CN100353428C - 全息数据记录装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种全息数据记录装置，包括：信号光束构图单元，用于将信号光束辐射到全息介质上，该信号光束包括待记录的数据样式；柱状光学体，包括柱状反射面，通过该柱状光学体使以各自入射角交替地入射到其上的第一和第二参考光束交替地朝全息介质反射；入射角控制单元，用于控制第一和第二参考光束入射到该柱状光学体上的入射角，其中通过信号光束与第一和第二参考光束在全息介质上干涉而在全息介质上记录该数据样式。该全息数据记录装置在全息介质上记录许多数据时不需要更换常规的圆锥反射镜，由此提高了记录速度，并降低了其制造成本。

Description

全息数据记录装置和方法
发明领域
本发明涉及全息数据记录装置和方法；尤其涉及利用柱状光学体，通过角度复用，能够在全息介质上记录多幅全息数据的全息数据记录装置和方法。
发明背景
常规的全息存储器系统通常采用逐页(page-by-page)存储方法。诸如SLM(空间光调制器)的输入设备以二维阵列形式(称为一页)显示所要记录的数据，而诸如CCD摄像机的检测器阵列用于在读出时恢复(retrieve)所记录的数据。还提出其他的结构，其中采用逐位记录来代替逐页方法。但是，所有这些系统都存在这样一个共同的缺点，即它们需要记录巨大数量的单独的全息图，以便充满存储器达到其最高容量。利用兆位大小阵列的典型页向(page-oriented)系统需要记录几十万个全息图页，以达到100GB或更大的容量。即使利用毫秒级的全息图曝光时间，填充100GB级存储器所需的总记录时间，纵使不为数小时，也很容易达到至少几十分钟。因此，已经开发出了另一种常规的全息ROM系统，其中用于产生100GB级容量磁盘所需的时间可以降低至一分钟以内，并可能达到几秒的数量级。
图1是示意性地示出了用于在盘型全息介质上记录数据的常规方法的视图。如图1中所示，数据掩模48放置在用作光学数据存储介质的全息介质50之上，而圆锥反射镜32放置在全息介质50之下。为了在全息介质50上记录数据，信号光束经过数据掩模48的位样式(bit pattern)向下辐射到全息介质50的上表面上，同时参考光束，在由圆锥反射镜32反射之后，辐射到全息介质50的下表面上。信号光束与参考光束在全息介质50上干涉，由此根据数据掩模48的位样式在全息介质50上记录全息数据。
当使用具有不同底角的圆锥反射镜时，可以通过角度复用在全息介质50的同一物理空间上记录多幅全息数据(参见Ernest Chuang等人的美国专利申请公开US2003/0161246A1，“全息盘记录系统”)。
图2示出常规的全息ROM系统，该系统包括光源10；快门12；反射镜14，28，34，40；HWP(半波片)16，24，36；空间滤波器18，30，42；透镜20，44；PBS(偏振光束分束器)22；偏振器26，38；圆锥反射镜32；数据掩模48；和全息介质50。
光源10发射固定波长的激光束，例如，所述波长为532nm。当在全息介质50上记录数据时，仅具有一种线偏振类型的激光束，例如为P-偏振或S-偏振的激光束，经过快门12入射到反射镜14上，此时快门12打开以使激光束从中通过。反射镜14将激光束反射到HWP16。HWP16使激光束的偏振旋转θ角(优选为45°)。然后，偏振旋转后的激光束送入空间滤波器18，该滤波器用于除去偏振旋转的激光束中包括的噪声。然后，使偏振旋转后的激光束入射(provide)到透镜20，该透镜用于使该激光束的光束尺寸扩大到一预定尺寸。之后，扩束后的激光束入射到PBS22。
PBS22用于沿S1路径透射，例如，水平偏振激光束，即P-偏振光束，并且沿S2路径反射，例如，垂直偏振激光束，即S-偏振光束，其中，所述PBS通过反复沉积至少两种具有不同折射率的材料而制成。这样，PBS22将扩束后的激光束分成分别具有不同偏振的透射激光束(在下文称为参考光束)和反射激光束(在下文称为信号光束)。
反射镜34反射信号光束，例如该信号光束具有S-偏振。然后反射的信号光束相继经过HWP36和偏振器38入射到反射镜40。由于HWP36能够使信号光束的偏振旋转θ′度，偏振器38用于仅仅使P-偏振信号光束得以通过，因此HWP36和偏振器38能够通过改变角度θ′来调节到达反射镜40的P-偏振信号光束的量。然后，通过反射镜40将P-偏振信号光束向空间滤波器42反射，该空间滤波器用于除去信号光束的空间噪声，并使其高斯光束得以从中透射。接着，完全高斯型的信号光束入射到透镜44，该透镜用于将信号光束的光束尺寸扩大到一预定尺寸。之后，扩束后的信号光束经数据掩模48投射到全息介质50上。用于显示所要记录的数据样式的数据掩模48起到输入设备，例如空间光调制器(SLM)的作用。
