專利名稱：全息照相術(shù)光信息記錄再現(xiàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用具有全息照相媒質(zhì)的光學(xué)記錄媒體高密度進(jìn)行信息的記錄再現(xiàn)的全息照相術(shù)光信息記錄再現(xiàn)裝置。
已有技術(shù)光盤(CD)使用波長(zhǎng)780nm的光源和數(shù)值孔徑0.45的物鏡，可以錄音74分鐘的音樂數(shù)據(jù)或記錄640MB的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。另外，數(shù)字化視頻光盤(DVD)使用波長(zhǎng)650nm的光源和數(shù)值孔徑0.6的物鏡，可以記錄2小時(shí)15分鐘的MPEG2的動(dòng)畫或4.7GB的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。近年，可以播送水平分辨率大于1000線的高清晰動(dòng)畫，個(gè)人計(jì)算機(jī)性能提高，期待出現(xiàn)密度更高、容量更大的光盤。針對(duì)此，提出了組合了波長(zhǎng)400nm左右的光源和數(shù)值孔徑0.85的物鏡的光盤系統(tǒng)等，可以實(shí)現(xiàn)單面超過20GB的容量。
像這樣，光盤裝置通過使用波長(zhǎng)更短的光源和數(shù)值孔徑更大的物鏡來實(shí)現(xiàn)高密度化。但是，使上述的波長(zhǎng)更短和數(shù)值孔徑更大的透鏡會(huì)接近臨界值。即，在波長(zhǎng)小于400nm的區(qū)域，由于透鏡所用的玻璃材料的波長(zhǎng)分散變大，所以難以控制該像差。另外，為使數(shù)值孔徑更大，若使用正在開發(fā)的固體液浸透鏡技術(shù)，則透鏡活動(dòng)距離極短(50nm左右)，難以更換盤。為了克服這些問題而實(shí)現(xiàn)高密度化，著眼于全息照相術(shù)記錄技術(shù)。
例如，

圖14示出Psaltis等提出的偏移多重記錄方式的光盤光學(xué)系統(tǒng)的概要結(jié)構(gòu)。對(duì)于來自激光源1的光，用光束擴(kuò)展器7放大了光束徑之后被半反射鏡8分割。分割的一光束被反射鏡10變更前進(jìn)方向之后通過空間光調(diào)制器2，由付里葉變換透鏡3聚光在全息照相盤5上，成為信號(hào)光。另一光束被聚光透鏡12聚光并成為參照光22，照射與全息照相盤5上的信號(hào)光相同的位置。全息照相盤5構(gòu)成為在2張玻璃基板之間密封光聚合物等全息照相媒質(zhì)，記錄信號(hào)光和參照光的干涉條紋。
空間光調(diào)制器2由2維排列的光開關(guān)列構(gòu)成，與記錄的輸入信號(hào)23對(duì)應(yīng)，獨(dú)立接通、斷開各光開關(guān)。例如，在使用了1024單元×1024單元的空間光調(diào)制器2時(shí)，可以同時(shí)顯示1M位的信息。在信號(hào)光通過空間光調(diào)制器2時(shí)，顯示在空間光調(diào)制器2的1M位的信息變換為2維的光束列，作為干涉條紋記錄在全息照相盤5上。在再現(xiàn)記錄的信號(hào)時(shí)，對(duì)全息照相盤5只照射參照光22，將作為來自全息照相的衍射光的再現(xiàn)信號(hào)光21通過付里葉變換透鏡4之后，利用光檢測(cè)器6受光并檢測(cè)再現(xiàn)信號(hào)24。
圖14所示的光記錄系統(tǒng)的特征在于全息照相媒質(zhì)的厚度為約1mm程度較厚，記錄為干涉條紋寬的光柵，所謂布喇格光柵，所以可以進(jìn)行角度多重記錄，從而可以實(shí)現(xiàn)大容量的光記錄系統(tǒng)。圖14所示的系統(tǒng)中，代替參照光22的入射角變化，通過偏移球面波參照光的照射位置來實(shí)現(xiàn)角度多重。即，利用在稍微轉(zhuǎn)動(dòng)全息照相盤5而偏移記錄位置時(shí)，媒體各部分受到的參照光入射角稍微變化。在全息照相媒質(zhì)的厚度為1mm時(shí)，用再現(xiàn)信號(hào)強(qiáng)度規(guī)定的波長(zhǎng)選擇性成為半輻值0.014度。在參照光為NA0.5、全息照相尺寸為2mmФ時(shí)，若以約20微米間隔多重記錄全息照相，則此時(shí)實(shí)現(xiàn)的記錄密度為600Gbit/inch2，換算為12cm盤容量實(shí)現(xiàn)730GB。
小型、穩(wěn)定的激光源成為實(shí)現(xiàn)上述的高密度光記錄再現(xiàn)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。特別是，由于布喇格光柵具有角度選擇性和波長(zhǎng)選擇性，所以需要在記錄、再現(xiàn)時(shí)控制光源波長(zhǎng)，不能使用通常的光盤所用的半導(dǎo)體激光器。另外，從記錄密度的觀點(diǎn)希望使用波長(zhǎng)更短的光源，但以前在試驗(yàn)中多采用可以較廉價(jià)取得高功率的Ar激光的綠色光。另外，近年，使用可用全固體實(shí)現(xiàn)的Nd摻雜的YAG激光的2次高次諧波光源等來實(shí)現(xiàn)小型化。
發(fā)明要解決的問題如上所述，在使用布喇格光柵的全息照相記錄中，利用光的入射方向和波長(zhǎng)來改變記錄的衍射圖形。因此，若記錄時(shí)的波長(zhǎng)和再現(xiàn)時(shí)的波長(zhǎng)不同，會(huì)使串?dāng)_信號(hào)增加和信號(hào)光強(qiáng)度降低。另外，根據(jù)記錄媒體的溫度變化，最佳再現(xiàn)波長(zhǎng)不同，同樣使串?dāng)_信號(hào)增加和信號(hào)光強(qiáng)度降低。
