專利名稱：全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中的相位共軛讀出的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，尤其是數(shù)據(jù)的相位共軛存儲(chǔ)和讀出。
背景技術(shù)：
全息圖存儲(chǔ)器是很有前途的存儲(chǔ)技術(shù)，它使用三維介質(zhì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。就光學(xué)和硬盤存儲(chǔ)來(lái)說(shuō)，存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)位只能被順序讀出，而就面向頁(yè)面的存儲(chǔ)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，如全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可以被一次一頁(yè)地訪問(wèn)，即同時(shí)讀出一組N個(gè)比特，其中這樣的一組N個(gè)像素被稱為“數(shù)據(jù)頁(yè)”(data page)。存儲(chǔ)介質(zhì)可以被按照空間上分離的區(qū)域或卷分組，每組包含M個(gè)數(shù)據(jù)頁(yè)。這樣一組M個(gè)數(shù)據(jù)頁(yè)被稱為“工作簿”(book)，逐步處理一個(gè)工作簿中的數(shù)據(jù)頁(yè)k＝1到k＝M的過(guò)程被稱為“多路復(fù)用”。
全息圖存儲(chǔ)器是真正的三維存儲(chǔ)裝置，它帶來(lái)了存儲(chǔ)容量和數(shù)據(jù)訪問(wèn)速度的提升。此外，與傳統(tǒng)的光學(xué)和硬盤存儲(chǔ)系統(tǒng)相比，只需要非常少量的移動(dòng)部件，這樣就最小化了機(jī)械運(yùn)動(dòng)的限制。
全息圖存儲(chǔ)器使用光敏材料記錄基準(zhǔn)光束的干涉模式和相干光的信號(hào)束，其中信號(hào)束是由物體發(fā)出或反射回去的，或者它以光亮和黑暗區(qū)域的形式包含數(shù)據(jù)。光敏材料的本質(zhì)使得通過(guò)向該材料施加與基準(zhǔn)光束相同的光束能夠再現(xiàn)所記錄的干涉模式。所得到的由介質(zhì)重構(gòu)的光將呈現(xiàn)所述信號(hào)束的原始數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并將在檢測(cè)器陣列上被收集。通過(guò)改變?nèi)肷涔獾慕嵌然虿ㄩL(zhǎng)可以在相同的空間中記錄很多全息圖，并且用這種方式還可以訪問(wèn)整頁(yè)的數(shù)據(jù)。
參圖附圖中的圖1(a)到圖1(c)，示意性地說(shuō)明了全息圖存儲(chǔ)器的基礎(chǔ)原理。參考圖1(a)，在數(shù)據(jù)記錄期間，信號(hào)波1和基準(zhǔn)波2在全息圖介質(zhì)4的區(qū)域3中干涉。在記錄期間通過(guò)調(diào)節(jié)信號(hào)波的振幅，即通過(guò)打開(kāi)/關(guān)閉信號(hào)振幅，能夠記錄信息。干涉模式被記錄為折射率調(diào)制5，如圖1(b)中示意性所示。如圖1(c)中所示，在數(shù)據(jù)讀出期間，信號(hào)波被關(guān)閉，并且當(dāng)具有光柵模式5的干涉區(qū)域3被基準(zhǔn)波2照射時(shí)，通過(guò)衍射在全息圖介質(zhì)4的出光側(cè)上重構(gòu)出信號(hào)波6，并且它傳輸?shù)焦鈾z測(cè)器(未示出)。
參考附圖中的圖2，示意性地說(shuō)明了一個(gè)全息圖存儲(chǔ)系統(tǒng)，其中光源1發(fā)出相干光束2，相干光束2被分束器3分成基準(zhǔn)波4和信號(hào)波5?；鶞?zhǔn)波4由反射鏡6和可旋轉(zhuǎn)的反射鏡7導(dǎo)向全息圖存儲(chǔ)介質(zhì)8。信號(hào)波通過(guò)空間光調(diào)制器9、分束器10并入射透鏡11。透鏡將信號(hào)波聚焦進(jìn)入介質(zhì)8，在那里它與基準(zhǔn)波干涉以記錄干涉光柵。在相位共軛裝置中，存在第二基準(zhǔn)臂(未示出)，以傳播方向與記錄期間基準(zhǔn)束的方向相反的波在讀出期間照射介質(zhì)。隨后重構(gòu)的信號(hào)束傳播回到系統(tǒng)，由透鏡11校準(zhǔn)并由分束器10導(dǎo)向像素化檢測(cè)器12。
可以通過(guò)使用所謂的空間光調(diào)制器(SLM，Spatial LightModulator)、像素化檢測(cè)器(如CCD或CMOS-傳感器)以及一組透鏡同時(shí)記錄和同時(shí)讀出一組N個(gè)信號(hào)波。一個(gè)SLM包括N個(gè)能夠獨(dú)立定址的像素。每個(gè)像素都改變通過(guò)它的光的復(fù)振幅。以最簡(jiǎn)單的形式，光被完全傳輸或被完全吸收。通過(guò)SLM的光束的橫截面將呈現(xiàn)棋盤模式，如附圖中的圖4所示，它示意性說(shuō)明了表示數(shù)據(jù)頁(yè)的棋盤模式。本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯然知道更復(fù)雜的SLM也可行(即，調(diào)制振幅和/或相位和/或偏振的SLM)，但這里不再更詳細(xì)地考慮這些。
