專利名稱：從全息存儲(chǔ)介質(zhì)讀取和/或向其寫入的緊湊裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從全息存儲(chǔ)介質(zhì)讀取和/或向其寫入的緊湊裝置，以及用于此 類裝置的濾鏡。
背景技術(shù)：
通過記錄由兩個(gè)相干激光束的疊加產(chǎn)生的干擾圖案，在全息數(shù)據(jù)存小者中 存儲(chǔ)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，其中一個(gè)光束、即所謂的"信號(hào)光束"由空間光調(diào)制器調(diào)制， 并且承載要記錄的信息。第二光束充當(dāng)參考光束。干擾圖案導(dǎo)致修改存儲(chǔ)材 料的特定屬性，其依賴于干擾圖案的局部亮度。通過使用與記錄期間相同的 條件利用參考光束照射全息圖，進(jìn)行對(duì)所記錄的全息圖的讀取。這產(chǎn)生了對(duì) 所記錄信號(hào)光束的重建。全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于增加了數(shù)據(jù)容量。與常規(guī)光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)不同，全息存儲(chǔ)介質(zhì)的容積(volume)用來存儲(chǔ)信息，而非僅僅單個(gè)或者幾個(gè) 二維層。全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的另一優(yōu)點(diǎn)在于可以在同一容積中存儲(chǔ)多個(gè)數(shù)據(jù)，例 如通過改變兩個(gè)光束之間的角度，或者通過利用移位多路復(fù)用(shift multiplexing)等等。另外，代替存儲(chǔ)單個(gè)比特，數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)為數(shù)據(jù)頁。 一般 地，數(shù)據(jù)頁包括明暗圖案的矩陣，即二維二進(jìn)制陣列或者灰度值陣列，其編 碼了多個(gè)比特。除了增加的存儲(chǔ)密度，這還允許實(shí)現(xiàn)增加的數(shù)據(jù)率。數(shù)據(jù)頁 由空間光調(diào)制器(SLM)印制到信號(hào)光束上，并且利用檢測(cè)器陣列檢測(cè)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提出一種允許實(shí)現(xiàn)從全息存儲(chǔ)介質(zhì)讀取和/或向其寫 入的緊湊裝置的光學(xué)元件，以及使用此類光學(xué)元件從全息存儲(chǔ)介質(zhì)讀取和/或 向其寫入的裝置。根據(jù)本發(fā)明，該目的通過以下達(dá)到 一種光束的極化濾鏡，具有 -具有外區(qū)域與內(nèi)區(qū)域的基底，外區(qū)域與內(nèi)區(qū)域具有對(duì)于第一極化方向 與第二極化方向的不同的光學(xué)特性；以及-附接于基底的波片，用來影響光束的極化，其中波片對(duì)應(yīng)于外區(qū)域或 內(nèi)區(qū)域的部分是可轉(zhuǎn)換的波片可在其中其影響極化的狀態(tài)和其中其不影響極化的狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。 可替換地，波片可在其中其以不同方式影響極化的兩個(gè)或更多個(gè)狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。極化濾鏡可被當(dāng)作才及化壽文感針孑L (polarization sensitive pinhole),并且同 時(shí)作用為傅立葉濾鏡與光束合成器。有利地是，將該濾鏡用于從全息存儲(chǔ)介 質(zhì)讀取和/或向其寫入的裝置。將濾鏡放置在該裝置的傅立葉平面中，并且該 濾鏡允許在記錄期間高效地組合信號(hào)與參考光束，并且在讀出期間分離參考 光束與重建的信號(hào)光束。極化濾鏡為透射型濾鏡或者反射型濾鏡。