圖14的光盤中，信息是作為來自記錄的干涉條紋的布喇格衍射光再現(xiàn)的。為了使再現(xiàn)信號(hào)光以充分的光通量再現(xiàn)，需要滿足布喇格條件。即，必須將參照光束對(duì)媒質(zhì)的入射角度和參照光束的波長(zhǎng)分別調(diào)整為最佳值。
例如，若假設(shè)系統(tǒng)為全息照相媒質(zhì)的厚度1mm、光源波長(zhǎng)515nm、干涉條紋周期0.5μm的系統(tǒng)，對(duì)用衍射效率降低一半的波長(zhǎng)的值定義的參照光束波長(zhǎng)的布喇格條件的允許值為515nm±0.24nm。另外，圖14的結(jié)構(gòu)中，還需要考慮全息照相媒質(zhì)的熱膨脹。即，由于全息照相媒質(zhì)的熱膨脹，記錄的干涉條紋的周期會(huì)發(fā)生變化，從而存在使?jié)M足布喇格條件的最佳再現(xiàn)波長(zhǎng)發(fā)生變化的問題。
作為全息照相媒質(zhì)使用Dupont制光聚合物、全方位352原版的例子。其熱線膨脹率測(cè)定為7.1×10-5(植田等、特開平5-165388號(hào)公報(bào))、對(duì)于25℃的溫度變化，最佳波長(zhǎng)的變化量為0.18％，若換算為氬激光的振蕩波長(zhǎng)，則成為515+0.9nm。該值為上述布喇格條件的允許幅度515±0.24nm的3倍以上的值，為了對(duì)于25℃的溫度變化穩(wěn)定地進(jìn)行全息照相再現(xiàn)，需要與再現(xiàn)中的溫度變化對(duì)應(yīng)，將再現(xiàn)光源的波長(zhǎng)調(diào)整為最佳。
因此，本發(fā)明是為了解決上述問題而提出的，其目的在于提供一種從最佳再現(xiàn)波長(zhǎng)不同的媒體再現(xiàn)信號(hào)時(shí)和、因記錄媒體的溫度變化而最佳再現(xiàn)波長(zhǎng)變化時(shí)，也可以保持充分的再現(xiàn)信號(hào)強(qiáng)度，串?dāng)_少、穩(wěn)定地再現(xiàn)信號(hào)的全息照相術(shù)光信息記錄再現(xiàn)裝置。解決問題的方案本發(fā)明的全息照相術(shù)光信息記錄再現(xiàn)裝置是通過在記錄媒體上照射相干光束，用2維光檢測(cè)器陣列接收用記錄媒體衍射的再現(xiàn)信號(hào)光，再現(xiàn)在記錄媒體上以2個(gè)相干光束的干涉條紋的形態(tài)記錄的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。為了解決上述問題，具有發(fā)射相干光束的波長(zhǎng)可變相干光源和，讀取再現(xiàn)信號(hào)光的2維光檢測(cè)器陣列上的位置信息，基于該位置信息控制波長(zhǎng)可變相干光源的波長(zhǎng)的控制部件。
上述結(jié)構(gòu)中，最好2維光檢測(cè)器陣列的受光單元的至少一部分分割為2個(gè)以上的區(qū)域，將光學(xué)系統(tǒng)配置為例如在正常狀態(tài)下，將再現(xiàn)信號(hào)光的至少一部分的光束點(diǎn)作為伺服用光束入射到分割了伺服用光束的受光單元上的區(qū)域的分割線上?？刂撇考z測(cè)來自分割的受光單元的各區(qū)域的信號(hào)的差動(dòng)信號(hào)，基于該差動(dòng)信號(hào)控制波長(zhǎng)可變相干光源的波長(zhǎng)。
上述任一結(jié)構(gòu)中，光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成為參照光束穿透歪像光學(xué)系統(tǒng)，上述控制部件從2維光檢測(cè)器陣列檢測(cè)的再現(xiàn)像的變化，獨(dú)立檢測(cè)參照光束的聚焦方向的位置偏差和、波長(zhǎng)可變相干光源的波長(zhǎng)偏差。
上述任一結(jié)構(gòu)中，最好具有將從波長(zhǎng)可變相干光源發(fā)射的相干光束分割為信號(hào)光和參照光的2個(gè)光束的部件，2維強(qiáng)度調(diào)制信號(hào)光的空間光調(diào)制元件，對(duì)空間光調(diào)制元件上的信號(hào)光給予2維相位分布的部件和，使信號(hào)光和參照光在記錄媒體上交叉的光學(xué)系統(tǒng)。在給予2維相位分布的部件上的周邊部分設(shè)有相干長(zhǎng)度比中央部分還長(zhǎng)的區(qū)域。
該結(jié)構(gòu)中，最好給予2維相位分布的部件的各單元形成為2維直角格子狀，各單元的相位位移量為0、π/2、π、3π/2的某一個(gè)，相互鄰接的單元的相位差為π/2或3π/2。
上述任一結(jié)構(gòu)中，最好具有將來自記錄媒體的衍射光聚光在2維光檢測(cè)器陣列上的透鏡系統(tǒng)，記錄媒體配置在與透鏡系統(tǒng)的焦點(diǎn)不同的位置。
另外，上述任一結(jié)構(gòu)中，最好記錄為再現(xiàn)信號(hào)光的伺服用光束一直接通的狀態(tài)，或記錄為以比其它光束點(diǎn)更高的概率成為接通狀態(tài)。
另外，上述任一結(jié)構(gòu)中，最好將波長(zhǎng)可變相干光源作為使用波長(zhǎng)可變半導(dǎo)體激光器和2次高次諧波發(fā)生元件的相干光源。
