專利名稱：并行光存儲裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種高速度光存儲裝置，尤其涉及一種采用空間光調(diào)制器作為信息輸入元件和采用CCD作為信息讀出元件的并行高速光存儲裝置。
背景技術(shù)：
隨著計(jì)算機(jī)多媒體和網(wǎng)絡(luò)的普及和迅猛發(fā)展，需要處理和存儲的數(shù)據(jù)量大幅度增加，光信息存儲技術(shù)已成為當(dāng)今信息科學(xué)技術(shù)的重要支柱之一。光存儲材料主要分為光熱型材料和光子型材料；在存儲方法上分為串行和并行。目前比較成熟的可擦寫光盤采用的是光熱型材料的串行讀寫方式。光熱型材料的記錄速度受到加熱過程的限制，而且串行的讀寫方式每次只能讀寫1比特信息，記錄讀出速度受到很大限制。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種以光子型材料為存儲記錄介質(zhì)的并行光存儲裝置；其解決了背景技術(shù)中讀寫方式每次只能讀寫1比特信息，記錄讀出速度受到很大限制的技術(shù)問題。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是一種并行光存儲裝置，包括激光器1，其特殊之處在于該裝置還包括沿所述激光器1的光束傳播方向依次設(shè)置的快門2、擴(kuò)束準(zhǔn)直器3、相干光到非相干光轉(zhuǎn)換器4及并行信息輸入元件——空間光調(diào)制器5；置于空間光調(diào)制器5后方的分光元件10；置于分光元件10分光光路上的高分辨率成像鏡頭11；固定于二維電控移動平臺16上、且位于高分辨率成像鏡頭11物面上的信息存儲記錄介質(zhì)樣品薄膜12；位于高分辨率成像鏡頭11像面上的并行信息讀出器件——圖像讀出器件6；置于分光元件10與圖像讀出器件6之間的光強(qiáng)控制偏振片9；接于圖像讀出器件6輸出端的計(jì)算機(jī)8；所述的圖像讀出器件6和空間光調(diào)制器5是關(guān)于分光元件10共軛的，即圖像讀出器件6和空間光調(diào)制器5分別放置在分光元件10分光光路相互正交的兩個(gè)方向上，且圖像讀出器件6和空間光調(diào)制器5的光敏面距分光元件10的中心距離相等。
上述樣品薄膜12可采用透射式結(jié)構(gòu)或反射式結(jié)構(gòu)。
上述樣品薄膜12的透射式結(jié)構(gòu)可由光學(xué)玻璃基片及直接制備于其表面上的記錄材料薄膜構(gòu)成；所述樣品薄膜12的反射式結(jié)構(gòu)可由全反射鏡、鍍于全反射鏡表面的四分之一波片及制備于波片上的記錄材料薄膜構(gòu)成。
上述分光元件10的分光光路可以是該分光元件10的透射光路或反射光路。
上述透射式結(jié)構(gòu)的樣品薄膜12后方設(shè)置有讀出照明光源15，該讀出照明光源15前可設(shè)置偏振片14及聚光物鏡13。所述的讀出照明光源15以采用發(fā)光二極管光源為宜。讀出照明光源15具體可采用中國專利ZL 02 2 62126.1公開的方案。使用發(fā)光二極管作為讀出光，特點(diǎn)在于可更換不同波長的發(fā)光二極管，以針對不同吸收的樣品薄膜12產(chǎn)生不同波長的照明光，提高讀出圖像的質(zhì)量。發(fā)光二極管前加偏振片14及聚光物鏡13，聚光物鏡13控制照明光只集中在要讀出信息的樣品區(qū)域，偏振片14可對讀出光起偏，有利于讀出光全部通過分光元件進(jìn)入圖像讀出器件6，以降低所需讀出光的強(qiáng)度，減小讀出光對寫入信息的擦除作用。
上述樣品薄膜12的記錄材料薄膜可采用具有光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)的光子型材料薄膜。
上述樣品薄膜12的記錄材料薄膜采用有機(jī)光致變色材料薄膜，以采用有機(jī)光致變色材料俘精酸酐薄膜制備在光學(xué)玻璃上構(gòu)成為佳。所述的激光器1以采用波長與樣品薄膜12的記錄材料薄膜相匹配的連續(xù)激光器或脈沖激光器為宜。
