出代表沒有對準的信號。然后，致動器調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)遮罩114的位置或者全息介質116的位置，以對準數(shù)據(jù)遮罩114和全息介質116。當數(shù)據(jù)遮罩114和全息介質116對準后，它們被使用在如圖1示出的全息ROM系統(tǒng)上，用以在全息介質116上記錄數(shù)據(jù)。
在圖4所示的設備中，如果光源100發(fā)出S-偏振光，則快門102、HWP 104、偏振器105和空間濾波器106可以省略。然而，優(yōu)選采用快門102、HWP 104、偏振器105和空間濾波器106，用于獲得一更準確和標準的結果。
盡管本發(fā)明是由優(yōu)選實施例來示出和描述，但是本領域技術人員應當懂得，可能的不同變換和改進并不脫離如下面權利要求所限定的本發(fā)明中的保護精神和范圍。
權利要求
1.一種全息設備，它包括一個光束提供單元，用來提供入射激光束；一個傳送單元，用來接收所述入射激光束并產(chǎn)生聚焦的激光束；一個包括全息介質的反射單元，用于通過一個開口來接收所述聚焦的激光束，并且之后將接收到的激光束往回反射到該開口，其中穿過該開口的被反射激光束的數(shù)量，取決于所述全息介質與所述開口是否對準；而且，其中穿過該開口的被反射激光束返回到所述傳送單元，并且之后被所述傳送單元轉換成返回激光束；和一個檢測單元，用于檢測該返回激光束的數(shù)量，從而確定所述開口和所述全息介質是否對準。
2.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中所述反射單元進一步包括一個數(shù)據(jù)遮罩，所述開口設置在數(shù)據(jù)遮罩的中心處，和一個反射鏡，它與所述全息介質相聯(lián)結，用來將接收到的激光束反射到所述開口，從而使得所述全息介質與所述數(shù)據(jù)遮罩對準。
3.根據(jù)權利要求2所述的設備，其中所述數(shù)據(jù)遮罩用于在對準完成后在所述全息介質上記錄數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權利要求2所述的設備，其中所述反射鏡是半球反射鏡，并且所述數(shù)據(jù)遮罩的開口的中心基本上與該半球反射鏡的焦點相重合。
5.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中所述傳送單元包括一個偏振分束器，用來透射所述入射激光束；一個四分之一波片，用來將所述入射激光束轉換成第一平行激光束；和一個透鏡，用來在所述開口處聚焦所述第一平行激光束，以產(chǎn)生聚焦的激光束，其中由所述反射單元將穿過所述開口的被反射激光束提供給所述透鏡，且所述透鏡將該被反射的激光束轉換成第二平行激光束，和其中所述四分之一波片將所述第二平行激光束轉換成返回激光束，該返回激光束由所述偏振分束器朝向所述檢測單元而反射。
6.根據(jù)權利要求5所述的設備，其中所述開口位于所述透鏡的焦距位置處。
7.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中所述光束提供單元包括一個光源，用來產(chǎn)生源激光束，和一個濾波單元，用來從所述源激光束中產(chǎn)生線偏振的入射激光束。
8.一種全息設備，包括一個光束提供單元，用來提供入射激光束；一個透鏡，用來將所述入射激光束聚焦在一個開口處，以產(chǎn)生聚焦的激光束；一個數(shù)據(jù)遮罩，用來在全息介質上記錄包含在所述數(shù)據(jù)遮罩中的數(shù)據(jù)，并且在其中心部分具有所述開口，用來通過所述開口來傳送所述聚焦的激光束；和一個反射鏡，它與所述全息介質相聯(lián)結，用來反射由所述數(shù)據(jù)遮罩所傳送的聚焦的激光束，其中將穿過所述開口的被反射激光束提供給檢測單元，用來檢測穿過所述開口的被反射激光束的數(shù)量，以確定所述數(shù)據(jù)遮罩和所述全息介質是否對準。
9.一種全息方法，它包括以下步驟(a)提供入射激光束；(b)通過位于數(shù)據(jù)遮罩的中央部分上的一個開口來傳送所述入射激光束，該數(shù)據(jù)遮罩被用于在全息介質上記錄包含在所述數(shù)據(jù)遮罩中的數(shù)據(jù)；(c)由與所述全息介質相聯(lián)結的反射鏡，來反射被傳送的入射激光束；(d)通過所述開口來傳送被反射的激光束；和(e)檢測穿過所述開口的被反射激光束的數(shù)量，以確定所述數(shù)據(jù)遮罩和所述全息介質是否對準。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種全息設備和方法。在全息介質上記錄包含在數(shù)據(jù)遮罩中的數(shù)據(jù)之前，通過一個對準器使數(shù)據(jù)遮罩和全息介質對準，該對準器包括一個用來提供入射激光束的光束提供單元；一個傳送單元，用來接收入射激光束并產(chǎn)生聚焦的激光束；一個包括全息介質的反射單元，用于通過一個針孔來接收聚焦的激光束，然后將接收到的激光束往回反射到該針孔，其中穿過該針孔的被反射的激光束返回到傳送單元，然后被該傳送單元轉換成返回激光束；和一個檢測單元，用于檢驗返回激光束的數(shù)量，以確定針孔和全息介質是否對準。
文檔編號G11B7/0065GK1577181SQ200410002738
公開日2005年2月9日 申請日期2004年1月19日 優(yōu)先權日2003年6月30日
發(fā)明者金近律 申請人:株式會社大宇電子