參考附圖的圖3(a)和3(b)，示意性地說(shuō)明了記錄和讀出整個(gè)頁(yè)面的原理。
參考圖3(a)，在記錄期間，信號(hào)波1和基準(zhǔn)波2在全息圖介質(zhì)4的區(qū)域3干涉。在這種情況下，信號(hào)波1通過(guò)空間光調(diào)制器(SLM)15而產(chǎn)生，SLM 15將光束橫截面轉(zhuǎn)換成或亮或暗的N個(gè)像素的棋盤。這個(gè)棋盤模式由透鏡16映射到全息圖介質(zhì)4上。每個(gè)SLM-像素位置對(duì)應(yīng)于光的收斂錐形中不同的入射角度。如前所述，(平均起來(lái))N個(gè)導(dǎo)通-像素和基準(zhǔn)波之間的干涉模式被介質(zhì)記錄作為干涉區(qū)域3中的反射率調(diào)制。
參考附圖中的圖3(b)，在讀出期間，當(dāng)介質(zhì)4被基準(zhǔn)波2照射時(shí)，信號(hào)波6在介質(zhì)的出光側(cè)被重構(gòu)出來(lái)，并由透鏡18映射到像素化的光檢測(cè)器(如CCD-傳感器)19上。
有若干種多路復(fù)用構(gòu)成位于全息圖介質(zhì)特定卷中的一個(gè)工作簿的M個(gè)數(shù)據(jù)頁(yè)的方法。一個(gè)重要的例子是(平面中)角度調(diào)制，其中基準(zhǔn)束和光軸之間的角度α隨著驅(qū)動(dòng)器逐步處理M個(gè)數(shù)據(jù)頁(yè)面而采用值α1，α2，α3，...，αM，并且選擇這些角度使得在讀出期間當(dāng)基準(zhǔn)角度被設(shè)置為αk時(shí)只有數(shù)據(jù)頁(yè)k在像素化的光檢測(cè)器上被重構(gòu)出來(lái)。
因而，參考附圖的圖5(a)和圖5(b)，示意性地說(shuō)明了平面中(角度)多路復(fù)用的原理，如圖5(a)所示，其中在記錄數(shù)據(jù)頁(yè)k時(shí)信號(hào)波1和基準(zhǔn)波2的光軸之間的角度被設(shè)置為αk，而如圖5(b)所示，在記錄數(shù)據(jù)頁(yè)k+1時(shí)該角度被設(shè)置為αk+1。這樣，M個(gè)N個(gè)像素的數(shù)據(jù)頁(yè)被記錄在了全息圖介質(zhì)相同的3D-區(qū)域中。
應(yīng)該注意這里使用角度多路復(fù)用定址的全息圖介質(zhì)的有用卷部分最多達(dá)到約50％。
參考附圖的圖6，頂面為4a底面為4b的全息圖介質(zhì)4的厚度為d。信號(hào)波1有外線1a和1c以及沿著光軸(虛線)的中線1b，數(shù)值口徑為NA，NA(假定與1相比它足夠小)等于光的收斂錐形的頂角。信號(hào)波沒(méi)有清晰的狹窄焦點(diǎn)，因?yàn)樗皇蔷鶆虻?它是用棋盤模式調(diào)制的)。實(shí)際上，它占據(jù)了整個(gè)陰影部分20，其寬為d*NA，高為d?；鶞?zhǔn)波2有外射線2a和內(nèi)射線2b，并且和光軸構(gòu)成了至少為NA的一個(gè)角度。在記錄期間，白的部分21也被寫入，但在這部分中信號(hào)和基準(zhǔn)波之間沒(méi)有干涉，因此白的部分21不被用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。隨后可在陰影部分22寫入M個(gè)數(shù)據(jù)頁(yè)的下一工作簿。因而，顯然只有約50％的全息圖介質(zhì)可以用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。
上面參考圖1(a)到1(c)和圖3(a)到3(b)說(shuō)明的全息圖數(shù)據(jù)讀出器顯然是透射型結(jié)構(gòu)，這意味著檢測(cè)分支(具有像素化的光檢測(cè)器)和信號(hào)分支(具有SLM)位于全息圖存儲(chǔ)介質(zhì)的相對(duì)側(cè)上。但是，這使得全息圖驅(qū)動(dòng)器的光學(xué)和機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。例如，為了實(shí)現(xiàn)所要求的高密度和圖像質(zhì)量，需要一個(gè)為所有象差修正過(guò)的短焦距透鏡。此外，在全息圖介質(zhì)的相對(duì)側(cè)上提供基準(zhǔn)分支和信號(hào)分支的需要不利于構(gòu)造小型驅(qū)動(dòng)器。
