CN101727931A - 具有改善的数据分页质量的全息存储系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有改善的数据分页质量的全息存储系统。该全息存储系统包括特殊滤光片(7)或特殊光源(9)。根据发明，参考光束(2)和/或物体光束(1)的高频分量被增强。这是通过在傅立叶平面中布置的滤光片(7)来实现的，其在中心处比在边缘处具有更大的衰减。可替换地，在傅立叶平面中布置用于生成参考光束(2)和/或物体光束(1)的合适的光源(9)。由光源(9)发射的光束在边缘处比在中心处具有更大的光强。

Description

具有改善的数据分页质量的全息存储系统
技术领域
本发明涉及一种全息存储(holographic storage)系统，并且更具体地涉及具有改善的数据分页(data page)质量的全息存储系统。该全息存储系统包括特殊滤光片或者特殊光源。
背景技术
在全息数据存储中，数字数据是通过记录由两条相干激光束的叠加产生的干涉图案来存储的，其中一条光束(所谓的“物体光束(object beam)”)被空间光调制器(light modulator)调制并且携带将被记录的信息。第二条光束用作参考光束。干涉图案导致存储器材料的特定属性发生变化，这取决于干涉图案的局部(local)光强。使用与在记录期间相同的条件，通过使用参考光束照射全息图来执行已记录的全息图的读取。这会导致已记录的物体光束的重构(reconstruction)。
全息数据存储的一个优点是增加了数据容量。与传统的光存储媒体相比，全息存储媒体的卷，而不仅仅是几层，被用来存储信息。全息数据存储的又一个优点是例如通过改变两条光束之间的角度或者通过使用偏移多路复用(shift multiplexing)等能够将若干数据存储在相同卷中。而且，取代存储单个位，数据被存储为数据分页。典型地，数据分页由编码若干位的亮-暗-图案的矩阵组成，即，二维的二进制阵列或者灰度值的阵列。这使得除了存储密度增加以外，还实现了数据速率的增加。数据分页通过空间光调制器(SLM)被印刻到物体光束上并且使用检测器阵列进行检测。SLM的简单公开的示例是：幅度SLM，其中具有值“0”的像素阻挡光，而具有值“1”的像素透射或反射光；以及相位SLM，其中信息位“0”和“1”(或者反之亦然)分别由“0”和“π”的相移表示。
WO 2005/109410公开了一种所谓的共线反传(counter-propagatingcollinear)全息存储系统。物体光束和参考光束在相反的方向上传播，并且在全息存储媒体上重叠。为了生成反传光束，参考光束透射通过全息存储媒体并且刺射到反射型SLM，该反射型SLM通过刺射数据分页到所透射的参考光束来生成物体光束。
图1中描绘了反传系统的示意性图示。光源9被用来产生参考光束2。光源9可以同样地产生物体光束，尽管这在示意性图示中未示出。物体光束1和参考光束2在全息存储媒体5内重叠，该全息存储媒体5被放置在两个物镜3和4之间的傅立叶平面中或者附近。全息存储媒体5内的参考光束2的光强分布通常具有类似高斯曲线的形状，如图2中所示。结果，物体光束1的高频分量(其远离于焦点中心)干扰低光强的参考光束分量。相反，物体光束1的低频分量(其更靠近物体光束1的中心并且在该中心处)干扰高光强的参考光束分量。这意味着在全息存储处理期间全息图被有效地低通过滤。
发明内容
本发明的一个目的是提出一种用于补偿全息图的低通过滤的解决方案。
根据本发明的第一方面，通过一种全息存储系统来实现该目的，所述全息存储系统具有用于生成参考光束和/或物体光束的光源，其中用于全息数据存储的区域被放置在全息存储系统的傅立叶平面中或者接近该傅立叶平面，该全息存储系统具有在共轭傅立叶平面中布置的至少一个滤光片，用于改变参考光束和/或物体光束的光强分布(intensity profile)，所述滤光片被适配来增强参考光束和/或物体光束的高频分量。
通过增强高频分量，所存储的数据分页具有改善的质量，因为检索到数据分页的更清晰的图像。更清晰的图像促成更健壮的数据解调，因此促成更低的比特误码率。