另外，上述結(jié)構(gòu)中，最好上述分割的受光單元位于上述2維光檢測(cè)器陣列的四角。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的全息照相術(shù)光信息記錄再現(xiàn)裝置的整體結(jié)構(gòu)圖。
圖3是與受光圖形同時(shí)表示本全息照相術(shù)光信息記錄再現(xiàn)裝置的2維光檢測(cè)器陣列的結(jié)構(gòu)例的圖。
圖4是表示光波導(dǎo)型2次高次諧波發(fā)生激光源的概要結(jié)構(gòu)的斜視圖。
圖5是表示本全息照相術(shù)光信息記錄再現(xiàn)裝置的2維光檢測(cè)器陣列結(jié)構(gòu)的另一例的圖。
圖6是表示本全息照相術(shù)光信息記錄再現(xiàn)裝置的2維光檢測(cè)器陣列結(jié)構(gòu)的又另一例的圖。
圖7表示實(shí)施例2的全息照相術(shù)光信息記錄再現(xiàn)裝置的概要結(jié)構(gòu)，(a)是在與包含參照光方向和主衍射方向的平面垂直的面上的截面圖，(b)是包含參照光方向和主衍射方向的平面的截面圖。
圖8是表示圖7的裝置的2維光檢測(cè)器陣列上的受光圖形的圖。
圖9是表示可適用于實(shí)施例2的全息照相術(shù)光信息記錄再現(xiàn)裝置的歪像光學(xué)系統(tǒng)的另一例的圖。
圖10表示可適用于實(shí)施例2的全息照相術(shù)光信息記錄再現(xiàn)裝置的歪像光學(xué)系統(tǒng)的又另一例，(a)是與主衍射方向成垂直方向的截面圖，(b)是與主衍射方向成平行方向的截面圖。
圖11是實(shí)施例3的全息照相術(shù)光信息記錄再現(xiàn)裝置的概要結(jié)構(gòu)圖。
圖12是實(shí)施例3的全息照相術(shù)光信息記錄再現(xiàn)裝置的整體結(jié)構(gòu)圖。
圖13是實(shí)施例3的全息照相術(shù)光信息記錄再現(xiàn)裝置的擴(kuò)散板的概要平面圖。
圖14是現(xiàn)有的全息照相盤記錄再現(xiàn)裝置的概要結(jié)構(gòu)圖。
發(fā)明的實(shí)施例(實(shí)施例1)圖1是表示實(shí)施例1的光信息記錄再現(xiàn)裝置的主要部分的概要結(jié)構(gòu)圖，重點(diǎn)示出來自作為記錄媒體的全息照相盤5的衍射光照射2維光檢測(cè)器陣列6A的再現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)。該光信息記錄再現(xiàn)裝置的整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。另外，對(duì)與圖14所示的現(xiàn)有的光信息記錄再現(xiàn)裝置同樣的結(jié)構(gòu)要素附上同一標(biāo)號(hào)進(jìn)行說明。
在圖1示出全息照相盤5由2張玻璃基板5b和，密封在2張玻璃基板之間的光聚合物等全息照相媒質(zhì)5a構(gòu)成。球面波參照光22被聚光透鏡12聚光在密封全息照相媒質(zhì)5a的玻璃基板5b的表面，通過玻璃基板5b表面的菲涅耳反射，一部分光返回到聚焦誤差檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)14。聚光參照光22的聚光透鏡12由從聚焦誤差檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)14輸出的聚焦誤差信號(hào)控制其光軸方向位置，參照光22一直聚光在玻璃基板5b表面。
在全息照相媒質(zhì)5a以光干涉條紋的狀態(tài)記錄空間光調(diào)制器2顯示的2維數(shù)據(jù)。即，具有與利用空間光調(diào)制器2應(yīng)記錄的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的2維明暗圖形的信號(hào)光和、參照光22產(chǎn)生干涉，在全息照相媒質(zhì)5a內(nèi)記錄為波長(zhǎng)級(jí)的微細(xì)的干涉圖形，即全息照相記錄。該全息照相通常為直徑幾mm的圓形，在一個(gè)全息照相匯總表現(xiàn)顯示在空間光調(diào)制器2上的數(shù)據(jù)。通過在全息照相媒質(zhì)不同的位置記錄多個(gè)全息照相，實(shí)現(xiàn)大容量的記錄媒體。全息照相媒體5a成為盤狀或方形卡狀等形態(tài)，通過分別選擇因盤轉(zhuǎn)動(dòng)或卡的平行移動(dòng)而不同的全息照相，進(jìn)行記錄、再現(xiàn)。
在參照光22照射全息照相媒質(zhì)5a時(shí)，被全息照相媒質(zhì)5a中記錄的全息照相衍射，產(chǎn)生再現(xiàn)信號(hào)光21。在再現(xiàn)信號(hào)光21再現(xiàn)記錄了全息照相時(shí)的信號(hào)光具有的2維明暗圖形。再現(xiàn)信號(hào)光21通過付里葉變換透鏡4之后，利用2維光檢測(cè)器陣列6A受光并檢測(cè)再現(xiàn)信號(hào)。2維光檢測(cè)器陣列6A具有與再現(xiàn)信號(hào)光的2維圖形對(duì)應(yīng)的2維受光單元列，例如可以用PD陣列、CCD元件、或CMOS元件等實(shí)現(xiàn)。通常，2維光檢測(cè)器陣列6A的受光單元排列與2維排列在空間光調(diào)制器2的光開關(guān)列一一對(duì)應(yīng)，但此外，也可以構(gòu)成為多個(gè)受光單元對(duì)應(yīng)于1個(gè)空間光調(diào)制器2的單元。在后者的情況下，雖然需要圖像處理2維光檢測(cè)器陣列6A的輸出信號(hào)，但可以控制部件間的串?dāng)_。