通過(guò)利用所謂的相位-共軛讀出至少可部分克服這些問(wèn)題。在利用基準(zhǔn)束記錄了來(lái)自SLM的目標(biāo)光束之后，在讀出期間利用原始基準(zhǔn)光束的相位-共軛(時(shí)間顛倒的副本)可以重新構(gòu)造出全息圖。衍射的波前隨后回溯入射的目標(biāo)光束的路徑，抵消任何累積的相位錯(cuò)誤。通常，本發(fā)明提出的這種類型的裝置是為了能夠?qū)τ跇O小型系統(tǒng)利用低性能透鏡或者甚至不用任何透鏡從制作成多模光纖的存儲(chǔ)材料中以高保真度取出數(shù)據(jù)頁(yè)面。
更詳細(xì)地，參考附圖中的圖7(a)和7(b)，示意性地說(shuō)明了用相位-共軛方法記錄和讀出的原理。
參考圖7(a)，在記錄期間，信號(hào)波1和基準(zhǔn)波2在全息圖介質(zhì)4的區(qū)域3中干涉。信號(hào)波1通過(guò)令光束經(jīng)過(guò)空間光調(diào)制器(SLM)15而產(chǎn)生，而SLM 15將光束截面轉(zhuǎn)換成或明或暗的N個(gè)像素的棋盤模式。這個(gè)棋盤模式通過(guò)分束器23，然后由透鏡16投射到全息圖介質(zhì)4上。每個(gè)SLM-像素位置對(duì)應(yīng)于光線1的收斂錐形中不同的入射角。(平均起來(lái))N個(gè)像素和干涉波之間的干涉模式由該介質(zhì)記錄為干涉區(qū)3中的折射率調(diào)制。
參考圖7(b)，在讀出期間，當(dāng)介質(zhì)4被基準(zhǔn)波6(其傳播方向與記錄期間的基準(zhǔn)波2的方向相反)照射時(shí)，信號(hào)波在介質(zhì)4的入光側(cè)處被重構(gòu)出來(lái)，并且由相同的透鏡6映射到像素化光檢測(cè)器(如，CCD-傳感器)19上。如上所述，這種裝置改善了光學(xué)-機(jī)械構(gòu)造，因?yàn)樵谟涗浐妥x出階段使用了一個(gè)透鏡16。但是，讀出期間的基準(zhǔn)波6現(xiàn)在是從介質(zhì)的相反一側(cè)入射的，因而這個(gè)裝置顯然不是全反射全息圖讀出器，這對(duì)于進(jìn)一步減少驅(qū)動(dòng)器的大小同時(shí)保持高成像質(zhì)量非常有用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供一種用在全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)中的相位-共軛讀出設(shè)備和方法中的全息圖存儲(chǔ)介質(zhì)，全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)中的相位-共軛讀出導(dǎo)致了全反射系統(tǒng)。本發(fā)明還有一個(gè)目標(biāo)是提供一種制造全息圖存儲(chǔ)介質(zhì)以及和這種全息圖存儲(chǔ)介質(zhì)一起使用的全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)的方法。
依照本發(fā)明，提供了一種全息圖存儲(chǔ)介質(zhì)，它包括包含多個(gè)可記錄數(shù)據(jù)的部分(section)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)體，和至少一個(gè)不可記錄的部分，所述不可記錄部分或者其至少一個(gè)部分包含衍射結(jié)構(gòu)。
在一個(gè)示范實(shí)施例中，該衍射結(jié)構(gòu)優(yōu)選地是平面衍射結(jié)構(gòu)，它位于所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)體的不可記錄部分與相鄰的可記錄部分之間的一個(gè)或多個(gè)邊界上。
在一個(gè)替代示范實(shí)施例中，該介質(zhì)包括的衍射結(jié)構(gòu)占據(jù)了一個(gè)或多個(gè)不可記錄部分中的至少部分體積。這個(gè)特定實(shí)施例的重要優(yōu)勢(shì)是它使得能夠用制造可記錄部分的相同光敏材料制造衍射結(jié)構(gòu)。
可以理解通過(guò)用基準(zhǔn)波照射介質(zhì)可以再現(xiàn)代表記錄在上面所定義的介質(zhì)上的數(shù)據(jù)的信號(hào)波，也使得信號(hào)波入射到衍射結(jié)構(gòu)，其中該衍射結(jié)構(gòu)被安裝并配置為將基準(zhǔn)波導(dǎo)向?yàn)榛旧洗怪庇谛盘?hào)波的光軸的方向來(lái)通過(guò)相鄰可記錄區(qū)域到達(dá)干涉區(qū)域。
另外，依照本發(fā)明，提供了一種制造上面定義的全息圖存儲(chǔ)介質(zhì)的方法，包括確定所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的可記錄部分以及不可記錄部分，和提供針對(duì)一個(gè)或多個(gè)所述不可記錄部分的衍射結(jié)構(gòu)。
