CN101896973A - 记录/再现全息信息的设备 - Google Patents

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CN101896973A CN200880120494XA CN200880120494A CN101896973A CN 101896973 A CN101896973 A CN 101896973A CN 200880120494X A CN200880120494X A CN 200880120494XA CN 200880120494 A CN200880120494 A CN 200880120494A CN 101896973 A CN101896973 A CN 101896973A
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Abstract

本发明公开了一种记录/再现全息信息的设备，包括：光源，发射光；偏振形成光学系统，从由光源发射的光形成偏振的信号光和偏振的参考光，其中，偏振的信号光和偏振的参考光通过同一表面入射到全息信息存储介质上；聚焦光学系统，将偏振的信号光和偏振的参考光聚焦到全息信息存储介质上，从而使信息通过干涉图案记录；调节光学系统，用于设置偏振的信号光的焦点位置和偏振的参考光的焦点位置，并且用于调节偏振的信号光的光程和偏振的参考光的光程之间的差。

Description

记录/再现全息信息的设备
技术领域
本发明的各方面涉及一种全息信息记录和/或再现设备，更具体地讲，涉及一种信号光和参考光入射到同一表面上的单侧入射型全息信息记录和/或再现设备。
背景技术
全息数据存储介质中的数据记录包括响应于光强存储以诸如光敏聚合物的材料上的干涉图案的形式的信息。利用两束激光束形成干涉图案。干涉图案通过彼此干涉的信号光和参考光形成，引起光敏存储介质中的化学和物理变化，从而记录数据。为了从记录的干涉图案再现信息，与在记录信息时使用的光类似的参考光发射到记录在存储介质中的干涉图案。发射的参考光被干涉图案衍射，从而还原了信号光并再现了信息。
使用全息技术的记录方法包括以页为单位记录和/或再现信息的体全息方法以及以单个比特为单位记录和/或再现信息的显微全息术方法。虽然体全息方法具有可同时处理大量信息的优点，但是体全息方法难以作为普通消费者的信息存储介质被商业化，因为光学系统应该被非常精确地调节。
在显微全息术方法中，两束会聚光束在焦点彼此干涉，从而形成精细的干涉图案。通过将干涉图案移动到存储介质的平面上，来记录多个图案，以形成记录层。通过在存储介质的深度方向上添加记录层来记录图案，从而以三维(3D)方式记录信息。
然而，普通的显微全息术记录和/或再现设备具有分别用于在存储介质的每一侧上的信号光的光学系统和参考光的光学系统。这种布置使得光学系统变复杂，从而增加了光学系统的总体尺寸。此外，为了利用这种双侧入射方法形成干涉图案，参考光的焦点和信号光应被聚焦在直径大约为1μm的区域中，从而每一个光学系统应以很高的精度排列。
发明内容
技术问题
本发明的各方面提供一种信号光和参考光入射到同一表面上的单侧入射全息信息记录和/或再现设备。
技术方案
本发明的各方面还提供一种单侧入射的全息信息记录和/或再现设备，所述设备能够减小倾斜光学系统和光程差调节光学系统的组件的尺寸和数目，以调节入射到单个表面上的信号光和参考光中的至少一束光的光斑位置。
根据本发明的方面，提供了一种全息信息记录和/或再现设备。所述设备包括：第一光源，发射光；偏振形成光学系统，从由第一光源发射的光形成偏振的信号光和偏振的参考光，其中，偏振的信号光和偏振的参考光彼此垂直并通过同一表面入射到全息信息存储介质上；聚焦光学系统，将偏振的信号光和偏振的参考光聚焦到全息信息存储介质上，从而通过干涉图案记录信息；调节光学系统，设置偏振的信号光的焦点位置和偏振的参考光的焦点位置，并且调节信号光的光程和参考光的光程之间的差。调节光学系统包括：第一调节构件，用于设置发射到全息信息存储介质上的偏振的信号光的焦点位置和偏振的参考光的焦点位置；第二调节构件，用于调节偏振的信号光和偏振的参考光之间的光程差；偏振分离器件，基于光的偏振将从第一光学系统入射的偏振的信号光和偏振的参考光分成两路，从而将偏振的信号光引导到第一调节构件并将参考光引导到第二调节构件。
根据本发明的另一方面，第一调节构件是用于在二维上调节入射光的反射角的二维(2D)倾斜反射镜。
根据本发明的另一方面，第二调节构件是用于调节入射光的光程长度的平移反射镜。
根据本发明的另一方面，第一调节构件是用于调节入射光的反射角的一维(1D)倾斜反射镜。
根据本发明的另一方面，第二调节构件是用于在与第一调节构件的方向不同的方向上调节入射光的光程长度并调节入射光的反射角的平移和1D倾斜反射镜。
根据本发明的另一方面，调节光学系统还包括：第一四分之一波片，布置在偏振分离器件和第一调节构件之间；第二四分之一波片，布置在偏振分离器件和第二调节构件之间，其中，偏振分离器件是偏振分光器。
根据本发明的另一方面，偏振的信号光入射到第一调节构件上，偏振的参考光入射到第二调节构件上。
根据本发明的另一方面，全息信息存储介质包括：记录层和反射层。聚焦光学系统使得偏振的信号光通过全息信息存储介质的记录层，被反射层反射，并会聚在记录层中，而且使得偏振的参考光在不通过记录层或不被反射层反射的情况下会聚在记录层中。
根据本发明的另一方面，偏振光形成光学系统包括有源偏振改变器件，所述有源偏振改变器件在记录模式期间转换从光源发射的光的偏振以包括具有垂直的偏振的第一光和第二光，在再现模式期间透射从第一光源发射的光而不改变偏振。
根据本发明的另一方面，偏振光形成光学系统分离偏振的信号光的光路和偏振的参考光的光路，透射偏振的信号光和偏振的参考光，然后结合所述光路以使得偏振的信号光和偏振的参考光入射到调节光学系统上。