此時(shí)產(chǎn)生的再現(xiàn)信號(hào)光21走與記錄時(shí)用空間光調(diào)制器2調(diào)制的信號(hào)光同樣的路徑，這是全息照相記錄、再現(xiàn)的特征。在全息照相媒質(zhì)5a位于付里葉變換透鏡3的付里葉面16上時(shí)，通過了空間光調(diào)制器2的所有單元的光照射全息照相媒質(zhì)5a上的同一點(diǎn)。圖1結(jié)構(gòu)的光信息記錄再現(xiàn)裝置的特征在于全息照相媒質(zhì)5a設(shè)置在脫離付里葉面16的位置。此時(shí)，如圖所示，通過在空間光調(diào)制器2上的不同點(diǎn)的a點(diǎn)、b點(diǎn)的光通過在全息照相媒質(zhì)5a上也不同的點(diǎn)(分別a’點(diǎn)、b’點(diǎn))。由于參照光22使用球面波，在全息照相媒質(zhì)5a上的不同點(diǎn)參照光22入射的角度不同，在再現(xiàn)時(shí)對(duì)全息照相媒質(zhì)5a上的不同點(diǎn)的再現(xiàn)信號(hào)光21給予不同的衍射角。
圖1中，用實(shí)線示出用最佳波長(zhǎng)的參照光22再現(xiàn)時(shí)的再現(xiàn)信號(hào)光21，用虛線示出參照光22偏離最佳波長(zhǎng)，用波長(zhǎng)比最佳波長(zhǎng)更長(zhǎng)的光再現(xiàn)時(shí)的再現(xiàn)信號(hào)光21。如圖所示，在波長(zhǎng)長(zhǎng)時(shí)衍射角變大，再現(xiàn)信號(hào)光21照射2維光檢測(cè)器陣列6A上的位置發(fā)生變化。在此，在波長(zhǎng)變長(zhǎng)時(shí)，再現(xiàn)信號(hào)光21整體向圖的右上方向偏移，同時(shí)照射更窄的區(qū)域。對(duì)于光束整體的偏移，跟隨光束偏移，將2維光檢測(cè)器陣列6A在光檢測(cè)元件面內(nèi)平行移動(dòng)，控制其位置。
圖3示出接收再現(xiàn)信號(hào)光21的2維光檢測(cè)器陣列6A的平面概要圖。2維光檢測(cè)器陣列6A由排列成矩陣的受光單元61的組構(gòu)成。受光單元組中，配置在4角的分割的受光單元62分割為內(nèi)側(cè)受光單元62i和外側(cè)受光單元62e。示出按各受光單元61、62入射的信號(hào)光點(diǎn)25。用實(shí)線圓示出用最佳波長(zhǎng)再現(xiàn)時(shí)的信號(hào)光點(diǎn)25的照射位置，用虛線圓示出用波長(zhǎng)比最佳波長(zhǎng)長(zhǎng)的光再現(xiàn)時(shí)的信號(hào)光點(diǎn)25的照射位置。通過入射到分割的受光單元62的虛線圓的信號(hào)光點(diǎn)25，從內(nèi)側(cè)受光單元62i和外側(cè)受光單元62e輸出的信號(hào)成為(內(nèi)側(cè)受光單元62i的輸出)＞(外側(cè)受光單元62e的輸出)，可以從兩者的差動(dòng)信號(hào)檢測(cè)出波長(zhǎng)偏差。另外，在用波長(zhǎng)比最佳波長(zhǎng)短的光再現(xiàn)時(shí)，受光單元61的各信號(hào)光點(diǎn)25的照射位置從圖3的實(shí)線圓所示的位置向與虛線圓所示的位置相反的方向偏移。
另外，如從圖3可知，因光源波長(zhǎng)偏差引起的信號(hào)光點(diǎn)25位置的變化在2維光檢測(cè)器陣列6A的周邊部大、在中央部小。因此，為了靈敏檢測(cè)光源波長(zhǎng)偏差，分割2維光檢測(cè)器陣列6A的周邊部的單元并檢測(cè)光束位置。特別是如圖3所示，將2維光檢測(cè)器陣列6A的4角的單元作為分割單元的結(jié)構(gòu)在檢測(cè)靈敏度方面成為最大。
通常，用于記錄數(shù)據(jù)的光束按全息照相切換接通狀態(tài)和斷開狀態(tài)，但為了更高速、高精度檢測(cè)光束位置，最好記錄為在整個(gè)全息照相，照射2維光檢測(cè)器陣列6A的周邊部的單元的位置檢測(cè)用的信號(hào)光點(diǎn)25成為接通狀態(tài)。但是，若照射位置檢測(cè)用的單元的信號(hào)光點(diǎn)25全部成為接通狀態(tài)，則該信號(hào)光點(diǎn)25只能用于位置檢測(cè)，所以數(shù)據(jù)記錄用的實(shí)際信息量減少。從而，在不希望減少實(shí)際信息量時(shí)，采用使照射位置檢測(cè)用的單元的信號(hào)光點(diǎn)25成為接通狀態(tài)的概率更大的編碼方式，還可以使全息照相具有地址信息等。
如圖1所示，本實(shí)施例中，代替圖14的激光源1而使用波長(zhǎng)可變相干光源18。波長(zhǎng)可變相干光源18例如作為半導(dǎo)體激光器和、光波導(dǎo)型波長(zhǎng)變換設(shè)備，例如通過使用模擬相位匹配(以下，記為QAM)方式的光波導(dǎo)型2次高次諧波產(chǎn)生(以下簡(jiǎn)稱為SHG)元件，可以容易實(shí)現(xiàn)(山本等，Optics Letters Vol.16，No.15，1156(1991))。圖4示出使用光波導(dǎo)型SHG元件33，與半導(dǎo)體激光器30一起搭載在Si子座31上的波長(zhǎng)可變相干光源18的概要結(jié)構(gòu)。
