專(zhuān)利名稱(chēng)：用于記錄和復(fù)制全息數(shù)據(jù)的光學(xué)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在全息記錄介質(zhì)中記錄數(shù)據(jù)和從全息記錄介質(zhì)中復(fù)制數(shù)據(jù)的光學(xué)設(shè)備。
本發(fā)明具體來(lái)說(shuō)與WORM(一次寫(xiě)入多次讀出)全息設(shè)備有關(guān)。
背景技術(shù)：
能夠在全息記錄介質(zhì)上記錄并且從全息記錄介質(zhì)讀出的、并且具有和沒(méi)有相位共軛讀出的光學(xué)設(shè)備在H.J.Coufal，D.Psaltis，G.T.Sincerbox(Eds.)的“全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)”(Springer光學(xué)科學(xué)叢書(shū)，2000)中公開(kāi)。圖1表示出使用相位共軛讀出的這樣一種光學(xué)設(shè)備。這個(gè)光學(xué)設(shè)備包括輻射源100、準(zhǔn)直器101、第一分束器102、空間光調(diào)制器103、第二分束器104、透鏡105、第一偏轉(zhuǎn)器107、第一望遠(yuǎn)鏡108、第一反光鏡109、半波板110、第二反光鏡111、第二偏轉(zhuǎn)器112、第二望遠(yuǎn)鏡113、檢測(cè)器114。這個(gè)光學(xué)設(shè)備試圖在記錄介質(zhì)106中記錄數(shù)據(jù)并從記錄介質(zhì)106中讀出數(shù)據(jù)。
在記錄介質(zhì)中記錄全息圖期間，由輻射源100產(chǎn)生的一半的輻射束借助于第一分束器102被送到空間光調(diào)制器103。這個(gè)部分的輻射束稱(chēng)為信號(hào)束。由輻射源100產(chǎn)生的一半的輻射束借助于第一偏轉(zhuǎn)器107偏轉(zhuǎn)到望遠(yuǎn)鏡108。這個(gè)部分的輻射束稱(chēng)為參考束。借助于空間光調(diào)制器103對(duì)信號(hào)束進(jìn)行空間調(diào)制。空間光調(diào)制器包括透射區(qū)和吸收區(qū)，對(duì)應(yīng)于要記錄的全息圖的0和1數(shù)據(jù)位。在信號(hào)束通過(guò)空間光調(diào)制器103以后，信號(hào)束攜帶了要在記錄介質(zhì)106中記錄的信號(hào)，即，要記錄的全息圖。然后借助于透鏡105將信號(hào)束聚焦到記錄介質(zhì)106上。
參考束也借助于第一望遠(yuǎn)鏡108聚焦在記錄介質(zhì)106上。于是，這個(gè)全息圖作為信號(hào)束和參考束之間干涉的結(jié)果以干涉圖形的形式記錄在記錄介質(zhì)106中。一旦在記錄介質(zhì)106中記錄了一個(gè)全息圖，就在記錄介質(zhì)106的同一個(gè)位置記錄下另一個(gè)全息圖。至此，對(duì)應(yīng)于這個(gè)全息圖的數(shù)據(jù)被送到空間光調(diào)制器。使第一偏轉(zhuǎn)器107旋轉(zhuǎn)，從而可以改變參考信號(hào)相對(duì)于記錄介質(zhì)106的角度。使用第一望遠(yuǎn)鏡108來(lái)保持參考束在旋轉(zhuǎn)時(shí)處在同一個(gè)位置。于是，在記錄介質(zhì)106的同一個(gè)位置以不同的圖形記錄下干涉圖形。這稱(chēng)為角度多路復(fù)用。記錄多個(gè)全息圖的記錄介質(zhì)106的同一個(gè)位置被稱(chēng)為書(shū)(book)。
此外，可以調(diào)諧輻射束的波長(zhǎng)以便在同一本書(shū)內(nèi)記錄不同的全息圖。這稱(chēng)為波長(zhǎng)多路復(fù)用。