根据本发明的另一方面，偏振光形成光学系统包括：第一光路改变器，将从光源发射的光分成第一光和第二光；第二光路改变器，布置在被第一光路改变器分开的第一光和第二光相交的位置，根据光的偏振分离入射光；第一反射镜和第二反射镜，将被第一光路改变器分开的第一光的光路和第二光的光路弯曲，从而第一光和第二光相交并入射到第二光路改变器上；第一半波片和第二半波片，布置在第二光路改变器旁边的第一光的路径和第二光中的路径中的一个上，以将一束线偏振光转换成另一偏振态，从而第一光和第二光以相同的偏振态从第二光路改变器透射；光路结合单元，将从第二光路改变器透射的第一光和第二光的路径结合，其中，第一光和第二光中的一束光是偏振的信号光，第一光和第二光中的另一束光是偏振的参考光。
根据本发明的另一方面，光路结合单元包括：第三光路改变器，无条件地反射从第二光路改变器入射的光；第三反射镜，将第一光和第二光中的一束光的路径弯曲以使第一光和第二光相交，所述一束光没有被从第二光路改变器引导到第三光路改变器；第四光路改变器，结合具有不同偏振的第一光和第二光的路径，其中，第一光和第二光通过第三光路改变器和第三反射镜入射并彼此相交。
根据本发明的另一方面，第一半波片和第二半波片中的一个是被操作为在所述设备被操作处于再现模式时不改变偏振地传播入射光的有源波片，其中，从第一光路改变器入射到第二光路改变器上的第一光或第二光在通过第二光路改变器之后入射到第一半波片和第二半波片中的所述一个上。
根据本发明的另一方面，聚焦光学系统包括物镜。
根据本发明的另一方面，聚焦光学系统还包括焦点可变透镜单元，所述焦点可变透镜单元沿全息信息存储介质的深度方向改变偏振的信号光的焦点位置和偏振的参考光的焦点位置。
根据本发明的另一方面，焦点可变透镜单元包括沿着信号光和参考光的路径布置的第一焦点可变透镜单元和第二焦点可变透镜单元，偏振的信号光和偏振的参考光中的每一束光独立地传播。
根据本发明的另一方面，所述设备还包括：波片，转换在物镜和调节光学系统之间的入射光的偏振；光电探测器，在所述设备运行于再现模式时接收从全息信息存储介质再现的再现光。
本发明的其他方面和/或优点一部分将在下面的描述中阐述，一部分将通过所述描述明显可知，或可通过实施本发明来了解。
附图说明
通过下面结合附图对实施例进行的描述，本发明的这些和/或其他方面和优点将会变得清楚和更容易理解，其中：
图1示出了根据本发明的实施例的全息信息记录和/或再现设备的光学构造；
图2示出了根据本发明的实施例的图1中示出的调节光学系统的另一示例；
图3示出了根据本发明的实施例的用在全息信息记录和/或再现设备中的反射型全息信息存储介质；
图4示出了根据本发明的实施例的信号光和参考光的光路，每束光在记录模式下通过所述光路发射到图3中示出的全息信息存储介质；
图5是根据本发明的实施例的图4中示出的区域A的放大图；
图6示出了根据本发明的实施例的入射在全息信息存储介质上的信号光和参考光的偏振态的示例；
图7示出了根据本发明的实施例的在再现模式下入射在全息信息存储介质上的光束的光路和偏振态的示例；
图8示出了根据本发明的实施例的为检测伺服而入射在全息信息存储介质上的光束的光路和偏振态的示例。
具体实施方式
现在将详细说明本发明的当前实施例，当前实施例的示例在附图中示出，其中，相同的标号始终指示相同的元件。为解释本发明，下面参照附图来描述各实施例。
根据本发明的各方面的全息信息记录和/或再现设备是一种利用单侧入射方法将信息记录到全息信息存储介质上并再现记录的信息的设备，所述设备包括信号光和参考光通过全息信息存储介质的同一表面入射的光学构造。根据本发明的各方面的用在全息信息记录和/或再现设备中的全息信息存储介质是包括记录层和反射层的反射型全息信息存储介质。
在反射层上反射的信号光的焦点由于反射型全息信息存储介质的倾斜等原因而变化。因此，为了使参考光和信号光匹配，参考光和入射光中的至少一束的入射角应该在光束入射在物镜上之前变化，从而调节光斑的位置。为此，例如，可以二维(2D)方式倾斜的反射镜应插入到两束光的路径中的一个上。沿存储介质的深度方向添加记录了干涉图案的记录层，从而以3D方式记录信息。因此，当具有短的相干长度的激光二极管(LD)用作光源时，通过针对将以3D方式记录的信息沿深度方向改变记录层中的光束的焦点，两种光之间的光程差产生且干涉图案的强度改变。为了补偿所述差异，可以采用能够调节两束光中的一束的光程差的光学系统。
根据本发明的各方面的单侧入射方法的全息信息记录和/或再现设备包括：倾斜光学系统，用于通过改变光束的入射角来调节参考光和信号光中的至少一种的光斑位置；光程差调节光学系统，用于通过使信号光和参考光的光程差在信息以3D方式记录时落入相干距离中，使满意的干涉图案能形成。
图1示出了根据本发明的实施例的全息信息记录和/或再现设备的光学结构。图2示出了根据本发明的实施例的图1中示出的调节光学系统的另一示例。图3示出了应用到全息信息记录和/或再现的反射全息信息存储介质。图1示出了信号光(Ls)的光路、参考光(Lref)的光路、再现光(Lr)的光路、用于执行伺服的光(Lser)的光路以及包括伺服信息且在被全息信息存储介质300反射后返回的光(Lser’)的光路的示例。
参照图1，全息信息记录和/或再现设备包括：第一光源10，发射预定波长的光；偏振形成光学系统50；聚焦光学系统；调节光学系统100。偏振形成光学系统50形成偏振的信号光(Ls)和偏振的参考光(Lref)，所述偏振的信号光(Ls)和偏振的参考光(Lref)是从第一光源10发射的光通过同一表面入射到全息信息存储介质300上且它们彼此垂直。聚焦光学系统将信号光(Ls)和参考光(Lref)聚焦到全息信息存储介质300中，从而信息可通过干涉图案被记录。调节光学系统100设置信号光(Ls)和参考光(Lref)的焦点位置并调节信号光(Ls)的光程和参考光(Lref)的光程的光程差。全息信息记录和/或再现设备还可包括用于读取伺服信息的伺服光学系统200，如图1中所示；然而，伺服光学系统不需要包括在本发明的所有方面中。根据本发明的其他方面，全息信息记录和/或再现设备可包括另外的和/或不同的组件。类似地，两个或更多个上述组件的功能可集成到一个单元。
现在将说明全息信息记录和/或再现设备包括用于读取伺服信息的伺服光学系统200的一个示例。第一光源10可基本发射线偏振光束。例如，可采用发射蓝光的激光二极管(LD)作为第一光源10。在记录模式下，根据要求记录的信息，第一光源10发射调制的P偏振光(L)。在再现模式下，第一光源10可操作以发射未调制的P偏振光(L)。