此外，依照本發(fā)明，提供了一種關(guān)于上面定義的全息圖介質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)相位-共軛讀出以便再現(xiàn)代表上面所記錄的數(shù)據(jù)的信號(hào)波的方法，該方法包括用基準(zhǔn)波照射全息圖存儲(chǔ)介質(zhì)，以使它入射到針對(duì)該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的不可記錄部分提供的衍射結(jié)構(gòu)上，并且所述衍射結(jié)構(gòu)導(dǎo)致基準(zhǔn)波被導(dǎo)向?yàn)榛旧洗怪庇谛盘?hào)波的光軸的方向來(lái)通過(guò)所述可記錄部分到達(dá)干涉區(qū)域，和檢測(cè)所重構(gòu)的信號(hào)波。
更進(jìn)一步，依照本發(fā)明，提供了關(guān)于上面定義的全息圖介質(zhì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相位-共軛讀出以再現(xiàn)代表上面所記錄的數(shù)據(jù)的信號(hào)波的設(shè)備，該設(shè)備包括用于以基準(zhǔn)波照射全息圖存儲(chǔ)介質(zhì)的裝置，以使它入射到針對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的不可記錄部分提供的衍射結(jié)構(gòu)上，并且所述衍射結(jié)構(gòu)導(dǎo)致基準(zhǔn)波被導(dǎo)向到基本上垂直于信號(hào)波的光軸的方向來(lái)通過(guò)所述可記錄部分到達(dá)干涉區(qū)域，以及用于檢測(cè)最后產(chǎn)生的重構(gòu)的信號(hào)波的裝置。
另外，依照本發(fā)明，提供了一種全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，它包括上面定義的在全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相位-共軛記錄的設(shè)備以及上面定義的關(guān)于所述全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相位-共軛讀出的設(shè)備，所述對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相位-共軛記錄的設(shè)備包括用于將信號(hào)波導(dǎo)向所述全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)的可記錄部分中的干涉區(qū)的裝置；用于以基準(zhǔn)波照射全息圖存儲(chǔ)介質(zhì)的裝置，該裝置使得基準(zhǔn)波入射到針對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的不可記錄部分提供的衍射結(jié)構(gòu)上，并且所述衍射結(jié)構(gòu)導(dǎo)致基準(zhǔn)波被導(dǎo)向?yàn)榛旧洗怪庇谛盘?hào)波的光軸的方向來(lái)通過(guò)所述可記錄部分到達(dá)干涉區(qū)域；以及用于將所述信號(hào)波和所述基準(zhǔn)波在所述干涉區(qū)發(fā)生干涉所產(chǎn)生的干涉模式記錄為折射率調(diào)制的裝置。
可以在可記錄和不可記錄部分的邊界上提供衍射結(jié)構(gòu)(實(shí)際為平面的)?；蛘?，不可記錄部分可以在其內(nèi)部包括衍射結(jié)構(gòu)。如上所述，這樣帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)是可以用和可記錄部分相同的光敏材料制造衍射結(jié)構(gòu)。
用于數(shù)據(jù)記錄和讀出的基準(zhǔn)波都從全息圖存儲(chǔ)介質(zhì)的同一側(cè)入射，但是，有利的是，數(shù)據(jù)讀出期間的基準(zhǔn)波從第一方向進(jìn)入所述可記錄部分，數(shù)據(jù)記錄期間的基準(zhǔn)波從相反的第二方向進(jìn)入可記錄部分。在本發(fā)明的一個(gè)示范實(shí)施例中，信號(hào)波的光軸基本上垂直于存儲(chǔ)介質(zhì)的平面。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，通過(guò)使掃描光束穿過(guò)空間光調(diào)制器(SLM)而產(chǎn)生信號(hào)波?？梢蕴峁┮粋€(gè)光學(xué)元件(如透鏡)以將信號(hào)波映射到全息圖介質(zhì)上。但是，將會(huì)認(rèn)識(shí)到基準(zhǔn)波不需要穿過(guò)信號(hào)波穿過(guò)的透鏡或其它光學(xué)元件，這樣可以相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)簡(jiǎn)化整體結(jié)構(gòu)，并且這還消除了在該光學(xué)元件的設(shè)計(jì)和選擇中對(duì)基準(zhǔn)波的任何考慮的需要。
對(duì)本發(fā)明的這些和其它方面將參考這里所描述的實(shí)施得以闡述，并且變得顯而易見(jiàn)。
現(xiàn)在將參考附圖以示例的方式描述
具體實(shí)施例方式


