CN103262167A - 数据存储与检索 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种记录方法，包括下述步骤：调制第一光束：引导第二光束以干涉所述第一光束，以在记录媒介的区域中产生干涉图案；响应于所述干涉图案而在所述媒介中形成光学器件，其中所述光学器件的光学特性响应于在所述干涉图案中的变化而变化。一种回放方法、一种记录和/或读取头以及数据载体。一示例涉及一种留声机记录的全衍射模拟。两个光束的干涉造成立即反映所述输入信号的变化的衍射结构的变化，其中两个光束之一在功能上与音频信号相关联。在回放时，所述衍射光束时将以与将振动的所述留声机唱针相同的方式振动。本发明的另一方案涉及一种使用全息和/或衍射结构的多层级数字记录。

Description

数据存储与检索

技术领域

本发明涉及一种数据/信息存储、检索（retrieval）方法，以及涉及一种相关的存储媒介。

背景技术

光学或全息（holographic）数据存储已经被广泛地研究，在过去的三十年中被利用在工业和商业上。有许多用于与计算机的发展密切相关的数据存储（例如，磁存储设备）的已知技术。基于光学的数据存储系统提供了相当可观的容量，特别是在对信息进行全息编码时。更多信息请参阅，例如CoufalH.J.Psaltis D.和Sincerbox G.T.(主编)发表在《Springer Berlin》2000年上的“全息数据存储（Holographic Data Storage）”，以及Curtis K.发表在《Wiley》2010年上的“全息数据存储（Holographic Data Storage）”及其中的参考文献。

第一个在商业上成功的基于光学的数据存储技术包括光盘（CD），随后发展了诸如DVD、BD、SACD等的公知媒介，其中以横向布置的平台和凹坑（lands and pits）的单轨道的形式写入二进制数据。然后，这种轨道与二进制编码有关，从而确定比特（bit）“0，1”信息。这样的信息是通过激光写入的，且随后通过反射来自相关平台和凹坑的光束来进行检索。此外，特定的数据存储激光写入技术被LaserCard、CA公司商业化。

任何数据存储系统的主要目标是在可能最小的区域上或者在最小的体积中包括尽可能多的信息/数据。因此，本领域方式的当前状态接近每平方英寸数百GB的容量。当考虑3D记录时，理论限制是在写入光束的波长量级上包括每立方尺寸1比特。通常，研究集中在将盘/媒介的容量提高到1TB，或者向提高传输（上传/下载）速度的方向发展。通过超越二维层叠方式以便在数个层级上以三维写入而不是以二维写入，使得全息数据存储突破了标准存储技术的物理限制。然而，例如以上描述的所有已知技术均处理的是按位（bit-wise）的信号，从而采用二进制记数法（binary scale）来进行数据存储。到目前为止，还没有现有技术提出高密度模拟信号数据存储，或者比如说，多层级二进制系统（例如16进制系统）。

在参考文献（Mikaelyan，Sov.J.“Quantum Elecron.17(5)”，1987年5月，第680页）中描述了一种全息系统，其用于离散类型的数据存储和回放（played-back）并由此重建或读取数据，其中数据以衍射光栅的形式被记录。本文教示的是一种类似于标准的CD刻录机的技术，在这种技术中二进制点（binary spot）位于螺旋线（spiral）上。每个数据点（data-dot）包括光栅刻线，因此当读取数据时，光束被衍射到相关但恒定的角度。

然而，这种已知系统、装置和方法表现出尤其关于数据/信息存储和检索的质量和容量以及尤其关于其控制限制的局限性和缺点。

发明内容

根据本发明的第一方案，提供一种记录方法，包括下述步骤：调制用于记录目的的第一光束；引导第二光束以干涉所述第一光束，用以在记录媒介的区域中产生干涉图案；响应于所述干涉图案而在所述媒介中形成光学器件，以及其中所述光学器件的光学特性响应于在所述干涉图案中的变化而变化。

通过本发明有助于改善数据/信息记录/检索的效率和准确性，以及表现出被明显改善的复制保护特性。

优选地，所述第一光束和所述第二光束可包括诸如例如激光的相干光。

所述第一光束优选地通过光调制器被调制，并且，在一个方案中，一种方法可包括在所述调制步骤之前分裂所述第一光束。当然，作为一种可替代地方法，所述方法可包括在调制之后分裂所述光束。