上述分光元件10可采用偏振分光棱鏡或偏振鍍膜分束片，最佳方案是使用偏振分光棱鏡。
上述相干光到非相干光轉(zhuǎn)換器4可采用微型電機(jī)和設(shè)置于該微型電機(jī)軸上的毛玻璃構(gòu)成，上述亦可采用振動器和設(shè)置于該振動器上的毛玻璃構(gòu)成。相干光到非相干光轉(zhuǎn)換器4將激光器發(fā)出的相干光轉(zhuǎn)換為非相干光，可消除相干光帶來的噪聲信號，提高記錄和讀出信息的信噪比。
上述圖像讀出器件6可由攝像頭17加圖像采集卡7構(gòu)成，所述的攝像頭17具體可采用CCD攝像頭或CMOS攝像頭；所述的圖像讀出器件6亦可僅由數(shù)碼相機(jī)構(gòu)成；所述的高分辨率成像鏡頭11可采用長工作距離平場顯微物鏡或大視場高倍率消像差微縮成像鏡頭。
本實(shí)用新型的信息讀出光對于反射式結(jié)構(gòu)的樣品薄膜12，使用信息寫入激光作為讀出光，此時(shí)空間光調(diào)制器5可加載白屏，將激光器1的功率調(diào)弱，從樣品薄膜12反射回來的光可以進(jìn)入圖像讀出器件6進(jìn)行讀出。
本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)
1.采用并行光存儲裝置，每次寫入或讀出的信息量大。每次可寫入或讀出1024×768比特或更多的信息。
2.本實(shí)用新型是基于光子型材料特性的高速并行光存儲方案；由于沒有熱效應(yīng)，響應(yīng)速度很快。
附圖圖面說明

圖1-4分別為本實(shí)用新型實(shí)施例1～4的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
附圖標(biāo)號說明1-激光器，2-快門，3-擴(kuò)束準(zhǔn)直器，4-相干光到非相干光轉(zhuǎn)換器，5-空間光調(diào)制器，6-圖像讀出器件，7-圖像采集卡，8-計(jì)算機(jī)，9-光強(qiáng)控制偏振片，10-光元件，11-高分辨率成像鏡頭，12-樣品薄膜，13-聚光物鏡，14-偏振片，15-讀出照明光源，16-二維電控移動平臺，17-攝像頭。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型在光子型材料上存儲模擬圖像與數(shù)字編碼信息，實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的并行高速存取，每次可寫入或讀出1024×768比特或更多的信息，是基于光子型材料特性的高速并行光存儲裝置。本實(shí)用新型使用的光存儲材料可為具有光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)的光子型材料，如光致變色材料。未來的光存儲發(fā)展方向是光子型材料的并行讀寫。光子型材料光存儲利用的是物質(zhì)吸收光子后電子能級躍遷、重新分布或化學(xué)鍵異構(gòu)化等直接作用，使記錄介質(zhì)產(chǎn)生物理或化學(xué)變化而實(shí)現(xiàn)存儲。由于沒有熱效應(yīng)，響應(yīng)速度可以很快。
參見圖1，本實(shí)施例中，激光器1用于產(chǎn)生信息寫入光，其可以是波長與樣品薄膜12感光記錄材料匹配的連續(xù)或脈沖激光器。快門2用于精確控制信息寫入曝光時(shí)間。擴(kuò)束準(zhǔn)直器3用于將激光器1輸出的細(xì)激光束變換為粗的平行激光束，照明空間光調(diào)制器5，可采用中國專利ZL 02 2 62125.3公開的方案。相干光到非相干光轉(zhuǎn)換器4置于擴(kuò)束準(zhǔn)直器3與空間光調(diào)制器5之間。相干光到非相干光轉(zhuǎn)換器4用于將激光器1發(fā)出的相干光轉(zhuǎn)換為非相干光，可消除相干光帶來的噪聲信號，提高記錄和讀出信息的信噪比。