圖1(a)到1(c)繪出了說(shuō)明全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)原理的示意圖；圖2是說(shuō)明一種全息圖存儲(chǔ)系統(tǒng)的示意圖；圖3(a)和3(b)繪出了說(shuō)明記錄和讀出整個(gè)頁(yè)的原理的示意圖；圖4示出了表示一個(gè)數(shù)據(jù)頁(yè)的棋盤模式；圖5(a)和5(b)繪出了說(shuō)明(平面中)角度多路復(fù)用原理的示意圖；圖6是說(shuō)明用角度多路復(fù)用尋址的全息圖介質(zhì)的有用體積部分的示意圖；圖7(a)和7(b)所繪示意圖說(shuō)明用相位-共軛方法記錄和讀出的原理；圖8(a)和8(b)所繪示意圖說(shuō)明了依照本發(fā)明的一個(gè)示范實(shí)施例的記錄和讀出原理。
具體實(shí)施例方式
為了實(shí)現(xiàn)高密度以及精確成像，而且不需要為所有象差校正的短焦距透鏡系統(tǒng)，已經(jīng)提出了對(duì)全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)的體積全息圖使用相位-共軛讀出。在利用基準(zhǔn)束記錄了來(lái)自SLM的目標(biāo)束之后，利用原始基準(zhǔn)束的相位-共軛(時(shí)間顛倒的副本)重構(gòu)出全息圖。衍射的波前隨后回溯入射目標(biāo)束的路徑，抵消任何累積的相位誤差。這樣做是為了能夠?qū)τ跇O小型系統(tǒng)利用低性能透鏡或者甚至不用任何透鏡以高保真度取出數(shù)據(jù)頁(yè)面。
但是，上面參考附圖中的圖7(a)和7(b)說(shuō)明的已知相位-共軛讀出系統(tǒng)不能產(chǎn)生全反射裝置。
國(guó)際專利申請(qǐng)WO03/012782號(hào)說(shuō)明了一種全息圖存儲(chǔ)設(shè)備，其中具有不同焦點(diǎn)和/或偏振的兩個(gè)聚焦束(信號(hào)和基準(zhǔn))在存儲(chǔ)介質(zhì)的相同一側(cè)上入射，并且隨著來(lái)自介質(zhì)的反射表面的一個(gè)或另一個(gè)光束的反射結(jié)果而實(shí)現(xiàn)讀出。
另一方面，本發(fā)明的示范實(shí)施例利用了全息圖介質(zhì)中沒(méi)有用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的空間。如上所述，對(duì)于傳統(tǒng)的角度多路復(fù)用，使用的體積比約50％。提議在全息圖介質(zhì)的一個(gè)或多個(gè)未使用部分的體積內(nèi)或在全息圖介質(zhì)的使用和未使用部分之間的邊界上增加衍射結(jié)構(gòu)，以使基準(zhǔn)波被衍射并且以基本上垂直于信號(hào)波的光軸的方向進(jìn)入使用的體積。圖8示出了依照本發(fā)明的一種示范實(shí)施例的介質(zhì)的結(jié)構(gòu)。在記錄期間，基準(zhǔn)波從左側(cè)進(jìn)入使用體積，在讀出期間，它從右側(cè)進(jìn)入使用體積。這意味著記錄和讀出期間存在傳播方向相反的基準(zhǔn)波，使得本發(fā)明成為一種相位-共軛讀出方法。優(yōu)勢(shì)是現(xiàn)在基準(zhǔn)束與驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)和檢測(cè)分支位于存儲(chǔ)介質(zhì)的同一側(cè)，因而實(shí)現(xiàn)了全反射系統(tǒng)。
參考附圖中的圖8(a)，在記錄期間，具有上表面4a和下表面4b的全息圖介質(zhì)4厚度為d。介質(zhì)4在它能夠記錄干涉光柵之前可能需要預(yù)曝光一定劑量的光。信號(hào)波1有外射線1a和1c以及沿著光軸的中心射線1b(虛線)，數(shù)字口徑為NA，NA(假定它與1相比足夠小)等于光線收斂錐形的頂角。信號(hào)波沒(méi)有清晰的狹窄焦點(diǎn)，因?yàn)樗皇蔷鶆虻?它是用棋盤模式調(diào)制的)。實(shí)際上，它占據(jù)了整個(gè)灰色區(qū)域20，其寬度為d*NA，高度為d。基準(zhǔn)波包含射線2a和2b(為清楚起見(jiàn)，并沒(méi)有畫出所有的射線)，并且與光軸構(gòu)成了一個(gè)(至少為)NA的角度。在記錄期間基準(zhǔn)波從左邊入射到衍射結(jié)構(gòu)30a，使得基準(zhǔn)波以基本上垂直于光軸的方向進(jìn)入信號(hào)波區(qū)域20。
參考附圖中的圖8(b)，在讀出期間，基準(zhǔn)波包含射線6a和6b(為清楚起見(jiàn)沒(méi)有畫出所有的射線)，并且與光軸構(gòu)成了一個(gè)(至少為)NA的角度，因而與記錄期間的基準(zhǔn)波軸向相對(duì)。然后在讀出期間基準(zhǔn)波從右邊入射到衍射結(jié)構(gòu)30b，使得基準(zhǔn)波以基本上垂直于光軸的方向進(jìn)入信號(hào)波區(qū)域20。記錄期間和讀出期間的基準(zhǔn)波沿相反方向傳播，意味著這是一種相位-共軛全息圖形式。讀出期間生成的具有外射線26a和26b的信號(hào)波26因而向上傳播，回到系統(tǒng)中。