优选地，滤光片是透射型滤镜或者反射型滤镜，该透射型滤镜在滤光片的中心处的透射率低于在滤光片的边缘处的透射率，该反射型滤镜在滤光片的中心处的反射率低于在滤光片的边缘处的透射率。例如，所述透射率或所述反射率遵循从滤光片的中心到滤光片的边缘的抛物线或高斯曲线或者其它分布。这种滤光片能够容易地实现，并且使得本发明的实现方式相当便宜。
根据本发明的又一方面，这一目的通过一种全息存储系统来实现，该全息存储系统具有在共轭傅立叶平面中布置的用于生成参考光束和/或物体光束的光源，其中用于全息数据存储的区域被放置在全息存储系统的傅立叶平面中或者接近该傅立叶平面，其中，由光源发射的参考光束和/或物体光束的光强在接近光束分布的边缘处比在光束分布的中心处更高。
使用合适的光源的好处是对于实现本发明来说不需要额外的光学组件。
有利地，由光源发射的光束具有环状(Doughnut)形状。“环状形状”此处是指光束的横截面显示为较高光强的环状围绕着较低光强的中央区域。
结合在中心处具有降低的光强，在光束的边缘处获得突然降低的光强是相当困难的。环状形状(即环形部分光强更高，而中心部分光强更低)是有用的且是更容易实现的期望光强分布的实现方式。
在全息存储系统中需要一种用于获取共轭傅立叶平面的4f系统。这种4f系统已存在于大多数全息存储系统中。因此，添加所建议的滤光片是一种简单的用于改善存储的数据分页的质量的方法。同时，有效地使用了全息材料(或者M#)，因为避免了低频区域中的高调制。
一种用于全息数据存储的方法，包括下列步骤：
-生成参考光束和/或物体光束；
-增强参考光束和/或物体光束的高频分量；和
-使用参考光束和/或物体光束来照射全息存储媒体。
如先前已经陈述的，通过增强高频分量，存储的数据分页具有改善的质量，因为检索到数据分页的更清晰的图像。更清晰的图像促成更健壮的数据解调，因此促成更低的比特误码率。
有利地，通过使用如上所述的滤光片过滤参考光束和/或物体光束，或者通过使用如上所述在傅立叶平面中布置的光源生成参考光束和/或物体光束，增强了参考光束和/或物体光束的高频分量。
两种解决方案使得本发明的实现方式非常简单和便宜。
附图说明
为了更好地理解，在下面的描述中将参考附图来更详细地解释本发明。将会理解，本发明不限于该示例性实施例并且特定的特征也可以被有利地组合和/或修改，而不背离本发明的范畴。附图中：
图1示意性描绘了已知的反传全息存储系统，
图2示出了在图1的系统中在全息存储媒体的位置处的参考光束的光强分布，
图3描绘了根据本发明的全息存储系统，
图4示出了在根据本发明的系统中在全息存储媒体的位置处的参考光束的光强分布，
图5图示了传统的傅立叶滤镜的透射率分布，
图6描绘了变迹(apodizd)傅立叶滤镜，
图7示出了从图5和图6的傅立叶滤镜得到的参考光束的光强分布，
图8示出了从图5和图6的傅立叶滤镜得到的物体光束的光强分布，
图9描绘了没有变迹的模拟读出数据分页，和
图10示出了使用在物体光束和参考光束的路径中插入的变迹傅立叶滤镜的模拟读出数据分页。
具体实施方式
图3中示出了根据本发明的简化全息存储系统。尽管所描绘的系统是反传系统，但是本发明不限于这种系统。本发明可应用于发生低通过滤傅立叶分量的任何类型的全息存储系统。
图示的全息存储系统大部分等同于图1中所示的全息存储系统。变迹滤镜7被放置在全息存储媒体5的共轭傅立叶平面中。这使用两个附加镜头6和8来实现，该两个附加镜头形成所谓的4f成像系统。一直到线性缩放因子，全息存储媒体5的位置处和变迹滤镜7的位置处的光强分布是相同的。变迹滤镜7在中心处具有低透射率，在远离中心的位置具有高透射率。该透射率函数改变了变迹滤镜7的位置处的光强分布，因此也改变了全息存储媒体5的位置处的光强分布。图4中示出了得到的有利的参考光束2的光强分布。在这个示例中，高频分量的光强分布部分得到改善。
下面，将展示论证所提出的本发明的效果的模拟结果。在这个模拟中，变迹傅立叶滤镜被应用于参考光束2和物体光束1。
图5图示了传统的傅立叶滤镜的透射率分布。x轴表示Nyquist-频率的维数中的半径。y轴表示透射率。在这个示例中，滤镜的截止频率是fny＝1.5。如可以看出的，在低于截止频率的整个频率范围上，透射率是常数。