相干光到非相干光轉(zhuǎn)換器4是由一個(gè)微型電機(jī)帶動一塊毛玻璃旋轉(zhuǎn)，或由一個(gè)振動器帶動一塊毛玻璃振動的裝置，其可采用中國專利ZL 022 62008.7公開的方案?？臻g光調(diào)制器5為信息輸入元件，其可由計(jì)算機(jī)8控制加載待存儲的模擬圖像或數(shù)字編碼信息?？臻g光調(diào)制器5可采用各種不同分辨率的透射式空間光調(diào)制器，本實(shí)施例使用1024×768像素構(gòu)成的空間光調(diào)制器，可安裝在一維移動平臺上，微調(diào)前后位置，保證與圖像讀出器件6的光敏面共軛。圖像讀出器件6為信息讀出元件，可讀取樣品薄膜12上寫入的信息，存入計(jì)算機(jī)8。本實(shí)施例的圖像讀出器件6可采用CCD攝像頭加圖像采集卡7，或CMOS攝像頭加圖像采集卡7，或者僅使用數(shù)碼相機(jī)。高分辨率成像鏡頭11可將加載在空間光調(diào)制器5上的模擬圖像或數(shù)字編碼信息微縮成像到樣品薄膜12上進(jìn)行存儲，同時(shí)，在讀出信息時(shí)，可將存儲在樣品薄膜12上的像放大，成像到圖像讀出器件6的光敏面上。高分辨率成像鏡頭11的成像質(zhì)量決定系統(tǒng)的存儲密度。本實(shí)施例的高分辨率成像鏡頭11使用的是一種長工作距離平場顯微物鏡，可安裝在一維移動平臺上，微調(diào)其前后位置，保證清晰成像。樣品薄膜12用于記錄空間光調(diào)制器4上的模擬圖像或數(shù)字編碼信息，可采用具有光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)的光子型材料。本實(shí)施例使用的是一種有機(jī)光致變色材料俘精酸酐薄膜，制備在光學(xué)玻璃上。分光元件10使寫入光與讀出光分別進(jìn)入樣品薄膜12與圖像讀出器件6。分光元件10可以是偏振分光棱鏡或偏振鍍膜分束片。本實(shí)施例使用的是最佳方案，即偏振分光棱鏡，其安裝在一個(gè)分光棱鏡盒內(nèi)，可三維旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，分光棱鏡盒通過三個(gè)接口分別與空間光調(diào)制器4、圖像讀出器件6及高分辨率成像鏡頭11連接。光強(qiáng)控制偏振片9置于分光元件10與圖像讀出器件6之間，可360度旋轉(zhuǎn)，用于調(diào)節(jié)進(jìn)入圖像讀出器件6的光強(qiáng)。讀出照明光源15可采用發(fā)光二極管。采用發(fā)光二極管的特點(diǎn)是通過不同的發(fā)光二極管，可產(chǎn)生不同波長的照明光，以針對不同吸收的樣品，提高讀出圖像的質(zhì)量。讀出照明光源15可采用中國專利ZL 02 2 62126.1公開的方案。讀出照明光源15前加有偏振片14及聚光物鏡13。聚光物鏡13可使照明光集中在要讀出信息的樣品區(qū)域。偏振片14可對讀出光起偏，有利于讀出光全部通過偏振分光棱鏡10進(jìn)入圖像讀出器件6，以降低所需讀出光的強(qiáng)度，減小讀出光對寫入信息的擦除作用。二維電控移動平臺16用于固定樣品薄膜12，可由計(jì)算機(jī)8控制其精密移動和定位，實(shí)現(xiàn)尋址。實(shí)施例1的工作過程1.打開讀出照明光源15和圖像讀出器件6，微調(diào)高分辨率成像鏡頭11，使圖像讀出器件6的CCD攝像頭或CMOS攝像頭可清晰地看見樣品薄膜12表面。
2.打開寫入激光器1、照明空間光調(diào)制器5，調(diào)弱激光器1的激光強(qiáng)度，在空間光調(diào)制器5上加載一幅圖像或數(shù)字編碼信息，微調(diào)空間光調(diào)制器5，使CCD攝像頭或CMOS攝像頭可同時(shí)清晰地看見圖像與樣品薄膜12表面。
3.加強(qiáng)激光器1的功率，用快門2控制信息寫入曝光時(shí)間。