在從記錄介質(zhì)讀出全息圖期間，使空間光調(diào)制器103變?yōu)橥耆?，以使輻射束的任何一部分都不?huì)通過(guò)空間光調(diào)制器103。除掉第一偏轉(zhuǎn)器107，以使由輻射源100產(chǎn)生的并且穿過(guò)分束器102的輻射束部分經(jīng)過(guò)第一反光鏡109、半波板110、和第二反光鏡111抵達(dá)第二偏轉(zhuǎn)器112。如果在記錄介質(zhì)106中記錄全息圖使用了角度多路復(fù)用，并且要讀出一個(gè)指定的全息圖，則第二偏轉(zhuǎn)器112以這樣的方式進(jìn)行安排，以使得它相對(duì)于記錄介質(zhì)106的角度與用于記錄這個(gè)指定的全息圖的角度相同。因此，由第二偏轉(zhuǎn)器112偏轉(zhuǎn)的并且借助于第二望遠(yuǎn)鏡113在記錄介質(zhì)106中聚焦的信號(hào)是用于記錄這個(gè)指定的全息圖的參考信號(hào)的相位共軛。如果在記錄介質(zhì)106內(nèi)記錄全息圖使用了波長(zhǎng)多路復(fù)用，并且要讀出一個(gè)指定的全息圖，則使用相同的波長(zhǎng)來(lái)讀出這個(gè)指定的全息圖。
然后，通過(guò)信息圖形來(lái)衍射參考信號(hào)的相位共軛，這樣就產(chǎn)生了一個(gè)重構(gòu)的信號(hào)束，然后重構(gòu)的信號(hào)束經(jīng)過(guò)透鏡105和第二分束器104抵達(dá)檢測(cè)器114。
這個(gè)WORM全息設(shè)備的缺點(diǎn)是它需要用于產(chǎn)生參考信號(hào)的一個(gè)光學(xué)分支和用于產(chǎn)生參考信號(hào)的相位共軛的另一個(gè)光學(xué)分支。這將使這種全息設(shè)備龐大且昂貴，制造這樣一種全息設(shè)備時(shí)間長(zhǎng)并且很復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種更緊湊且更容易制造的WORM全息設(shè)備。
為此，本發(fā)明提出一種光學(xué)記錄和復(fù)制設(shè)備，包括用于接納記錄介質(zhì)的裝置、用于產(chǎn)生輻射束的輻射源、用于檢測(cè)對(duì)應(yīng)于在所述記錄介質(zhì)中記錄的全息信號(hào)的光的裝置、用于向所述接納裝置引導(dǎo)所述輻射束的裝置、和設(shè)置在接納裝置的相對(duì)于檢測(cè)裝置的另一側(cè)的反射式空間光調(diào)制器。
按照本發(fā)明，使用反射式空間光調(diào)制器。在記錄期間，將輻射束引向記錄介質(zhì)，然后進(jìn)行空間調(diào)制并且反射回到記錄介質(zhì)。結(jié)果，在記錄介質(zhì)內(nèi)參考束和信號(hào)束發(fā)生干涉，其在所述記錄介質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生信息圖形。在讀出期間，將參考束引向記錄介質(zhì)，然后被所述信息圖形衍射到檢測(cè)裝置。因此，按照本發(fā)明的WORM全息設(shè)備不需要分開(kāi)的光學(xué)分支來(lái)產(chǎn)生信號(hào)束和參考束。因此，它相當(dāng)緊湊，易于制造。
有益地，引導(dǎo)裝置包括在檢測(cè)裝置和接納裝置之間的偏振分束器；和在偏振分束器和接納裝置之間的1/4波片。這個(gè)解決方案特別容易實(shí)現(xiàn)，并且可以保證在記錄和讀出期間使用相同的光學(xué)元件。
優(yōu)選地，輻射束具有可以調(diào)諧的波長(zhǎng)，用于在記錄介質(zhì)的同一位置記錄不同全息圖。這就允許進(jìn)行波長(zhǎng)多路復(fù)用，增加了在記錄介質(zhì)中可以記錄的數(shù)據(jù)容量。