同时，参考光束相继经过HWP24和偏振器26送到反射镜28。由于HWP24能够将参考光束的偏振旋转θ″度，且偏振器26用于仅仅使P-偏振参考光束得以通过，因此HWP 24和偏振器26能够通过改变θ″来调节到达反射镜28的P-偏振参考光束的量。因此，参考光束的偏振与信号光束的偏振相同。然后反射镜28将P-偏振参考光束朝空间滤波器30反射，该空间滤波器用于除去参考光束的空间噪声，并使其高斯光束从中透射。然后，完全高斯光束的参考光束投射到圆锥反射镜32(该圆锥反射镜32是具有圆形底面的圆锥，并且在圆形底面和锥面之间具有预设的底角)，该圆锥反射镜通过支架(未示出)固定。该圆锥反射镜32将参考光束朝全息介质50反射。反射的参考光束在全息介质50上的入射角由圆锥反射镜32的底角来确定。
当在上述全息数据记录装置中使用具有不同底角的圆锥反射镜时，可以通过角度复用在全息介质50的同一物理空间中记录全息数据。换句话说，在全息数据记录装置中使用底角不同于圆锥反射镜32的底角的另一个圆锥反射镜，来代替圆锥反射镜32，使参考光束辐射到全息介质50上的入射角发生变化，从而使参考光束和信号光束产生新的干涉图。这样，通过角度复用可以在全息介质50上记录新的全息数据。
但是，常规的全息数据记录装置存在这样的问题，即为了使参考光束以所需的入射角朝盘型全息介质反射，需要利用具有特定底角的圆锥反射镜，其中该特定底角能够提供所需的入射角。这样，为了通过角度复用在全息介质上记录多幅全息数据，所需的圆锥反射镜的数量必须与所需的参考光束入射角的数量相同，从而增加了全息数据记录装置的成本。
而且，更换每个圆锥反射镜是困难且复杂的过程，从而降低了记录速度。
发明概述
因此，本发明的目的是提供，通过角度复用，能够在全息介质的同一物理空间中记录多幅全息数据的全息数据记录装置和方法，其中，通过仅利用一个柱状光学体来改变参考光束的入射角，从而提高了全息数据记录速度，并降低其成本。
依照本发明的第一方面，提供一种全息数据记录装置，包括：信号光束构图单元，用于将信号光束辐射到全息介质上，该信号光束包括待记录的数据样式；柱状光学体，包括柱状反射面，通过该柱状光学体可使以各个入射角交替地入射到其上的第一和第二参考光束交替朝全息介质反射；入射角控制单元，用于控制第一和第二参考光束入射到该柱状光学体上的入射角，其中通过信号光束与第一和第二参考光束在全息介质上的相互干涉，而在全息介质上记录该数据样式。
依照本发明的第二方面，提供一种全息数据记录装置，包括：信号光束构图单元，用于将信号光束辐射到全息介质上，该信号光束包括待记录的数据样式；半锥形光束产生单元，用于将入射到其上的第一和第二参考光束转变为半锥形光束，该半锥形光束在其每一端都具有半圆形截面，且半圆形截面的中心位于全息介质的中心轴上，然后将第一和第二参考光束交替地辐射到全息介质上；以及一个入射角控制单元，用于控制第一和第二参考光束辐射到半锥形光束产生单元上的入射角，其中，通过使信号光束与第一和第二参考光束在全息介质上相互干涉，而在全息介质上记录该数据样式。
依照本发明的第三方面，提供一种全息数据记录方法，用于通过使具有数据样式的信号光束与参考光束相互干涉，而将该数据样式记录在全息介质上，包括以下步骤：将第一和第二参考光束交替地辐射到具有柱状反射面的柱状光学体上，通过该柱状光学体将第一和第二参考光束交替地朝该全息介质反射，由此通过使信号光束与第一和第二参考光束在全息介质上相互干涉而记录该数据样式；通过控制第一和第二参考光束辐射到该柱状光学体上的入射角，来改变第一和第二参考光束入射到全息介质上的入射角，由此在全息介质上可叠加地记录新的数据样式。
依照本发明的第四方面，提供一种全息数据记录方法，包括以下步骤：将光源发出的参考光束分为第一参考光束和第二参考光束；将第一和第二参考光束以关于光学体的中心轴对称的第一对称角交替地辐射到该光学体上；由该光学体反射该第一和第二参考光束，由此将该第一和第二参考光束，以关于光学体的中心轴对称的第二对称角，交替地辐射到全息介质上；以及，使第一和第二参考光束与其上包括数据样式的信号光束在全息介质上相互干涉，由此在全息介质上记录数据样式。
依照本发明的第五方面，提供一种全息数据记录方法，包括以下步骤：将光源发出的参考光束分为N条子参考光束；将这些子参考光束交替地辐射到光学体上，从而将这些子参考光束引向该光学体的中心轴；由该光学体反射这些子参考光束，由此使这些子参考光束以关于该光学体中心轴对称的预定入射角交替地辐射到全息介质上；以及，使这些子参考光束与其上包括数据样式的信号光束在全息介质上相互干涉，由此在全息介质上记录数据样式，其中N是自然数。
