CN115497516A - 一种全息存储光路系统及其光束校准方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种全息存储光路系统及其光束校准方法，所述光路系统包括存储介质、记录单元、成像单元和伺服单元。所述记录单元包括可移动的傅里叶透镜，通过移动该傅里叶透镜对信号光光斑和参考光光斑的位置和照射角度进行调整。所述伺服单元包括用于调节伺服光光斑的水平和竖直方向位置的校准透镜，使伺服光光斑位于与信号光和参考光最佳的相对位置上。所述光束校准的方法，包括：(1)数据全息图记录前，在存储介质的光道上的校准全息位标记处进行校准全息图的刻录；(2)数据全息图再现前，先利用校准全息图，通过调节校准透镜和第二傅里叶透镜使全息图再现信噪比最佳，再进行数据全息图的再现。

Description

一种全息存储光路系统及其光束校准方法
技术领域
本发明涉及光学存储技术领域，更具体地，涉及一种全息存储光路系统及其光束校准方法。
背景技术
全息光存储利用光波的干涉将数据页信息以全息图的形式记录在感光介质当中，相比传统光存储技术来说其具有存储容量大、数据传输速率高和寻址时间短等优点。全息光存储技术中，激光束被分为参考光和信号光两束，其中信号光通过空间光调制器透射或反射后携带数据页信息，与参考光在存储介质的感光材料层当中发生干涉并曝光形成全息图，实现信息的记录。
全息存储介质内部设有地址层，其上分布有环形或螺线形的沟槽或凸脊状光道；通过借助伺服光传感系统对环形沟槽或凸脊进行探测实现精确定位，进而实现快速方便的数据访问和存储。在全息光存储光路系统中引入伺服光路可有效提高数据的存储和检索效率。
在读取全息图时，需要用与记录时相同的参考光照射，才能再现存储在全息材料中的全息图；如果涉及到存储介质发生形变的情况，还需要调整再现参考光的照射位置和角度，使其波矢满足全息图的布拉格匹配条件，从而有效再现出信号光。此外，为保证刻录了数据的全息光盘在同一台全息光驱上或其他全息光驱上进行数据读取时，能够实现数据的完整读出，也必须对伺服光束和参考光束进行校准。因此，建立一套有效的校准系统，校准伺服光束和参考光束，使得光头在高速移动过程中能够将全息图中的数据完整读出是非常必要的。
此前由其他公司设计的全息光存储系统，无论使用的是离轴还是同轴全息技术，其伺服光路系统均不存在校准机制，使得完整读取数据难度较大且不同设备之间缺乏相容性。
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)，提供一种全息存储光路系统及其光束校准方法。
一方面，本发明提供一种全息存储光路系统，包括存储介质、记录单元、成像单元和伺服单元。
所述存储介质包括地址层和记录层，所述地址层由若干光道组成，光道上设有若干数据全息位标记和校准全息位标记；分别用于定位记录数据的全息图和校准光路的校准全息图。
所述数据全息位标记和校准全息位标记分别位于光道的不同区域。
所述记录单元，用于产生信号光和参考光，并将其分别以一定角度照射至存储介质，在存储介质的记录层干涉曝光生成全息图；所述记录单元包括信号光光路、参考光光路和用于调整信号光和参考光光束的中继透镜组；所述中继透镜组包括固定的第一傅里叶透镜和可移动的第二傅里叶透镜，通过移动第二傅里叶透镜对信号光和参考光的照射位置和角度进行调整。
所述成像单元，用于将参考光衍射成的再现光变换为数据页图像并进行采集；包括用于成像的第四傅里叶透镜和用于收集数据页图像，也就是全息图再现像，并分析衍射效率和信噪比的图像传感器。