所述方法不限于可以被调制的光束的数量，因此，在一种配置中，所分裂光束的至少两部分可以被调制。

目前，所述结构的可变光学特性可包括所述光栅结构的周期、间距、轮廓形状和/或高度或调制和方向中的至少一种。

所述方法还可包括使所述光学特性在所述干涉和/或全息图案与所述记录媒介之间相对运动的方向上，以基本上连续、逐步和/或离散中的至少一种方式变化的步骤。

特别地，所述方法可包括形成所述光学特性作为在所述记录媒介中的轨道。

在一个实施例中，本发明可包括形成在所述干涉图案与所述记录媒介之间的相对运动方向或其它空间关系的方向上排列的离散光学器件。

在一个配置中，可以在公用（common）的离散区域内形成多个不同的光学器件，或者可形成布置在连续的区域中的所述多个不同的光学器件。

可以理解，所述方法可包括模拟记录方法和/或数字记录方法。

所述方法可包括光学记录方法。根据本发明的另一个方案，提供一种用于多层级（mutilevel）数字记录的记录方法，包括在记录媒介中记录多种（amultiple variety of）光学器件的步骤，其中多种光学结构的每一种表现出不同的光学特性。

在所述方案中，所述光学器件包括全息和/或衍射结构中的至少一种。

根据本发明的再一个方案，提供一种光学记录方法，包括在记录媒介内全息记录一部分的信号的直观表示的步骤。

目前，这种方法还包括创建信号的所述部分的图像的步骤。

在所述方法中，本发明还可包括重复用于所述信号的一系列相邻部分的所述显示和记录的步骤。

根据本发明的又一个方案，提供一种光学回放方法，用于检索通过上述方法产生的记录，所述方法包括下述步骤：将光束引导到包括光学器件的记录媒介；相对于所述光束移动所述光学器件，以便将具有不同的光学特性的所述光学器件的区域引至所述光束；以及检测在所述相对运动期间在从光学结构的所述不同区域中检索到的光的特性上的变化。

可以理解，所述方法可包括从所述检测到的变化中检索所记录的信号的步骤。

另外，所述回放方法可包括音频信号回放方法。

此外，所述回放方法可将在所述光的特性上的变化检测为模拟或数字变化。

当然，本发明还可提供一种光学记录头，包括用于产生第一调制光束、第二光束的装置，且所述光学记录头被布置为允许所述光束之间的干涉及根据如上述定义的方法进行光学记录。

同样地，本发明还可提供一种光学回放头，包括用于产生光束或入射在所述记录媒介上的装置冲击，且所述光学回放头被布置为根据如上述定义的方法进行操作。

本发明的又一个方案可包括具有根据诸如上述定义的方法记录的数据的数据载体。

因此，本发明可提供一种数据载体，被配置为与光束一起使用，所述数据载体还包括具有包括不同光学特性的不同区域的光学器件配置。

优选地，所述数据载体可具有连续且相邻的区域，以及其中所述光学器件还可包括连续变化的全息或衍射结构。

可以理解，本发明的具体方案与所调制光束的特性在时间上的变化有关，并导致由所述光束与其它光束的干涉所产生的衍射结构的特性的空间或位置变化。接着，记录如上所述所引起的结构，因此这形成了所述信息的记录（数据存储）。所述（光的）光束相对于所记录的结构的运动导致所衍射或反射的光束的位置、方向、强度或其它特性的改变，且这可被及时进一步得到检测。

本发明与数据或任何物理限定的信息存储有关。所述数据/信息可以是模拟或高级二进制数据类型，优选地为N进制（base-N）系统字符，其中N>2（例如，十六进制字符）。模拟和/或离散信号的记录、它们的存储、以及进一步回放均包括在本发明的范围内。

具体体现本发明的方法可在非常密集的数据/信息容量下提供数据存储，同时保持标准数字数据存储技术几乎无法比拟的非常高的信息质量。与现有技术以及相关的载体媒介的复制和生成的标准方法相比，未经授权的复制和/或不期望的倍增（multiplication）将会显著变得更加困难。

以上概述的主要方案如下。将信号或数据结构编码成特定的衍射结构。例如，可以将公知的两个（或多个）光束干涉实验用于这种数据的记录，其中以与输入信号相关联的方式对至少一个臂（arm）的光束进行调制。还可以通过任何已知全息数据存储（HDS）技术来对所述信号进行记录，参阅Curtis的书或任何能够产生和记录所述干涉图案的方法。作为一种先进的记录方法，可以利用光的任何物理性能（例如，偏振、波长、量子态、模式）以辅助记录期望的信息。