有益地，所述光學(xué)記錄和復(fù)制設(shè)備還包括在引導(dǎo)裝置和接納裝置之間的第一透鏡以及在接納裝置和反射式空間光調(diào)制器之間的第二透鏡。由于使用這些透鏡，減小了所記錄的全息圖的尺寸，增加了在記錄介質(zhì)中可以記錄的數(shù)據(jù)容量。進(jìn)而，透鏡的使用允許在記錄介質(zhì)內(nèi)發(fā)生球面波干涉。結(jié)果，移位多路復(fù)用是可能的，這進(jìn)一步增加了數(shù)據(jù)容量。參照下面描述的實(shí)施例，本發(fā)明的這些和其它方面將是明白和清楚的。


現(xiàn)在參照附圖借助于實(shí)例更加詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中圖1表示按照現(xiàn)有技術(shù)的光學(xué)設(shè)備；圖2a和2b分別表示在記錄期間和在讀出期間按照本發(fā)明的光學(xué)設(shè)備；圖3a和3b分別表示在記錄期間和在讀出期間按照本發(fā)明的有益
具體實(shí)施例方式
在圖2a和2b中描述的是按照本發(fā)明的一個(gè)光學(xué)設(shè)備。這個(gè)光學(xué)設(shè)備包括輻射源200、準(zhǔn)直器201、偏振分束器202、1/4波片203、反射式空間光調(diào)制器205、和檢測(cè)裝置206。這個(gè)光學(xué)設(shè)備打算在記錄介質(zhì)204中記錄全息數(shù)據(jù)并且從記錄介質(zhì)204中讀出全息數(shù)據(jù)。這個(gè)光學(xué)設(shè)備還包括用于接納記錄介質(zhì)的裝置，這在圖2a和2b中沒(méi)有表示出來(lái)。這些接納裝置例如是在其上面可以放置記錄介質(zhì)的平臺(tái)。例如可以使用按照常規(guī)在CD或DVD播放器中使用的平臺(tái)。
在記錄期間，這由圖2a表示，輻射源200產(chǎn)生輻射束，輻射束通過(guò)準(zhǔn)直器201轉(zhuǎn)換成平行束。然后這個(gè)平行束借助于偏振分束器202引向記錄介質(zhì)。在平行束穿過(guò)偏振分束器202后，它具有線(xiàn)性偏振。隨后這個(gè)線(xiàn)性偏振束通過(guò)1/4波片203，產(chǎn)生圓偏振束。這個(gè)圓偏振束通過(guò)記錄介質(zhì)204，并且到達(dá)反射式空間光調(diào)制器205。于是反射一個(gè)反射信號(hào)，這個(gè)反射信號(hào)是圓偏振的并且攜帶了被發(fā)送到反射式空間光調(diào)制器205的信息。這個(gè)反射信號(hào)然后到達(dá)記錄介質(zhì)204，在這里與剛剛通過(guò)1/4波片203的圓偏振束發(fā)生干涉。這種干涉在記錄介質(zhì)204中產(chǎn)生一個(gè)信息圖形，于是記錄了要記錄的全息圖。干涉可能在來(lái)自反射式空間光調(diào)制器205的束和剛剛通過(guò)1/4波片203的束之間發(fā)生，因?yàn)檫@兩個(gè)束具有相同的偏振。剛剛通過(guò)1/4波片203的束起參考束的作用，而來(lái)自反射式空間光調(diào)制器205的束起信號(hào)束的作用。
在按照本發(fā)明的光學(xué)設(shè)備中，信號(hào)束和參考束是利用同一個(gè)光學(xué)分支產(chǎn)生的，這個(gè)光學(xué)分支包括引導(dǎo)裝置和反射式空間光調(diào)制器205。結(jié)果，按照本發(fā)明的光學(xué)設(shè)備比按照現(xiàn)有技術(shù)的光學(xué)設(shè)備更加緊湊得多。
反射式空間光調(diào)制器205可以是例如反射式硅上鐵電液晶(FLCOS)空間光調(diào)制器。這樣的空間光調(diào)制器已經(jīng)商業(yè)化了，特別是被“Boulder Nonlinear Systems”和“Displaytech”這樣一些公司商業(yè)化。反射式空間光調(diào)制器205還可以是反射式數(shù)字微鏡設(shè)備(DMD)空間光調(diào)制器。這樣的空間光調(diào)制器已經(jīng)商業(yè)化了，特別是被“Productivity Systems”公司商業(yè)化。反射式空間光調(diào)制器205還可以是透射式空間光調(diào)制器和反光鏡的組合，但這一解決方案不太優(yōu)選，因?yàn)橥干涫娇臻g光調(diào)制器的效率比反射式空間光調(diào)制器的效率低。