所述伺服单元，用于确保光头在相对存储介质的移动过程中，与存储介质的距离恒定且保证信号光和参考光沿光道移动，同时伺服单元还可对记录或再现的位置进行精确定位，其包括伺服激光器、分束模块、校准透镜和信号检测模块。所述伺服激光器用于产生伺服光；所述分束模块用于透过从激光器入射到存储介质的伺服光束并反射由存储介质返回的伺服光束至信号检测模块；所述校准透镜用于调节伺服光光斑的水平和竖直方向位置；所述信号检测模块用于检测由存储介质返回的伺服光，并分析获得伺服信号。
本发明通过移动校准透镜，校准伺服光光斑的位置，通过移动第二傅里叶透镜调整参考光和信号光的照射位置和角度。记录过程中，校准透镜和第二傅里叶透镜移动到初始位置，此时伺服光汇聚于地址层，同时参考光和信号光的干涉区域有效的覆盖存储介质。读取过程中，通过移动第二傅里叶透镜，调整参考光的照射位置和角度，使全息图的衍射效率和信噪比达到极大值，并通过校准透镜校准伺服光斑，使其位于全息位标记上。如此一来，则当伺服光光斑位于全息位标记上时，再现参考光总能以最佳的信噪比将记录的数据页信息再现出来。
为了有效利用伺服激光器所出射的激光用于产生伺服信号，伺服光路中使用了分束模块对伺服光的偏振态和行进路径进行了调控。优选地，所述分束模块包括第一半波片、第一偏振分束器和1/4λ波片，所述第一半波片将伺服激光器发出的伺服光调整为p偏振的伺服光，p偏振的伺服光可完全透过第一偏振分束器，所述1/4λ波片调整从第一偏振分束器透过的p偏振伺服光为圆偏振的伺服光，并且将存储介质反射回的圆偏振的伺服光调整为s偏振的伺服光，s偏振的伺服光可完全被第一偏振分束器反射至所述信号检测模块，并进行检测分析，所述信号检测模块优选为光电探测器。
所述记录单元包括光源模块、信号加载模块和光头模块。所述光源模块输出信号光和参考光。所述信号加载模块，用于将空间光调制器中的信息加载在信号光中。所述光头模块，用于将信号光、参考光和伺服光，以一定角度入射至存储介质，信号光和参考光在存储介质上干涉曝光生成全息图。
光头模块中含有二向色镜，二向色镜反射伺服光，透射读写光，从而使伺服光与读写光合束。
其中，所述光源模块包含一路光路；所述信号加载模块包含一路光路或者两路光路；所述光头模块包含一路光路或者两路光路。
其中，当所述信号加载模块包含一路光路时，信号光光路和参考光光路在该光路重合，并且共用中继透镜组，移动第二傅里叶透镜可同时调整信号光和参考光的照射位置和角度。当所述信号加载模块包含两路光路时，信号光路和参考光光路分别包含独立的中继透镜组，移动信号光光路的第二傅里叶透镜可单独调整信号光的照射位置和角度；移动参考光光路的第二傅里叶透镜可单独调整参考光的照射位置和角度。
其中，当所述光头模块包含一路光路时，信号光光路、参考光光路和伺服光路共用一个物镜，并以垂直于存储介质表面的方向照射存储介质。当所述光头模块包括第一光路和第二光路时，第一光路与伺服光光路部分重叠。当第一光路通过参考光时为所述参考光光路，即参考光光路与伺服光光路部分重叠。此时，参考光和伺服光共用一个物镜，经该物镜以垂直于存储介质表面的方向照射存储介质。根据另一优选实施方式，第一光路通过信号光，此时，第一光路为信号光光路，即信号光光路与伺服光光路部分重叠。此时，信号光和伺服光共用一个物镜，经该物镜分别以垂直于存储介质表面的方向入射至存储介质。
本发明还提供一种光束校准方法，在数据全息图记录前，在存储介质的光道上的校准全息位标记处进行校准用全息图的刻录。数据全息图再现前，先利用校准全息图，通过调节全息存储光路系统中的校准透镜和第二傅里叶透镜以确保伺服光光斑位于校准全息位标记处，并改变参考光束的照射位置和角度使全息图再现信噪比最佳，再进行数据全息图的再现。
本发明通过图像传感器检测全息图的衍射效率和信噪比，当全息图的衍射效率和信噪比达到极大值时，认为参考光束调整到最佳。
其中，所述校准用全息图和数据全息图的刻录方法具体包括：
S11.移动校准透镜和第二傅里叶透镜至初始位置，使得伺服光光斑对焦到地址层的情况下，参考光和信号光干涉曝光生成的全息图有效地位于存储介质的记录层；