从第一光源10发射的光束被准直透镜15准直并入射到偏振形成光学系统50上。现在将说明的偏振形成光学系统50的结构仅仅是一个示例。本发明的各方面不限于所描述的结构且可以以多种形式实现。
偏振形成光学系统50包括：第一偏振改变器件51，改变从第一光源10发射的偏振光，以包括两束彼此垂直的偏振光。有源偏振改变器件可用作第一偏振改变器件51。例如，有源波片(有源半波片或有源四分之一波片)可被用作第一偏振改变器件51。如果使用了有源波片，则第一偏振改变器件51在记录模式下用作波片，从而将从第一光源10发射的光转换为包括两束彼此垂直的线偏振光，第一偏振改变器件51在再现模式下不用作波片，从而使从第一光源10发射的光直接通过。当光通过第一偏振改变器件51时，光的被转换为包括两束线偏振光，一束线偏振光(例如，S偏振光)可用作信号光(Ls)，另一束线偏振光(例如，P偏振光)可用作参考光(Lref)。
在这种情况下，有源波片可以是利用液晶的双折射特性的液晶器件，当提供能量时，所述液晶器件中的液晶被布置为具有光轴。例如，如果将能量提供给有源半波片且入射的预定线偏振光的偏振方向和有源半波片的光轴(具体说是快轴)之间的角度是不同于45度的角度，然后当入射光通过有源半波片时，入射光的偏振方向被旋转且所述光被转换成两束彼此垂直的线偏振光成分，即，S偏振成分和P偏振成分。通过偏振转换获得的S偏振成分的光和P偏振成分的光在设备的记录模式下可分别用作信号光(Ls)和参考光(Lref)。在有源四分之一波片的情况下，如果提供能量且入射的预定线偏振光和有源四分之一波片的光轴之间的角度是45度，则所述光被偏振转换成圆偏振光。由于该圆偏振光具有两种彼此垂直的线偏振成分，所述偏振成分可分别用作信号光(Ls)和参考光(Lref)。
偏振形成光学系统50还可包括一种光学结构，在所述光学结构中，通过第一偏振改变器件51形成为彼此垂直的偏振光的信号光(Ls)和参考光(Lref)的光路被分开并被传播。然后使所述光路结合并使所述光入射到调节光学系统100上。偏振形成光学系统50可包括第一光路改变器52和第二光路改变器58、第一反射镜53和第二反射镜54、第一半波片57和第二半波片59以及光路结合单元。
聚焦光学系统可包括物镜20，还可包括至少一个焦点可变透镜单元，在所述焦点可变透镜单元中，信号光(Ls)和参考光(Lref)的焦点位置可关于全息信息存储介质300的深度方向变化。该焦点可变透镜单元可进一步包括分别布置在信号光(Ls)的光路和参考光(Lref)的光路上的第一焦点可变透镜单元55和第二焦点可变透镜单元56，每束光在所述光路上独立地传播。图1示出了第一焦点可变透镜单元55和第二焦点可变透镜单元56分别布置在第一光路改变器52和第二光路改变器58之间的信号光(Ls)的光路和参考光(Lref)的光路上的示例。
第一光路改变器52根据偏振将从第一偏振改变器件51入射的光分开成信号光(Ls)和参考光(Lref)。第二光路改变器58布置在由第一光路改变器52分开的信号光(Ls)和参考光(Lref)相交的位置。在第一光路改变器52中分离的信号光(Ls)和参考光(Lref)分别通过第一焦点可变透镜单元55和第二焦点可变透镜单元56入射到第二光路改变器58上。可将偏振分光器用作第一光路改变器52和第二光路改变器58，所述偏振分光器是偏振选择光学转换器件。
第一反射镜53和第二反射镜54使由第一光路改变器52分开的信号光(Ls)和参考光(Lref)的光路弯曲，从而信号光(Ls)和参考光(Lref)可入射到第二光路改变器58上并且彼此相交。
第一半波片57和第二半波片59分别布置在信号光(Ls)和参考光(Lref)中的一束光的位于第二光路改变器58的旁边的光路上，从而使信号光(Ls)和参考光(Lref)可被透射或反射，以与第二光路改变器58相交。通过这样做，一种线偏振光可被转换成另一种线偏振光，从而信号光(Ls)和参考光(Lref)可以以相同的偏振态通过第二光路改变器58。图1示出了第一半波片57和第二半波片59被布置成使得信号光(Ls)和参考光(Lref)均可透射第二光路改变器58的示例。
以下，将在下面的假设下说明所述结构的其余部分：第一光路改变器52和第二光路改变器58被布置成透射P偏振光和反射S偏振光，从第一光路改变器52反射的S偏振光用作信号光(Ls)，透射的P偏振光用作参考光(Lref)。然而，这仅仅是本发明的一些方面的示例；本发明的其他方面不限于这种构造。根据本发明的各方面的全息信息记录和/或再现设备可以被光学地构造为使从第一光路改变器52反射的S偏振光可用作参考光(Lref)，透射第一光路改变器52的P偏振光可用作信号光(Ls)。第一光路改变器52可选择性地被布置成反射P偏振光且透射S偏振光，光学结构的其余部分可以相应地形成。由于本领域技术人员可以从参照图1讨论的本发明的技术构思充分地获取这些变化和实施例，所以这里将省略详细的描述。
当第二光路改变器58透射P偏振光反射S偏振光时，将S偏振的信号光(Ls)转换成P偏振光的第一半波片57可布置在入射了S偏振的信号光(Ls)的第二光路改变器58的前面，第二半波片59可布置在第二光路改变器的另一侧。第二半波片59可包括在再现模式下透射入射光而不改变偏振的有源波片。从第一光路改变器52反射的S偏振的信号光(Ls)在第一半波片中被转换成P偏振光，透射到第二光路改变器58，并且入射到第二半波片59上。
在记录模式下，第二半波片59操作为半波片，从而将入射的P偏振的信号光(Ls)转换成S偏振光。在再现模式下，第二半波片59不执行作为波片的功能，可不加任何变化地透射来自全息信息存储介质300的再现光(Lr)，这可从如图1中示出的再现光(Lr)的光路看出。因此，再现光(Lr)被第二光路改变器58反射。
第一焦点可变透镜单元55沿深度方向改变信号光(Ls)在全息信息存储介质300中的焦点位置，并且包括多个透镜55a和55b。第二焦点可变透镜单元56沿深度方向改变参考光(Lref)在全息信息存储介质300中的焦点位置，并且包括多个透镜56a和56b。