依照本发明的第六方面，提供一种全息数据记录装置，包括：数据掩模，用于将信号光束辐射到全息介质上，该信号光束包括待记录的数据样式；半柱状光学体，其包括半柱状反射面，通过该光学体可使入射到其上的参考光束朝全息介质反射；以及控制单元，用于旋转该数据掩模和该全息介质，由此控制由半柱状反射面反射的参考光束，该参考光束交替地辐射到该全息介质的第一和第二记录区，其中通过使信号光束与参考光束在全息介质上相互干涉而在全息介质上记录该数据样式。
依照本发明的第七方面，提供一种全息数据记录方法，包括以下步骤：将光源发出的激光束分为信号光束和参考光束；将该信号光束辐射到全息介质的上表面上，同时参考光束在通过半柱状光学体的反射面反射之后辐射到该全息介质的下表面上，由此在全息介质的第一记录区记录全息数据；使数据掩模和全息介质旋转180°；该信号光束辐射到该全息介质的上表面上，同时，参考光束在通过半柱状光学体的反射面反射之后辐射到全息介质的下表面上，由此在全息介质的第二记录区记录全息数据。
附图简述
根据以下结合附图给出的优选实施方案的描述，本发明的上述和其他目的和特征将会更加清楚，其中：
图1示意性地示出了常规全息数据记录方法的视图；
图2示出了用于说明常规全息数据记录装置的结构图；
图3示意性地示出了依照本发明第一优选实施方案的全息数据记录方法；
图4给出了用于说明依照本发明第一优选实施方案的柱状光学体的入射光束和反射光束的光路的视图；
图5给出了用于说明依照本发明第一优选实施方案的，在柱状光学体的反射面处光束反射的视图；
图6示出了依照本发明第一优选实施方案的全息数据记录装置的结构；
图7示意性地示出了依照本发明第二优选实施方案的全息数据记录方法的视图；
图8A和8B表示依照本发明第二优选实施方案的柱状光学体的入射光束和反射光束的光路的视图；
图9表示依照本发明第二优选实施方案的全息数据记录装置的结构；
图10示意性地示出了依照本发明第三优选实施方案的全息数据记录方法的视图；
图11表示依照本发明第三优选实施方案的全息数据记录装置的结构。
优选实施方案详述
<第一优选实施方案>
图3是示意性地示出了依照本发明第一优选实施方案的全息数据记录方法，其中与图1中出现的相同的部件用相同的附图标记来表示。数据掩模48置于全息介质50之上，该数据掩模用于将具有数据样式(data pattern)的信号光束照射到全息介质50上。此外，柱状光学体102置于全息介质50之下，该光学体的反射面覆盖360°角度区域，并由柱面反射镜102a和102b构成。如图4所示，柱面反射镜102a和102b的聚焦轴A置于全息介质50的中心轴上，其中柱面反射镜102a和102b具有由两个柱面反射镜102a和102b结合而形成的反射面聚焦轴，。
信号光束经过数据掩模48的位样式49辐射到全息介质50的上表面上。在这里，如果第一参考光束以预定角度辐射到柱状光学体102上，那么柱状光学体102a将第一参考光束朝全息介质50反射。由于柱状光学体102的光学反射性质，投射到柱状光学体102的平行入射光束由柱状光学体102反射，就好像该反射光束从位于柱状光学体102a的聚焦轴A的虚拟轴光源发出。因此，考虑到从全息介质50观察的平面视图，第一参考光束是从全息介质50的中心轴的180°角度区域内辐射出的。在这里，辐射到全息介质50的第一参考光束具有半锥形截面。第一参考光束在其每一端都具有半圆形光截面，该半圆形光截面的中心位于全息介质50的中心轴。因此，当根据柱状光学体102a和柱状光学体102b之间的接触界面，将全息介质50的记录区分成第一记录区和第二记录区时，第一参考光束与信号光束在全息介质50的第一记录区干涉，由此响应于数据掩模48的位样式而记录全息数据。
接着，当阻止第一参考光束辐射到柱状光学体102上时，第二参考光束，沿着与入射到柱状光学体102的第一参考光束的传播方向关于接触界面对称的方向，辐射到柱状光学体102上。然后，通过柱状光学体102b使第二参考光束朝全息介质50反射，该反射方向与朝向全息介质50反射的第一参考光束的传播方向关于接触界面对称。第二参考光束辐射到全息介质50上相对于聚焦轴A的180°角度区域内，并且辐射到全息介质50的第二参考光束具有半锥形截面。第二参考光束在其每一端都具有半圆形光截面，该半圆形光截面的中心位于全息介质50的中心轴。因此，第二参考光束与信号光束在全息介质50的第二记录区干涉，由此响应于数据掩模48的位样式而记录全息数据。