在透射型濾鏡的情況下，外區(qū) 域具有對(duì)于第 一極化方向的低透射率以及對(duì)于第二極化方向的高透射率，而 內(nèi)區(qū)域具有對(duì)于第 一極化方向的高透射率以及對(duì)于第二極化方向的低透射 率。在這種情況下，可轉(zhuǎn)換的波片為半波片。透射型濾鏡具有以下優(yōu)點(diǎn)其 可被容易地集成到用于從全息存儲(chǔ)介質(zhì)讀取和/或向其寫入的裝置的光路徑 中。當(dāng)濾鏡為反射型濾鏡時(shí)，外區(qū)域具有對(duì)于第一極化方向的低反射率以及 對(duì)于第二極化方向的高反射率，并且內(nèi)區(qū)域具有對(duì)于第一極化方向的高反射率以及對(duì)于第二極化方向的低反射率。在這種情況下，可轉(zhuǎn)換的波片為四分 之一波片。反射型濾鏡具有以下優(yōu)點(diǎn)可以利用涂層，容易地實(shí)現(xiàn)依賴于極 化的反射率。優(yōu)選地，波片的對(duì)應(yīng)于內(nèi)區(qū)域的部分是孔或者是不可轉(zhuǎn)換的?？商鎿Q地， 只有波片的對(duì)應(yīng)于內(nèi)區(qū)域的部分是可轉(zhuǎn)換的，而對(duì)應(yīng)于外區(qū)域的部分是不可 轉(zhuǎn)換的或者被省去。有利地，波片被實(shí)現(xiàn)為液晶元件。通過這種方式，波片 不昂貴，并且容易制造。優(yōu)選地，外區(qū)域與內(nèi)區(qū)域具有亞波長(zhǎng)光柵。此類亞波長(zhǎng)光柵展示非常強(qiáng) 的極化依賴性。因此它們?cè)试S以高效的方式實(shí)現(xiàn)極化依賴特性。有利地，設(shè)計(jì)亞波長(zhǎng)光柵使得未被透射或未被反射的光被以大得足以避 免光學(xué)系統(tǒng)中的雜散光的角度而折射，例如10?；蚋蟮慕嵌?。這意味著未被 透射或未被反射的光被折射到非零級(jí)的衍射級(jí)。避免雜散光提高了所記錄的 全息圖的對(duì)比度以及所重建的物體光束的對(duì)比度。當(dāng)然，所選角度依賴于用 于從全息存儲(chǔ)介質(zhì)讀取和/或向其寫入的裝置的光學(xué)設(shè)置。根據(jù)本發(fā)明的另一方面， 一種用于從全息存儲(chǔ)介質(zhì)讀取和/或向其寫入的 裝置，具有4f系統(tǒng)，用來將信號(hào)光束和/或參考光束成像到全息存儲(chǔ)介質(zhì)中，以及 根據(jù)本發(fā)明的極化傅立葉濾鏡，用來分離重建的信號(hào)光束與參考光束。該裝置僅要求單個(gè)4f成像系統(tǒng)，并且因此可以非常緊湊的方式實(shí)現(xiàn)。位 于4f系統(tǒng)的傅立葉平面中的極化濾鏡仍然允許對(duì)參考光束與所重建的信號(hào)光 束的可靠分離。


為了更好地理解，現(xiàn)在將在下面的描述中參照附圖更詳細(xì)地解釋本發(fā)明。 應(yīng)該理解本發(fā)明不限于該示例實(shí)施例，并且所指出的特征也可以在不偏離 本發(fā)明的范圍的情況下被便利地組合和/或修改。在附圖中圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的透射型極化針孔傅立葉濾鏡；圖2示意地顯示在寫入期間的全息存儲(chǔ)裝置；圖3顯示在讀取期間的全息存儲(chǔ)裝置；圖4顯示修改的光學(xué)設(shè)置，其中使用透射型SLM;以及圖5顯示根據(jù)本發(fā)明的反射型極化針孔傅立葉濾鏡。
具體實(shí)施方式
在圖1中顯示根據(jù)本發(fā)明的極化針孔傅立葉濾鏡。其為所提出的系統(tǒng)的 基本組件之一。極化針孔傅立葉濾鏡17包括具有兩個(gè)不同區(qū)域17a、 17b 的透明基底。在外區(qū)域17a中，對(duì)于第一方向(例如x方向)上極化的透射 率為0，對(duì)于第二方向(例如y方向)上極化的透射率為1。在中央圓形區(qū)域 (孔徑)17b中，對(duì)于第一方向上極化的透射率為1，對(duì)于第二方向上極化的 透射率為o。當(dāng)然，透射率對(duì)外區(qū)域17a與內(nèi)區(qū)域17b的極化方向的依賴關(guān)系 可以類似地顛倒。