例如，透镜55A和透镜56A中的至少一个被安装，从而所述透镜可被安装成沿光轴方向移动，由此被驱动单元(未示出)驱动。第一焦点可变透镜单元55和第二焦点可变透镜单元56沿深度方向分别改变信号光(Ls)和参考光(Lref)在全息信息存储介质300中的焦点位置，从而使得记录信息的信息表面形成为多层。
第一焦点可变透镜单元55和第二焦点可变透镜单元56、两个反射镜53和54、第一半波片57和第二半波片59以及第二光路改变器58被布置成使得它们中的每一个可以独立地调节信号光(Ls)和参考光(Lref)的焦点位置，并且确保再现光(Lr)的光路。全息信息记录和/或再现设备可选择性地具有在信号光(Ls)或参考光(Lref)的光路上仅具有一个焦点可变透镜单元的结构，而没有所述两个反射镜53和54、第二半波片57和59以及第二光路改变器58。
光路结合单元将通过第二光路改变器58的信号光(Ls)和参考光(Lref)的光路结合。光路结合单元可包括例如第三光路改变器61、第三反射镜60和第四光路改变器63。第三光路改变器61无条件地反射从第二光路改变器58入射的光。第三反射镜60弯曲信号光(Ls)和参考光(Lref)中的没有从第二光路改变器58入射到第三光路改变器61上的一束光(例如，信号光(Ls))的路径，从而使得信号光(Ls)和参考光(Lref)相交。第四光路改变器63结合通过第三光路改变器61和第三反射镜60而具有不同偏振且彼此相交的信号光(Ls)和参考光(Lref)的入射路径。
通过第二光路改变器58的P偏振参考光(Lref)入射到第三光路改变器61上。如果采用伺服光学系统200，则第三光路改变器61可以是波长选择分光器。如随后将说明的，施加到伺服光学系统200的光的波长可以与用于全息信息记录和/或再现的第一光源10的波长不同。因此，第三光路改变器61可被布置成例如使得所有从第一光源10发射的光可被与偏振无关地反射，所有从伺服光学系统200的第二光源210发射的光可被与偏振无关地透射。如果不采用伺服光学系统200，则可以使用简单的反射镜作为第三光路改变器61。
通过第三光路改变器61的P偏振参考光(Lref)的路径和在第一二波片57中转换成P偏振光、透射通过第二光路改变器58并在通过第二半波片59时转换成S偏振光的信号光(Ls)的路径通过第四光路改变器63结合。从第二半波片59输出的S偏振的信号光(Ls)被第三反射镜60反射而且它的路径被弯曲以使信号光(Ls)入射到第四光路改变器63上。
波长和/或偏振选择偏振分光器可被用作第四光路改变器63。波长和/或偏振选择偏振分光器根据偏振透射或反射从第一光源10发射的光，并且与偏振无关地透射从伺服光学系统200的第二光源210发射的光。
例如，第四光路改变器63透射从第三光路改变器61入射的P偏振参考光(Lref)和从伺服光学系统200的第二光源210发射的光，并反射从第二半波片入射且被第三反射镜60弯曲的S偏振信号光(Ls)。在这种情况下，伺服光学系统200和第三光路改变器61的位置可以针对第三反射镜60的位置而变换。在这种情况下，第四光路改变器63可被布置，以反射从第三光路改变器61入射的光和从伺服光学系统200的第二光源210发射的伺服光，并透射从第二半波片59入射的S偏振的信号光(Ls)，所述S偏振的信号光(Ls)的路径被第三反射镜60弯曲。
调节光学系统100调节从第四光路改变器63入射的信号光(Ls)和参考光(Lref)中的至少一束光在物镜20上的入射角，并且调节信号光(Ls)和参考光(Lref)之间的光程差，从而使得所述光通过物镜20传播到全息信息存储介质300。
调节光学系统100包括第一调节构件109、第二调节构件105和偏振分离器件101。第一调节构件109设置信号光(Ls)和参考光(Lref)在全息信息存储介质300中的焦点位置。第二调节构件105调节信号光(Ls)和参考光(Lref)之间的光程差。偏振分离器件101根据偏振将从偏振形成光学系统入射且彼此垂直的偏振的信号光(Ls)和偏振的参考光(Lref)分成两路，从而使信号光(Ls)和参考光(Lref)可分别被引导到第一调节构件109和第二调节构件105。
偏振分光器可用作偏振分离器件101。在这种情况下，调节光学系统100还可包括四分之一波片107和四分之一波片103，所述四分之一波片107和四分之一波片103分别将入射在第一调节构件109和偏振分离器件101之间的线偏振光和入射在第二调节构件105和偏振分离器件101之间的线偏振光转换成圆偏振光。在彼此垂直的偏振的信号光(Ls)和偏振的参考光(Lref)被第一调节构件109和第二调节构件105反射之后，信号光(Ls)的路径和参考光(Lref)的路径可被偏振分离器件101结合，信号光(Ls)和参考光(Lref)可被传播到物镜20。
第一调节构件109可以是能够通过调节入射光的反射角来调节在物镜20上的入射角的倾斜的反射镜。例如，第一调节构件109可以是可以以2D方式调节的入射光的反射角的2D倾斜的反射镜。可调节入射光的光路的长度，从而使信号光(Ls)和参考光(Lref)可在可能的干涉距离内交迭的平移反射镜可用作第二调节构件105。倾斜反射镜和平移反射镜被各自的驱动单元(未示出)驱动。
当2D倾斜反射镜用作第一调节构件109时，调节光学系统100被构造成使得信号光(Ls)可入射到第一调节构件109上。通过调节信号光(Ls)在物镜20上的入射角，可以设置信号光(Ls)和参考光(Lref)的焦点位置。现在将解释这种情况的原因。如果参考光(Lref)直接聚焦在全息信息存储介质300中的记录位置上，则信号光(Ls)被全息信息存储介质300的反射层反射，信号光(Ls)聚焦在记录位置上，然后信号光(Ls)比参考光(Lref)更敏感地响应于全息信息存储介质300的倾斜等。另外，如果透镜光学系统的有效数值孔径大，则全息信息存储介质300的倾斜等显著地影响聚焦的光。