图6中描绘了变迹傅立叶滤镜7的透射率分布。如以前，滤镜7的截止频率是fny＝1.5。然而，在该截止频率以下的整个频率范围上，透射率不是恒定不变的。相反，该分布遵循具有80％中心衰减的抛物线。
由图5和图6的傅立叶滤镜分布产生的傅立叶平面中的参考光束2的光强分布如图7所示。线1描绘了没有变迹的(即，使用传统的傅立叶滤镜)得到的光强分布，而线2描绘了使用变迹傅立叶滤镜得到的光强分布。两种光强分布被规格化，因此每条光束中的总功率是相同的。绘制出的曲线是平均光强对在Nyquist-频率的维数中的径向位置。“平均光强”是指该光强被局部地平均以便避免被图中的斑点噪声进行强烈调制。
由图5和图6的傅立叶滤镜分布产生的傅立叶平面中的物体光束的光强分布如图8所示。如图7中，线1描绘了没有变迹的得到的光强分布，而线2描绘了使用变迹傅立叶滤镜7得到的光强分布。绘制出的曲线是平均光强对在Nyquist-频率的维数中的径向位置。如可以看出的，与传统的滤镜相比，通过变迹傅立叶滤镜增强了更高的空间频率。
图9描绘了没有变迹(即，使用传统傅立叶滤镜)的模拟的读出数据分页。图10示出了使用在物体光束1和参考光束2的路径中插入的变迹傅立叶滤镜的模拟的读出数据分页。使用变迹傅立叶滤镜的图像更清晰，因为增强了高频。更清晰的图像可以使用更低的比特误码率来解码。

Claims (11)

1.一种全息存储系统，其具有用于生成参考光束(2)和/或物体光束(1)的光源，其中用于全息数据存储的区域被放置在全息存储系统的傅立叶平面中或者接近该傅立叶平面，该全息存储系统具有在共轭傅立叶平面中布置的至少一个滤光片(7)，用于改变参考光束(2)和/或物体光束(1)的光强分布，其特征在于，滤光片(7)具有被适配来增强参考光束(2)和/或物体光束(1)的高频分量的变迹透射率或反射率分布。
2.根据权利要求1的全息存储系统，其中滤光片(7)是透射型滤镜或者反射型滤镜，该透射型滤镜在滤光片(7)的中心处的透射率低于在滤光片(7)的边缘处的透射率，该反射型滤镜在滤光片的中心处的反射率低于在滤光片的边缘处的反射率。
3.根据权利要求2的全息存储系统，其中所述透射率或所述反射率遵循从滤光片的中心到滤光片的边缘的抛物线或高斯曲线或者其它分布。
4.一种全息存储系统，其具有在共轭傅立叶平面上布置的用于生成参考光束(2)和/或物体光束(1)的光源，其中用于全息数据存储的区域被放置在全息存储系统的傅立叶平面中或者接近该傅立叶平面，其特征在于，由光源(9)发射的参考光束(2)和/或物体光束(1)的光强在接近光束分布的边缘处比在光束分布的中心处更高。
5.根据权利要求4的全息存储系统，其中由光源(9)发射的参考光束(2)和/或物体光束(1)具有环状形状。
6.一种用于全息数据存储的方法，包括下列步骤：
生成参考光束(2)和/或物体光束(1)；
增强参考光束(2)和/或物体光束(1)的高频分量；和
使用参考光束(2)和/或物体光束(1)来照射全息存储媒体(5)。
7.根据权利要求6的方法，其中所述增强参考光束(2)和/或物体光束(1)的高频分量的步骤是通过使用具有变迹透射率或反射率分布的滤光片(7)过滤参考光束(2)和/或物体光束(1)而执行的。
8.根据权利要求7的方法，其中滤光片(7)是透射型滤镜或者反射型滤镜，该透射型滤镜在滤光片(7)的中心处的透射率低于在滤光片(7)的边缘处的透射率，该反射型滤镜在滤光片的中心处的反射率低于在滤光片的边缘处的反射率。
9.根据权利要求8的方法，其中所述透射率或所述反射率遵循从滤光片的中心到滤光片的边缘的抛物线或高斯曲线或者其它分布。
10.根据权利要求6的方法，其中所述增强参考光束(2)和/或物体光束(1)的高频分量的步骤是通过使用在傅立叶平面中布置的光源(9)生成参考光束(2)和/或物体光束(1)而执行的，其中由光源(9)发射的参考光束(2)和/或物体光束(1)的光强在接近光束分布的边缘处比在光束分布的中心处更高。
11.根据权利要求10的方法，其中由光源(9)发射的参考光束(2)和/或物体光束(1)具有环状形状。
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