CN111091850A - 一种盘式全息存储介质中增加存储容量的复用方法 - Google Patents

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CN111091850A CN201911422780.8A CN201911422780A CN111091850A CN 111091850 A CN111091850 A CN 111091850A CN 201911422780 A CN201911422780 A CN 201911422780A CN 111091850 A CN111091850 A CN 111091850A
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Abstract

本发明涉及全息复用存储技术领域，具体涉及一种盘式全息存储介质中增加存储容量的复用方法。本发明公开的方法根据体全息记录的布拉格选择特性，可以将光栅矢量方向不同的全息图覆盖记录在同一存储介质中，并使得到的全息图互不影响。本发明公开的方法在保证数据页间低串扰的前提下，利用交叉移位复用方法提高了移位复用存储的复用数，实现了存储密度的提高。

Description

一种盘式全息存储介质中增加存储容量的复用方法
技术领域
本发明涉及光全息存储技术领域，更具体地，涉及一种盘式全息存储介质中增加存储容量的复用方法。
背景技术
光全息存储技术是将输入信息转换为二维数字位图并加载到信号光中，调制信号光与参考光在光致聚合物存储介质中发生干涉形成全息图，并以存储介质折射率变化的形式保存下来，通过对其进行再现可以实现输入信息的读取。由于其具有存储容量大且存储寿命长等优点，成为常用的信息记录与再现方式。
目前，记录和再现的复用方法主要包括(1)角复用记录、(2)共线复用记录和(3)球面参考光移位复用记录。
在方法(1)中，通过改变参考光的入射角度来进行全息图的复用记录。在这种方法中，只有在很窄的角度范围布拉格衍射条件才能得到满足。例如，参考光的入射角每变化约0.1°就记录一张全息图，如此数百张全息图便可以被记录在同一个位置。由于这种方法需要移动介质，保证在不与前全息图重叠的另一个位置重新记录一系列新的全息图，存储容量有限。
在方法(2)中，信号光与参考光共轴，并且对参考光进行相位或振幅散斑调制。在全息图的记录过程中，可以使每一幅记录的全息图只相对于上一幅全息图移动很小的一段距离，而不需要保证每一个位置的全息图与其它位置的全息图都不交叠，例如在二维平面中移动2或3μm。但是这种方法无法与角复用记录一起使用，存储容量仍然受到限制。
在方法(3)中，利用球面波作为参考光，通过将介质移动一段距离就可以记录一幅新的全息图。如图1所示，根据布拉格条件，信号光波矢ks、参考光波矢kr和全息光栅矢量kg构成一个矢量三角形，当记录全息图后将介质移动一小段距离后，三个矢量不再构成三角形，布拉格条件不再成立，原记录全息图将不能再现，于是便可以记录下一个全息图。
采用球面参考光移位复用记录的原因：(1)在角度复用记录中，不同全息图将重叠记录在同一位置，当前全息图的信号光或参考光将被之前记录的全息图所散射，同时，交叉写入方法同样会产生噪声，降低信噪比；(2)在同轴全息方法中，由于信号光和参考光彼此靠近，因此会产生较大的串扰并降低信噪比，使信号质量变差。基于这两个原因，采用球面参考光束来避免这些噪声的影响，提高衍射效率，进而增加全息记录的复用数量。在该方法下，布拉格条件决定了移位复用的移动方向和移动距离大小，因此，仅需要移动2～5就可以记录一幅新的全息图。但是，在垂直于移动的方向上则不受布拉格条件的控制，一般需要300～600的位移量。因此，单靠移位复用记录无法显著提高存储能力。
发明内容
本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种盘式全息存储介质中增加存储容量的复用方法，提高存储能力。
本发明采取的技术方案是，一种盘式全息存储介质中增加存储容量的复用方法，为交叉移位复用记录/再现方法，包括以下各个步骤：
S1.一束参考光和一束携带输入信息的信号光在存储介质中的记录位置形成全息场，用于记录信号信息；
S2.利用线性移位复用方法，重复步骤(1)过程，在整个光盘中进行移位复用记录；
S3.改变光盘中心与光头的相对位置并重复步骤(1)和(2)，可以在光盘同一位置处记录光栅矢量方向不同的全息图；