因此，全息信息记录和/或再现设备的透镜光学系统应被构造成使得涉及信号光(Ls)的透镜光学系统(例如，第一焦点可变透镜单元55和物镜20)的有效数值孔径等于或小于涉及参考光(Lref)的透镜光学系统(例如，第二焦点可变透镜单元56和物镜20)的有效数值孔径。如果透镜光学系统这样构造，则信号光(Ls)对在物镜20上的入射角的调节较少地敏感，因此，通过调节信号光(Ls)的入射角来设置信号光(Ls)的焦点位置和参考光(Lref)的焦点位置是有利的。因此，调节光学系统可被构造成使得信号光(Ls)入射到第一调节构件109上且参考光(Lref)入射到第二调节构件105上。
S偏振的信号光(Ls)和P偏振的参考光(Lref)从第四光路改变器63入射到调节光学系统100的偏振分离器件101上。因此，偏振分离器件101可被布置为例如反射S偏振的信号光(Ls)，从而将光引导到第一调节构件109，并透射P偏振的参考光(Lref)，从而将光引导到第二调节构件105。
在这种情况下，被偏振分离器件101反射的S偏振的信号光(Ls)被四分之一波片107转换成圆偏振光，并且当被第一调节构件109反射时，被转换成另一种圆偏振光。当通过四分之一波片107时，该圆偏振光被转换成P偏振光，该P偏振的信号光(Ls)透射通过偏振分离器件101。
透射通过偏振分离器件101的P偏振的参考光(Lref)被四分之一波片103改变成圆偏振光，且在被第二调节构件105反射时被转换成另一垂直的圆偏振光。当通过四分之一波片103时，该垂直的圆偏振光被转换成S偏振光。该S偏振的参考光(Lref)被偏振分离器件101反射，从而使S偏振的参考光(Lref)的光路和P偏振的信号光(Ls)的光路结合，并且将该结合的路径引导到物镜20。因此，在记录模式下，S偏振的参考光(Lref)和P偏振的信号光(Ls)朝着物镜20发射。在再现模式下，由于第一偏振改变器件51被断电(turned off)以不用作波片，所以仅仅S偏振的参考光(Lref)朝着物镜20发射。
如上所描述的，当被图3中示出的反射层340反射的信号光(Ls)的焦点位置根据全息信息存储介质300的倾斜等而改变时，在光入射到物镜20之前，调节光学系统100可通过利用以2D倾斜反射镜形成的第一调节构件109改变参考光(Lref)或信号光(Ls)的入射角，来使全息信息存储介质300中的参考光(Lref)的焦点和信号光(Ls)的焦点匹配。
为了通过沿全息信息存储介质300的深度方向添加记录了干涉图案的层来以3D方式记录信息，信号光(Ls)和参考光(Lref)的光程差在信号光(Ls)的焦点位置和参考光(Lref)的焦点位置沿深度方向改变时产生。该光程差可以使用以平移反射镜形成的调节构件105来补偿。
通过使用第二调节构件105，甚至当具有短相干长度的LD用作第一光源10时，可以使在信号光(Ls)和参考光(Lref)之间的光程差落入相干长度范围内，从而改善了干涉强度依照光程差而改变的问题。因此，可以形成满意的干涉图案。
图2示出了根据本发明的实施例的图1中示出的调节光学系统100的另一示例。如图2中所示，调节光学系统100可包括：作为第一调节构件109的能够调节入射光的反射角的1D倾斜反射镜；作为第二调节构件120的在不同于第一调节构件109的方向上能够调节入射光的光路的长度和入射光的反射角的平移/1D倾斜反射镜。
由于光程差的调节在跨层的运动中对设置相干长度可能是必要的，且当信息在层中被记录或再现时，使用倾斜反射镜的驱动，所以可独立地执行倾斜操作和平移操作。另外，在单个器件中的1D倾斜功能和1D平移功能的执行比制造2D倾斜反射镜简单。因此，包括1D倾斜反射镜和平移/1D倾斜反射镜的调节光学系统100的结构具有足够的优点。
再次参照图1，物镜20将用于记录和/或再现信息的信号光(Ls)、参考光(Lref)和再现光(Lr)会聚到全息信息存储介质300的预定区域上。如上所描述的，物镜20相对于信号光(Ls)和参考光(Lref)的焦距可被第一焦点可变透镜单元55和第二焦点可变透镜单元56改变。通过使参考光(Lref)的焦距短于信号光(Ls)的焦距，可将参考光(Lref)直接会聚到图4中示出的焦点(F)上，信号光(Ls)在被图4中示出的反射层340反射后可会聚到焦点(F)上。光学设计可关于光学器件之间的特定位置关系和全息信息存储介质300的规格而改变。
全息信息记录和/或再现设备还可包括在物镜20和调节光学系统100之间转换入射光的偏振的波片(例如，四分之一波片25)以及接收通过再现记录在全息信息存储介质300中的全息图获得的再现光(Lr)的第一光电探测器30。
在记录模式下，四分之一波片25将从调节光学系统100入射的S偏振的参考光(Lref)和P偏振的参考光(Ls)转换成彼此垂直的圆偏振光。在再现模式下，四分之一波片25将从调节光学系统100入射的S偏振的参考光(Lref)转换成圆偏振光。
第一光电探测器30可被布置成在再现模式下，当参考光(Lref)从第一光源10发射到全息信息存储介质时，通过从全息信息存储介质再现全息图获得的再现光(Lr)可沿着图1中示出的返回路径传播，并且可在第一光路改变器52中分离并被第一光电探测器30接收。将再现光(Lr)以合适的尺寸会聚到第一光电探测器30中的检测透镜35还可布置在第一光电探测器30和第一光路改变器52之间。
由于四分之一波片25的存在，所以从全息信息存储介质300再现的再现光(Lr)以P偏振态入射到调节光学系统100上。在再现模式下，由于第二半波片59被断电(turned off)以不执行波片的功能，所以再现光(Lr)由第一光电探测器30通过图1中示出的光路接收。
全息信息记录和/或再现设备还可包括如上描述的伺服光学系统200。如将在下面描述的，在全息信息记录和/或再现设备中使用的全息信息存储介质300可具有如图4中所示的伺服层320。伺服光学系统200读出记录在伺服层320中的伺服信息。
伺服光学系统200可包括第二光源210、第五光路改变器230和第二光电探测器270。伺服光学系统200还可包括第二准直透镜240和第三焦点可变透镜单元250。第二光源210发射光以执行伺服。第二光源210可以是例如发射具有不同于用于记录和/或再现的第一光源10发射的光的波长的波长的红光的半导体LD。