S12.固定校准透镜和第二傅里叶透镜，移动存储介质，使伺服光斑位于校准全息位标记处，在所述校准全息位标记处进行校准全息图的记录；
S13.移动存储介质，使伺服光斑位于另一个校准全息位标记处，在该校准全息位标记处记录下一个校准全息图；
S14.重复步骤S13若干次，保证成功记录多个校准全息图；
S15.移动存储介质，使伺服光斑位于数据全息位标记处，在该数据全息位标记处记录数据全息图；
S16.移动存储介质，使伺服光斑位于另一个数据全息位标记处，在该数据全息位标记处记录下一个数据全息图；
S17.重复步骤S16，进行整盘数据全息图的记录；
其中，步骤S11中校准透镜50和第二傅里叶透镜202初始位置的确定方法为：通过光路仿真设计确保伺服光光斑在存储介质6的光道所在平面上(即地址层)，同时参考光和信号光干涉区域可有效覆盖存储介质6，此时的校准透镜50和第二傅里叶透镜202所在位置为初始位置。
数据全息图再现前，移动存储介质、校准透镜和第二傅里叶透镜进行读取位置和参考光束的校准方法以及数据全息图的读取方法具体为：
S21.移动存储介质，将光头移动到校准全息位标记附近，固定校准透镜的位置；
S22.调整参考光波长并微调第二傅里叶透镜以及存储介质的位置，当校准全息位标记处的校准全息图衍射效率和信噪比达到最佳时，固定第二傅里叶透镜位置和参考光波长；
S23.移动校准透镜的位置，使伺服光斑位于校准全息位标记处，固定校准透镜的位置；
S24.移动存储介质，使伺服光斑位于下一个校准全息位标记处，并在该校准全息位标记处再现校准全息图；
S25.重复步骤S24若干次，确保固定第二傅里叶透镜、校准透镜之后，多个校准全息图的再现信噪比达到最高信噪比要求；
S26.移动存储介质，让伺服光光斑位于数据全息位标记处，并在该数据全息位标记处再现数据全息图；
S27.重复步骤S26，进行整盘数据全息图的再现。
其中，通过光电探测器检测锁轨误差信号和切向推挽信号，检测伺服光光斑的位置，当伺服光光斑位于校准全息位标记或者数据全息位标记的正中间时，锁轨误差信号和切向推挽信号均位于正负极大值之间的零值。
所述锁轨误差信号用于检测伺服光光斑偏离光道的情况，当伺服光斑位于光道中线时，锁轨误差信号为0；当伺服光斑逐渐偏离光道时，锁轨误差信号逐渐趋于极大值或极小值；当伺服光斑完全偏离光道时，锁轨误差信号变为0。
所述切向推挽信号用于检测光道的全息位标记，所述全息位标记可为缺口，当伺服光光斑位于缺口的正中时，切向推挽信号为0；当伺服光光斑逐渐偏离缺口时，切向推挽信号逐渐趋于极大值或极小值；当伺服光光斑完全偏离缺口时，切向推挽信号变为0。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明所述的全息存储光路系统设有伺服单元，通过伺服单元对存储介质上的地址进行寻址定位，将全息图存入存储介质的指定位置。读取过程中，可以通过移动第二傅里叶透镜，调整参考光的照射位置和角度，并结合波长以及存储介质的移动，使全息图的衍射效率和信噪比达到极大值。当衍射效率和信噪比优化到最大值之后，通过伺服单元中的校准透镜调整伺服光光斑的水平位置和竖直位置，可以让伺服光重新锁定全息位标记，从而确保在整个存储介质上，当伺服光盘位于全息位标记上时，参考光都能完整再现出数据页信息。通过本发明所述的校准方法，即使介质出现收缩和膨胀，也能准确读出其中的数据；同时也增强了不同设备之间，读取全息图中所存数据的相容性。
附图说明
图1为本发明一实施方式的全息存储光路系统。
图2为伺服光光斑与参考光光斑汇聚示意图。
图3为本发明另一实施方式的全息存储光路系统。
图4为伺服光光斑与信号光光斑汇聚示意图。
图5为本发明另一实施方式的全息存储光路系统。
图6为本发明另一实施方式的全息存储光路系统
图7为存储介质结构示意图。
图8为数据全息图记录时定位校准流程框图。