因此，可以理解本发明与可以特定的衍射结构（优选地，衍射光栅、全息图等）的形式来对所述信号进行记录的系统有关。同样地，所述读取或数据检索利用衍射光的空间分布。因此，衍射光方向和/或其强度可用于表示所述期望的信息。这能够有助于模拟音频或视频信号的记录/读取，但不会对数据或离散（二进制或者甚至多层级字符，例如十六进制等）信号的信息记录的任何形式进行限制。本发明还可以被扩展为模拟和离散信号的各种组合。

附图说明

以下，将参照附图，仅通过示例的方式来进一步描述本发明，其中：

图1a和图1b示出公知留声机技术；

图2a和图2b示出干涉图案和相关衍射结构背后的原理；

图3是具体体现本发明的数据记录过程的示意图；

图4a至图4e示出根据本发明实施例的光栅结构/图案的各种不同形式；

图5是具体体现本发明的数据记录结构的进一步示意图；

图6是采用本发明的声音记录过程的示意图；

图7用于示出光栅周期和衍射角之间的关系；

图8是根据本发明实施例的回放配置的示意图；

图9a和图9b是根据本发明实施例的回放装置的进一步详细示意图；

图10a和图10b示出在本发明实施例中采用的多像素图片框结构；

图11a、图11b和图11c是在多媒体装置中本发明的简单方案（straightaspect）；

图12a至图12d示出根据本发明实施例的光栅结构/配置的不同示例；

图13是采用本发明实施例的数据记录表示的进一步说明；

图14是根据本发明实施例的双信号回放的系统呈现；

图15和图16包括根据本发明的干涉和调制的进一步说明；

以及图17和图18提供根据本发明实施例的多个和2-D记录的进一步说明。

具体实施方式

首先转到图1a和图1b，其以示意性形式示出传统的留声机的操作方案，其中针10在以给定的速度移动的同时沿着空间调制的刻线12运动。针10在箭头A的方向上的振动引起电信号，该电信号通过电磁传感器14被进一步得到处理。

本发明实施例背后的利用公知衍射现象的概念的详细描述示出在图2a和图2b中。当两个（或者通常为两个以上）相干光束16、18干涉时，它们的夹角α定义光栅的周期Λ，具体参见图2b以及夹角21、23与光栅20、22的各周期之间的关系。作为一种特殊情况，可以考虑共线全息术。对于如Mikaelyan所公开的而类似于CD/DVD的记录（recording）的用于离散衍射的静态角的情况，可采用这种技术。本发明可提供以下改进：在该角度关于输入信息动态改变的情况下可以考虑双光束干涉的角度相关性（angulardependence）。

图3进一步示出这种技术，其类似于留声机唱片的传统记录（recording）—至少在这种情况下类似：干涉光束24、26的其中之一功能性地与信号关联，同时记录媒介28相对于干涉图案的点（spot）沿着箭头B的方向移动，以便形成光栅结构30。例如，记录媒介可包括：线性带、旋转盘、任何弯曲状的扫描结构等。记录路径的顺序应当优选在读取时被知晓。由此产生的光栅刻线（groove）与信号密切相关，因此，衍射结构的周期例如为光束之间的角度的函数。

图4示出不同衍射刻线形状和构造的各种示例。示例e）是类似用于传统唱针留声机的全衍射。实例a）示意性描述连续被记录的刻线的那种刻线，从而存储各信息。此外，实例b）示出每个单元/像素包括单主题（monothematic）信息的离散方式。另一种方式的记录能够利用具有恒定周期的衍射结构，但改变了刻线的倾斜度（离散实例在d）中被给出）。沿媒介方向连续写入的刻线表示出类似于传统机械留声机录制品的全衍射，这种情况下衍射结构的变化立即反映输入信号的变化。更重要的是，例如a）和c）实例（二者通过当前技术常识被常规写入）的组合允许用来记录二维信号，这极大提高了所公开的方法的容量，并且导致甚至向存储视频和/或多通道信号（multichannel signal）的方向发展。此外，诸如间距（pitch）或刻线深度）或者在体（volume）全息图调制的情况下光栅的参数可以用于保存信号信息。

图5中示意性描述了记录装置和过程步骤的具体示例，其中激光光源32将光传送至分束器34以提供两个光束。一个光束36被引导至镜子（mirror）38以形成参考光束40，而第二个光束42被引导至相位调制器44以成为调制的光束48。如上述所讨论的，将这两个光束组合在一起以形成用于在移动的记录媒介52上形成光栅结构50的干涉图案。因此，一个光束被认为是参考光束，而另一个光束是相位/振幅/空间调制的。如所注意到的，在干涉光束和记录媒介52之间存在相对运动，且该相对运动可进一步定义数据流，更确切地说，模拟（analogue）信号的频率。