因此，如果交替辐射到柱状光学体102上的第一参考光束和第二参考光束的入射角改变，那么辐射到全息介质50上的第一参考光束和第二参考光束的入射角也改变，从而可以通过角度复用将新的全息数据叠加地记录在全息介质50上。
如上所述，交替地将第一参考光束和第二参考光束辐射到柱状光学体102上，因为当第一参考光束和第二参考光束同时辐射到柱状光学体102上时，在柱状光学体102a和柱状光学体102b之间的接触界面上会产生分散的光束，如图5所示。
如图6所示，依照本发明的全息数据记录装置包括光源10；反射镜14，34，40，106，112，114；偏振光束分束器(PBS)22和104；柱状光学体102；用于形成矩形光束的矩形狭缝110，118；第一入射角控制单元108；第二入射角控制单元116；数据掩模48；和全息介质50。此外，全息数据记录装置进一步包括快门12，230，240；半波片(HWP)16，24，35；空间滤波器18，30，42；放大透镜20，44；和偏振器26，38。
从光源10发出的激光束是线偏振的，例如P-或S-偏振。从光源10发出的激光束由PBS 22进行分束，然后沿两条光路S1和S2传播。之后，沿光路S2传播的已分束的激光束由PBS104进行分束，然后沿两条光路S21和S22传播。
由PBS22分束的信号光束沿光路S1传播，然后按照与图1的常规全息数据记录装置所述的相同方式辐射到全息介质50上。
由PBS22分束的参考光束沿光路S2传播，即依次穿过HWP24，偏振器26，空间滤波器30，PBS104。该参考光束由PBS104分成沿光路S21传播的第一参考光束和沿光路S22传播的第二参考光束。
在光路S21上，通过打开(或者通过关闭)快门230可将第一参考光束入射到(或者阻止其入射到)矩形狭缝110。如果第一参考光束透射到矩形狭缝110，那么通过矩形狭缝110可使圆形的第一参考光束转变为矩形的第一参考光束，然后将矩形形式的第一参考光束入射到反射镜106上。之后，反射镜106将第一参考光束朝柱状光学体102反射。在柱状光学体102处，将第一参考光束朝全息介质50反射。
在光路S22上，通过打开(或者通过关闭)快门240可将第二参考光束入射到(或者阻止其入射到)矩形狭缝118。如果第二参考光束透射到矩形狭缝118，那么通过反射镜112将圆形的第二参考光束朝矩形狭缝118反射，然后通过矩形狭缝118使其转变为矩形光束，接着将矩形形式的第二参考光束入射到反射镜114上。之后，反射镜114将第二参考光束朝柱状光学体102反射。在柱状光学体102处，将第二参考光束朝全息介质50反射。
由于控制辐射到全息介质50的信号光束，第一参考光束和第二参考光束，使其具有相同的偏振模式，因此信号光束与第一和第二参考光束在全息介质50上相互干涉。例如，当信号光束是S-偏振的，那么第一和第二参考光束也必须是S-偏振的。而且，第一和第二参考光束在关于接触界面对称的方向上，以相同的入射角辐射到柱状光学体102上，然后通过柱状光学体102在关于接触界面对称的方向上以相同的反射角朝全息介质50反射。
就在分别放置于光路S21和S22上的反射镜106和114处观察的柱状光学体102的平面视图而言，该柱状光学体102看起来像是一个矩形。这样，当通过矩形狭缝110和118使圆形的第一和第二参考光束转变为矩形的第一和第二参考光束时，矩形的第一和第二参考光束中每一个的尺寸，即宽度，必须调整为等于柱状光学体102的尺寸，即直径。如果第一和第二参考光束没有调整为柱状光学体102的尺寸，那么可能在全息介质50上产生不希望有的信号和参考光束的干涉图。
依照本发明的全息数据记录装置，能够在控制反射镜106和114的布置角以及交替打开/关闭的快门230，240的同时，通过角度复用在全息介质50的同一物理空间中记录新的全息数据，如图3中所述。换句话说，当通过第一和第二入射角控制单元108和116来控制反射镜106和114的布置角时，可改变辐射到柱状光学体102上的第一和第二参考光束的入射角。这样，可改变由柱状光学体102反射的第一和第二参考光束的反射角，从而也改变了辐射到全息介质50上的第一和第二参考光束的入射角。因此，改变了入射角的第一和第二参考光束与信号光束在全息介质50上相互干涉，由此通过角度复用在全息介质50上形成新的干涉图。换句话说，每当新的信号光束辐射到全息介质50上时，就调整第一和第二参考光束的入射角。在这里，必须通过第一和第二入射角控制单元108和116来调整两个反射镜106和114的布置角，以使其关于接触界面对称。
<第二优选实施方案>