图9为数据全息图读取时定位校准流程框图。
图10为锁轨信号和切向推挽信号随伺服光光斑位置变化的示意图。
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。
图1示出了一种全息存储光路系统。本实施方式中的全息存储光路系统包括存储介质6，记录单元，成像单元5和伺服单元3。
所述记录单元用于产生信号光62和参考光61，并将其分别以一定角度入射至存储介质6，在存储介质6的记录层120干涉曝光生成全息图。所述记录单元包括信号光光路、参考光光路和中继透镜组。所述中继透镜组包括固定的第一傅里叶透镜201和可移动的第二傅里叶透镜202，通过移动第二傅里叶透镜202对信号光和参考光的照射位置和角度进行调整。
所述成像单元5包括相机130，所述相机130用于采集再现数据页并监测再现数据页的衍射效率和信噪比，若衍射效率和信噪比较低时，调整第二傅里叶透镜202以及存储介质6的位置，直至其达到极大值。为了将参考光所再现的数据页频域光场转换为空域光场成像，在相机130前设置一个第四傅里叶透镜103，对频域光场进行逆傅里叶变换并将空域图像投影到相机的图像传感器靶面上。
所述伺服单元3包括伺服激光器10、分束模块、可移动的校准透镜50和信号检测模块40。所述伺服激光器10用于产生伺服光70；所述分束模块用于透过从激光器入射到存储介质6的伺服光70并反射由存储介质返回的伺服光70至信号检测模块40；所述校准透镜50用于调节伺服光光斑的水平和竖直方向位置；所述信号检测模块40用于检测由存储介质6返回的伺服光，并将分析获得伺服信号。
如图2或4所示，本实施方式通过移动校准透镜50，使伺服光光斑位于地址层，即基板112的内表面。记录过程中，将第二傅里叶透镜202和存储介质6移到初始位置，保证参考光61和信号光62的干涉区域有效的覆盖存储介质；读取过程中，通过移动第二傅里叶透镜202以及存储介质6，调整参考光61的照射位置和角度，使全息图的衍射效率和信噪比达到极大值，并通过校准透镜50校准伺服光斑，使其位于全息位标记上。如此一来，则当伺服光光斑位于全息位标记上时，再现参考光总能以最佳的信噪比将记录的数据页信息再现出来。
本实施方式中，伺服单元3的分束模块具体还包括第一半波片164、第一偏振分束器173和1/4λ波片21，所述第一半波片164将伺服激光器10发出的伺服光70调整为p偏振的伺服光70，p偏振的伺服光70可完全透过第一偏振分束器173。所述1/4λ波片21调整从第一偏振分束器透过的p偏振伺服光为圆偏振的伺服光70，并且将存储介质反射回的圆偏振的伺服光调整为s偏振的伺服光70，s偏振的伺服光70可完全被第一偏振分束器173反射至所述光电探测器40，并进行检测分析。
本实施方式所述的记录单元包括光源模块1、信号加载模块2和光头模块4。
所述光源模块1用于输出信号光62和参考光61。所述信号加载模块2，用于将空间光调制器190中的数据信息加载在信号光62中。所述光头模块4，用于将信号光62、参考光61和伺服光70，以一定角度入射至存储介质6，信号光和参考光在存储介质6上干涉曝光生成全息图。
优选的，所述信号加载模块2包含一路光路，信号光光路62和参考光光路61共用中继透镜组，移动第二傅里叶透镜，可同时调整信号光和参考光的照射位置和角度。
本实施方式中所述光头模块4包含两路光路，第三偏振分束器172将p偏振方向的参考光61透射至所述第一光路，将s偏正方向的信号光反射至所述第二光路。p偏振参考光经第二半波片163之后变为s偏振的参考光。第一光路中含有二向色镜80，二向色镜反射伺服光70，透射参考光61，从而使伺服光和参考光合束。第一光路中，参考光与伺服光共用一个物镜101，经该物镜后垂直照射存储介质。第二光路中，s偏振方向的信号光经所述第三傅里叶透镜102变换到频域与存储介质的表面成一定夹角入射至存储介质6。