第二光源210可以沿一个方向发射线偏振光。从第二光源210发射的光通过上面描述的调节光学系统100传播到物镜20。在这种情况下，用于执行伺服的发射到全息信息存储介质300的光可经过执行平移反射镜功能的第二调节构件105而非执行倾斜反射镜功能的第一调节构件109。因此，考虑到偏振形成光学系统50和调节光学系统100，可将第二光源210配置成发射P偏振光。
第五光路改变器230可包括例如设计成发射P偏振光和反射S偏振光的偏振选择分光器，从而可根据偏振方向分离从第二光源210入射的光和包括伺服信息的从全息信息存储介质300反射的光。
伺服光学系统200还可包括在第二光源210和第五光路改变器230之间的衍射光栅220。该衍射光栅220将从第二光源210发射的光衍射成0级衍射光或±1级衍射光，从而启用利用3光束方法或差分推挽方法的伺服误差信号检测。第二准直镜240将从第二光源210发射的光准直成平行光。
第三焦点可变透镜单元250沿深度方向改变伺服光在全息信息存储介质300中的焦点位置，并且可包括多个透镜251和255，其中至少一个透镜251沿光轴方向被可移动地安装，从而通过驱动单元(未示出)驱动。第五光路改变器230和第二光电探测器270之间还可包括第二检测透镜260。该第二检测透镜260在第二光电探测器270上形成包括伺服信息的反射光的合适的光斑。通过散光法(astigmatism method)启用误差信号检测的散光透镜可用作第二检测透镜260。
第二光电探测器270可包括多个光电探测部分，以检测包括在全息信息存储介质300的图4中示出的伺服层320中的伺服信息或者伺服误差信号。上面描述的伺服光学系统200仅仅是波长不同于使用的记录和/或再现光的波长的光的情况的光学系统的示例；本发明的方面不限于该构造。
图3示出了根据本发明的实施例的用在全息信息记录和/或再现设备中的全息信息存储介质300的示例。图3中示出的全息信息存储介质300是本申请人提交的第10-2007-0091445号韩国专利申请中公开的反射型全息信息存储介质。
参照图3，全息信息存储介质300可具有基板310、伺服层320、缓冲层330、反射层340、间隔层350、记录层360和覆盖层370顺序层积的结构。伺服层320是记录伺服信息并反射伺服光的层。缓冲层330可由透明材料或相对于伺服光的波长透明且相对于用于记录和/或再现的光的波长吸收的材料形成。反射层340反射信号光(Ls)。被反射层340反射的信号光(Ls)被会聚到如图4中所示的记录层360中的焦点(F)。反射层340可被设计成透射用于执行伺服的光。为了减少噪声，反射层340可被设计成透射参考光(Lref)，从而通过避免下述情况使参考光(Lref)不会作为噪声，该情况为“无改变地通过全息图记录位置的参考光(Lref)被反射层340反射，从而再次回到全息图记录位置并表现为噪声”。间隔层350是确保记录层360和反射层340之间的间隔的层。记录层360可由当吸收光时折射率变化的光活性(photo-reactive)材料形成。记录层360可由光敏聚合物或热塑性材料形成。覆盖层370是保护记录层360不暴露到外部的层。
现在将参照图4到图8来解释根据本发明的实施例的全息信息记录和/或再现设备记录和/或再现信息的过程。首先，将说明根据本发明的实施例的全息信息记录和/或再现设备的记录模式。图4示出了根据本发明的实施例的信号光和参考光的光路，每束光在记录模式下通过所述光路发射到图3中示出的全息信息存储介质300。图5是根据本发明的实施例的图4中示出的区域A的扩大图。
参照图4，彼此垂直的P偏振的信号光(Ls)和S偏振的参考光(Lref)传播通过波片和物镜20，并入射到全息信息存储介质300的同一表面上。信号光(Ls)通过覆盖层370和记录层360，被反射层340反射并且会聚到记录层360中的焦点(F)上。参考光(Lref)通过覆盖层370，然后直接会聚到记录层360中的焦点(F)上。
当信号光(Ls)的光斑和参考光(Lref)的光斑这样重叠在焦点(F)上时，干涉图案形成。由于干涉图案的形状相对于信号光(Ls)的调制状态变化，所以信息可通过干涉图案来记录。图5是图4中示出的信号光(Ls)和参考光(Lref)的焦点(F)附近(A)的放大图，示出了形成的干涉图案。该干涉图案沿着同一平面上的轨迹记录，从而在全息记录层360中形成了单层的信息表面365。通过经由改变信号光(Ls)的焦点和参考光(Lref)的焦点的位置来沿全息记录层360的深度方向添加干涉图案，信息可被记录在多层中。在全息信息存储介质300中，信息可以以单比特的信息包括在每个焦点(F)中的干涉图案中的显微全息术方式被记录。然而本发明的各方面不限于此。例如，信息也可以以多个信息项可以以通过在焦点(F)上添加信号光(Ls)的光斑和参考光(Lref)的光斑的3D方式记录在干涉图案中的体全息方式记录。
图6示出了根据本发明的实施例的入射在全息信息存储介质上的信号光(Ls)和参考光(Lref)的偏振态的示例。具有不同偏振的信号光(Ls)和参考光(Lref)入射到四分之一波片上。例如，具有P偏振态的信号光(Ls)入射到四分之一波片25上，具有S偏振态的参考光(Lref)入射到四分之一波片25上。
当通过四分之一波片25时，信号光(Ls)的偏振态被转换成右旋圆偏振态(R)，参考光(Lref)的偏振态被转换成左旋圆偏振态(L)。具有右旋圆偏振态(R)的信号光(Ls)被反射层340直接反射，并保持右旋圆偏振态(R)。反射的右旋圆偏振(R)的信号光(Ls)聚焦在信息表面365上。具有左旋圆偏振态(L)的参考光(Lref)通覆盖层370且直接聚焦在信息表面365上。由于在信息表面365上相遇的信号光(Ls)和参考光(Lref)彼此面对地行进并具有彼此相反的圆偏振态，所以所述信号光(Ls)和所述参考光(Lref)的电场矢量沿同一方向旋转，从而引起在记录层365上的干涉。该干涉使得信息被记录到全息记录层360上。
现在将参照图7来说明根据本发明的实施例的全息信息记录和/或再现设备的再现模式。图7示出了根据本发明的实施例的在再现模式下入射在全息信息存储介质300上的光束的光路和偏振态的示例。