在上述第一优选实施方案中，柱状光学体102通过使两个柱面反射镜102a和102b结合到一起而构成，从而使柱状光学体102的聚焦轴A位于全息介质50的中心轴上。但是，将两个柱面反射镜102a和102b结合到一起需要高的加工精度，如图5中所示，如果柱面反射镜102a和102b没有精确地彼此结合，那么在柱状光学体102a和柱状光学体102b之间的接触界面上会产生分散光束。因此，在第二优选实施方案中，在构成柱状光学体的两个柱面反射镜之间插入固定厚度的无反射板，由此便于柱状光学体的制造，并防止在柱面反射镜之间的接触界面处产生分散光束。
图7是示意性地示出了依照本发明第二优选实施方案的全息数据记录方法的附图，其中与图3中出现的相同的部件用相同的附图标记来表示。数据掩模48置于全息介质50之上，该数据掩模用于将具有数据样式的信号光束照射到全息介质50上。此外，柱状光学体210置于全息介质50之下，该光学体的反射面覆盖360°角度区域，并由柱面反射镜212和214构成。参考图8A和8B，通过使两个柱面反射镜212和214与插入到该两反射镜之间的固定厚度的无反射板216结合在一起而构成柱状光学体210，从而使柱面反射镜212的聚焦轴B和柱面反射镜214的聚焦轴C具有预定的间距d。
信号光束经过数据掩模48的位样式49辐射到全息介质50的上表面上。在这里，如果当柱面反射镜212的聚焦轴B置于全息介质50的中心轴上，并且当阻止第二参考光束辐射时，第一参考光束以预定角度辐射到柱面反射镜212上，那么通过柱面反射镜212将第一参考光束朝全息介质50反射，如图8A所示。由于柱状光学体102的光学反射性质，投射到柱状光学体102的平行入射光束由柱状光学体102反射，就好像该反射光束从位于柱面反射镜212的聚焦轴B的虚拟轴光源发出。
因此，就从全息介质50观察到的平面图而言，第一参考光束是从全息介质50的中心轴的180°角度区域内辐射出的。在这里，辐射到全息介质50的第一参考光束具有半锥形截面。第一参考光束在其每一端都具有半圆形光截面，该半圆形光截面的中心位于全息介质50的中心轴，如在本发明的第一优选实施方案中所述的。因此，当根据无反射板216的平分面(与连接聚焦轴B和C的直线相垂直的面)，将全息介质50的记录区分成第一记录区和第二记录区时，第一参考光束与信号光束在全息介质50的第一记录区相互干涉，由此响应于数据掩模48的位样式以记录全息数据。
接着，通过使柱状光学体210的位置移动间距d，柱面反射镜214的聚焦轴C的位置变为置于全息介质50的中心轴上。之后，当阻止第一参考光束辐射到柱面反射镜212上时，第二参考光束沿着与入射到柱面反射镜212的第一参考光束的传播方向关于无反射板216的平分面对称的方向(以相同入射角)辐射到柱面反射镜214上。然后，如图8B所示，通过柱面反射镜214使第二参考光束沿着与朝全息介质50反射的第一参考光束的传播方向关于无反射板216的平分面对称的方向上(以相同反射角)朝全息介质50反射。第二参考光束辐射到全息介质50上相对于聚焦轴C的180°角度区域内，并且辐射到全息介质50的第二参考光束具有半锥形截面。第二参考光束在其每一端都具有半圆形光截面，该半圆形光截面的中心位于全息介质50的中心轴。因此，第二参考光束与信号光束在全息介质50的第二记录区干涉，由此响应于数据掩模48的位样式记录全息数据。
因此，控制柱状光学体210的聚焦轴B和C的位置从而使其交替置于全息介质50的中心轴上。具体来说，当聚焦轴B置于全息介质50的中心轴上时，第一参考光束辐射到柱状光学体210上，当聚焦轴C置于全息介质50的中心轴上时，第二参考光束辐射到柱状光学体210上。而且，如果改变辐射到全息介质50的第一参考光束和第二参考光束的入射角，那么通过角度复用可将新的全息数据叠加地记录在全息介质50上。
图9示出依照本发明第二优选实施方案的全息数据记录装置的结构图，其中与图6中相同的部件用相同的附图标记来表示。依照本发明第二优选实施方案的全息数据记录装置包括光源10；反射镜14，28，34，106，112，114；PBS22和104；柱状光学体210；矩形狭缝110和118；第一角度控制器108；第二角度控制器116；用于控制柱状光学体210的聚焦轴位置的位置控制器220；数据掩模48；和全息介质50。此外，依照本发明第二优选实施方案的全息数据记录装置包括快门12，230，240；HWP16，24，36；空间滤波器18，30，42；扩束透镜20，44；和偏振器26，38。
在依照本发明第二优选实施方案的全息数据记录装置中的光路S1，S21和S22与如图6和9中所示的本发明第一优选实施方案的光路S1，S21和S22相同，因此省略了对其的描述。