用于声音记录情况的更简化的示意图示出在图6中。声波经过模拟处理并被发送到调光器。用于对于存储和回放数字信号（用已知的数据处理和解码）的任何概括通常也是可能的。

读取/记录的示例与衍射/全息属性的变化有关并与信号的变化相关联。其可以包括：

-连续数据，模拟信号，或任何物理定义的信息：声音、视频、图片信号-离散图片和电影图片

-全离散数据+一些层级（few level of）的数据（二进制以上）

-模拟信号的近似（如图4b中所示）

应当理解，可以对1D-2D信号进行记录，并且有利于使用体全息多路复用技术（volume holographic multiplexing）。对于1D信号而言，可以是数据流和模拟声音的形式。

现转到图7，提供一种从具有表现出第一周期56的部分的衍射结构54中检索并由此回放所存储的数据/信息的方式的示意图。为了方便起见，讨论仅包括在衍射结构的周期方面的变化的影响。照射在给定位置处的衍射结构54上的光58产生由角60示出的衍射光的空间分布。然而，考虑到结构54具有任意较大周期62的那部分，入射光64改变了如所示出的衍射角66（参阅参考文献Born-Wolf）。通过物理光学/衍射原理（law）来明确地确定该空间分布。当检测到光时，空间信息在被存储时可以被用于显示包含在输入信号中的信息。衍射元件的不断改变允许了一种现成的记录、存储、组合（multiplicate）和回放信息的方式。

就信息被记录作为衍射元件而言，数据/信息的复制和组合证实非常复杂。媒介在以浮雕型（relief）全息图/DOE的形式被提供时可能类似于标准的CD；或者在体全息图的情况下为复制的辅助的光。

所述方法的另一个重要实施例是基于下述事实：尽管可以在工业上进行这种元件的复制和大量再现，但几乎不可能通过诸如等同于CD刻录机的标准工具来复制数据。这从而导致几乎绝对保护了对所存储的数据的不想要和不期望的复制。

图8公开了本发明的一个特定方案。当录音机媒介68相对于照射光束70移动时，光束70由此被衍射至衍射光栅或者任何被写入在媒介68中的相关结构。光在给定角度72以内被衍射/偏转，并且通过传感器74来对角度72进行检测。传感器74输出用于在76和随后的音频输出78被进一步处理的信号。这完全与传统留声机类似，其中衍射光束以与留声机唱针振动相同的方式振动。接着，以已知的方式对该信号进行电处理。

通常，本发明表现出对关注于信号精度的任何数字信号记录过程的改进。一个简单的调查示出模拟信号的动态（dynamics）可达到大约100dB级别。应当强调的是，所公开的方法提供与已知方式的数字方法具有相同质量的模拟信号存储。然而，由于信号重建不需要任何额外的采样，因此连续信号正在主要超越例如数字CD音响系统的潜力（possibility）。更重要的是，本发明提供了基本上更好的信号/噪音以及更好的声道间串扰比。

本发明还可以用在医学应用等中，在这些应用中不需任何数字处理而以原始形式记录信号，因此最可能发生扰动。如果类似于心跳回波（用于大脑活动的EKG或EEG）的信号的动态被记录为接近100dB，则可以用非常高的精度对该信号进行后处理，从而提供期望的信息量等。

对于记录和读取设备，理论上，可以使用前述提到的方法中的任一种。参考图9a示出了优选的记录头结构/功能，其中通过高精确度光栅82使激光光束80分裂，以形成+/-（第一）衍射条（order）84、86，他们在通过透镜92聚焦到点（spot）94之前经由各自的声光偏转器88、90被调制，而在该点94处产生并记录干涉图案。借助于例如图9b中所示的辅助配置的镜子并利用额外的镜装置96来实现色差（chromatic aberration）。

记录设备的另一个示例可以经由对可产生与在输入处的信号成比例变化的激光波长并从而被存储的激光的直接调制来实现。可以使用更多技术，如所谓的阵列波导光栅方法（AWG）或任何在一个位置处产生干涉点的天线相控阵列（antennae phased array）布置。