在一種替代實(shí)施例中，衍射結(jié)構(gòu)可以提供在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)體的一個(gè)或多個(gè)未用部分21之內(nèi)，或被包圍在其中，這樣帶來(lái)的好處是衍射結(jié)構(gòu)可以用制作該全息圖介質(zhì)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)體的可記錄部分所使用的相同光敏材料來(lái)制作。
現(xiàn)在將說(shuō)明制造該衍射結(jié)構(gòu)的一種示范方法。它使用很多光敏材料的特性，即它們?cè)谀軌蛴涗浉缮婀鈻胖靶枰欢A(yù)曝光劑量的光。
在制造過(guò)程的第一步，通過(guò)向基片加上一個(gè)均勻的光敏材料層制造介質(zhì)。
在第二步中，預(yù)定變成介質(zhì)的不可記錄部分的那些部分被曝光在超出所需預(yù)曝光劑量的光下，而預(yù)定變成介質(zhì)的可記錄部分的那些部分則根本不被照射。這可以通過(guò)用寬平行光束通過(guò)遮光板照射介質(zhì)而實(shí)現(xiàn)。
在第三步中，用基本上平行于介質(zhì)平面?zhèn)鞑サ墓獠ㄒ约芭c介質(zhì)的法線形成α1角度的光波照射整個(gè)介質(zhì)。這些光波之間的干涉光柵只被記錄在介質(zhì)中用超過(guò)所需預(yù)曝光劑量的光照射過(guò)的那些區(qū)域上。用以相反方向傳播的第一光波和以與介質(zhì)的法線成-α1角度入射的第二光波重復(fù)該過(guò)程。為所有其它基準(zhǔn)角度α2到αM重復(fù)這最后兩步。用來(lái)在不可記錄部分中產(chǎn)生干涉光柵的光的總劑量應(yīng)該低于所需的預(yù)曝光劑量，以免開(kāi)始在可記錄部分中的寫入。最后一步與第二步相同，這次完全控制光的劑量，定位具有衍射結(jié)構(gòu)的介質(zhì)部分。這使得這些部分不可記錄。但是，形成衍射結(jié)構(gòu)的其它方法對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的。
應(yīng)該注意到上述實(shí)施例說(shuō)明而不是限制本發(fā)明，并且本領(lǐng)域的技術(shù)人員將能夠在不偏離由所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的范圍的前提下設(shè)計(jì)很多替代實(shí)施例。在權(quán)利要求中，括號(hào)中的任何引用符號(hào)都不應(yīng)被看作是限制這些權(quán)利要求。詞“包括”和“包含”等并不排除任一權(quán)利要求中和說(shuō)明書(shū)中作為整體列出的那些元素或步驟之外其它元素或步驟的存在。一個(gè)元素的單數(shù)并不排除這種元素的復(fù)數(shù)，反之亦然。本發(fā)明可以通過(guò)包括若干獨(dú)立元件的硬件實(shí)現(xiàn)，或者通過(guò)適當(dāng)編程的計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在列舉了若干裝置的設(shè)備權(quán)利要求中，可以用一個(gè)相同的硬件單元實(shí)現(xiàn)這些裝置中的若干個(gè)。在相互不同的從屬權(quán)利要求中列舉特定措施的事實(shí)并不意味著不能使用這些措施的組合來(lái)獲益。
權(quán)利要求
1.一種全息圖存儲(chǔ)介質(zhì)(4)，包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)體，該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)體包括多個(gè)可以在其中記錄數(shù)據(jù)的部分(20)，以及至少一個(gè)不能在其中記錄數(shù)據(jù)的部分(21)，所述不可記錄部分(21)或其中的至少一個(gè)包括衍射結(jié)構(gòu)(30b)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的全息圖存儲(chǔ)介質(zhì)(4)，其中所述衍射結(jié)構(gòu)是在各個(gè)不可記錄部分(21)的體內(nèi)提供的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的全息圖存儲(chǔ)介質(zhì)(4)，包括衍射結(jié)構(gòu)(30b)，其位于所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)體的所述不可記錄部分(21)和相鄰的可記錄部分(20)之間的一個(gè)或多個(gè)邊界上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的全息圖存儲(chǔ)介質(zhì)(4)，其中所述衍射結(jié)構(gòu)(30b)是平面的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的全息圖存儲(chǔ)介質(zhì)(4)，其中通過(guò)用基準(zhǔn)波(6)照射所述介質(zhì)(4)使得它入射到所述衍射結(jié)構(gòu)(30b)上可以重現(xiàn)表示其中所記錄的數(shù)據(jù)的信號(hào)波(26)，其中所述衍射結(jié)構(gòu)被安裝并配置為將所述基準(zhǔn)波(6)導(dǎo)向?yàn)榛旧洗怪庇谒鲂盘?hào)波(26)的光軸(1b)的方向來(lái)通過(guò)相鄰的可記錄部分(20)到達(dá)干涉區(qū)域(3)。