在本发明的第二优选实施方案中，通过用于移动柱状光学体210位置的位置控制器220可将柱状光学体210的聚焦轴的位置置于全息介质50的中心轴上。如果将柱面反射镜212的聚焦轴B置于全息介质50的中心轴上，那么通过打开快门230并关闭快门240，仅仅使第一参考光束入射到柱状光学体210上。但是，如果柱面反射镜214的聚焦轴C置于全息介质50的中心轴上，那么通过打开快门240并关闭快门230，仅仅使第二参考光束入射到柱状光学体210上。
此外，当控制柱状光学体210的聚焦轴B和C的位置，使其交替置于全息介质50的中心轴上时，第一参考光束和第二参考光束交替入射到柱状光学体210上。而且，如果改变第一和第二参考光束入射到全息介质50上的入射角，那么通过角度复用可将新的全息数据叠加地记录在全息介质50上。
另外，可以理解，如果光路使许多参考光束辐射到柱状光学体的整个圆周表面上，那么可以考虑光路的数量。参考光束可以分成N个子参考光束。而且，可以理解，如果柱状光学体的整个反射面形成360°，那么可以改变构成柱状光学体的反射镜的数量。
<第三优选实施方案>
图10示意性地示出了依照本发明第三优选实施方案的全息数据记录方法的视图。如图10所示，数据掩模48置于全息介质50之上，半柱状光学体326置于全息介质50之下。由于在记录操作过程中辐射到全息介质50上的信号光束与第一和第二优选实施方案的信号光束相同，因而略去对该信号光束的描述。
通过半柱状光学体326将辐射到半柱状光学体326上的参考光束朝全息介质50的第一半记录区反射。在这里，半柱状光学体326的聚焦轴应该位于全息介质50的中心轴上。
因此，由半柱状光学体326反射的参考光束可以与数据掩模48提供的信号光束干涉，从而能够在全息介质50的第一半记录区中记录全息数据。
然后，数据掩模48和全息介质旋转180°，其中通过驱动主轴电动机328来执行全息介质50的旋转。之后，参考光束与信号光束干涉，从而能够在全息介质50的第二半记录区中记录全息数据。
图11示出依照本发明第三优选实施方案的全息数据记录装置的结构。如图11所示，全息数据记录装置包括：光源10；反射镜14，28，34，40，322；PBS22半柱状光学体326；数据掩模48；全息介质50；和控制单元250。由于除了半柱状光学体326，主轴电动机328，控制单元350，致动器324之外的所有元件都与本发明的第一和第二优选实施方案中的相同，因此省略对其的详细说明。
在参考光束通过矩形狭缝320之后，具有圆形截面的参考光束转变为具有矩形截面的参考光束。然后，通过反射镜322将具有矩形截面的参考光束朝半柱状光学体326的反射面，即柱面部分，反射。之后，半柱状光学体326将参考光束朝全息介质50反射。在这里，参考光束辐射到半柱状光学体326上的入射角由反射镜322来调整，该反射镜322可以通过控制单元350控制的致动器324有角度地旋转。因此，可以通过角度复用来叠加地记录全息数据。
在第一半记录区上记录全息数据之后，控制单元350使数据掩模48和全息介质50都旋转180°。之后，通过半柱状光学体326将参考光束朝全息介质50反射，从而可以在第二半记录区上记录全息数据。在这里，当数据掩模48和全息介质50都旋转180°时，控制单元350关闭快门12，由此阻止参考光束和信号光束透射到全息介质50。因此，不会产生分散光束。此外，依照本发明第三优选实施方案，因为只利用一个参考光束来记录全息数据，因此可以降低制造成本。
如上所述，本发明提供全息数据记录装置和方法，该装置和方法能够利用柱状光学体，通过角度复用，在全息介质的同一物理空间中记录多幅全息数据。不同于利用多个圆锥反射镜的常规全息数据记录装置和方法，当在全息介质上记录许多数据时，本发明的全息数据记录装置和方法不需要更换圆锥反射镜，由此提高了记录速度并降低了其成本。
尽管已经就优选实施方案对本发明进行示出和描述，但是本领域的技术人员应理解，在不背离如下面权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变和修改。

Claims (40)

1、一种全息数据记录装置，包括：
偏振分束单元，用于将光束分成信号光束以及第一和第二参考光束；
信号光束构图单元，用于将信号光束辐射到全息介质上，该信号光束包括待记录的数据样式；
柱状光学体，包括柱状反射面，通过该柱状光学体使以各自入射角交替地入射到其上的第一和第二参考光束交替地朝该全息介质反射；以及
入射角控制单元，用于控制入射到该柱状光学体上的该第一和第二参考光束的入射角，
其中通过信号光束与第一和第二参考光束在全息介质上相互干涉，而在全息介质上记录该数据样式。