2D检测信号的潜力是为在电影图片存储的使用（最可能在高质量（100dB动态）下）开辟了一个广阔的领域。图10a示意性描述了可选方式的像素框98，其中每个像素100携带（bear）通过本发明方法编码的信息。因此，每个图片框被分成多个像素。每个像素包括关于任何视频属性的特定信息。通过特定光栅对所述信息进行编码，例如，在每个特定像素处的红色、绿色、黄色和蓝色的光强度。强度被规定为对于一个光束的最小与最大衍射角之间的等级（level）。可以将各种其它信息编码到子像素区域，如对比度、亮度、声音、数据等。用在图10b中示例的相对强度值来更详细地说明特定像素100。

图11示出在一个媒介上共同记录模拟和数字信号的可能性。图11a）描述了电影图片带的示例，其中呈现了单独的图片102、104（或以模拟、数字的呈现形式）。跟随在视频部分之后的是基于声音信息的衍射辅助数据存储（DADS）108，进一步跟随在衍射辅助数据存储（DADS）108之后的是数字数据信息106。在图11b）中，DADS技术记录左（L）110和右（R）112的立体声信号，伴随有如所示的位于其间的数据通道114。其可能以某种方式相邻，但位置并不是至关重要的。对于多通道方式和/或与视频信息或者某些数字数据的组合的扩展是显而易见的。最后，图11c）示出先进的DADS系统开发的示意图，当对DADS声音进行记录（例如，左声道、右声道、环绕声道）时，伴随有特定的数据指令，该数据指令被进一步进行后处理（如时间或相位延迟）以提供特定的空间声音分布等。

所述方法的另一个重要应用是更灵活性引入到离散（二进制）数据记录。实际上，一是可以在特定区域/容量中记录更密集的数据信息，或者，更重要的是，数据可以多层级（multilevel）的形式写入或被写入到大于二进制的系统（例如，十六进制系统等）中。用如上所述的系统可能的动态，只有检测器的分辨率将成为限制因素，并且使用该技术的数据存储通常能够导致N进制（N-base）的数字字符，其中N可以是相当高的数。与标准的二进制方法相比，对于记录相同的信息而言，十六进制字符的使用可能需要少于四倍的空间。此外，多层级二进制方法可提供基本上倍增的数据密度。考虑到广泛使用非常先进的自动数据修正技术，该方法提供了对数字数据存储的显著改进。

现转到图12，图12a）中示出标准的类似CD（DVD、BD）的数据存储，其中点携带二进制类型信息，0和1。图12b）扩展了Mikaelyan的方法并提供多向/多维数据存储，其中每个数据点具有空间属性，但是仍可以确定待检测的光的方向。在图12c）中，考虑了两个或多个可利用的独立的单主题数据路径，比如说，多路复用点，其中每个点携带几个不同的衍射结构。图12d）中示出了离散信号的简单解码。因此，可以如编码一样将多个二进制计数法语言写成数字。例如，第一元件包括两个光栅G1和G2，其中G1的长度是G2的两倍。第二元件包括G4、G3和G2，以及第三元件仅包括G1。每个光栅将衍射图案辐射到设置有检测器的特定位置。可读取仅对于各光栅的信号，也可读取来自许多光栅的所有信号，并在图12中示意性示出所解码的信号。

激光波长多路复用传输和/或卷式多层级记录（volume multilevelrecording）能够有利于被使用在该方法中。这种技术已经被广泛地研究，并且更多细节可以在上述提到的Psaltis和Curtis的参考文献中找到。可以表面光栅或体（volume）光栅等形式来对全息图/衍射结构进行记录。任何已知的材料和方法可没有主要限制地用在这种技术中。

接续，图13示出一种可能的以正弦波形式存储特定信号的方式。可以看出，最大振幅与最短周期光栅116有关，而最小振幅与最长周期光栅118有关。因此“零”振幅将会与具有大约平均周期的光栅120有关。可以通过如所示的相关衍射结构对类正弦信号进行编码。图13的下部还示意性示出进一步照亮检测器的衍射光栅的角度。衍射结构的移动与信号的动态变化有关，并且因此用于限定在所检测点处的信号的频率。

如果对于某些应用而言，来自衍射结构的信号可能被认为是相当弱的，且包括空间频率的宽广频谱，并且被认为主要的最大衍射量级将会变得相当宽，则额外的衍射光学元件（DOE）（例如，优选地具有比衍射信号结构的最短周期更短的周期的光栅）可以被包括在光学路径中。这可能使得信号被分成两个或多个相同的信号，或者DOE可以具有更先进的性质，例如非周期性的光栅（参见Veldkamp，Appl.Opt.1982年，第3209页），其能够在空间上调制光的轮廓以提高检测，并如在相关的图14中示出的，其中待从光栅结构124中衍射的光在射入到传感器128上之前入射在衍射光学元件126上。