6.一種制造全息圖存儲(chǔ)介質(zhì)的方法，所述全息圖存儲(chǔ)介質(zhì)包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)體，該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)體包括多個(gè)能夠在其中記錄數(shù)據(jù)的部分(20)以及至少一個(gè)不能在其中記錄數(shù)據(jù)的部分(21)，所述不可記錄部分(21)或其中至少一個(gè)包括衍射結(jié)構(gòu)(30b)，所述方法包括下列步驟-確定所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)體的可記錄的部分(20)以及不可記錄的部分(21)，-針對(duì)一個(gè)或多個(gè)所述不可記錄部分(21)提供衍射結(jié)構(gòu)(30a，30b)。
7.一種關(guān)于全息圖介質(zhì)(4)的相位-共軛數(shù)據(jù)讀出方法，所述全息圖存儲(chǔ)介質(zhì)(4)包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)體，該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)體包括多個(gè)可在其中記錄數(shù)據(jù)的部分(20)以及至少一個(gè)不能記錄數(shù)據(jù)的部分(21)，該不可記錄部分或其中的至少一個(gè)包括衍射結(jié)構(gòu)(30b)，該方法目的是再現(xiàn)表示記錄在介質(zhì)上的數(shù)據(jù)的信號(hào)波(26)，所述方法包括用基準(zhǔn)波(6)照射全息圖存儲(chǔ)介質(zhì)(4)，使得它入射到針對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)體的不可記錄部分(21)提供的衍射結(jié)構(gòu)(30b)上，并且所述衍射結(jié)構(gòu)導(dǎo)致基準(zhǔn)波被導(dǎo)向?yàn)榛敬怪庇谒鲂盘?hào)波(26)的光軸(1b)的方向來(lái)通過(guò)相鄰的可記錄部分(20)到達(dá)干涉區(qū)域(3)，以及檢測(cè)最后生成的重構(gòu)信號(hào)波(26)。
8.一種用于對(duì)關(guān)于全息圖介質(zhì)(4)進(jìn)行相位-共軛數(shù)據(jù)讀出的設(shè)備，所述全息圖存儲(chǔ)介質(zhì)(4)包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)體，該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)體包括多個(gè)可在其中記錄數(shù)據(jù)的部分(20)以及至少一個(gè)不能記錄數(shù)據(jù)的部分(21)，該不可記錄部分或其中的至少一個(gè)包括衍射結(jié)構(gòu)(30b)，所述設(shè)備目的是再現(xiàn)代表記錄在介質(zhì)上的數(shù)據(jù)的信號(hào)波(26)，所述設(shè)備包括用于用基準(zhǔn)波(6)照射全息圖存儲(chǔ)介質(zhì)(4)的裝置，使得基準(zhǔn)波入射到針對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)體的不可記錄部分(21)提供的衍射結(jié)構(gòu)上，并且所述衍射結(jié)構(gòu)(30b)導(dǎo)致基準(zhǔn)波被導(dǎo)向?yàn)榛敬怪庇谒鲂盘?hào)波(26)的光軸(1b)的方向來(lái)通過(guò)相鄰的可記錄部分(20)到達(dá)干涉區(qū)域(3)，以及用于檢測(cè)最后生成的重構(gòu)信號(hào)波(26)的裝置(19)。