S4.利用光盘周向转动进行复用记录，在光盘表面关于圆心对称的两个位置上进行复用记录，可以得到光栅矢量方向完全不同的全息图。
S5.用同样的一束参考光，在相应的记录位置上读取输入的信号信息。
所述步骤中的S1-S4为复用记录过程，S5为再现过程。所述复用方法也可以只包括复用记录方法。
利用本发明所述的方法，在存储介质上同一位置处记录光栅矢量方向不同的全息图，即使全息图相互重合，由于光栅矢量方向，并不会发生串扰。不仅存储量增加，而且信噪比较高。
具体地，步骤S2中所述的线性移位复用方法包括包括存储介质由内向外平动或存储介质由外向内平动，形成多个平动单元，每个平动单元由多个间隔相同距离的光栅矢量组成，且每个平动单元的光栅矢量的方向相同；以及存储介质由逆时针或顺时针方向转动，转动一圈内，前后依次生成的两个平动单元所成夹角相等，且夹角的和为360°。即保持光头位置不变，通过存储介质的平移及转动来实现整个存储介质的交叉移位复用。
步骤S3中存储介质中心与光头的相对位置通过固定光头位置，移动存储介质来实现，使光栅矢量方向改变固定角度，该固定角度称为交叉角α，存储介质中心与光头的相对位置改变的次数n＝[360°/α]-1；光头的位置与初始光头位置成夹角θ，θ是α的整数倍，在夹角θ相差180°时得到存储介质的同一位置处记录光栅矢量方向相反的全息图。其中，[360°/α]表示360°/α取整。即保持光头位置和存储介质移位方向不变，通过改变光盘与光头初始的相对位置来改变所记录全息光栅的矢量方向，使每一位置的光栅矢量方向不同，即使是同一位置也不会出现光栅矢量相同的现象。
交叉角α等于或大于45°。交叉角α最好能被360整除，便于存储介质的转动。交叉角α优选为60°，此时，在步骤S3中，存储介质依次转动60°，转动5次，使光头与存储中心的相对位置改变5次，θ依次为60°、120°、180°、240°和300°。
本发明所述方法的步骤S4中，存储介质不进行水平线性移动，改为周向旋转。所得到的全息图光栅矢量沿圆周法线方向，且关于圆心对称的两个位置上的光栅矢量方向相反。即使相互重叠也不会发射串扰，进一步提高存储量。
存储介质优选为光盘，全息系统优选为离轴式，球面波优选为参考光。
为了提高信息记录和读取速度，在存储介质的表面设置有标记位置，全息图的记录/再现以标记位置作为起点，进行线性移位复用和周向旋转复用记录/再现。
为了能快速找到标记位置，在存储介质的基板上设置有导向槽，标记位置设置在导向槽中，通过导向槽获得用于光头定位控制的伺服误差信号，使得光头跟随导向槽，并且检测导向槽中的标记位置。
本发明还提供了一种盘式存储介质，包括多个平动单元，每个平动单元由多个间隔相同距离的光栅矢量组成，且每个平动单元的光栅矢量的方向相同；各平动单元在存储介质表面形成的投影中，同一位置处具有光栅矢量方向不同的全息图。
为了便于记录和读取，存储介质的表面设置有标记位置，各层二维全息图阵列在存储介质表面的投影在同一标记位置处的光栅矢量方向由外到内或内到外中，同一标记位置处的光栅矢量之间成固定夹角α，α等于或大于45°。α最好能被360整除，且优选为60°。
本发明还提供了一种盘式全息存储介质记录/再现装置，用于在存储介质上记录/再现所存储的信号，包括：记录机构，用于产生信号光和参考光，信号光和参考光在存储介质上进行干涉产生全息图；平移机构，用于驱使存储介质进行由内向外或由外向内运动的平移运动；旋转机构，用于驱使存储介质绕存储介质中心进行旋转运动；存储介质的平移运动和旋转运动使记录机构在存储介质上进行线性移位复用和周向移位复用，实现在存储介质同一位置处记录光栅矢量方向不同的全息图。
还包括光头定位机构，用于快速定位光头所在位置，提高记录和读取速度。
同时，存储介质上设置有标记位置，全息图的记录/再现是以标记位置作为起点；在存储介质的基板上设置导向槽，通过导向槽获得用于光头定位控制的伺服误差信号，使得光头跟随导向槽，并且检测导向槽中的标记位置。