图15示意性示出多个光束126干涉的配置，其中对至少一个光束进行调制。同样地，可以经由类似的实验配置来实现信号的检测解码，其中可以借助于多个光束干涉128获得该信号。

图16示出利用振幅和/或频率调制的本发明的方法，其中与包络线（在AM中）有关的某些离散信息将被记录。通常，可以使用一些其它调制技术而没有限制。例如，FM调制信号可以被直接用于驱动声光调制器以如上所述使光偏转。

图17还示出在传感器142上记录空间复杂形状的记录光栅刻线144从而在传感器上提供2D图案的又一可能性。相对于一些在上文中被考虑作为“1D传感器”的较早示例而言，这能够显著提高系统的容量。

最后，图18示出记录全息图和/或衍射结构（此处所示的横截面）的可能方式的两个示例-a）用于浮雕型光栅，而示例b）示意性示出体类型全息图和光栅。可以借助于许多全息图记录技术对DADS进行记录。

可以在下文中对本发明的主实施例背后的主要技术进行简短概述。实际上，我们考虑到基波光学两个光束干涉实验，两种光束在给定角内进行干涉（参见图2a和图2b）。从文献（Born-Wolf，Principles of Optics,，第7章，剑桥大学出版社，2001年）中公知的是，两个（通常两个以上）相干光束在所述光束具有相同的相位的特定位置处干涉。实际上，强度在相互作用的光束的相位具有相反值的地方为零，而干涉图案的强度在所述光束具有相同的相位的地方最大。从图2a）中可以看出，其示意性描述了平面波的波前（wave-front）。两个平面波之间的夹角为α。具有相同相位的位置用黑点来描述。因此，强度在这些点处达到最大值。相邻干涉最大值之间的距离取决于相互作用的光束的夹角，并被确定为Λ。所述方法通常用于产生和记录衍射光栅。例如，将干涉图案记录至光致抗蚀剂。具有较大强度的位置将会导致光致抗蚀剂的变化（在如甚至来自传统照相术的公知的适当显影之后振幅的相位变化）。作为一个示例，在用干涉图案显影所照射的表面之后制作出浮雕光栅。在图2b）的任一图片上描绘了光栅的横截面。从图2b）中可以进一步看出，光束之间的较大角度将会导致光栅/衍射结构的较短周期，反之亦然。周期和记录角度通过关系式λ/Λ=2sin(α/2)相关联，其中λ为相互作用的相干辐射的波长。

本发明可有助于考虑在以下方式中利用这种方法。主要地，可以对任一光束（即，在多个光束干涉情况下的至少一个或多个或全部）进行调制。调制意味着光束的某些物理属性的改变。然而，最常见的光束调制方式将是光束相对于其它光束或记录干涉图案的基片的角度变化。期望的角度变化与输入信号/信息的变化相关联。因此，在数字数据的情况下，可能是角度的二元/离散变化。更重要的是，考虑到模拟信号（例如声音），干涉光束之间的角度将完全取决于谐波信号的变化。从图13中可以看出，其示意性地描述了与正弦波的特定位置有关的光栅。例如，标记（notation）被选择为使得经由具有最短周期的光栅来对“高”振幅进行记录，而通过具有最长周期的光栅来对“低”振幅进行编码。显然，根据在待记录的谐波信号上的实际位置，在极端值之间的正弦波的任一点由具有在多个周期的间隔之间的周期的光栅来表示。这可以在比如说“留声机的衍射推理（diffractive analogy ofgramophone）”中被更清楚地得以描述。我们考虑了经由本公开的发明将记录数据/信号的载体。其优选可以具有如图13下方所示的薄“无限”条纹的形式，或者可能是衍射刻线将被记录在螺旋线上的旋转盘。载体/基片相对于写入头进行相对运动。该写入头（如图9所示的那个）能够以给定时刻（moment）立即产生与实际信号（例如振幅）有关的干涉图案。如何对刻线进行记录的方法有多种，如图4所示。这与写入头的空间、方位角、空间频率布置、和/或离散或连续信息记录有关。对于离散数据记录的情况，载体的相对运动实际上确定了信号或数据流的频率。图3中还对记录的过程进行了描述，其中已经对一些部分的条纹（在右边）进行了记录，同时两个光束实际正写至下方的相关点。条纹的左边部分仍待记录。类似地，读取将采用同样的方法，利用被记录的信息在螺线、条纹、曲径以及许多其它数学上定义的路径上的相对运动。图8示出相对运动的载体。入射（impinging）光束被衍射。其衍射角由在给定（照射）点处的衍射结构的实际周期给出。衍射光束的方向确定例如检测器上的信号的振幅，同时信号或数据流的频率由过相对运动速度来确定。