一旦記錄了一個(gè)全息圖，通過(guò)改變輻射束的波長(zhǎng)就可以記錄另一個(gè)全息圖。按照本發(fā)明的光學(xué)設(shè)備對(duì)于波長(zhǎng)多路復(fù)用是特別有益的。實(shí)際上，為了在記錄介質(zhì)204的同一本書(shū)里記錄較大數(shù)目的全息圖，波長(zhǎng)選擇性應(yīng)該盡可能地低。波長(zhǎng)選擇性表示用于以可接受的串?dāng)_記錄兩個(gè)全息圖的兩個(gè)連續(xù)的波長(zhǎng)之間的間隙。在H.J.Coufal，D.Psaltis，G.T.Sincerbox(Eds.)的“全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)”(Springer光學(xué)科學(xué)叢書(shū)，2000)中已經(jīng)公開(kāi)波長(zhǎng)選擇性是Δλ＝(λ2cosθs)/2Lsin2
，在這里，λ是波長(zhǎng)，L是介質(zhì)厚度，θf(wàn)和θs分別是參考束和信號(hào)束與介質(zhì)法線(xiàn)之間的角度。在現(xiàn)有技術(shù)的光學(xué)設(shè)備中，在參考束和介質(zhì)法線(xiàn)之間的角度θf(wàn)大約是π/4，而在按照本發(fā)明的光學(xué)設(shè)備中這個(gè)角度是0?？梢杂?jì)算出來(lái)，在按照本發(fā)明的光學(xué)設(shè)備中的波長(zhǎng)選擇性比在現(xiàn)有技術(shù)的光學(xué)設(shè)備中的波長(zhǎng)選擇性約好6.8倍。
這就意味著，在按照本發(fā)明的光學(xué)設(shè)備中每本書(shū)的可以記錄的全息圖數(shù)目比在現(xiàn)有技術(shù)的光學(xué)設(shè)備中每本書(shū)的可以記錄的全息圖數(shù)目約大6.8倍。結(jié)果，當(dāng)使用按照本發(fā)明的WORM全息設(shè)備時(shí)，增加了數(shù)據(jù)容量。
一旦在記錄介質(zhì)204中記錄了一本書(shū)，通過(guò)相對(duì)于光學(xué)拾取單元移動(dòng)記錄介質(zhì)204就可以記錄另一本書(shū)，該光學(xué)拾取單元包括檢測(cè)裝置206、偏振分束器202、1/4波片203、反射式空間光調(diào)制器205。按照另一種方式，相對(duì)于記錄介質(zhì)204在平行于記錄介質(zhì)204的方向移動(dòng)光學(xué)拾取單元。
在讀出期間，這由圖2b表示，輻射源200產(chǎn)生具有指定波長(zhǎng)的輻射束，該輻射束通過(guò)準(zhǔn)直器201轉(zhuǎn)換成平行束。這個(gè)平行束借助于偏振分束器202被引向記錄介質(zhì)。在平行束穿過(guò)偏振分束器202后，該平行束具有線(xiàn)性偏振。隨后這個(gè)線(xiàn)性偏振束通過(guò)1/4波片203，產(chǎn)生圓偏振束。這個(gè)圓偏振束到達(dá)記錄介質(zhì)204，并通過(guò)記錄在所述記錄介質(zhì)204中的信息圖形被反射。于是產(chǎn)生重構(gòu)的信號(hào)束，這個(gè)信號(hào)束攜帶與用同一波長(zhǎng)記錄的全息圖對(duì)應(yīng)的記錄信息。這個(gè)重構(gòu)的信號(hào)束通過(guò)1/4波片203，產(chǎn)生線(xiàn)性偏振束，其偏振垂直于剛剛由偏振分束器偏轉(zhuǎn)的束的偏振。結(jié)果，這個(gè)線(xiàn)性偏振的重構(gòu)的信號(hào)束通過(guò)偏振分束器，到達(dá)檢測(cè)裝置206。于是，讀出了記錄的全息圖。為了讀出另外的全息圖，改變由輻射源200產(chǎn)生的輻射束的波長(zhǎng)。
