CN101339784B - 具有集成相位掩模的全息存储介质 - Google Patents

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Abstract

具有集成相位掩模的全息存储介质。本发明涉及一种全息存储介质(10)，更具体而言，涉及一种具有集成相位掩模(21)的全息存储介质(10)。根据本发明，全息存储介质(10)具有在全息存储层(22)顶部上的相位掩模层(21)，其中该相位掩模层(21)具有用于耦入参考束(8)并在该参考束(8)上印上相位图案的一个或更多相位图案区域(25)，以及用于耦入对象束(7)和/或耦出再现的对象束(11)的一个或更多中性区域(26)。

Description

具有集成相位掩模的全息存储介质
技术领域
本发明涉及全息存储介质，更具体而言，涉及一种适于相关复用(correlation multiplexing)或散斑复用(speckle multiplexing)的具有集成相位掩模的全息存储介质。
背景技术
增大光存储介质容量的一种思想是使用全息数据存储。在该情况下，全息存储介质的表面或整个体积用于存储信息，而不是如常规光存储介质那样仅用若干层。此外，数据可存储为数据页(data page)。通常，数据页包含明暗图案(light-dark-pattern)的矩阵，其编码多个位(bit)。除了增大的存储密度之外，这允许实现增大的数据速率。全息数据存储的又一优点在于能在同一体积中存储多个数据，例如通过改变两个束(beam)之间的角度或者通过使用偏移复用(shift multiplexing)等。
在全息数据存储中，数字数据通过记录两个相干激光束的重叠产生的干涉图案而被存储，其中一个束，所谓的“对象束(object beam)”，被空间光调制器调制且携载将以数据页形式记录的信息。第二束用作参考束。干涉图案导致存储材料的特定属性的改变，这取决于干涉图案的局部强度。所记录的全息图的读取通过使用与记录期间相同的条件用参考束照射全息图来进行。这导致所记录的对象束的再现。
全息数据存储系统的性能可通过在光学装置中实施相位掩模而得到改善。这样的相位掩模将随机相移或伪随机相移引入到参考束和/或对象束，这导致系统的更佳偏移选择性。另外，全息存储介质内高的束强度被避免，因为聚焦束的聚焦直径扩大。该技术被称为相关复用或散斑复用。该方法的一个缺点在于具有完全相同图案的相位掩模必须实施在全部兼容的全息数据存储系统中以使得由另一系统写的全息存储介质能被读出。原因在于全息图的基本方面：用于读出的参考束(也称为探测束)必须具有与写期间使用的参考束相同的属性。这包括参考束的相位分布(phase distribution)。
为了避免上述缺点，M.Bunsen等人在“Hologram multiplexing methodwith photorefractive beam-fanning speckle″，Advanced Optical and QuantumMemories and Computing，Proc.ofthe SPIE，Vol.5362(2004)，pp.128-135中提出了使用光折射光束散射效应(photorefractive beam-fanning effect)产生的散斑的参考束的全息图复用法。在该方法中，光折射块晶起到产生各种散斑场(speckle field)以及存储全息图的作用。用于全息记录的参考束的散斑场通过存储晶体本身中的光折射光束散射效应产生。需要晶体轴相对于参考束和对象束的特定取向来确保用于参考束的散斑场的产生，同时避免对象束的过大光束散射效应。
发明内容
本发明的一个目的是提出一种具有集成相位掩模的全息存储介质，其具有减小的对对象束的影响。
根据本发明，该目的通过具有在全息存储层顶部上具有相位掩模层的全息存储介质来实现，该相位掩模层具有一个或更多相位图案区以及一个或更多中性区，该一个或更多相位图案区用于耦入(couple-in)参考束且在参考束上印上(imprinting)相位图案，该一个或更多中性区用于耦入对象束和/或耦出(couple-out)再现的对象束。通过仅在全息存储介质的特定位置集成相位掩模，相关/散斑复用的优点保持未受影响。完全相同的相位掩模在光学路径中，即使全息存储介质被送到另一全息存储系统。不再必须在全息存储系统中实施具有限定属性的特定相位掩模。此外，不同全息存储介质中的相位掩模无需完全相同，仅基本参数需相同。换言之，并非确切图案，而是相位方差(phase variance)的量和变化(variation)的空间尺寸需相同。同时，相位掩模仅影响参考束。对象束，以及再现的对象束，保持不受影响。这大大改善了再现的对象束的图像质量，其简化了数据取回。
有利地，相位掩模层的相位图案区域通过介质的粗糙表面来实现。这构成了非常有效的方案，因为粗糙表面可以容易地产生。优选地，粗糙表面被保护层覆盖。这防止了表面结构的任何变化，否则所述变化会在后面的读出期间引起问题。相位掩模层和保护层的材料需要具有不同衍射指标(diffraction indices)以实现期望的束衍射，即其波前的期望变形。
优选地，相位图案区域布置在全息存储层的记录全息图的区域之上。若参考束的光学轴垂直于全息存储介质的表面，则该布置尤其合适。在该情况下，对象束或者再现的对象束的光学轴相对于该表面倾斜。可选择地，相位图案区域布置在全息存储层的记录全息图的区域旁边。若参考束的光学轴相对于全息存储介质的表面倾斜，该布置尤其合适。在该情况下，对象束或者再现的对象束的光学轴优选垂直于该表面。