例如，可以借助顯示非常強(qiáng)的極化依賴性的亞波長(zhǎng)光柵， 制造區(qū)域17a、 17b。優(yōu)選地，以如下方式設(shè)計(jì)亞波長(zhǎng)光柵，使得未被透射的 照射被偏轉(zhuǎn)足夠大的角度，從而偏轉(zhuǎn)光不穿過光路徑任何一個(gè)隨后的組件的 孔徑。在以上例子中，第一極化方向垂直于第二極化方向。在替換實(shí)施例中， 兩個(gè)極化方向?yàn)橛遗c左圓極化。極化針孔傅立葉濾鏡17還包括電控半波片(V2片)17c,其被附接于 基底，并且由覆蓋層17d覆蓋。優(yōu)選地，電控半波片17c由液晶元件形成。
以如下方式設(shè)計(jì)圖1中的半波片17c，使得對(duì)應(yīng)于內(nèi)區(qū)域17b的中心部分為孔。 根據(jù)替換解決方案，半波片17c的中心部分不受所施加的電場(chǎng)影響，即其不 是可轉(zhuǎn)換的。在兩種情況下，穿過內(nèi)區(qū)域17b的光的極化狀態(tài)都不受電控半 波片17c影響。作為另一替換方案，同樣可以在內(nèi)區(qū)域17b中放置可轉(zhuǎn)換區(qū) 域，而半波片17c的外部部分不是可轉(zhuǎn)換的。在圖2中示意顯示用來從全息存儲(chǔ)介質(zhì)讀取和/或向其寫入的裝置。激光 器1發(fā)射的光束28由光束整形器2整形(如果需要的話)，并且由準(zhǔn)直透鏡 3準(zhǔn)直。第一極化分光器(PBS) 5分割進(jìn)入的光束28為參考光束25與信號(hào) 光束24。位于第一極化分光器(PBS) 5之前的可旋轉(zhuǎn)半波片4用來設(shè)置參 考光束25與信號(hào)光束24的亮度比。參考光束25的極化方向由第二半波片 IO旋轉(zhuǎn)。參考光束25在被送到空間光調(diào)制器13上之前穿過第二極化分光器 11?？臻g光調(diào)制器13允許實(shí)現(xiàn)不同的多路復(fù)用技術(shù)，并且優(yōu)選地至少包括相 位調(diào)制器，其具有多個(gè)像素，例如256 x256個(gè)或更多個(gè)像素，并且將tt/2的 相移引入到反射的光束中。第一四分之一波片(X/4片)12配備在第二極化 分光器11與空間光調(diào)制器13之間。在穿過第一四分之一波片12兩次之后， 參考光束25由第二極化分光器11朝第三半波片14以及第三極化分光器15 反射。透鏡對(duì)16、 18形成所謂的4-f成像系統(tǒng)。圖1的極化傅立葉濾鏡17 位于兩個(gè)透鏡16與18之間的傅立葉平面中?？臻g光調(diào)制器13以如下方式修 正參考光束25:使得在極化傅立葉濾鏡17的位置上生成分離的焦點(diǎn)，例如 通過生成多個(gè)部分參考光束。在最簡(jiǎn)單的情況下，空間光調(diào)制器13為衍射元 件。在這種情況下，只采用移位多路復(fù)用。移位器17阻止參考光束25的0 次分量，并且只透射更高次的分量。依賴于是記錄還是讀取全息圖，被透射 的分量的極化方向可以利用集成的電控半波片17c旋轉(zhuǎn)90。。最后，將參考光 束25發(fā)送通過第二四分之一波片19，并且利用物鏡20將其聚焦到全息存儲(chǔ) 介質(zhì)22中。透射通過第一極化分光器5的光表示信號(hào)光束24。信號(hào)光束24繼續(xù)通 過第四極化分光器7，并且打到反射幅度調(diào)制器(或者空間光調(diào)制器，SLM) 9上。再次，可以如下方式容易地修改光學(xué)設(shè)置使得可以使用透射型SLM9。 第三四分之一波片8確保反射的信號(hào)光束由第四極化分光器7朝可轉(zhuǎn)換的第 四半波片23偏轉(zhuǎn)。然后，信號(hào)光束24由第三極化分光器15偏轉(zhuǎn)，并且由透 鏡對(duì)16、 18成像到物鏡20的光瞳中。然后，信號(hào)光束24在經(jīng)過第二四分之
一波片19之后被聚焦到全息存儲(chǔ)介質(zhì)22中。信號(hào)光束由極化傅立葉濾鏡17 4氐通濾波。