简短的数学调查表明，利用标准的声光偏转器会保证所存储信号的动态范围为100dB。对于这一值，需要区分最弱和最强信号之间的五个量级（order）的差异。考虑到如图9所示的写入头的配置，光束每个将被偏转3到4度。这可提供对于所需的记录动态可利用的七度。这七度除以100000（100000“部分”与100dB相关）产生大致0.25角秒。另一方面，对于偏转器的一角秒分辨率来说，可以获得大约25000基本（elementary）信号单元的分辨率，并且第五个与88dB相关。由于模拟信号可以在存储之前被压缩几十dB，因而会显著放宽光束的角偏移条件。具体实现本发明的方法可以记录具有大约100dB动态的模拟信号。而且，由于可以独立地记录通道（如左通道和右通道）以及将通过两个独立的光束检索信号，因而可以将通道间串扰限制到接近于零（零意味着根本就没有串扰）。

在更进一步的细节中，应当理解，干涉辅助记录的方法可引起浮雕微变化、密度变化或折射率的变化。例如，使用的材料为光致抗蚀剂、聚合物（聚合物可以使用能够通过激光光束被除去的感光变化（photochange））、蜡、感光性密度改变材料、感光聚合物。基片可包括例如玻璃、类似热塑性塑料的聚碳酸酯、金属、以及如上所述的所有变型但包括传导层的材料。抗反射和/或抗划伤涂层可以设置在盘/带/媒介的顶部上。

通过不同折射率界面或不同金属界面处的（微）浮雕压印工艺（reliefembossing）可以实现原版拷贝的工业上的倍增（industrial multiplication）。进一步而言，通过非接触式或者更准确地说通过光学复制（例如，折射率浮雕或密度改变）可以进行这种倍增。通过例如CD、DVD等、压印/浇铸、或者光学再生之类的传统技术可以进一步倍增浮雕型微结构。类似于密度/折射率变化，密度媒介变化（density-media change）可通过两种不同的媒介/载体密度的光学复制而被倍增。而且可以提供光学机械倍增，即通过光学方式变换密度/浮雕并进一步通过机械复制。进一步而言，具有折射率变化的载体可以被以光学方式从感光聚合物中复制到浮雕结构（两种不同的折射率）、以光学方式从感光聚合物中倍增（具有密度改变的折射率变化）到浮雕结构，或从感光聚合物中复制到浮雕结构。

信号/数据的记录可以位于表面上、嵌入在保护层中或者由该保护层覆盖—但均呈现为单独的层。然而，多层和具有连续变化的多层、记录方法可容易地被利用。用于光束的轨道路径可以视情况而布置在所记录的平面中、或者高于或低于该平面。

Claims (51)

1.一种记录方法，包括下述步骤：调制用于记录目的的第一光束；引导第二光束干涉所述第一光束，用以在记录媒介的区域中产生干涉图案；响应于所述干涉图案而在所述媒介中形成光学器件，以及其中所述光学器件的光学特性响应于所述干涉图案中的变化而变化。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一光束和所述第二光束包括相干光。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一光束和所述第二光束包括激光光束。

4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中所述第一光束被调光器所调制。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述调光器包括：声光偏转器，或者电-光或机械-光或非线性的光学调制器。

6.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中将所述调制应用到至少所述第一光束的驱动源以产生调制的输出。

7.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法，还包括在所述调制步骤之前分裂所述第一光束。

8.根据权利要求1-6中任一项或多项所述的方法，还包括在调制之后分裂光束。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所分裂的光束的至少两部分被调制。

10.根据权利要求9所述的方法，其中为了记录目的而重新组合所分裂的光束的至少两部分。

11.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法，其中所述第二光束包括参考光束。

12.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法，其中所述第一光束和所述第二光束聚焦在所述记录媒介上或所述记录媒介中。

13.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法，还包括相对于所述干涉图案移动所述记录媒介的步骤。

14.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法，其中所述记录媒介为盘式或带式、表面式、一层、多层或卷式记录媒介的至少一种。

15.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法，其中所述记录媒介包括表现出密度、折射率或微浮雕变化中的至少一种的材料。