入射至存储介质6的具有相同s偏振方向的信号光和参考光在存储介质6的记录层120中伺服单元3所定位的记录位置干涉曝光形成全息图，完成信息的记录。
再现时，空间光调制器190无输入信号，只有参考光照射在存储介质6中记录信息的全息图上，得到的衍射光将沿原信号光在经存储介质之后的传播方向继续传播，经成像单元5采集再现出来的数据信息。
图3提供了另一实施方式，该实施方式中，所述信号加载模块2包含一路光路，信号光光路62和参考光光路61共用中继透镜组，移动第二傅里叶透镜，可同时调整信号光和参考光的照射位置和角度。
所述光头模块4包含两路光路，移除第三半波片162，则第三偏振分束器172将p偏振方向的信号光透射至所述第一光路，将s偏正方向的参考光反射至所述第二光路。第一光路中含有二向色镜80，二向色镜反射伺服光70，透射信号光62，从而将伺服光和信号光合束。第一光路中，信号光经第二半波片163后转换为s偏振；信号光与伺服光经同一个第三傅里叶透镜102后垂直入射至存储介质表面。第二光路中，s偏振方向的参考光经所述第一物镜101汇聚成参考光光斑与存储介质的水平面成一定夹角入射至存储介质6。
入射至存储介质6的具有相同s偏振方向的信号光光斑和参考光光斑在存储介质的记录层120中伺服单元所定位的记录位置干涉曝光形成全息图，完成信息的记录。
再现时，空间光调制器190无输入信号，只有参考光照射在存储介质中记录信息的全息图上，得到的衍射光将沿原信号光在经存储介质之后的传播方向继续传播，经成像单元5采集再现出来的数据信息。
本实施方式中的伺服单元和成像单元与图1所述实施方式中的伺服光路和成像单元相同，这里不再描述。
图5提供了另一实施方式，该实施方式中，所述的光源模块1包含一路光路，信号光光路和参考光光路重叠。所述信号加载模块2包含两路光路，信号光光路62和参考光光路61分别具有独立的中继透镜组，分别移动第二傅里叶透镜202、第二傅里叶透镜204，可分别调整信号光62和参考光61的照射位置和角度。
所述光头模块4包含两路光路，第一光路中含有二向色镜80，二向色镜反射伺服光70，透射参考光61，从而将伺服光和参考光合束。第一光路中，参考光光路与伺服光路共用一个物镜101，经该物镜后以垂直于存储介质表面的方向照射存储介质。第二光路中，信号光经所述第三傅里叶透镜102汇聚成信号光光斑与存储介质的水平面成一定夹角入射至存储介质6。
入射至存储介质6的具有相同p偏振方向的信号光光斑和参考光光斑在存储介质的记录层120中伺服单元所定位的记录位置干涉曝光形成全息图，完成信息的记录。
再现时，空间光调制器190无输入信号，只有参考光照射在存储介质中记录信息的全息图上，得到的衍射光将沿原信号光在经存储介质之后的传播方向继续传播，经成像单元5采集再现出来的数据信息。
本实施方式中的伺服单元和成像单元与图1所述实施方式中的伺服光路和成像单元相同，这里不再描述。
图6提出了另一种实施方式，该实施方式中，所述的光源模块1包含一路光路，信号光光路和参考光光路重叠。所述信号加载模块2包含一路光路，信号光光路62和参考光光路61共用中继透镜组，移动第二傅里叶透镜202，可同时调整信号光62和参考光61的照射位置和角度。
所述光头模块4包含一路光路，光头模块含有二向色镜80，二向色镜反射伺服光70，透射参考光61或信号光62，从而将伺服光与参考光和信号光合束。信号光光路、参考光光路和伺服光路共用一个物镜，经该物镜后以垂直于存储介质表面的方向照射存储介质。
入射至存储介质6的具有相同p偏振方向的信号光光斑和参考光光斑在存储介质的记录层120中伺服单元所定位的记录位置干涉曝光形成全息图，完成信息的记录。
再现时，空间光调制器190无输入信号，只有参考光照射在存储介质中记录信息的全息图上，得到的衍射光将沿原信号光方向原路返回，被信号加载模块中的第二偏振分束器171反射至成像单元模块5，经成像单元采集再现出来的数据信息。