作為半導(dǎo)體激光器30，使用具有活性層區(qū)域和分布布喇格反射器(以下，記為DBR)區(qū)域32的波長(zhǎng)可變DBR半導(dǎo)體激光器。半導(dǎo)體激光器300為0.85μm的100mW級(jí)AlGaAs波長(zhǎng)可變DBR半導(dǎo)體激光器(參考V.N.Gulgazov，H.Zhao，D.Nam，J.S.Major Jr.，and T.L.Koch″Tunablehigh-power AlGaAs distributed Bragg reflector laser diodes″，Electron.Lett.，Vol.33，pp.58-59(1997))。通過改變注入到DBR區(qū)域32的電流，可使振蕩波長(zhǎng)可變。
另一方面，作為波長(zhǎng)變換設(shè)備的光波導(dǎo)型SHG元件33由在X板MgO摻雜LiNbO3基板上形成的光波導(dǎo)34和、周期的分極翻轉(zhuǎn)區(qū)域35構(gòu)成。光波導(dǎo)34是通過在焦磷酸中進(jìn)行質(zhì)子變換來形成的。另外，周期的分極翻轉(zhuǎn)區(qū)域35是通過在x板上形成梳形電極并施加電場(chǎng)來作成的。
100mW的激光輸出中有60mW的激光耦合到光波導(dǎo)34。控制注入到波長(zhǎng)可變DBR半導(dǎo)體激光器30的DBR區(qū)域32的電流，在光波導(dǎo)型SHG元件33的相位匹配波長(zhǎng)允許范圍內(nèi)固定振蕩波長(zhǎng)。以10mW左右的輸出得到波長(zhǎng)425nm的藍(lán)色光。
在此，在光波導(dǎo)34上蒸鍍0.01微米的Ta膜而形成圖形，形成旁熱式電極36。通過在旁熱式電極36通過電流而改變光波導(dǎo)34的溫度，控制相位匹配波長(zhǎng)。與光波導(dǎo)型SHG元件33的相位匹配波長(zhǎng)的變化對(duì)應(yīng)，控制注入到DBR區(qū)域32的電流，在調(diào)諧波長(zhǎng)時(shí)也輸出一定的藍(lán)色光。試驗(yàn)中確認(rèn)了對(duì)于波導(dǎo)的溫度變化為30度，可以實(shí)現(xiàn)2nm的波長(zhǎng)調(diào)諧，可以與全息照相媒質(zhì)5a的溫度變化±25度相應(yīng)。
本發(fā)明的光信息記錄再現(xiàn)裝置中，在光源波長(zhǎng)向長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)有偏差時(shí)，如上所述，在圖3例示的光檢測(cè)器陣列的受光單元62中，從受光單元62i的輸出減去受光單元62e的輸出所得到的差動(dòng)信號(hào)成為正。此時(shí)，利用圖1所示的波長(zhǎng)控制電路17，使波長(zhǎng)可變相干光源18的波長(zhǎng)向更短波長(zhǎng)側(cè)變化。具體說來，例如在使用了圖4所示的波長(zhǎng)可變相干光源18的情況下，波長(zhǎng)控制電路17控制流入DBR區(qū)域32和旁熱式電極36的電流。在上述差動(dòng)信號(hào)為正的情況下，通過可以同時(shí)減少流入DBR區(qū)域32和旁熱式電極36的電流，使波長(zhǎng)可變相干光源18輸出的光的波長(zhǎng)向短波長(zhǎng)側(cè)偏移。
像這樣，組合了波長(zhǎng)可變半導(dǎo)體激光器和波長(zhǎng)變換設(shè)備的QPM-SHG設(shè)備由于不用機(jī)械動(dòng)作，而只利用注入電流就可以容易地變化波長(zhǎng)，所以本發(fā)明的光信息記錄再現(xiàn)裝置在小型、廉價(jià)實(shí)用方面特別有用。另外，QPM-SHG設(shè)備兼有非點(diǎn)像差小、相對(duì)噪聲強(qiáng)度小、可干涉性高等，對(duì)全息照相記錄有用的優(yōu)點(diǎn)。
另外，本發(fā)明的光信息記錄再現(xiàn)裝置中，從記錄容量和記錄媒體的穩(wěn)定性等問題出發(fā)，希望使用可視光區(qū)域的波長(zhǎng)可變相干光源。作為滿足該條件的光源的例子舉出了使用了紅外DBR激光器的SHG設(shè)備，但也可以作為光源單獨(dú)使用不使用波長(zhǎng)可變?cè)腄BR激光器。現(xiàn)狀中，對(duì)于DBR激光器只開發(fā)了紅外線區(qū)域的波長(zhǎng)，但將來若可實(shí)用更短波長(zhǎng)的DBR激光器，則對(duì)于本發(fā)明成為有效光源。
另外，2維光檢測(cè)器陣列6的受光單元62的分割圖形不限于圖3所示的例子，例如也可以是圖5或圖6所示的分割圖形。在采用圖6所示的分割圖形的情況下，特別具有難以受到因散焦引起的再現(xiàn)圖形的放大縮小的影響的優(yōu)點(diǎn)。另外，受光單元62的分割數(shù)也不限于2個(gè)，也可以是3或4個(gè)以上。
(實(shí)施例2)圖7(a)和(b)所示的實(shí)施例2的光信息記錄再現(xiàn)裝置檢測(cè)光源波長(zhǎng)的偏差，并可以同時(shí)檢測(cè)參照光的聚焦偏差。圖7(b)表示包含再現(xiàn)信號(hào)光21和參照光22的平面，即與再現(xiàn)信號(hào)光21主要衍射的方向(主衍射方向)平行的面上的光學(xué)系統(tǒng)的截面圖。圖7(a)是從圖7(b)的左側(cè)看的光學(xué)系統(tǒng)的圖，即將與包含再現(xiàn)信號(hào)光21和參照光22的平面垂直的面的一部分作為截面示出的圖。