2、根据权利要求1所述的全息数据记录装置，其中所述信号光束构图单元是具有位样式的数据掩模，该位样式与将要记录的数据样式相对应，且所述信号光束穿过该位样式辐射到所述全息介质上。
3、根据权利要求1所述的全息数据记录装置，其中由所述柱状光学体反射然后辐射到所述全息介质上的所述第一和第二参考光束是在其每一端都具有圆形截面的锥形光束，该圆形截面的中心位于全息介质的中心轴。
4、根据权利要求1所述的装置，其中通过交替地打开或关闭分别置于所述第一和第二参考光束的光路上的快门，而将所述第一和第二参考光束交替地辐射到所述柱状光学体上。
5、根据权利要求1所述的装置，其中辐射到所述柱状光学体上的所述第一和第二参考光束是矩形的。
6、根据权利要求1所述的全息数据记录装置，进一步包括：
矩形光束产生单元，用于将圆形的所述第一和第二参考光束转变为矩形的参考光束，然后将矩形的所述第一和第二参考光束辐射到所述柱状光学体上。
7、根据权利要求6所述的全息数据记录装置，其中所述矩形光束产生单元是一个矩形狭缝。
8、根据权利要求1所述的全息数据记录装置，其中所述柱状光学体包括360°角度反射面，所述柱状光学体的聚焦轴置于所述全息介质的中心轴上。
9、根据权利要求1所述的装置，其中所述柱状光学体构造为将多个具有各自聚焦轴的柱面反射镜结合在一起，同时将无反射板插入其中，由此在各个柱面反射镜的聚焦轴之间具有一间距。
10、根据权利要求9所述的装置，进一步包括一位置控制单元，用于移动所述柱状光学体，由此使所述各个聚焦轴交替地位于所述全息介质的中心轴上。
11、根据权利要求9所述的装置，其中所述入射角控制单元控制所述第一和第二参考光束在关于无反射板对称的方向上以相同入射角辐射到所述柱状光学体上。
12、根据权利要求1所述的装置，进一步包括：用于发射激光束的光源；第一偏振光束分离单元，用于将该激光束分为所述信号光束和所述参考光束；第二偏振光束分离单元，用于将从第一光束分离单元入射的所述参考光束分为第一参考光束和第二参考光束，这两个参考光束分别通过第一和第二光路辐射到所述柱状光学体上。
13、根据权利要求12所述的装置，其中所述第一偏振光束分离单元或者所述第二偏振光束分离单元是偏振光束分束器。
14、根据权利要求1所述的装置，其中所述入射角控制单元包括：第一入射角控制单元，用于控制所述第一参考光束辐射到所述柱状光学体上的入射角；所述第二入射角控制单元，用于控制所述第二参考光束辐射到所述柱状光学体上的入射角。
15、根据权利要求14所述的装置，进一步包括：第一反射镜，用于将所述第一参考光束以所述第一入射角控制单元调整的入射角朝所述柱状光学体反射，和第二反射镜，用于将所述第二参考光束以所述第二入射角控制单元调整的入射角朝所述柱状光学体反射。
16、一种全息数据记录装置，包括：
偏振分束单元，用于将光束分成信号光束以及第一和第二参考光束；
信号光束构图单元，用于将信号光束辐射到全息介质上，该信号光束包括待记录的数据样式；
半锥形光束产生单元，用于将入射到其上的第一和第二参考光束转变为在其每一端都具有半圆形截面的半锥形光束，半圆形截面的中心位于该全息介质的中心轴上，然后将第一和第二参考光束交替地辐射到该全息介质上；以及
入射角控制单元，用于控制第一和第二参考光束辐射到该半锥形光束产生单元上的入射角，
其中，通过使该信号光束与第一和第二参考光束在该全息介质上相互干涉，而在该全息介质上记录该数据样式。
17、根据权利要求16所述的装置，其中所述半锥形光束产生单元是柱状光学体，其中通过柱面反射镜形成360°角度反射面。
18、一种全息数据记录方法，用于通过使具有数据样式的信号光束与参考光束之间的相互干涉，而在全息介质上记录该数据样式，包括步骤：
将光束分成信号光束以及第一和第二参考光束；
将第一和第二参考光束交替地辐射到具有柱状反射面的柱状光学体上，通过该柱状光学体将第一和第二参考光束交替地朝该全息介质反射，由此通过使该信号光束与第一和第二参考光束在全息介质上相互干涉而记录数据样式；以及
通过控制第一和第二参考光束辐射到该柱状光学体上的入射角来改变第一和第二参考光束入射到该全息介质上的入射角，由此在该全息介质上叠加地记录新的数据样式。
19、根据权利要求18所述的方法，其中在所述第一参考光束和第二参考光束的入射角彼此关于所述柱状光学体的中心轴对称的条件下，改变这两个参考光束辐射到所述柱状光学体上的入射角。
20、根据权利要求19所述的方法，其中辐射到所述全息介质上的第一参考光束和第二参考光束是在其每一端都具有半圆形截面的半锥形光束，所述半圆形截面的中心位于所述全息介质的中心轴上。
21、一种全息数据记录方法，包括以下步骤：
将光源发出的光束分成信号光束以及参考光束；