檢測(cè)裝置206是例如CMOS像素檢測(cè)器陣列，或者CCD陣列。
應(yīng)注意，在為了獲得實(shí)像讀取記錄介質(zhì)之前，介質(zhì)204在記錄之后必須以這樣的方式進(jìn)行切換，以使得在記錄期間面對(duì)空間光調(diào)制器的記錄介質(zhì)204的那一面在讀出期間面對(duì)檢測(cè)裝置。如果不對(duì)介質(zhì)進(jìn)行切換，則只能獲得一個(gè)虛像，其不能被檢測(cè)裝置檢測(cè)。有益地，按照本發(fā)明的光學(xué)裝置包括用于在需要時(shí)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)所述記錄介質(zhì)204的裝置。
圖3a和3b表示按照本發(fā)明的一個(gè)有益實(shí)施例的光學(xué)設(shè)備。除了參考附圖2a和2b已經(jīng)描述過(guò)的元件以外，這個(gè)光學(xué)設(shè)備還包括第一透鏡301和第二透鏡302。第一透鏡301安排在偏振分束器和記錄介質(zhì)之間，第二透鏡302安排在記錄介質(zhì)204和反射式空間光調(diào)制器205之間。
在記錄期間，這由圖3a表示，穿過(guò)1/4波片203的輻射束借助于第一透鏡301在記錄介質(zhì)204中聚焦。因此，在記錄介質(zhì)204中聚焦球面波束。然后，借助于第二透鏡302使這個(gè)球面波束變?yōu)槠叫械?，然后使其抵達(dá)反射式空間光調(diào)制器205，在這里產(chǎn)生信號(hào)束。在從反射式空間光調(diào)制器205返回的路徑上，信號(hào)束借助于第二透鏡302聚焦在記錄介質(zhì)204上。結(jié)果，球面波信號(hào)束與球面波參考束在記錄介質(zhì)204內(nèi)發(fā)生干涉，并且產(chǎn)生信息圖形，其與要記錄的全息圖相對(duì)應(yīng)。
球面波束在記錄介質(zhì)204內(nèi)發(fā)生干涉的事實(shí)允許進(jìn)行移位多路復(fù)用。移位多路復(fù)用是通過(guò)相對(duì)于光學(xué)拾取單元移位記錄介質(zhì)來(lái)記錄一組全息圖。一旦在記錄介質(zhì)的指定位置已經(jīng)記錄了一個(gè)全息圖或一本書(shū)，記錄介質(zhì)就在小于全息圖寬度的距離上發(fā)生移動(dòng)。移位多路復(fù)用只在球面波發(fā)生干涉時(shí)才是可能的，因此對(duì)于圖2a和2b的光學(xué)設(shè)備來(lái)說(shuō)，移位多路復(fù)用是不可能的。
有益地，移位多路復(fù)用和波長(zhǎng)多路復(fù)用的組合可用于在記錄介質(zhì)204中記錄數(shù)據(jù)。例如，通過(guò)調(diào)諧輻射源200產(chǎn)生的輻射束的波長(zhǎng)在某個(gè)位置記錄一本書(shū)。一旦這本書(shū)已經(jīng)記錄，就相對(duì)于光學(xué)拾取單元在小于這本書(shū)的寬度的距離上移動(dòng)記錄介質(zhì)204。然后，通過(guò)調(diào)諧輻射束的波長(zhǎng)來(lái)記錄另一本書(shū)。
應(yīng)注意，第一和第二透鏡301、302可以具有較小的數(shù)值孔徑，例如0.4。實(shí)際上，這些透鏡僅用于產(chǎn)生球面波。結(jié)果，使用這種小數(shù)值孔徑的透鏡(因此很便宜)可使光學(xué)設(shè)備的價(jià)格較低。