圖7的結(jié)構(gòu)的特征在于，在聚光參照光22的聚光透鏡12的下面設(shè)置圓柱透鏡13，即參照光通過歪像光學(xué)系統(tǒng)而入射到全息照相媒質(zhì)。利用圓柱透鏡13，參照光22入射到全息照相媒質(zhì)5a時(shí)，在與主衍射方向垂直的面作為發(fā)散光入射(圖7(a))，在與主衍射方向平行的面作為聚束光入射(圖7(b))。圖7中，用實(shí)線示出用最佳波長(zhǎng)的參照光22再現(xiàn)的再現(xiàn)信號(hào)光21，用虛線示出用波長(zhǎng)比最佳波長(zhǎng)稍微長(zhǎng)的參照光22再現(xiàn)時(shí)的再現(xiàn)信號(hào)光21。在參照光22的波長(zhǎng)長(zhǎng)時(shí)，由于衍射角比用最佳波長(zhǎng)再現(xiàn)時(shí)變大，所以如圖所示，在與主衍射方向垂直的方向，再現(xiàn)像變得更小，在主衍射方向再現(xiàn)像變得更大。
該方式的優(yōu)點(diǎn)是可以獨(dú)立檢測(cè)聚光透鏡12和付里葉變換透鏡4的聚焦偏差和波長(zhǎng)偏差。即，在聚光透鏡12和付里葉變換透鏡4的聚焦方向的位置產(chǎn)生偏差時(shí)，檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)的倍率改變，2維光檢測(cè)器陣列6B上的再現(xiàn)像的大小發(fā)生變化。圖1的結(jié)構(gòu)中，不能獨(dú)立地分離檢測(cè)該倍率的變化和再現(xiàn)波長(zhǎng)的變化，但圖7的結(jié)構(gòu)中，倍率的變化可以根據(jù)像大小的變化獨(dú)立檢測(cè)，波長(zhǎng)的變化可以根據(jù)受光圖形的x方向、y方向的差獨(dú)立檢測(cè)。圖8示出圖7結(jié)構(gòu)的2維光檢測(cè)器陣列6B上的受光圖形。另外，作為2維光檢測(cè)器陣列6B可以使用PD陣列和CCD元件等。
圖8示出分割了2維光檢測(cè)器陣列6B的4角的4個(gè)受光單元62a、62b、62c、以及62d的例子。分割的受光單元62a等分割在上下左右的4個(gè)區(qū)域。基于從該4個(gè)區(qū)域輸出的信號(hào)，例如對(duì)于受光單元62a，圖8中，將左側(cè)的2個(gè)單元的輸出和定義為62ax1，將右側(cè)的2個(gè)單元的輸出和定義為62ax2，將上側(cè)的2個(gè)單元的輸出和定義為62ay1，將下側(cè)的2個(gè)單元的輸出和定義為62ay2。對(duì)分割的受光單元62b、c、d也同樣定義輸出信號(hào)。此時(shí)，從
(62ax1-62ax2)+(62ay1-62ay2)+(62bx2-62bx1)+(62by1-62by2)+(62cx1-62cx2)+(62cy2-62cy1)+(62dx2-62dx1)+(62dy2-62dy1)運(yùn)算得到的信號(hào)檢測(cè)因波長(zhǎng)偏差引起的受光點(diǎn)的偏差部分。
另外，從(62ax1-62ax2)+(62ay2-62ay1)+(62bx2-62bx1)+(62by2-62by1)+(62cx1-62cx2)+(62cy1-62cy1)+(62dx2-62dx1)+(62dy1-62dy2)運(yùn)算得到的信號(hào)檢測(cè)檢測(cè)系統(tǒng)和參照光系統(tǒng)的倍率變化。
另外，也可以用下述方法檢測(cè)波長(zhǎng)偏差引起的受光點(diǎn)的偏差。即，由于因波長(zhǎng)偏差引起的受光點(diǎn)的移動(dòng)方向?yàn)榉指畹氖芄鈫卧膶?duì)角線方向，所以在4個(gè)區(qū)域分割的受光單元中，基于該對(duì)角線方向的2個(gè)對(duì)角區(qū)域的輸出信號(hào)來檢測(cè)差動(dòng)信號(hào)，則可以只檢測(cè)出受光點(diǎn)的偏差部分中的因波長(zhǎng)偏差引起的成分。例如，在圖8所示的分割的受光單元62a的情況下，利用從左上區(qū)域的輸出減去右下區(qū)域的輸出而得到的信號(hào)，可以檢測(cè)出波長(zhǎng)偏差引起的受光點(diǎn)的偏差部分。
另外，圖7中，作為歪像光學(xué)系統(tǒng)例示了使用圓柱透鏡13的結(jié)構(gòu)，但代替圓柱透鏡13，如圖9所示，對(duì)于將平行平板41配置在聚光透鏡12的下面，在與主衍射方向平行的方向傾斜配置的結(jié)構(gòu)也可以得到同樣效果。另外，如圖10(a)和(b)所示，代替聚光透鏡12，也可以通過組合球面透鏡42和圓柱透鏡43來構(gòu)成歪像光學(xué)系統(tǒng)。另外，圖10(a)是與主衍射方向成垂直方向的截面圖，圖10(b)是與主衍射方向成平行方向的截面圖。
(實(shí)施例3)下面說明本發(fā)明的又另一實(shí)施例。
作為全息照相再現(xiàn)的技術(shù)問題，除了上述實(shí)施例中要解決的有關(guān)波長(zhǎng)控制的問題，斑點(diǎn)噪聲的壓制也很重要。斑點(diǎn)噪聲主要是由媒體的灰塵、裂紋等缺陷引起的。圖1的結(jié)構(gòu)中，通過空間光調(diào)制器2的光空間光調(diào)制器2的光通量分布幾乎1對(duì)1地投影到全息照相媒質(zhì)5a上。因此，在全息照相媒質(zhì)5a上存在缺陷等時(shí)，在2維光檢測(cè)器陣列6A上的衍射光的受光圖形也投影有缺陷的像，觀測(cè)到成為顯著的噪聲，不能正確地再現(xiàn)信號(hào)。為了避免該問題，本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)如圖11和圖12所示。如圖11和圖12所示，本實(shí)施例的光信息記錄再現(xiàn)裝置中，接近空間光調(diào)制器2設(shè)置了擴(kuò)散板15。另外，該擴(kuò)散板15最好配置成貼緊空間光調(diào)制器2。
