CN101040208A - 产生光点阵列的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种从输入光束产生周期光点阵列的设备，所述设备包括：形成多个交织的孔径子阵列的周期孔径阵列(202)；放置在所述孔径之前、用以向所述输入光束施加相移的移相器元件(PS_i)，以使每个光点被构造为所述多个交织的孔径子阵列产生的多个光点的叠加。

Description

产生光点阵列的设备

技术领域

本发明涉及产生光点阵列的设备。

本发明可以用在光存储领域。

背景技术

图1示出了利用塔尔波特(Talbot)效应产生光点阵列的已知方案。

光点阵列101由利用塔尔波特效应的孔径阵列102产生。塔尔波特效应是一种衍射现象，原理如下。当相干光束如输入光束103施加到具有周期衍射结构(由此形成光发射器)的目标如孔径阵列102上时，衍射光在距衍射结构一个可预测距离z_t处的平面上重新组合成发射器的同样的图像。这个距离z_t称作塔尔波特距离。塔尔波特距离z_t由关系式z_t＝2.n₀.p²/λ给出，其中p是光发射器的周期间隔，λ是输入光束的波长，n₀是传播空间的折射率。

更一般地，再成像发生在与发射器隔开z_m的其他距离处，z_m是塔尔波特距离z_t的倍数，即z_m＝2.n₀.m.p²/λ，其中m是整数。

然而，这种已知的方案存在着技术上的局限性，这是由于仅有百分之几的输入光束波面穿过孔径，因此光点的强度不可能很高。

发明内容

本发明的一个目标是提出一种产生较高强度的光点阵列的设备。

为此，依照本发明的用于从输入光束产生光点周期阵列的设备包括：

-形成多个交织的孔径子阵列的孔径周期阵列；

-放置在所述孔径之前、用以向所述输入光束施加相移的移相器元件，以使每个光点用所述多个交织的孔径子阵列产生的多个光点的叠加来构建。

这种设备利用的是以下的事实：由多个交织的孔径子阵列产生的光点可以相关地加起来。

为此，使用移相器元件来横向地(laterally)偏移由所述多个交织的孔径子阵列产生的多个光点，以使该多个光点相交叠，构成单个光点。结果，与现有技术方案相比，每个光点具有更高的强度。

交织的孔径子阵列的数目可以自由选择，从而每个光点的强度也可以自由选择。

而且，对于孔径阵列与光点阵列之间的给定距离，孔径阵列包含了更多孔径，从而光透射因子提高。

本发明的详细说明以及其他方面将在下面给出。

附图说明

现在参看以下描述的实施例并考虑结合附图，描述本发明的具体方面，在附图中，相同的部分或子步骤以相同的方式表示。

图1示出产生光点阵列的已知系统；

图2示出依照本发明、产生光点周期阵列的设备的第一个实施例；

图3示出依照本发明、产生光点周期阵列的设备的第二个实施例；

图4示出依照本发明、产生光点周期阵列的设备的第三个实施例；

图5借助于例子示出依照本发明、产生光点周期阵列的设备的三维视图；

图6示出实施依照本发明的设备的系统；

图7示出使用图6所示系统的各种装置。

具体实施方式

在下面的描述中，虽然本发明应用的是二维的孔径阵列，但是为了清楚理解的目的，本发明的设备基于一维孔径阵列加以描述。

图2示出依照本发明、利用塔尔波特效应从输入光束203(例如激光束)产生具有第一周期p的周期光点阵列201的设备的第一个实施例。

光点阵列201产生在距孔径阵列z_m＝2.n₀.m.p²/λ的距离处，其中n₀是传播空间的折射率，λ是输入光束的波长，m为整数。孔径阵列202包括具有第二周期p’的孔径。这些孔径可以例如为圆形，但是各种形状都适合。

孔径阵列202由N个交织的孔径子阵列形成：

-在x_N.(i-1)+1位置处具有多个孔径的第一个孔径子阵列；

-在x_N.(i-1)+2位置处具有多个孔径的第二个孔径子阵列；

-...

-在x_N.(i-1)+k位置处具有多个孔径的第k个孔径子阵列；

-...