4.關(guān)閉快門2，此時(shí)圖像讀出器件6的CCD攝像頭或CMOS攝像頭可清晰地捕捉到寫在樣品薄膜12上的圖像或數(shù)字編碼信息。旋轉(zhuǎn)圖像讀出器件6的攝像頭17前的光強(qiáng)控制偏振片9，可調(diào)節(jié)圖像亮度。使用CCD控制軟件將圖像存入計(jì)算機(jī)8；通過解碼軟件對數(shù)字編碼信息進(jìn)行解碼，恢復(fù)原始信息。
5.通過計(jì)算機(jī)8控制二維微移平臺16移動，更換不同樣品薄膜12的位置，重復(fù)上述步驟，可重新存儲另一幅圖像。存儲好的信息通過計(jì)算機(jī)8控制二維微移平臺16精確尋址，可再次讀出。
參見圖2，實(shí)施例2與實(shí)施例1不同的是，利用分光元件10的透射光進(jìn)行寫操作，反射光讀出。其它結(jié)構(gòu)及工作過程與實(shí)施例1完全一致。
參見圖3，實(shí)施例3是在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，去掉讀出照明光源15；所用樣品薄膜12為反射式結(jié)構(gòu)，即在鍍鋁全反鏡表面鍍一層四分之一波片，再在四分之一波片上制備感光記錄材料，制成一種反射式光盤。實(shí)施例3的其余組成結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1。實(shí)施例3的工作過程如下1.在空間光調(diào)制器5上加載一幅白屏，調(diào)弱激光，微調(diào)高分辨率成像鏡頭11，使圖像讀出器件6的CCD攝像頭或CMOS攝像頭可清晰地看見樣品薄膜12表面。
2.在空間光調(diào)制器5上加載一幅圖像或數(shù)字編碼信息，微調(diào)空間光調(diào)制器5，使圖像讀出器件6的CCD攝像頭或CMOS攝像頭可同時(shí)清晰地看見圖像與樣品薄膜12表面。
3.加強(qiáng)激光功率，用快門2控制信息寫入曝光時(shí)間。
4.調(diào)弱激光功率，利用從樣品薄膜12反射回來的光進(jìn)行讀出，此時(shí)CCD攝像頭或CMOS攝像頭可清晰地捕捉到寫在樣品薄膜12上的圖像或數(shù)字編碼信息。旋轉(zhuǎn)攝像頭17前的光強(qiáng)控制偏振片9，可調(diào)節(jié)圖像亮度。使用CCD控制軟件將圖像存入計(jì)算機(jī)8，對數(shù)字編碼信息，可通過解碼軟件進(jìn)行解碼，恢復(fù)原始信息。
5.通過計(jì)算機(jī)8控制二維微移平臺16移動，更換不同的樣品薄膜12位置，重復(fù)上述步驟可重新存儲另一幅圖像。存儲好的信息通過計(jì)算機(jī)8控制二維微移平臺16精確尋址，可再次讀出。
參見圖4，實(shí)施例4是在實(shí)施例2的基礎(chǔ)上，去掉讀出照明光源15，所用樣品薄膜12結(jié)構(gòu)與方案3相同，其余組成結(jié)構(gòu)不變。其工作過程與實(shí)施例3相同。
權(quán)利要求1.一種并行光存儲裝置，包括激光器(1)，其特征在于該裝置還包括沿所述激光器(1)的光束傳播方向依次設(shè)置的快門(2)、擴(kuò)束準(zhǔn)直器(3)、相干光到非相干光轉(zhuǎn)換器(4)及并行信息輸入元件——空間光調(diào)制器(5)；置于空間光調(diào)制器(5)后方的分光元件(10)；置于分光元件(10)分光光路上的高分辨率成像鏡頭(11)；固定于二維電控移動平臺(16)上、且位于高分辨率成像鏡頭(11)物面上的信息存儲記錄介質(zhì)樣品薄膜(12)；位于高分辨率成像鏡頭(11)像面上的并行信息讀出器件——圖像讀出器件(6)；置于分光元件(10)與圖像讀出器件(6)之間的光強(qiáng)控制偏振片(9)；接于圖像讀出器件(6)輸出端的計(jì)算機(jī)(8)；所述的圖像讀出器件(6)和空間光調(diào)制器(5)是關(guān)于分光元件(10)共軛的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的并行光存儲裝置，其特征在于所述的樣品薄膜(12)為透射式結(jié)構(gòu)或反射式結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