本实施方式中的伺服单元与图1所述实施方式中的伺服光路相同，这里不再描述。
上述实施方式中的存储介质为光盘，如图7所示包括依次层叠设置的第一基板111、记录层120和第二基板112，所述第二基板112在靠近记录层120表面刻有凹凸结构的地址层113。地址层113的凹凸结构形成若干光道，凹凸结构上设有用于伺服光定位记录位置和再现位置的数据全息位标记114、校准全息位标记114和起始标记。其中，所述数据全息位标记和校准全息位标记均为光道上的一个缺口。所述数据全息位标记和校准全息位标记分别位于光道的不同区域。
数据读取过程中，上述实施方式中的全息存储光路系统通过以下方式实现伺服光光斑、参考光光斑和信号光光斑相对位置的校准。
参照图8，在记录全息图前，进行校准用全息图和数据全息图的刻录。包括以下步骤：
S11.移动校准透镜50和第二傅里叶透镜202至初始位置，使得伺服光光斑对焦到地址层113的情况下，参考光61和信号光62干涉曝光生成的全息图有效地位于存储介质的记录层120；
S12.固定校准透镜50和第二傅里叶透镜202，移动存储介质6，使伺服光斑位于校准全息位标记处，在所述校准全息位标记处进行校准全息图的记录，
S13.移动存储介质6，使伺服光斑位于另一个校准全息位标记处，在该校准全息位标记处记录下一个校准全息图；
S14.重复步骤S13若干次，保证成功记录多个校准全息图；
S15.移动存储介质，使伺服光斑位于数据全息位标记处，在该数据全息位标记处记录数据全息图；
S16.移动存储介质，使伺服光斑位于另一个数据全息位标记处，在该数据全息位标记处记录下一个数据全息图；
S17.重复步骤S16，进行整盘数据全息图的记录；
其中，步骤S11中校准透镜50和第二傅里叶透镜202初始位置的确定方法为：通过光路仿真设计确保伺服光光斑在存储介质6的光道所在平面上(即地址层)，同时参考光和信号光干涉区域可有效覆盖存储介质6，此时的校准透镜50和第二傅里叶透镜202所在位置为初始位置。
参照图9，数据全息图再现前，移动存储介质6、校准透镜50和第二傅里叶透镜202进行读取位置和参考光束的校准方法以及数据全息图的读取方法具体为：
S21.移动存储介质6，将光头4移动到校准全息位标记附近，固定校准透镜50的位置；
S22.调整参考光61波长并微调第二傅里叶透镜202以及存储介质6的位置，当校准全息位标记处的校准全息图衍射效率和信噪比达到最佳时，固定第二傅里叶透镜202和存储介质的位置以及参考光61的波长；
S23.移动校准透镜50的位置，使伺服光斑位于校准全息位标记处，固定校准透镜50的位置；
S24.移动存储介质6，使伺服光斑位于下一个校准全息位标记处，并在该校准全息位标记处再现校准全息图；
S25.重复步骤S24若干次，确保固定第二傅里叶透镜202、校准透镜50之后，多个校准全息图的再现信噪比达到最低信噪比要求；
S26.移动存储介质6，让伺服光光斑位于数据全息位标记处，并在该数据全息位标记处再现数据全息图；
S27.重复步骤S26，进行整盘数据全息图的再现。
其中，如图10所示，通过光电探测器检测锁轨误差信号和切向推挽信号，检测伺服光光斑的位置，当伺服光光斑位于校准全息位标记或者数据全息位标记的正中间时，锁轨误差信号和切向推挽信号均位于正负极大值之间的零值。
所述锁轨误差信号用于检测伺服光光斑偏离光道的情况，当伺服光斑位于光道中线时，锁轨误差信号为0；当伺服光斑逐渐偏离光道时，锁轨误差信号逐渐趋于极大值或极小值；当伺服光斑完全偏离光道时，锁轨误差信号变为0。
所述切向推挽信号用于检测光道的全息位标记，所述全息位标记可为缺口，当伺服光光斑位于缺口的正中时，切向推挽信号为0；当伺服光光斑逐渐偏离缺口时，切向推挽信号逐渐趋于极大值或极小值；当伺服光光斑完全偏离缺口时，切向推挽信号变为0。