将参考光束分为第一参考光束和第二参考光束；
将第一和第二参考光束以关于光学体的中心轴对称的第一对称角交替地辐射到该光学体上；
由该光学体反射该第一和第二参考光束，由此将该第一和第二参考光束以关于该光学体的中心轴对称的第二对称角交替地辐射到全息介质上；以及
使该第一和第二参考光束与其上包括数据样式的信号光束在该全息介质上干涉，由此在该全息介质上记录数据样式。
22、根据权利要求21所述的方法，其中辐射到所述全息介质上的第一参考光束和第二参考光束是在其每一端都具有半圆形截面的半锥形光束，所述半圆形截面的中心位于所述全息介质的中心轴上。
23、根据权利要求21所述的方法，其中偏振光束分束器用于将所述参考光束分为第一参考光束和第二参考光束。
24、根据权利要求21所述的方法，进一步包括步骤：每次新的信号光束入射到所述全息介质上时调整第一和第二参考光束辐射到所述光学体上的入射角。
25、根据权利要求21所述的方法，其中所述光学体，即柱状光学体将所述第一参考光束和第二参考光束朝所述全息介质反射，其中在所述光学体上由柱面反射镜构成光束反射面。
26、根据权利要求21所述的方法，进一步包括步骤：通过过滤将所述第一和第二参考光束转变为矩形光束。
27、根据权利要求21所述的方法，其中照射到所述全息介质上的第一参考光束和第二参考光束关于所述柱状光学体分布在360°角度区域。
28、根据权利要求21所述的方法，其中通过交替地打开或关闭快门将所述第一和第二参考光束交替地辐射到所述柱状光学体上。
29、一种全息数据记录方法，包括步骤：
将光源发出的光束分成信号光束以及参考光束；
将参考光束分为N条子参考光束；
将各个子参考光束交替地辐射到一光学体上，从而将这些子参考光束引向该光学体的中心轴；
由该光学体反射这些子参考光束，由此使这些子参考光束以关于该光学体中心轴对称的预定入射角交替地辐射到全息介质上；
使这些子参考光束与其上包括数据样式的信号光束在全息介质上相互干涉，由此在全息介质上记录数据样式，其中N是自然数。
30、根据权利要求29所述的方法，进一步包括步骤：每当新的信号光束入射到全息介质上时调整所述各个子参考光束辐射到所述光学体上的入射角。
31、一种全息数据记录装置，包括：
偏振分束单元，用于将光束分成信号光束以及参考光束；
数据掩模，用于将信号光束辐射到全息介质上，该信号光束包括待记录的数据样式；
半柱状光学体，包括，通过该半柱状反射面使入射到其上的参考光束朝全息介质反射；以及
控制单元，用于旋转该数据掩模和全息介质，由此控制由该半柱状反射面反射从而交替辐射到全息介质的第一和第二记录区的参考光束，
其中通过使该信号光束与该参考光束在全息介质上相互干涉，而在该全息介质上记录该数据样式。
32、根据权利要求31所述的装置，其中所述半柱状光学体的聚焦轴位于所述全息介质的中心轴上。
33、根据权利要求31所述的装置，进一步包括：反射镜，用于反射所述参考光束，从而将其辐射到半柱状光学体上；以及致动器，用于调整该反射镜的角度。
34、根据权利要求33所述的装置，其中所述控制单元控制所述致动器的驱动。
35、根据权利要求31所述的装置，其中所述控制单元使所述数据掩模和所述全息介质旋转180°。
36、根据权利要求31所述的装置，其中所述控制单元调整参考光束，使之辐射到所述全息介质的第一记录区上，由此使所述参考光束与信号光束干涉，以便在第一记录区上记录全息数据，然后使所述数据掩模和所述全息介质旋转180°，然后调整所述参考光束，使之辐射到所述全息介质的第二记录区，由此使所述参考光束与信号光束干涉，以便在第二记录区上记录全息数据。
37、根据权利要求36所述的装置，其中当旋转所述数据掩模和所述全息介质时，所述控制单元阻止所述信号光束和所述参考光束透射。
38、一种全息数据记录方法，包括步骤：
将光源发出的激光束分为信号光束和参考光束；
将信号光束辐射到全息介质的上表面上，同时参考光束在通过半柱状光学体的反射面反射之后辐射到全息介质的下表面上，由此在全息介质的第一记录区记录全息数据；
使数据掩模和全息介质旋转180°；
将信号光束辐射到全息介质的上表面上，同时，参考光束在通过半柱状光学体的反射面反射之后辐射到全息介质的下表面上，由此在全息介质的第二记录区记录全息数据。
39、根据权利要求38所述的方法，其中在旋转所述数据掩模和所述全息介质时，阻止所述信号光束和所述参考光束透射。
40、根据权利要求38所述的方法，其中通过由致动器驱动的反射镜的角度来控制所述参考光束辐射到所述半柱状光学体上的入射角。
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