擴(kuò)散板15具有例如在玻璃基板腐蝕凹凸圖形而形成的結(jié)構(gòu)，對(duì)通過的光給予2維相位分布。用擴(kuò)散板15給予相位分布的光在付里葉面16上的擴(kuò)展范圍有限。因此，通過了空間光調(diào)制器2上的1點(diǎn)的光在全息照相媒質(zhì)5a上在一定的擴(kuò)展范圍進(jìn)行記錄。此時(shí)，即使在全息照相媒質(zhì)5a上有缺陷，有缺陷的像也不會(huì)投影到2維光檢測(cè)器陣列6A上，只不過將像整體的S/N降低若干。如文獻(xiàn)(Y.NaKaYama andM.Kato，″Diffuser with Pseeudorandom Phase Sequences″，J.Opt.Soc.Am.，vol.69，pp.1367-1372，October 1979)中詳述，以如上所述的擴(kuò)散板引起的斑點(diǎn)噪聲的壓制是以前提出的技術(shù)。本實(shí)施例中，與使用現(xiàn)有的擴(kuò)散板的技術(shù)不同之處如下。
對(duì)空間光調(diào)制器2的所有單元給予相同的相位位移時(shí)，來自所有單元的光照射到與全息照相媒質(zhì)5a的相同場(chǎng)所。從而，失去了如實(shí)施例1或2所示的對(duì)來自特定單元的光在全息照相媒質(zhì)不同的場(chǎng)所給予不同的衍射角，可從該衍射角的變化檢測(cè)出波長(zhǎng)偏差的效果。為了避免上述問題，本實(shí)施例的光信息記錄再現(xiàn)裝置構(gòu)成為對(duì)于空間光調(diào)制器2的周邊部的一部分單元，使擴(kuò)散板的單元尺寸變大。
圖13示出擴(kuò)散板15的一例的平面圖。圖13表示擴(kuò)散板的單元的分割情況和、在各單元給予的相位位移量。數(shù)據(jù)用單元15a配置成2維直角格子狀，對(duì)各單元給予0、π/2、π、3π/2的相位位移。相互鄰接的單元的相位差為π/2或3π/2。各單元的1邊的長(zhǎng)度與空間光調(diào)制器2的單元相同，或其1/4至1/2程度。用使單元尺寸更小時(shí)與單元尺寸成反比的衍射角擴(kuò)散光束，可以提高壓制噪聲的效果，但相反因全息照相尺寸變大而使記錄密度降低。與為了檢測(cè)波長(zhǎng)偏差而進(jìn)行位置檢測(cè)的光束對(duì)應(yīng)的光束位置檢測(cè)用單元15b成為比數(shù)據(jù)用單元15a還大的單元。從而，光束更接近平面波，不擴(kuò)散而直接前進(jìn)。因此，通過了大單元的多個(gè)位置檢測(cè)用光束不在全息照相媒質(zhì)5a上擴(kuò)展，而照射相互不同的位置，可以實(shí)現(xiàn)如上述的波長(zhǎng)檢測(cè)功能。通過使用這樣的新的擴(kuò)散板結(jié)構(gòu)，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)壓制斑點(diǎn)噪聲和、檢測(cè)光束位置的雙方。
圖13中，說明了限定了鄰接單元的相位差的相位圖形，但對(duì)于對(duì)各單元隨機(jī)給予相位位移的隨機(jī)擴(kuò)散板也可以得到同樣的效果。但是，此時(shí)，在通過各單元的光產(chǎn)生強(qiáng)度分布，從而再現(xiàn)信號(hào)的S/N降低。
另外，本實(shí)施例中，作為對(duì)空間光調(diào)制元件上的信號(hào)光給予2維相位分布的單元的具體例，示出了單元分割的擴(kuò)散板，但除此之外，也可以使用在表面具有隨機(jī)凹凸的玻璃狀的擴(kuò)散板等。
發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的光信息記錄再現(xiàn)裝置的結(jié)構(gòu)，可以檢測(cè)因各記錄媒體的偏差和記錄媒體的溫度變化而引起的最佳光源波長(zhǎng)的變化，將光源波長(zhǎng)控制為最佳，對(duì)于上述變化確保信號(hào)強(qiáng)度，穩(wěn)定地進(jìn)行信號(hào)再現(xiàn)。
另外，根據(jù)將歪像光學(xué)系統(tǒng)用于參照光的、本發(fā)明的光信息記錄再現(xiàn)裝置的另一結(jié)構(gòu)，可以與最佳波長(zhǎng)的變化獨(dú)立地分離檢測(cè)再現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)和參照光學(xué)系統(tǒng)的倍率，對(duì)于兩個(gè)變化確保信號(hào)強(qiáng)度，穩(wěn)定地進(jìn)行信號(hào)再現(xiàn)。
根據(jù)使用了擴(kuò)散板的、本發(fā)明的光信息記錄再現(xiàn)裝置的又另一結(jié)構(gòu)，可以有效壓制再現(xiàn)信號(hào)中的斑點(diǎn)噪聲，檢測(cè)最佳波長(zhǎng)的變化而穩(wěn)定地再現(xiàn)。
根據(jù)使用了QPM-SHG光源的、本發(fā)明的光信息記錄再現(xiàn)裝置的又另一結(jié)構(gòu)，用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)構(gòu)成波長(zhǎng)可變相干光源，可以提供小型、廉價(jià)的光信息記錄再現(xiàn)裝置。