16.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法，其中所述光学器件包括全息和/或衍射结构中的至少一种。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述光学器件包括衍射光栅结构。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述结构的所述光学特性包括所述光栅结构的周期、间距、轮廓形状和/或高度或调制和方向中的至少一种。

19.根据权利要求16或17所述的方法，还包括使所述光学特性在所述干涉和/或全息图案与所述记录媒介之间相对运动的方向上，以基本上连续、逐步和/或离散中的至少一种方式变化的步骤。

20.根据权利要求19所述的方法，还形成所述光学特性作为所述记录媒介中的轨道。

21.根据权利要求19或20所述的方法，还形成在所述干涉图案和所述记录媒介之间的相对运动的方向上或以其它空间关系排列的离散光学器件。

22.根据权利要求21所述的方法，还在所述记录媒介的离散区域中形成所述离散光学器件。

23.根据权利要求22所述的方法，还包括在公用的离散区域内形成多个不同的光学器件，或者形成布置在连续的区域中的所述多个不同的光学器件。

24.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法，还包括模拟记录方法。

25.根据权利要求1至23中任一项或多项所述的方法，还包括数字记录方法。

26.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法，其中所述器件的光学特性代表了模拟信号上的一点。

27.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法，还包括光学记录方法。

28.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法，还采用具有至少一个调制光束的多光束记录。

29.一种用于多层级数字记录的记录方法，包括在记录媒介内记录多种光学器件的步骤，其中多种光学结构的每一种表现出不同的光学特性。

30.根据权利要求29所述的方法，其中所述光学器件包括全息和/或衍射结构中的至少一种。

31.根据权利要求29或30所述的方法，其中所述光学特性包括所述光栅结构的周期、间距、轮廓形状和/或高度或调制中的至少一种。

32.一种光学记录方法，包括在记录媒介内全息记录部分信号的视觉表示的步骤。

33.根据权利要求32所述的方法，还包括创建信号的所述部分的图像的步骤。

34.根据权利要求32或33所述的方法，还包括重复用于所述信号的一系列相邻部分的所述显示和记录步骤。

35.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法，还包括音频信号记录方法或视频信号或这二者。

36.一种光学回放方法，用于检索通过权利要求1至31中任一项或多项所述的方法产生的记录，所述方法包括下述步骤：将光束引导到包括光学器件的记录媒介；相对于所述光束移动所述光学器件，以便将具有不同光学特性的所述光学器件的多个区域引至所述光束；以及检测在所述相对运动期间在从光学结构的所述不同区域中检索到的光的特性上的变化。

37.根据权利要求26所述的回放方法，还包括从所述检测到的变化中检索所述记录信号的步骤。

38.根据权利要求37所述的回放方法，还包括将所检索到的所述光引导到光检测器。

39.根据权利要求36、37或38所述的回放方法，其中所述光束包括相干光。

40.根据权利要求36至39中任一项或多项所述的回放方法，还包括音频信号回放方法。

41.根据权利要求36至40中任一项或多项所述的回放方法，其中将在所述光的特性上的变化检测为模拟变化。

42.根据权利要求36至40中任一项或多项所述的回放方法，其中将在所述光的特性上的变化检测为数字变化。

43.一种光学回放方法，用于检索根据权利要求32至34中任一项或多项所述的方法的记录，所述方法包括照射记录媒介以便重新创建部分信号的图像，以及将所述图像引导到用于获取与所述图像相对应的信号的光电变换器。

44.一种光学记录头，包括用于产生第一调制光束、第二光束的装置，所述光学记录头被布置为允许所述光束之间的干涉以及根据权利要求1-35中任一项或多项所述的方法进行光学记录。

45.一种光学回放头，包括用于产生光束或入射在所述记录媒介上的装置，所述光学回放头被配置为根据权利要求36-43中任一项或多项所述的方法进行操作。

46.一种数据载体，具有根据权利要求1-35中任一项或多项所述的方法所记录的数据。

47.一种数据载体，被布置为与光束一起使用，所述数据载体包括具有包括不同光学特性的不同区域的光学器件配置。

48.根据权利要求47所述的数据载体，其中所述区域是连续且相邻的。

49.根据权利要求46、47或48中任一项或多项所述的数据载体，其中所述光学器件包括连续变化的全息或衍射结构。

50.根据权利要求49所述的数据载体，所述全息或衍射结构包括所述载体的记录轨道。

51.根据权利要求46、47、48或49中任一项或多项所述的数据载体，还包括表现出不同特性的光学器件的多个离散区域。

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