根据本发明的一个方面，该全息存储介质是盘形存储介质。盘形全息存储介质提供以下优点，它们可用于还能重放或记录当前的光学存储介质例如紧凑盘(compact disk，CD)，数字多功能盘(digital versatile disk，DVD)，蓝光光盘等的全息存储器件中。在该情况下，相位图案区域是同心环或螺旋(spiral)。它们可类似地包括以同心环或螺旋布置的多个单独的相位图案区域。该单独区域例如是圆形或矩形区域。当然，在本发明的范围内类似的是将中性区域布置为同心环或螺旋，或者布置成同心环或螺旋的多个单独的中性区域。
根据本发明的另一方面，该全息存储介质是卡片(card)形存储介质。在该情况下，该相位图案区域是线(line)或者布置成线的多个单独的相位图案区域。如上面一样，类似地可以将中性区域布置为线，或者布置为线的多个单独的中性区域。
优选地，在用于读取和/或记录根据本发明的全息存储介质的装置中，光源产生的参考束相对于对象束或者再现的对象束倾斜地布置，使得参考束落在相位掩模层的相位图案区域上，且对象束或再现的对象束落在相位掩模层的中性区域上。光学轴的相对倾斜使得能够通过相位掩模层的不同区域传输参考束和对象束或者再现的对象束。
附图说明
为了更好的理解，现在将参考附图在下面的描述中更详细地说明本发明。应理解，本发明不限于该示范性实施例，具体特征还能适当地组合和/或修改而不偏离本发明的范围。附图中：
图1示意性示出全息存储系统；
图2示出现有技术全息存储介质的横截面；
图3示出根据本发明的全息存储介质的第一实施例的顶视图；
图4示出图3的全息存储介质的横截面；
图5示出根据本发明的全息存储介质的第二实施例的顶视图；
图6示出图5的全息存储介质的横截面；
图7示出根据本发明的矩形全息存储介质的顶视图。
具体实施方式
在全息数据存储中，数字数据通过记录两个相干激光束的重叠产生的干涉图案而被存储。全息存储系统1的示范性装置适于图1中。相干光的源例如激光二极管2发射光束3，其被准直透镜4准直。光束3然后分成两个分开的光束7、8。在该示例中，光束3的分开使用第一分束器5实现。然而，同样可以使用其他光学部件用于该目的。空间光调制器(SLM)6调制所述两个束之一即对象束7以印上二维数据图案。对象束7和另一束即参考束8两者都通过物镜9聚焦到全息存储介质10例如全息盘或卡片中。在对象束7和参考束8的交叉处出现干涉图案，其被记录在全息存储介质10的光敏层中。
所存储的数据通过仅用参考束8照射被记录的全息图而从全息存储介质10取回。参考束8被全息图结构衍射且产生原始对象束7的拷贝，即再现的对象束11。再现的对象束11被物镜9准直且通过第二分束器12被引导到二维阵列检测器13例如CCD阵列上。阵列检测器13允许再现所记录的数据。
图2示出现有技术全息存储介质10的横截面。还示出的是对象束7和参考束8的传播。全息存储介质具有覆盖层20、相位掩模层21、全息存储材料层22、反射层23和基板24。相位掩模层21的相位图案通过到全息存储材料层22的不规则边界示出。对象束7和参考束8两者都穿过相位掩模层21。结果，它们的聚焦尺寸增大。
下面，参照反射型盘形全息存储介质10说明本发明。当然，本发明可类似地应用于透射型盘形全息存储介质10和卡片形全息存储介质。
在图3中，根据本发明的盘形全息存储介质10的第一实施例的顶视图被示出。全息图27由虚线圆表示。它们可利用一种或更多合适的复用法(例如偏移复用或相关复用)以交叠方式沿写方向写入，以在全息存储介质10上获得更高的数据密度。全息存储介质10包括相位掩模层21。该相位掩模层21的主区域25，其对应于全息记录区域，设置有相位图案以用于印上相位变化到参考束8上。然而，位于全息图27的记录区域旁边的是中性区域(neutral area)26，其不携载相位图案且对象束7穿过该中性区域。在图中，这些区域26由同心黑圆表示。它们可类似地包括多个小的单独区域，例如用于每个全息图27的一个矩形或圆形区域。此外，中性区域26可类似地形成螺旋，而不是同心圆。中性区域26的宽度主要由对象束7的直径确定。当然，类似地可以在大的中性区域26中提供多个小的单独相位图案区域25。和以前一样，相位掩模层21的相位图案由到全息存储材料层22的不规则边界表示。这不意味着该边界事实上是不规则的，尽管这构成一个可行的方案。类似地可以为相位掩模层21的上表面提供不规则表面结构。其他方案中的另一选择是制造非均质材料的相位图案区域25。
图4示出根据本发明第一实施例的全息存储介质10的横截面。在该实施例中，对象束7的光学轴相对于全息存储介质10的表面倾斜，而参考束8的光学轴垂直于该表面。可以看出，仅参考束8穿过相位掩模层21的相位图案区域25，而对象束7穿过中性区域26。因此，对象束7不被相位掩模层21影响。在该示例中，相位掩模层21还用作覆盖层。当然，可以提供单独的覆盖层。
根据本发明的盘形全息存储介质10的第二实施例的顶视图示于图5中。与图3的实施例不同，相位掩模层21的中性区域26与全息记录区域一致，而设置有相位图案的区域25布置在全息图27的记录区域旁边。
图5的全息存储介质10的横截面示于图6中。在该示例中，对象束7的光学轴垂直于全息存储介质10的表面，而参考束8的光学轴相对于该表面倾斜。另一选择是对于对象束7和参考束8两者使用倾斜的光学轴，相位掩模区域25和中性区域26具有相应的布置。
图7示出根据本发明的矩形全息存储介质10的顶视图。中性区域实现为成行的小矩形区域26。每行的中性区域26可类似地组合成单个连续的中性区域。由交叠的虚线矩形表示的全息图27沿透明矩形在方向28上记录。