在以下解釋記錄過程。為了記錄全息圖，SLM 9將要記錄的數(shù)據(jù)傳送到 信號(hào)光束24上。信號(hào)光束24由極化傅立葉濾鏡17低通濾波，穿過可選的第 二四分之一波片19,并且聚焦到全息存儲(chǔ)介質(zhì)22中。在介質(zhì)中，信號(hào)光束 24具有圓極化。參考光束25的波前由相位與幅度SLM 13設(shè)置。然后參考光 束25 (其極化方向正交于信號(hào)光束24的極化方向)由極化傅立葉濾鏡17高 通濾波。濾鏡17的電控半波片17c被關(guān)閉，即，其不修正信號(hào)光束24的極 化方向?？蛇x的第二四分之一波片19將參考光束25的極化轉(zhuǎn)換為圓極化。 該極化方向與信號(hào)光束24的極化方向相反。因此，負(fù)責(zé)生成全息圖的唯一干 擾光線為反射的信號(hào)光束24與進(jìn)入的信號(hào)光束24與進(jìn)入的信號(hào)光束24與反 射的參考光束27的組合。在全息存儲(chǔ)介質(zhì)22的反射層21上發(fā)生反射。
有利的是，幅度調(diào)制器也被集成到空間光調(diào)制器13中。因?yàn)槿魏尾ㄇ坝?單個(gè)平面中其空間幅度以及相位分布唯一確定，所以相位與幅度調(diào)制器的組 合允許最大數(shù)目的多路復(fù)用狀態(tài)。另外，利用幅度調(diào)制器，可以通過在物鏡 20的孔徑的一半中切斷光，生成半錐(halve cone)參考光束。這是可能的， 因?yàn)檎{(diào)制器13與物鏡20的光瞳平面位于由透鏡16與18形成的共軛平面中。
圖3顯示讀出過程。SLM 13生成與在記錄過程中使用的參考光束相同的 參考光束25。再次，參考光束25由極化傅立葉濾鏡17高通濾波。但是，這 次電控半波片17c打開，使得極化旋轉(zhuǎn)90。。光束被傳送通過第二四分之一波 片19進(jìn)入全息存儲(chǔ)介質(zhì)22中。這意味著圓極化方向與在記錄過程中使用的 圓極化方向相反。因此，再現(xiàn)的信號(hào)光束26的圓極化方向也一皮倒轉(zhuǎn)。在穿過 第二四分之一波片19之后，再現(xiàn)的信號(hào)光束26的極化在允許穿過極化傅立 葉濾鏡17的方向上為線性的。光束26由第三極化分光器15偏轉(zhuǎn)，并且穿過 可轉(zhuǎn)換的第四半波片23，其被設(shè)置在允許再現(xiàn)的信號(hào)光束26穿過第四極化 分光器7的狀態(tài)。最后，重現(xiàn)的信號(hào)光束26被成像到陣列檢測(cè)器6上。反射 的參考光束27被極化傅立葉濾鏡17阻止。類似地，可以通過將電控半波片 17c打開，向全息存儲(chǔ)介質(zhì)22寫入。在這種情況下，在讀取期間必須關(guān)閉電 控半波片17c。
在該示例設(shè)置中，從陣列檢測(cè)器6、 SLM13、以及SLM9到透鏡16的 距離對(duì)應(yīng)于透鏡16的焦距。否則，極化傅立葉濾鏡17不會(huì)正確工作。
還可以在沒有第二四分之一波片19的情況下操作該系統(tǒng)。在這種情況
下，極化傅立葉濾鏡17的電控半波片17c在記錄期間以及在讀出期間被打開， 從而參考光束25與信號(hào)光束24的極化方向?yàn)槠叫械摹＿@意味著在此類替換 實(shí)施例中，電控半波片17c被替換為不可轉(zhuǎn)換的半波片。
圖4顯示修改的光學(xué)設(shè)置，其中使用透射型SLM 9、 13,以替代反射SLM。 雖然反射SLM允許快速轉(zhuǎn)換，但是該修改的光學(xué)設(shè)置具有以下優(yōu)點(diǎn)不再需 要第一四分之一波片12與第三四分之一波片8。第四PBS 11由鏡(mirror) 替代。
作為透射型極化傅立葉濾鏡17的替換，也可以實(shí)現(xiàn)反射型極化傅立葉濾 鏡。這在圖5中示出。在這種倩況下，極化傅立葉濾鏡17相對(duì)于光軸稍微傾 斜，使得能夠?qū)⒎瓷涞墓馐c進(jìn)入的光束25、 26分離。結(jié)果，內(nèi)區(qū)域17b具 有橢圓形狀。另外，電控半波片17c由電控四分之一波片17e替換。為了反 射光束25、 26，極化傅立葉濾鏡17配備有鏡層17f。在圖5中，鏡層17替 換覆蓋層17d。當(dāng)然其也可以排列在覆蓋層17d上。
件替換，或者在某些配置中甚至可被省去。
權(quán)利要求