-在x_N.(i-1)+N位置处具有多个孔径的第N个孔径子阵列。

其中，i_max是每个子阵列沿x方向的孔径数，

i是在1到i_max之间变化的整数索引。

在图2的实施例中，为了清楚理解的目的，N＝3，从而孔径阵列202相当于三个交织的孔径子阵列：

-在x_3(i-1)+1位置处具有多个孔径的第一个孔径子阵列；

-在x_3(i-1)+2位置处具有多个孔径的第二个孔径子阵列；

-在x_3(i-1)+3位置处具有多个孔径的第三个孔径子阵列。

其中i是在1到3之间变化的整数索引。

依照本发明的设备还包括放置在孔径前面的移相器元件PS_i。每个移相器元件PS_i(i＝1...i_max)放置在横向位置x_i处，使得(x_i+1-x_i)＝p’＝p/N。

移相器元件向输入光束施加相移，使得每个光点作为由所述多个交织的孔径子阵列所产生的多个光点的叠加来加以构建。

例如，图2左侧的第一个光点是由在x_3(i-1)+1位置处具有多个孔径的第一个孔径子阵列产生的第一光点、在x_3(i-1)+2位置处具有多个孔径的第二个孔径子阵列产生的第二光点以及在x_3(i-1)+3位置处具有多个孔径的第三个孔径子阵列产生的第三光点叠加而成，如用从这三个孔径子阵列向该第一个光点会聚的三条虚线所示那样。其他光点的构建与此相同。

可以看出，为了形成用多个交织的孔径子阵列所产生的多个光点的叠加而构建的光点，放置在第k个孔径子阵列前面的移相器元件PS_i必须沿横向x确定出如下的线性相移φ_k(x_N.(i-1)+k)：

${\mathrm{\φ}}_k\left(x_{N.(i-1)+k}\right)=\frac{2\mathrm{\π}.(N-k)}{2.m.N.p}.x_{N.(i-1)+k}---\left(1\right)$

k＝1...N，i＝1...i_max。

注意，对于与孔径垂直面对着光点的孔径子阵列相关联的移相器元件PSi，(1)产生的是零相移(即该例子中的N级孔径子阵列)。

线性相移可以通过改变与第k个孔径子阵列相关联的移相器元件PS_i的高度h(x_(N-1).i+k)来实现，高度h(x_(N-1).i+k)如下：

$\left(x_{N.(i-1)+k}\right)=\frac{\mathrm{\λ}}{2\mathrm{\π}.(n-n_0)}.{\mathrm{\φ}}_k\left(x_{N.(i-1)+k}\right)$

$h\left(x_{N.(i-1+k)}\right)=\frac{\mathrm{\λ}}{(n-n_0)}.\frac{(N-k)}{2.m.N.p}.x_{N.(i-1)+k}---\left(2\right)$

其中n是移相器元件的折射率，k＝1...N，i＝1...i_max。

从而，移相器元件PS_i的高度沿横向x线性增加，如线性线(linear line)L₁和L₂所示。

每个移相器元件PS_i对应于一个放置在单个孔径前面、由透明材料(例如塑料)制成的矩形。

替代地，但在图3中未示出，这种线性相移可以通过将移相器元件PS_I定义为具有随横向位置线性变化的折射率n_k，i，保持常量高度h₀的透明材料(例如，液晶单元)而实现，折射率n_k，i如下定义：

$n_{k,i}=n_0+\frac{\mathrm{\λ}}{h_0}.\frac{(N-k)}{2.m.N.p}.x_{N.(i-1)+k}---\left(3\right)$

当然，还可以考虑具有线性改变的高度和具有线性改变的折射率的移相器元件PS_i的组合。

有利的是，将相位偏置(offset)_k加在第k个孔径子阵列的相位项φ_k(x_N.(i-1)+k)上。

该相位偏移可以用来确保子孔径阵列贡献的光能够足够相干地加起来。因此，可以通过改变相位偏置_k来使光点的强度更加均匀。

图3示出依照本发明、产生光点周期阵列的设备的第二个实施例。

与图2不同的是，关系式(1)按模(modulo)2π给出(即，α+2π*j＝α，其中j为整数，0≤α＜2π)，从而移相器元件PS_i的高度成块(by piece)地线性增加，因此导致设备的高度减小。