9.一種包括用于在全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)(4)上對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相位-共軛記錄的設(shè)備的全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，所述全息圖存儲(chǔ)介質(zhì)(4)包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)體，該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)體包括多個(gè)可在其中記錄數(shù)據(jù)的部分(20)以及至少一個(gè)不能記錄數(shù)據(jù)的部分(21)，該不可記錄部分或其中的至少一個(gè)包括衍射結(jié)構(gòu)(30b)，所述全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)還包括根據(jù)權(quán)利要求8的用于關(guān)于所述全息圖介質(zhì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相位-共軛讀出的設(shè)備，所述用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相位-共軛記錄的設(shè)備包括用于將信號(hào)波(1)導(dǎo)向所述全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)(4)的可記錄部分(20)中的干涉區(qū)域(3)的裝置(15)；用基準(zhǔn)波(2)照射全息圖存儲(chǔ)介質(zhì)(4)的裝置，使得它入射到針對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)體的不可記錄部分(21)提供的衍射結(jié)構(gòu)(30a)上，并且所述衍射結(jié)構(gòu)(30a)導(dǎo)致基準(zhǔn)波(2)被導(dǎo)向?yàn)榛敬怪庇谒鲂盘?hào)波(1)的光軸(1b)的方向來(lái)通過(guò)相鄰的可記錄部分(20)到達(dá)干涉區(qū)域(3)；以及用于將由所述信號(hào)波(1)和所述基準(zhǔn)波(2)在所述干涉區(qū)域(3)的干涉產(chǎn)生的干涉模式(5)記錄為折射率調(diào)制的裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，其中用于數(shù)據(jù)讀出和記錄的所述基準(zhǔn)波(6，2)從全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)(4)的所述側(cè)面入射，并且其中數(shù)據(jù)讀出期間的基準(zhǔn)波(6)從第一方向進(jìn)入所述可記錄部分(20)，數(shù)據(jù)記錄期間的基準(zhǔn)波(2)從相反的第二方向進(jìn)入該可記錄部分(20)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，其中信號(hào)波(1或26)的所述光軸(1b)基本上垂直于存儲(chǔ)介質(zhì)(4)的平面。
12.根據(jù)權(quán)利要求8的設(shè)備，其中信號(hào)波(2)是通過(guò)使光束通過(guò)空間光調(diào)制器(SLM)(15)而生成的。
13.根據(jù)權(quán)利要求8的設(shè)備，還包括一個(gè)光學(xué)元件(16)用于將信號(hào)波(1)映射到全息圖介質(zhì)(4)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)(4)，其中具有能夠用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的部分(20)和不能存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的部分(21)。針對(duì)一個(gè)或多個(gè)不能使用的部分(21)配備了衍射結(jié)構(gòu)(30a，30b)，該衍射結(jié)構(gòu)可能位于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)體的使用部分(20)和不使用部分(21)之間的邊界上或各不使用部分(21)之內(nèi)。在讀出期間，基準(zhǔn)波(6)被衍射結(jié)構(gòu)(30b)衍射，使得其以基本上垂直于信號(hào)波(26)的光軸(1b)的方向從右側(cè)進(jìn)入使用部分(20)。在記錄期間，基準(zhǔn)波(2)被衍射結(jié)構(gòu)(30a)衍射，使得其以基本上垂直于信號(hào)波(1)的光軸(1b)的方向從左側(cè)進(jìn)入所述使用部分(20)。
文檔編號(hào)G11C13/04GK1973324SQ200580021150
公開(kāi)日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2005年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月24日
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