權(quán)利要求
1.一種全息照相術(shù)光信息記錄再現(xiàn)裝置，通過在上述記錄媒體上照射相干光束，用2維光檢測(cè)器陣列接收在上述記錄媒體衍射的再現(xiàn)信號(hào)光，再現(xiàn)在記錄媒體上以2個(gè)相干光束的干涉條紋的形態(tài)記錄的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，其特征在于具有發(fā)射上述相干光束的波長(zhǎng)可變相干光源和，讀取上述再現(xiàn)信號(hào)光的上述2維光檢測(cè)器陣列上的位置信息，基于上述位置信息控制上述波長(zhǎng)可變相干光源的波長(zhǎng)的控制部件。
2.如權(quán)利要求1所述的全息照相術(shù)光信息記錄再現(xiàn)裝置，其特征在于上述2維光檢測(cè)器陣列的受光單元的至少一部分分割為2個(gè)以上的區(qū)域，將上述再現(xiàn)信號(hào)光的至少一部分作為伺服用光束入射到上述分割了的受光單元，上述控制部件在上述分割了的受光單元的各區(qū)域，基于從上述伺服用光束得到的信號(hào)的差動(dòng)信號(hào)檢測(cè)上述位置信息。
3.如權(quán)利要求1或2所述的全息照相術(shù)光信息記錄再現(xiàn)裝置，其特征在于上述相干光束穿透歪像光學(xué)系統(tǒng)，上述控制部件從2維光檢測(cè)器陣列檢測(cè)的再現(xiàn)像的變化，獨(dú)立檢測(cè)上述相干光束的聚焦方向的位置偏差和、上述波長(zhǎng)可變相干光源波長(zhǎng)偏差。
4.如權(quán)利要求1至3的任一項(xiàng)所述的全息照相術(shù)光信息記錄再現(xiàn)裝置，其特征在于具有將從上述波長(zhǎng)可變相干光源發(fā)射的相干光束分割為信號(hào)光和參照光的2個(gè)光束的部件，2維強(qiáng)度調(diào)制上述信號(hào)光的空間光調(diào)制元件，對(duì)上述空間光調(diào)制元件上的上述信號(hào)光給予2維相位分布的部件和，使上述信號(hào)光和上述參照光在記錄媒體上交叉的光學(xué)系統(tǒng)，在給予上述2維相位分布的部件上的周邊部分設(shè)有相干長(zhǎng)度比中央部分還長(zhǎng)的區(qū)域。
5.如權(quán)利要求4所述的全息照相術(shù)光信息記錄再現(xiàn)裝置，其特征在于給予上述2維相位分布的部件具有形成為2維直角格子狀的單元，各單元的相位位移量為0、π/2、π、3π/2的某一個(gè)，相互鄰接的單元的相位差為π/2或3π/2。
6. 權(quán)利要求1至5的任一項(xiàng)所述的全息照相術(shù)光信息記錄再現(xiàn)裝置，其特征在于具有將來自上述記錄媒體的衍射光聚光在上述2維光檢測(cè)器陣列上的透鏡系統(tǒng)，上述記錄媒體配置在與上述透鏡系統(tǒng)的焦點(diǎn)不同的位置。
7.如權(quán)利要求2至6的任一項(xiàng)所述的全息照相術(shù)光信息記錄再現(xiàn)裝置，其特征在于記錄為上述再現(xiàn)信號(hào)光的伺服用光束一直成為接通的狀態(tài)，
8.如權(quán)利要求2至6的任一項(xiàng)所述的全息照相術(shù)光信息記錄再現(xiàn)裝置，其特征在于記錄為上述再現(xiàn)信號(hào)光的伺服用光束以比其它光束點(diǎn)更高的概率成為接通狀態(tài)。
9.如權(quán)利要求1至8的任一項(xiàng)所述的全息照相術(shù)光信息記錄再現(xiàn)裝置，其特征在于上述波長(zhǎng)可變相干光源是使用波長(zhǎng)可變半導(dǎo)體激光器和2次高次諧波發(fā)生元件的相干光源。
10.如權(quán)利要求2至8的任一項(xiàng)所述的全息照相術(shù)光信息記錄再現(xiàn)裝置，其特征在于上述分割的受光單元位于上述2維光檢測(cè)器陣列的四角。
全文摘要
提供一種在因記錄媒體的不同和、記錄媒體的溫度變化而最佳再現(xiàn)波長(zhǎng)變化的情況下,也可以保持充分的再現(xiàn)信號(hào)強(qiáng)度,可以進(jìn)行串?dāng)_少的穩(wěn)定的信號(hào)再現(xiàn)的全息照相術(shù)光信息記錄再現(xiàn)裝置。光信息記錄再現(xiàn)裝置通過在全息照相盤5上照射參照相干光束22,用2維光檢測(cè)器陣列6A接收衍射的再現(xiàn)信號(hào)光21,再現(xiàn)在全息照相5上以2個(gè)相干光束的干涉條紋的形態(tài)記錄的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。具有發(fā)射參照相干光束的波長(zhǎng)可變相干光源18和,基于再現(xiàn)信號(hào)光的2維光檢測(cè)器陣列2上的位置信息,將波長(zhǎng)可變相干光源18的波長(zhǎng)控制為最佳的波長(zhǎng)控制電路17。
文檔編號(hào)G11B7/13GK1375822SQ01143679
公開日2002年10月23日 申請(qǐng)日期2001年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月17日
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