平移机构移动存储介质来改变存储介质中心与光头的相对位置，使全息图的光栅矢量的方向改变固定角度α，光头的位置与初始光头位置成夹角θ，θ是α的整数倍，在夹角θ相差180°时记录机构在存储介质的同一位置处记录光栅矢量方向相反的全息图；旋转机构可以固定角α旋转的次数n＝[360°/α]-1，其中[360°/α]表示360°/α取整；α等于或大于45°。α最好能被360整除，且优选为60°。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：通过本发明所述的复用方法能在提高存储量的同时保持信噪比。在存储介质上同一位置处记录光栅矢量方向不同的全息图，即使全息图相互重合，由于光栅矢量方向相反，并不会发生串扰。并且在存储介质上设有标记位置，在存储介质的基板上设置导向槽，通过导向槽获得用于光头定位控制的伺服误差信号，使得光头跟随导向槽，并且检测导向槽中的标记位置。进一步提高了记录和读取的速度。
附图说明
图1为移位复用记录方法的原理说明。
图2为光盘介质上的交叉移位复用方法示意图(θ＝0°、180°)。
图3为光盘介质上的交叉移位复用方法示意图(θ＝60°、240°)。
图4为光盘介质上的交叉移位复用方法示意图(θ＝120°、300°)。
图5为同时具有线性平移和光盘转动的交叉移位复用方法示意图。
图6为光盘介质周向转动的复用方法示意图。
图7为盘式全息存储介质记录/再现装置的示意图
具体实施方式
本发明附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
实施例1
本实施例提供了一种盘式全息存储介质中增加存储容量的复用方法，所述存储介质为光盘，全息系统优选为离轴式，球面波优选为参考光。包括以下步骤：
S1.一束参考光和一束信号光在存储介质中的记录位置形成全息场，用于记录信号信息；
S2.利用线性移位复用方法，重复步骤S1过程，在整个存储介质中进行移位复用记录；
S3.改变存储介质的中心与光头的相对位置并重复步骤S1和S2，在存储介质同一位置处记录光栅矢量方向不同的全息图。
步骤S2中所述的线性移位复用方法包括存储介质由内向外平动或存储介质由外向内平动，形成多个平动单元，每个平动单元由多个间隔相同距离的光栅矢量组成，且每个平动单元的光栅矢量的方向相同；以及存储介质由逆时针或顺时针方向转动，转动一圈内，前后依次生成的两个平动单元所成夹角相等，且夹角的和为360°。即保持光头位置不变，通过存储介质的水平移动及转动来实现交叉移位复用。
步骤S3中存储介质中心与光头的相对位置通过固定光头位置，移动存储介质来实现，使光栅矢量方向改变固定角度，该固定角度称为交叉角α，存储介质中心与光头的相对位置改变的次数n＝[360°/α]-1；光头的位置与初始光头位置成夹角θ，θ是α的整数倍，在夹角θ相差180°时得到存储介质的同一位置处记录光栅矢量方向相反的全息图。其中，[360°/α]表示360°/α取整。即保持光头位置和存储介质移位方向不变，通过改变光盘与光头初始的相对位置来改变所记录全息光栅的矢量方向，使每一位置的光栅矢量方向不同，即使是同一位置也不会出现光栅矢量相同的现象。
交叉角α等于或大于45°。交叉角α最好能被360整除，便于存储介质的转动。本实施中交叉角α为60°，在步骤S3中，存储介质依次转动60°，转动5次，使光头与存储中心的相对位置改变5次，θ依次为60°、120°、180°、240°和300°，在光盘中最多可复用6次。
图2-4具体描述了本实施所述的复用方法，图2描述了在A(初始位置处，即θ＝0)和B(θ＝180°)处的移位复用方式，可以看出在光盘同一位置处具有光栅矢量方向相反的全息图，即使重合，也不会出现串扰。以A为例对复用方式进行说明如下，移动存储介质1使A点对准光头，并开始令其沿水平方向线性移动进行移位复用记录，然后旋转光盘并重新记录，如此重复便可以将携带信号的全息图存满整个介质，且所有全息图的光栅矢量方向沿光盘径向向外。而在B处进行移位复用时，所得的全息图光栅矢量方向将沿光盘径向向内。如图2所示，分别在A处和B处记录下的全息图，其光栅矢量方向相反，所以，在同一位置记录下的全息图即使相互重合，也不会发生串扰。
进一步扩展移位复用方法如图3和图4所示，在图4的位置C(θ＝60°)和D处(θ＝240°)进行移位复用记录，在图5的位置E(θ＝120°)和F(θ＝300°)处进行移位复用记录，移位复用记录方式与图2一样。这种可以实现不同方向移位复用相互叠加的存储方法称之为交叉移位复用方法，利用该方法在上述A至F共六个位置进行移位复用所得到的结果如图5所示。从图5所示的结果可以看到，全息图在不同位置处的光栅矢量方向不同，即使是同一位置，全息图的光栅矢量方向也不相同。