显然，本发明的上述实施方式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 (17)

1.一种全息存储光路系统，其特征在于，包括
存储介质，所述存储介质包括地址层和记录层；
所述地址层由若干光道组成，光道上设有若干数据全息位标记和校准全息位标记，分别用于定位记录数据的数据全息图和校准光路的校准全息图；
记录单元，用于产生信号光和参考光，并将其分别以一定角度照射至存储介质，在存储介质的记录层干涉曝光生成全息图；所述记录单元包括信号光光路、参考光光路和用于调整信号光和参考光的中继透镜组；
所述中继透镜组包括固定的第一傅里叶透镜和可移动的第二傅里叶透镜，通过移动第二傅里叶透镜对信号光和参考光的照射位置和角度进行调整；
成像单元，用于将参考光衍射出来的再现信号光变换为数据页图像并进行采集；包括用于成像的第四傅里叶透镜和用于收集数据页图像并分析衍射效率和信噪比的图像传感器；
伺服单元，确保记录单元的光头在相对存储介质的移动过程中，与存储介质的距离恒定且保证信号光和参考光沿光道移动，同时伺服单元还可对记录或再现的位置进行精确定位，包括伺服激光器、分束模块、校准透镜和信号检测模块；
所述伺服激光器用于产生伺服光；所述分束模块用于透过从激光器入射到存储介质的伺服光束并反射由存储介质返回的伺服光束至信号检测模块；所述校准透镜用于调节伺服光光斑的水平和竖直方向位置；所述信号检测模块用于检测由存储介质返回的伺服光，并分析获得伺服信号。
2.根据权利要求1所述的全息存储光路系统，其特征在于，所述分束模块包括半波片、偏振分束器和1/4λ波片，所述半波片将伺服激光器发出的伺服光调整为p偏振方向的伺服光，所述偏振分束器透过p偏振方向的伺服光，所述1/4λ波片调整从偏振分束器透过的p偏振伺服光为圆偏振的伺服光，并且将存储介质反射回的圆偏振的伺服光调整为s偏振方向的伺服光，所述偏振分束器反射s偏振方向的伺服光至信号检测模块，所述信号检测模块对反射回的s偏振伺服光进行检测与分析。
3.根据权利要求2所述的全息存储光路系统，其特征在于，所述记录单元包括
光源模块，用于输出信号光和参考光；
信号加载模块，用于将空间光调制器中的信息加载在信号光中；
光头模块，用于将信号光、参考光和伺服光，以一定角度入射至存储介质，信号光和参考光在存储介质上干涉曝光生成全息图。
4.根据权利要求3所述的全息存储光路系统，其特征在于，信号加载模块包含一路光路，信号光光路和参考光光路在该光路重合，并且共用中继透镜组。
5.根据权利要求3所述的全息存储光路系统，其特征在于，信号加载模块包含两路光路，分别对应信号光光路和参考光光路，且分别具有独立的中继透镜组。
6.根据权利要求3所述的全息光存储光路系统，其特征在于光头模块中含有二向色镜，二向色镜反射伺服光，透射读写光，从而使伺服光与读写光合束。
7.根据权利要求6所述的全息存储光路系统，其特征在于，所述光头模块包括第一光路和第二光路，第一光路通过参考光为参考光光路，参考光光路与伺服光光路至少部分重叠，参考光和伺服光通过同一物镜后垂直照射存储介质。
8.根据权利要求6所述的全息存储光路系统，其特征在于，所述光头模块包括第一光路和第二光路，第一光路通过信号光为信号光光路，信号光光路与伺服光光路至少部分重叠，信号光和伺服光通过同一物镜后垂直照射存储介质。
9.根据权利要求6所述的全息存储光路系统，其特征在于，所述光头模块包含一条光路，信号光光路和参考光光路在该光路重合，在该光路中信号光、参考光和伺服光共同通过同一物镜后垂直照射存储介质。
10.一种应用于权利要求1-9任一项所述全息存储光路系统的光束校准方法，其特征在于，所述方法包括：