为再现信息，将参考光(Lref)发射到全息信息存储介质300上。参考光(Lref)通过四分之一波片25和物镜20，并被直接聚焦在记录了记录层360的信息的信息表面365上。S偏振的参考光(Lref)通过四分之一波片25被转换成左旋圆偏振态(L)，并通过物镜30入射到全息信息存储介质300上。以左旋圆偏振态(L)入射的参考光(Lref)从信息表面365被干涉图案衍射(反射)，从而再次被引导到物镜20。由于被信息表面365反射的再现光(Lr)仅仅传播路径改变，且再现光(Lr)的电场矢量的旋转方向没有改变，所以再现光(Lr)处于右旋圆偏振态(R)。具有右旋圆偏振态(R)的再现光(Lr)在通过四分之一波片25时再次被转换成P偏振光，并沿着记录模式下的信号光(Ls)的光路的相反路径传播。由于第二半波片59不执行图1中所示的波片的功能，所以再现光(Lr)被第二光路改变器58反射，被第一光路改变器52反射且在第一光电探测器30中被检测。
现在将参照图8来说明根据本发明的实施例的全息信息记录和/或再现设备中的伺服信息的检测。用于执行线偏振(例如，P偏振)的伺服的光(Lser)在通过图1中示出的调节光学系统100时被转换成S偏振光，并通过四分之一波片25和物镜20入射到全息信息存储介质300上。光(Lser)在通过四分之一波片25时被转换成左旋圆偏振光。入射到全息信息存储介质300上的光(Lser)被伺服层320反射，从而成为具有伺服信息的伺服光(Lser′)。在这种情况下，由于伺服光(Lser′)的偏振矢量的旋转方向没有改变但传播方向反转，所以左旋圆偏振光变成右旋圆偏振光。反射的伺服光(Lser′)通过四分之一波片25再次被转换成P偏振光，沿与记录或再现模式下的参考光(Lref)的光路相反的路径传播，从而变成S偏振光且入射在第四光路改变器63上。伺服光(Lser′)顺序地透射通过第四光路改变器63和第三光路改变器61，被伺服光学系统200的第五光路改变器230反射，进而被第二光电探测器270检测。
根据本发明的各方面，能够减小倾斜光学系统和光程差调节光学系统的组件的尺寸和数目的单侧入射式全息信息记录和/或再现设备可被实施，所述光程差调节光学系统用于调节入射到单个表面上的信号光和参考光中的至少一束光的光斑位置。
虽然已经示出和描述了本发明的一些实施例，但是本领域技术人员应该认识到，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以在实施例中作出改变，本发明的范围由权利要求和它们的等同物来限定。

Claims (31)

1.一种全息信息记录和/或再现设备，包括：
光源，发射光；
偏振形成光学系统，从由光源发射的光形成偏振的信号光和偏振的参考光，其中，所述偏振的信号光和所述偏振的参考光彼此垂直，并通过同一表面入射到全息信息存储介质上；
聚焦光学系统，将偏振的信号光和偏振的参考光聚焦到全息信息存储介质上，从而通过干涉图案记录信息；
调节光学系统，用于设置偏振的信号光的焦点位置和偏振的参考光的焦点位置，并且用于调节偏振的信号光的光程和偏振的参考光的光程之间的差，其中，所述调节光学系统包括：第一调节构件，用于设置发射到全息信息存储介质上的偏振的信号光的焦点位置和偏振的参考光的焦点位置；第二调节构件，用于调节偏振的信号光和偏振的参考光之间的光程差；偏振分离器件，基于光的偏振将从第一光学系统入射的偏振的信号光和偏振的参考光分成两路，从而将偏振的信号光引导到第一调节构件并将偏振的参考光引导到第二调节构件。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，第一调节构件是用于在二维上调节入射光的反射角的二维(2D)倾斜反射镜。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，第二调节构件是用于调节入射光的光程长度的平移反射镜。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，第一调节构件是用于调节入射光的反射角的一维(1D)倾斜反射镜。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，第二调节构件是用于在与第一调节构件的方向不同的方向上调节入射光的光程长度并调节入射光的反射角的平移和1D倾斜反射镜。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，调节光学系统还包括：
第一四分之一波片，布置在偏振分离器件和第一调节构件之间；
第二四分之一波片，布置在偏振分离器件和第二调节构件之间，
其中，偏振分离器件是偏振分光器。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，偏振的信号光入射到第一调节构件上，偏振的参考光入射到第二调节构件上。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，偏振的信号光入射到第一调节构件上，偏振的参考光入射到第二调节构件上。
9.根据权利要求1所述的设备，其中，全息信息存储介质包括：
记录层；
反射层，
其中，聚焦光学系统使得偏振的信号光通过全息信息存储介质的记录层，被反射层反射，并会聚在记录层中，而且使得偏振的参考光不通过记录层或不被反射层反射而会聚在记录层中。
10.根据权利要求9所述的设备，其中，偏振光形成光学系统包括有源偏振改变器件，所述有源偏振改变器件在记录模式期间转换从光源发射的光的偏振以包括具有垂直的偏振的第一光和第二光，在再现模式期间透射从第一光源发射的光而不改变偏振。
11.根据权利要求10所述的设备，其中，偏振光形成光学系统分开偏振的信号光的光路和偏振的参考光的光路，透射偏振的信号光和偏振的参考光，然后结合偏振的信号光的光路和偏振的参考光的光路，以使得偏振的信号光和偏振的参考光入射到调节光学系统上。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，偏振光形成光学系统包括：
第一光路改变器，将从光源发射的光分成第一光和第二光；
第二光路改变器，布置在被第一光路改变器分开的第一光和第二光相交的位置，根据光的偏振分开入射光；