本实施例所述的方法还包括步骤S4.利用存储介质周向转动进行周向移位复用记录，在存储介质表面关于圆心对称的两个位置上进行复用记录，得到光栅矢量方向完全不同的全息图。即存储介质不进行水平线性移动，改为周向旋转。所得到的全息图光栅矢量沿圆周法线方向，且关于圆心对称的两个位置上的光栅矢量方向相反。即使相互重叠也不会发射串扰，进一步提高存储量。
图6描绘了G(θ＝90°)和H(θ＝270°)两个位置执行周向旋转移位复用方法的示意图，光头位置固定不动，将光盘的线性移动改为周向移动，分别执行了两次周向旋转移位复用记录。图6中的位置G和H处执行两次周向旋转移位复用记录，所得到的全息图光栅矢量沿圆周法线方向，且两者方向相反，并与线性移位复用所得的全息图光栅矢量方向亦不相同，所以即使复用记录的全息图相互重叠也不会发生串扰。
结合线性移位复用方法和周向移位复用方法，可以在一个光盘中总共复用八次，全息图的总复用次数可以增加到10000次以上。
在本实施例中，移位复用的起始位置由光盘上的标记点来确定，可以通过常用于光盘的导向槽和标记位置来实现。在盘基板上设置光盘导向槽，标记位置设置在导向槽中。通过导向槽获得用于光头定位控制的伺服误差信号，使得光头跟随导槽，并且检测导向槽中提供的标记。全息图的记录和再现是以标记位置作为起点，进行线性移位复用记录和周向旋转记录和再现。
读取存储信息时，用一束参考光，可在相应的记录位置上读取输入的信号信息。
实施例2
本实施例提供了一种盘式存储介质，为光盘，多个平动单元，每个平动单元由多个间隔相同距离的光栅矢量组成，且每个平动单元的光栅矢量的方向相同；各平动单元在存储介质表面形成的投影中，同一位置处具有光栅矢量方向不同的全息图。
存储介质的表面设置有标记位置，各层二维全息图阵列在存储介质表面的投影在同一标记位置处的光栅矢量方向由外到内或内到外中，同一标记位置处的光栅矢量之间成固定夹角α，α等于或大于45°。在本实施例中α为60°。
本实施例所述的盘式存储介质，可通过实施例1所述的方法来实现。
实施例3
本实施例提供了一种盘式全息存储介质记录/再现装置，用于在存储介质上记录/再现信号，如图7所示包括：记录机构，用于产生信号光和参考光，信号光和参考光在存储介质上进行干涉产生全息图；平移机构，用于驱使存储介质进行由内向外或由外向内运动的平移运动；旋转机构，用于驱使存储介质绕存储介质中心进行旋转运动；存储介质的平移运动和旋转运动使记录机构在存储介质上进行线性移位复用和周向移位复用，实现在存储介质同一位置处记录光栅矢量方向不同的全息图。
还包括光头定位机构，用于定位光头所在位置。
相应地，存储介质上设置有标记位置，全息图的记录/再现是以标记位置作为起点；在存储介质的基板上设置导向槽，通过导向槽获得用于光头定位控制的伺服误差信号，使得光头跟随导向槽，并且检测导向槽中的标记位置。
平移机构移动存储介质来改变存储介质中心与光头的相对位置，使全息图的光栅矢量的方向改变固定角度α，光头的位置与初始光头位置成夹角θ，Θ是α的整数倍，在夹角θ相差180°时记录机构在存储介质的同一位置处记录光栅矢量方向相反的全息图；旋转机构可以固定角α旋转的次数n＝[360°/α]-1；α等于或大于45°。其中，[360°/α]表示360°/α取整。α最好能被360整除，本实施例优选为60°。
本实施所述的装置可实现实施例1所说的方法，且记录后生成实施例2所述的存储介质。
需要说明的是，本发明的上述实施例主要对上述方法或结构进行了改进，其他未提及的功能、部件及结构，在需要时，可以采用现有技术中能够实现相应功能的部件及结构进行实施。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (18)

1.盘式全息存储介质中增加存储容量的复用方法，为交叉移位复用记录/再现方法，其特征在于该方法包括以下各个步骤：
S1.一束参考光和一束携带输入信息的信号光在存储介质中的记录位置形成全息场，用于记录信号信息；
S2.利用线性移位复用方法，重复步骤S1过程，在整个存储介质中进行移位复用记录；
S3.改变存储介质中心与光头的相对位置并重复步骤S1和S2，可以在存储介质同一位置处记录光栅矢量方向不同的全息图；
S4.利用存储介质周向转动进行复用记录，在存储介质表面关于圆心对称的两个位置上进行复用记录，可以得到光栅矢量方向完全不同的全息图。
S5.用同样的一束参考光，在相应的记录位置上读取输入的信号信息。
2.根据权利要求1所述的移位复用方法，其特征在于，参考光为球面波。