S1.数据全息图记录前，在存储介质的光道上的校准全息位标记处进行校准全息图的刻录；和
S2.数据全息图再现前，先利用校准全息图，通过调节全息存储光路系统中的第二傅里叶透镜以改变参考光束的照射位置和角度以保证全息图再现信噪比最佳，同时调节校准透镜以确保伺服光光斑位于校准全息位标记处，再进行数据全息图的再现。
11.根据权利要求10所述的光束校准方法，其特征在于，通过图像传感器检测全息图的衍射效率和信噪比，当全息图的衍射效率和信噪比达到极大值时，认为参考光束调整到最佳。
12.根据权利要求11所述的光束校准方法，其特征在于，所述校准全息图和数据全息图的刻录方法包括如下步骤：
S11.移动校准透镜和第二傅里叶透镜至初始位置，使得伺服光光斑对焦到地址层的情况下，参考光和信号光干涉曝光生成的全息图有效地位于存储介质的记录层；
S12.固定校准透镜和第二傅里叶透镜，移动存储介质，使伺服光斑位于校准全息位标记处，在所述校准全息位标记处进行校准全息图的记录，
S13.移动存储介质，使伺服光斑位于另一个校准全息位标记处，在该校准全息位标记处记录下一个校准全息图；
S14.重复步骤S13若干次，保证成功记录多个校准全息图；
S15.移动存储介质，使伺服光斑位于数据全息位标记处，在该数据全息位标记处记录数据全息图；
S16.移动存储介质，使伺服光斑位于另一个数据全息位标记处，在该数据全息位标记处记录下一个数据全息图；
S17.重复步骤S16，进行整盘数据全息图的记录。
13.根据权利要求12所述的光束校准方法，其特征在于，步骤S11中校准透镜50和第二傅里叶透镜202初始位置的确定方法为：通过光路仿真设计确保伺服光光斑在存储介质6的光道所在平面上，同时参考光和信号光干涉区域可有效覆盖存储介质6，此时的校准透镜50和第二傅里叶透镜202所在位置为初始位置。
14.根据权利要求13所述的光束校准方法，其特征在于，数据全息图再现前，移动存储介质、校准透镜和第二傅里叶透镜进行伺服光束和参考光束的校准，包括如下步骤：
S21.移动存储介质，将光头移动到校准全息位标记附近，固定校准透镜的位置；
S22.调整参考光波长并微调第二傅里叶透镜以及存储介质的位置，当校准全息位标记处的校准全息图衍射效率和信噪比达到最佳时，固定第二傅里叶透镜位置和参考光波长；
S23.移动校准透镜的位置，使伺服光斑位于校准全息位标记处，固定校准透镜的位置；
S24.移动存储介质，使伺服光斑位于下一个校准全息位标记处，并在该校准全息位标记处再现校准全息图；
S25.重复步骤S24若干次，确保固定第二傅里叶透镜、校准透镜之后，多个校准全息图的再现信噪比达到最高信噪比要求；
S26.移动存储介质，让伺服光光斑位于数据全息位标记处，并在该数据全息位标记处再现数据全息图；
S27.重复步骤S26，进行整盘数据全息图的再现。
15.根据权利要求11-14任一项所述的光束校准方法，其特征在于，通过光电探测器检测锁轨误差信号和切向推挽信号，检测伺服光光斑的位置，当伺服光光斑位于校准全息位标记或者数据全息位标记的正中间时，锁轨误差信号和切向推挽信号均位于正负极大值之间的零值。
16.根据权利要求15所述的光束校准方法，其特征在于，所述锁轨误差信号用于检测伺服光光斑偏离光道的情况，当伺服光斑位于光道中线时，锁轨误差信号为0；当伺服光斑逐渐偏离光道时，锁轨误差信号逐渐趋于极大值或极小值；当伺服光斑完全偏离光道时，锁轨误差信号变为0。
17.根据权利要求15所述的光束校准方法，其特征在于，所述切向推挽信号用于检测光道的全息位标记，当所述全息位标记为缺口，当伺服光光斑位于缺口的正中时，切向推挽信号为0；当伺服光光斑逐渐偏离缺口时，切向推挽信号逐渐趋于极大值或极小值；当伺服光光斑完全偏离缺口时，切向推挽信号变为0。
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