1.一種光束的極化濾鏡(17)，包括具有外區(qū)域(17a)與內(nèi)區(qū)域(17b)的基底，所述外區(qū)域(17a)與所述內(nèi)區(qū)域(17b)對(duì)于第一極化方向與第二極化方向具有不同的光學(xué)特性；以及附接于所述基底的波片(17c)，用來影響所述光束的極化，其中所述波片(17c)的對(duì)應(yīng)于所述外區(qū)域(17a)或所述內(nèi)區(qū)域(17b)的部分是可轉(zhuǎn)換的。
2. 如權(quán)利要求1所述的極化濾鏡，其中所述外區(qū)域(17a)具有對(duì)于所述 第一極化方向的低反射率以及對(duì)于所述第二極化方向的高反射率，并且所述 內(nèi)區(qū)域(17b)具有對(duì)于所述第一極化方向的高反射率以及對(duì)于所述第二極化 方向的低反射率，并且其中所述波片(17c)為四分之一波片。
3. 如權(quán)利要求1所述的極化濾鏡，其中所述外區(qū)域(17a)具有對(duì)于所述 第 一極化方向的低透射率以及對(duì)于所述第二極化方向的高透射率，并且所述 內(nèi)區(qū)域(17b)具有對(duì)于所述第一極化方向的高透射率以及對(duì)于所述第二極化 方向的低透射率，并且其中所述波片(17c)為半波片。
4. 如權(quán)利要求1至3中任何一個(gè)所述的極化濾鏡，其中所述波片(17c) 的對(duì)應(yīng)于所述內(nèi)區(qū)域(17b)的部分是孔或者是不可轉(zhuǎn)換的，或者其中只有所 述波片(17c)對(duì)應(yīng)于所述內(nèi)區(qū)域(17b)的部分是可轉(zhuǎn)換的，而對(duì)應(yīng)于所述 外區(qū)域(17a)的部分是不可轉(zhuǎn)換的或者被省去。
5. 如權(quán)利要求1至4中任何一個(gè)所述的極化濾鏡，其中所述波片(17c) 為液晶元件。
6. 如權(quán)利要求1至5中任何一個(gè)所述的極化濾鏡，其中所述外區(qū)域(17a) 與所述內(nèi)區(qū)域(17b)具有亞波長(zhǎng)光柵。
7. 如權(quán)利要求6所述的極化濾鏡，其中設(shè)計(jì)所述亞波長(zhǎng)光柵使得未被透 射或未被反射的光被以大得足以避免光學(xué)系統(tǒng)中的雜散光的角度折射。
8. 如權(quán)利要求7所述的極化濾鏡，其中所述角度為至少10°。
9. 一種用于從全息存儲(chǔ)介質(zhì)(22)讀取和/或向全息存儲(chǔ)介質(zhì)(22)寫入 的裝置，具有4f系統(tǒng)(16， 18),用來將信號(hào)光束(24)和/或參考光束(25)成像到 所述全息存儲(chǔ)介質(zhì)(22)中；以及 如權(quán)利要求1至8中任何一個(gè)所述的極化濾鏡(17),用來分離重建的信 號(hào)光束(26)與所述參考光束(25)。
10. 如權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述極化濾鏡(17)位于所述4f系統(tǒng) (16， 18)的傅立葉平面中。
11. 如權(quán)利要求9或IO所述的裝置，其中所述極化濾鏡(17)具有不可 轉(zhuǎn)換的波片(17c)。
全文摘要
本發(fā)明涉及從全息存儲(chǔ)介質(zhì)讀取和/或向其寫入的緊湊裝置，以及用于此類裝置的濾鏡(17)。根據(jù)本發(fā)明，一種光束的極化濾鏡(17)包括具有外區(qū)域(17a)與內(nèi)區(qū)域(17b)的基底，外區(qū)域(17a)與內(nèi)區(qū)域(17b)具有對(duì)于第一極化方向與第二極化方向的不同的光學(xué)特性；以及附接于基底的波片(17c)，用來影響光束的極化，其中波片(17c)的對(duì)應(yīng)于外區(qū)域(17a)或內(nèi)區(qū)域(17b)的部分是可轉(zhuǎn)換的。
文檔編號(hào)G11B7/135GK101159147SQ20071015317
公開日2008年4月9日 申請(qǐng)日期2007年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月4日
發(fā)明者喬基姆·尼特爾 申請(qǐng)人:湯姆森特許公司