還要注意，1/4波片203應(yīng)當(dāng)放置在第一透鏡301和記錄介質(zhì)204之間，但這個(gè)解決方案并不是優(yōu)選的，因?yàn)?/4波片在平行束中的效率好于在收斂束中的效率。
在讀出期間，這由圖3b表示，球面波束被送到記錄介質(zhì)204并且被信息圖形反射。如在圖2b中所示的，產(chǎn)生了重構(gòu)的信號(hào)束，其隨后到達(dá)檢測(cè)裝置206。讀出已經(jīng)利用指定的波長(zhǎng)和記錄介質(zhì)204相對(duì)于光學(xué)拾取單元的指定的位置記錄的全息圖是通過(guò)放置記錄介質(zhì)204在相同位置并且產(chǎn)生具有相同波長(zhǎng)的輻射束來(lái)實(shí)現(xiàn)的。應(yīng)注意，記錄后的記錄介質(zhì)204在能讀出之前不必進(jìn)行切換。不切換介質(zhì)204就可以獲得實(shí)像，這是因?yàn)樘撓裢ㄟ^(guò)第一透鏡301被轉(zhuǎn)換成實(shí)像。
在下面的權(quán)利要求書(shū)中的任何附圖標(biāo)記都不應(yīng)該被認(rèn)為是對(duì)于權(quán)利要求的限定。顯然，使用動(dòng)詞“包括”以及它的變化形式并不排除存在除在任何權(quán)利要求中限定的那些元件以外的任何其它元件。在元件前邊的詞“一個(gè)”并不排除存在多個(gè)這樣的元件。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)記錄和復(fù)制設(shè)備，包括用于接納記錄介質(zhì)(204)的裝置、用于產(chǎn)生輻射束的輻射源(200)、用于檢測(cè)對(duì)應(yīng)于在所述記錄介質(zhì)中記錄的全息信號(hào)的光的裝置(206)、用于向所述接納裝置引導(dǎo)所述輻射束的裝置(202)、和設(shè)置在接納裝置的相對(duì)于檢測(cè)裝置的另一側(cè)的反射式空間光調(diào)制器(205)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)記錄和復(fù)制設(shè)備，其中所述引導(dǎo)裝置包括在檢測(cè)裝置和接納裝置之間的偏振分束器(202)和在偏振分束器和接納裝置之間的1/4波片(203)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)記錄和復(fù)制設(shè)備，其中所述輻射束具有可以調(diào)諧的波長(zhǎng)，用于在記錄介質(zhì)的同一位置記錄不同全息圖。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)記錄和復(fù)制設(shè)備，進(jìn)一步包括在檢測(cè)裝置和接納裝置之間的第一透鏡(301)以及在接納裝置和反射式空間光調(diào)制器之間的第二透鏡(302)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光學(xué)記錄和復(fù)制設(shè)備。這個(gè)設(shè)備包括用于接納記錄介質(zhì)(204)的裝置、用于產(chǎn)生輻射束的輻射源(200)、用于檢測(cè)對(duì)應(yīng)于在所述記錄介質(zhì)中記錄的全息信號(hào)的光的裝置(206)、用于向所述接納裝置引導(dǎo)所述輻射束的裝置(202)、和設(shè)置在接納裝置的相對(duì)于檢測(cè)裝置的另一側(cè)的反射式空間光調(diào)制器(205)。
文檔編號(hào)G11B7/135GK1954369SQ200580015173
公開(kāi)日2007年4月25日 申請(qǐng)日期2005年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月12日
發(fā)明者M·巴利斯特雷里 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司