图4示出依照本发明、产生周期光点阵列的设备的第三个实施例。

与图3不同的是，每个光点由三个孔径子阵列产生，其中两个孔径子阵列对称地设置在光点的横向位置周围。当然，也可以选择其他奇数的孔径子阵列。

光移相器元件PSi依据它们所反映的要施加的相移的高度，要么实现正向横向偏移，要么实现负向横向偏移。

图5借助于例子示出依照本发明、产生周期光点阵列的设备的三维视图。

该设备包括形成多个交织的孔径子阵列的周期孔径阵列AP。这些孔径用白点表示。

该设备还包括放置在所述孔径之前的移相器元件PS_i，用以向所述输入光束施加相移，以使每个光点用所述多个交织的孔径子阵列产生的多个光点的叠加来加以构建。

在这个例子中，位置(x_i，y_i)处的移相器元件PS_iz方向上的高度h(x_i，y_i)用下表给出：

       x₁     x₂     x₃     x₄     x₅     x₆     x₇     x₈     x₉

y₁     4      3      2      6      4      2      8      5      2

y₂     3      2      1      5      3      1      7      4      1

y₃     2      1      0      4      2      0      6      3      0

y₄     6      5      4      8      6      4      10     7      4

y₅     4      3      2      6      4      2      8      5      2

y₆     2      1      0      4      2      0      6      3      0

y₇     8      7      6      10     8      6      12     9      6

y₈     5      4      3      7      5      3      9      6      3

y₉     2      1      0      4      2      0      6      3      0

该表说明，移相器元件由高度沿x方向和沿y方向线性局部变化的移相器元件所定义。

图6示出使用依照本发明的用于从输入光束605产生周期光点阵列602的设备601的系统的三维视图。

该系统包括信息载体603。该信息载体包括一组尺寸为s并且排列成矩阵的方形相邻基本数据区。通过使用旨在采用不同透明级的材料，将数据编码在每个基本数据区上，例如两级，使用透明或不透明材料来编码2态数据，或者更一般的N个透明级(例如，对于编码a²log(N)个态的数据，N是2的整数幂。)

例如使用负责对设备601进行二维变换的调节器(actuator)，光点阵列602内的每个光点预定都将连续地施加到基本数据区。根据所述基本数据区的透明状态，光点被(根本不、部分或完全)透射到CMOS或CCD探测器604，该CMOS或CCD探测器604包括旨在转换接收到的光信号的像素，从而将存储在所述基本数据区上的数据还原。

如图7所示，图4所示的系统可以有利地实施在读取装置RA(例如，家庭唱机装置...)、便携式设备PD(例如，便携式数字助理、便携式计算机、游戏机单元...)、或者移动电话MT。这些装置和设备包括旨在接收信息载体IC的开口(OP)，旨在应用于光点阵列以读取/写入数据。

使用的动词“包括”及其词性变化并不排除权利要求所述之外其他元件或步骤的存在。在元件或步骤之前使用的冠词“一个”或“一”并不排除多个这些元件或步骤的存在。

Claims (8)

1.一种从输入光束产生周期光点阵列的设备，所述设备包括：

形成多个交织的孔径子阵列的周期孔径阵列(202)；

放置在所述孔径之前、用以向所述输入光束施加相移的移相器元件(PS_i)，以使每个光点被构造为所述多个交织的孔径子阵列产生的多个光点的叠加。

2.如权利要求1所述的设备，其中所述移相器元件(PS_i)定义线性相移。

3.如权利要求1或2所述的设备，其中所述线性相移表达为模2π。

4.如权利要求1、2或3所述的设备，其中所述移相器元件(PS_i)包括线性改变高度的元件。

5.如权利要求1、2、3或4所述的设备，其中所述移相器元件(PS_i)包括线性改变折射率的元件。

6.一种便携式设备，包括如权利要求1、2、3、4或5所述的设备。

7.一种移动电话，包括如权利要求1、2、3、4或5所述的设备。

8.一种游戏机单元，包括如权利要求1、2、3、4或5所述的设备。

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