Claims (7)

1.一种包括全息存储介质(10)和用于读写所述全息存储介质(10)的装置的系统，所述全息存储介质(10)在包括全息图(27)的全息存储层(22)顶部上具有相位掩模层(21)，其中所述相位掩模层(21)具有相位图案区域(25)以及中性区域(26)，所述中性区域(26)不携载相位图案，所述系统具有光源(2)，用于产生参考束(8)或者用于产生对象束(7)和参考束(8)，其特征在于，所述参考束(8)相对于所述对象束(7)或者再现的对象束(11)的光学路径倾斜布置，使得所述对象束(7)或所述再现的对象束(11)落在所述相位掩模层(21)的中性区域(26)上，且所述参考束(8)落在所述相位掩模层(21)的用于将相位变化印在所述参考束(8)上的相位图案区域(25)。
2.根据权利要求1的系统，其中所述相位图案区域(25)是具有粗糙表面的区域或者非均质材料构成的区域。
3.根据权利要求1或2的系统，其中所述全息存储介质(10)还具有在所述相位掩模层(21)顶部上的覆盖层(20)。
4.根据权利要求1或2的系统，其中所述全息存储介质(10)是盘形存储介质。
5.根据权利要求4的系统，其中所述相位图案区域(25)或所述中性区域(26)是同心环或螺旋，或者布置成同心环或螺旋的多个单独的相位图案区域(25)或中性区域(26)。
6.根据权利要求1或2的系统，其中所述全息存储介质(10)是卡片形存储介质。
7.根据权利要求6的系统，其中所述相位图案区域(25)或所述中性区域(26)是线或者布置成线的多个单独的相位图案区域(25)或中性区域(26)。
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