的并行光存儲裝置，其特征在于所述樣品薄膜(12)的透射式結(jié)構(gòu)由光學(xué)玻璃基片及直接制備于其表面上的記錄材料薄膜構(gòu)成；所述樣品薄膜(12)的反射式結(jié)構(gòu)由全反射鏡、鍍于全反射鏡表面的四分之一波片及制備于波片上的記錄材料薄膜構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的并行光存儲裝置，其特征在于所述分光元件(10)的分光光路為該分光元件(10)的透射光路或反射光路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的并行光存儲裝置，其特征在于所述透射式結(jié)構(gòu)的樣品薄膜(12)后方設(shè)置有讀出照明光源(15)，該讀出照明光源(15)前設(shè)置有偏振片(14)及聚光物鏡(13)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的并行光存儲裝置，其特征在于所述樣品薄膜(12)的記錄材料薄膜為具有光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)的光子型材料薄膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的并行光存儲裝置，其特征在于所述樣品薄膜(12)的記錄材料薄膜為有機(jī)光致變色材料薄膜；所述的激光器(1)是波長與樣品薄膜(12)的記錄材料薄膜匹配的連續(xù)激光器或脈沖激光器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的并行光存儲裝置，其特征在于所述的分光元件(10)為偏振分光棱鏡或偏振鍍膜分束片。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的并行光存儲裝置，其特征在于所述的圖像讀出器件(6)由攝像頭(17)加圖像采集卡(7)構(gòu)成，所述的攝像頭(17)為CCD攝像頭或CMOS攝像頭；或所述的圖像讀出器件(6)僅由數(shù)碼相機(jī)構(gòu)成；所述的高分辨率成像鏡頭(11)為長工作距離平場顯微物鏡，或大視場高倍率消像差微縮成像鏡頭。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的并行光存儲裝置，其特征在于所述的相干光到非相干光轉(zhuǎn)換器(4)由微型電機(jī)和設(shè)置于該微型電機(jī)軸上的毛玻璃構(gòu)成，或所述的相干光到非相干光轉(zhuǎn)換器(4)由振動器和設(shè)置于該振動器上的毛玻璃構(gòu)成。
專利摘要一種并行光存儲裝置，其包括沿激光器光束傳播方向上依次設(shè)置的快門、擴(kuò)束準(zhǔn)直器、相干光到非相干光轉(zhuǎn)換器及并行信息輸入元件空間光調(diào)制器；置于空間光調(diào)制器后的分光元件；置于分光元件分光光路上的高分辨率成像鏡頭；分別位于高分辨率成像鏡頭物面、像面上的樣品薄膜和圖像讀出器件；置于分光元件與圖像讀出器件間的光強(qiáng)控制偏振片；接于圖像讀出器件輸出端的計(jì)算機(jī)；圖像讀出器件和空間光調(diào)制器是關(guān)于分光元件共軛的。本實(shí)用新型解決了背景技術(shù)中讀寫方式每次只能讀寫1比特信息，記錄讀出速度受到很大限制的技術(shù)問題。該裝置每次可寫入或讀出1024×768比特或更多的信息，是基于光子型材料特性的高速并行光存儲裝置。
文檔編號G11B7/125GK2718729SQ200420042039
公開日2005年8月17日 申請日期2004年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月10日
發(fā)明者姚保利, 雷銘 申請人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所