3.根据权利要求1所述的移位复用方法，其特征在于，参考光和信号光是离轴式结构。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的复用方法，其特征在于，在存储介质的表面设置有标记位置，全息图的记录/再现以标记位置作为起点，进行线性移位复用和周向旋转复用记录/再现。
5.根据权利要求4所述的复用方法，其特征在于，在存储介质的基板上设置有导向槽，标记位置设置在导向槽中，通过导向槽获得用于光头定位控制的伺服误差信号，使得光束跟随导向槽，并且检测导向槽中的标记位置。
6.一种盘式全息存储介质中增加存储容量的复用方法，其特征在于，在复用记录过程中，所述方法包括以下步骤：
S1.一束参考光和一束信号光在存储介质中的记录位置形成全息场，用于记录信号信息；
S2.利用线性移位复用方法，重复步骤S1过程，在整个存储介质中进行移位复用记录；
S3.改变存储介质的中心与光头的相对位置并重复步骤S1和S2，在存储介质同一位置处记录光栅矢量方向不同的全息图。
7.根据权利要求6所述的复用方法，其特征在于，步骤S2中所述的线性移位复用方法包括存储介质由内向外平动或存储介质由外向内平动，形成多个平动单元，每个平动单元由多个间隔相同距离的光栅矢量组成，且每个平动单元的光栅矢量的方向相同；以及存储介质由逆时针或顺时针方向转动，转动一圈内，前后依次生成的两个平动单元所成夹角相等，且夹角的和为360°。
8.根据权利要求6所述的复用方法，其特征在于，步骤S3中存储介质中心与光头的相对位置通过固定光头位置，移动存储介质来实现，使光栅矢量方向改变固定角度，该固定角度称为交叉角α，存储介质中心与光头的相对位置改变的次数n＝[360°/α]-1；光头的位置与初始光头位置成夹角θ，θ是α的整数倍，在夹角θ相差180°时得到存储介质的同一位置处记录光栅矢量方向相反的全息图。
9.根据权利要求8所述的复用方法，其特征在于，所述交叉角α等于或大于45°。
10.根据权利要求9所述的复用方法，其特征在于，所述交叉角α能被360整除。
11.根据权利要求10所述的复用方法，其特征在于，所述交叉角α为60°。
12.根据权利要求8-11任意一项所述的复用方法，其特征在于，所述步骤还包括：S4.利用存储介质周向转动进行周向移位复用记录，在存储介质表面关于圆心对称的两个位置上进行复用记录，得到光栅矢量方向完全不同的全息图。
13.一种盘式存储介质，其特征在于，包括多个平动单元，每个平动单元由多个间隔相同距离的光栅矢量组成，且每个平动单元的光栅矢量的方向相同；各平动单元在存储介质表面形成的投影中，同一位置处具有光栅矢量方向不同的全息图。
14.根据权利要求13所述的盘式存储介质，其特征在于，存储介质的表面设置有标记位置，各层二维全息图阵列在存储介质表面的投影在同一标记位置处的光栅矢量方向由外到内或内到外中，同一标记位置处的光栅矢量之间成固定夹角α，α等于或大于45°。
15.一种盘式全息存储介质记录/再现装置，用于在存储介质上记录/再现信号，其特征在于，包括：
记录机构，用于产生信号光和参考光，信号光和参考光在存储介质上进行干涉产生全息图；平移机构，用于驱使存储介质进行由内向外或由外向内运动的平移运动；
旋转机构，用于驱使存储介质绕存储介质中心进行旋转运动；
存储介质的平移运动和旋转运动使记录机构在存储介质上进行线性移位复用和周向移位复用，实现在存储介质同一位置处记录光栅矢量方向不同的全息图。
16.根据权利要求17所述的盘式全息存储介质记录/再现装置，其特征在于，还包括光头定位机构，用于定位光头所在位置。
17.根据权利要求18所述的盘式全息存储介质记录/再现装置，其特征在于，存储介质上设置有标记位置，全息图的记录/再现是以标记位置作为起点；在存储介质的基板上设置导向槽，通过导向槽获得用于光头定位控制的伺服误差信号，使得光头跟随导向槽，并且检测导向槽中的标记位置。
18.根据权利要求15-17任一项所述的盘式全息存储介质记录/再现装置，其特征在于，平移机构移动存储介质来改变存储介质中心与光头的相对位置，使全息图的光栅矢量的方向改变固定角度α，光头的位置与初始光头位置成夹角θ，θ是α的整数倍，在夹角θ相差180°时记录机构在存储介质的同一位置处记录光栅矢量方向相反的全息图；旋转机构可以固定角α旋转的次数n＝[360°/α]-1；α等于或大于45°。
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