第一反射镜和第二反射镜，将被第一光路改变器分开的第一光的光路和第二光的光路弯曲，从而第一光和第二光相交并入射到第二光路改变器上；
第一半波片和第二半波片，布置在第二光路改变器旁边的第一光的路径和第二光中的路径中的一个上，以将一束线偏振光转换成另一偏振态，从而第一光和第二光以相同的偏振态从第二光路改变器透射；
光路结合单元，将从第二光路改变器透射的第一光和第二光的光路结合，
其中，第一光和第二光中的一束光是偏振的信号光，第一光和第二光中的另一束光是偏振的参考光。
13.根据权利要求12所述的设备，其中，光路结合单元包括：
第三光路改变器，无条件地反射从第二光路改变器入射的光；
第三反射镜，将第一光和第二光中的一束光的路径弯曲以使第一光和第二光相交，所述一束光没有被从第二光路改变器引导到第三光路改变器；
第四光路改变器，结合具有不同偏振的第一光和第二光的路径，其中，第一光和第二光通过第三光路改变器和第三反射镜入射并彼此相交。
14.根据权利要求12所述的设备，其中，第一半波片和第二半波片中的一个是被操作为在所述设备被操作处于再现模式时不改变偏振地传播入射光的有源波片，其中，从第一光路改变器入射到第二光路改变器上的第一光或第二光在通过第二光路改变器之后入射到第一半波片和第二半波片中的所述一个上。
15.根据权利要求11所述的设备，其中，聚焦光学系统包括物镜。
16.根据权利要求15所述的设备，其中，聚焦光学系统还包括焦点可变透镜单元，所述焦点可变透镜单元沿全息信息存储介质的深度方向改变偏振的信号光的焦点位置和偏振的参考光的焦点位置。
17.根据权利要求16所述的设备，其中，
焦点可变透镜单元包括分别沿着偏振的信号光的路径和偏振的参考光的路径布置的第一焦点可变透镜单元和第二焦点可变透镜单元，
偏振的信号光和偏振的参考光中的每一束光独立地传播。
18.根据权利要求15所述的设备，还包括：
波片，转换在物镜和调节光学系统之间的入射光的偏振；
光电探测器，在所述设备处于再现模式时接收从全息信息存储介质再现的再现光。
19.根据权利要求9所述的设备，其中，偏振的信号光入射到第一调节构件上，偏振的参考光入射到第二调节构件上。
20.根据权利要求1所述的设备，还包括伺服光学系统，所述伺服光学系统将伺服信息记录到全息信息存储介质上和/或从全息信息存储介质再现伺服信息。
21.一种全息记录和/或再现设备的调节光学系统，所述调节光学系统包括：
第一调节构件，设置发射到全息信息存储介质上的信号光的焦点位置和参考光的焦点位置；
第二调节构件，调节信号光和参考光之间的光程差，以补偿信号光和参考光之间的光程差；
偏振分离器件，基于信号光和参考光的偏振将信号光和参考光分开成信号光的第一路径和参考光的第二路径，以将信号光引导到第一调节构件，将参考光引导到第二调节构件。
22.根据权利要求21所述的调节光学系统，还包括：
第一四分之一波片，布置在偏振分离器件和第一调节构件之间；
第二四分之一波片，布置在偏振分离器件和第二调节构件之间。
23.根据权利要求21所述的调节光学系统，其中，偏振分离器件是偏振分光器。
24.根据权利要求21所述的调节光学系统，其中，第一调节构件是调节入射光的反射角的一维(1D)倾斜反射镜。
25.根据权利要求21所述的调节光学系统，其中，第二调节构件是在与第一调节构件的方向不同的方向上调节入射光的光程长度和调节入射光的反射角的平移/1D倾斜反射镜。
26.一种全息记录和/或再现设备的偏振光形成光学系统，所述偏振光形成光学系统包括：
第一偏振改变器件，用于将从光源发射的光改变成第一偏振光和与第一偏振光垂直的第二偏振光；
第一光路改变器，用于分离第一偏振光和第二偏振光；
第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜将第一偏振光的光路弯曲，所述第二反射镜将第二偏振光的光路弯曲，从而使第一偏振光和第二偏振光在第二光路改变器相交；
第一半波片和第二半波片，布置在第一偏振光的路径和第二偏振光的路径的一个上并布置在第二光路改变器的不同侧，用于将第一偏振光或第二偏振光转换成另一偏振态，以使第一偏振光和第二偏振光以同一偏振态从第二光路改变器透射；
光路结合单元，用于在第一偏振光和第二偏振光从第二光路改变器被透射后结合第一偏振光的路径和第二偏振光的路径；
其中，第一偏振光和第二偏振光中的一束光是信号光，第一偏振光和第二偏振光中的另一束光是参考光。
27.根据权利要求26所述的偏振光形成光学系统，其中，第一半波片和第二半波片中的一个是在全息记录和/或再现设备被操作处于再现模式以从全息信息存储介质再现数据时不改变光的偏振地传播入射光的有源波片。
28.一种全息记录和/或再现设备，包括：
第一光源；
偏振形成光学系统，从由第一光源发射的光形成具有垂直偏振的偏振的参考光和偏振的信号光；
聚焦光学系统，将偏振的参考光和偏振的信号光聚焦到全息信息存储介质的同一表面上，以经由干涉图案记录信息。
调节光学系统，用于调节偏振的参考光和偏振的信号光之间的光程差，以补偿信号光和参考光之间的光程差。
29.根据权利要求28所述的全息记录和/或再现设备，还包括伺服光学系统，所述伺服光学系统将伺服信息记录到全息信息存储介质上和/或从全息信息存储介质再现伺服信息。
30.根据权利要求29所述的全息记录和/或再现设备，其中，伺服光学系统包括：
第二光源，发射P偏振光；
光路改变器，透射P偏振光并反射S偏振光；
焦点可变透镜单元，改变伺服光在全息信息存储介质中的焦点位置。
31.根据权利要求30所述的全息记录和/或再现设备，其中，伺服光学系统还包括：
衍射光栅，布置在第二光源和光路改变器之间，以衍射P偏振光从而启用伺服误差信号检测。
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PB01 Publication
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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