CN1534629A - 全息只读存储器系统的环形棱镜 - Google Patents

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Abstract

一种在全息存储媒体上存储关于干涉图的数据的全息系统包括发射激光束的光源、分束器、调制装置和折射材料。该分束器将激光束分割为参考束和信号束的分束器，该调制装置调制信号束以产生调制的信号束。该折射材料折射参考束以产生折射的参考束，其中在全息存储媒体中折射的参考束与调制的信号束干涉以产生干涉图。

Description

全息只读存储器系统的环形棱镜
技术领域
本发明涉及全息ROM(只读存储器)系统，更具体地说，涉及全息ROM系统的环形棱镜，它的折射率可调节以增强记录和读取效率。
背景技术
常规的全息存储器系统在全息存储媒体中存储关于信号束和参考束的干涉图的信息，该存储媒体对干涉图的幅值敏感。常规的全息存储器系统通常利用页面定向的存储方法。输入装置比如SLM(空间光调制器)以二维阵列的形式(称为页)提供记录数据，同时检测器阵列比如CCD照相机用于在读出时检索所记录的数据页。还提出了其它的结构体系，其中利用逐位记录替代页面定向方法。但是，所有的这些系统都具有一个共同的缺陷，即要求记录大量的分离的全息图以填充存储器的容量。使用兆位大小的阵列的典型页面定向系统要求记录成百上千的全息页面的记录以实现100GB或更多的容量。即使全息暴光时间为毫秒级，要求填充100GB数量级的存储器的总的记录时间仍然容易地达到至少几十分钟(如果没有1小时的话)。因此，已经研制出了如附图1A中所示的另一常规的全息ROM(只读存储器)系统，在这种系统中制造100GB数量级的容量的盘所需要的时间可以减小到1分钟以内，可能减小到秒的量级。
附图1A的常规的全息ROM系统包括光源100、第一和第二半波片(HWP)102和112、扩展单元104、偏振分束器(PBS)106、偏振器108和114、反光镜110、116和116′、全息存储媒体120、面罩122和锥形反光镜118。
光源100发射恒定的波长(例如532纳米的波长)的激光束。仅一种类型的线性偏振(例如P-偏振或S-偏振)的激光束提供给HWP 102。HWP 102旋转激光束的偏振θ度(可取45°)。然后，偏振旋转的激光束被反馈给扩展单元104以将激光束的束尺寸扩展到预定的大小。此后，将经扩展的激光束提供给PBS 106。
通过反复淀积具有不同的折射率的至少两种类型的材料制造的PBS106用于穿透一种类型的偏振的激光束，例如P-偏振束，同时反射另一类型的偏振的激光束，例如S-偏振束。因此PBS 106将扩展的激光束分别分割为具有不同的偏振度的透射的激光束(在下文中称为信号束)和反射的激光束(下文中称为参考束)。
将例如P-偏振的信号束反馈给偏振器108，该偏振器108从信号束中消除不好的偏振分量，由此仅允许它的纯P-偏振分量穿透其中。然后具有好的或纯的偏振的信号束由反光镜110反射。此后，反射的信号束通过面罩122投影在全息存储媒体120上。提供用于记录的数据模式的面罩122用作输入装置，例如空间光调制器(SLM)。
在另一方面，参考束反馈给HWP 112。HWP 112转换参考束的偏振以使它变为与信号束的偏振相同。然后，将参考束提供给偏振器114，在偏振器114中进一步纯化参考束的偏振。好的或纯的偏振的参考束由反光镜116和116′反射。此后，将参考束投影到通过支架(未示)固定的锥形反光镜118(锥形反光镜118是这样的一个圆锥：具有圆形基部，在圆形底部和锥部之间具有预先设定的底角)上。如附图1B所示，参考束以锥形束的形式通过锥形反光镜118朝全息存储媒体120反射。在全息存储媒体120上的反射的参考束的入射角度由锥形反光镜118的底角确定。
固定锥形反光镜118的支架优选安装在锥形反光镜118的底部侧上，以防止参考束被支架阻挡。由于支架放置在锥形反光镜118的底部侧上，因此它通常通过全息存储媒体120的中心开孔124安装。
全息存储媒体120是记录数据模式的盘形材料。盘形大小的面罩122提供存储在全息存储媒体120中的数据模式。通常通过以入射平面波(即信号束)照射面罩122并通过使用从相反侧面入射的参考束以在反射几何结构中记录全息图，将衍射图记录在全息存储媒体120中。选择锥形束形以接近在全息存储媒体120的所有位置上具有恒定的径向角度的平面波参考束，以使通过固定角度的窄平面波可以局部地读取全息图，同时全息存储媒体120在重播的过程中旋转。此外，通过使用具有不同的底角的锥形反光镜118可以实现角度多路复用(参见“Holographic ROMsystem for high-speed replication”，2002 IEEE，by Ernest Chuang，等人)。
通过使用上述的方案，制造全部记录100GB级容量的盘所需的时间可以减小到小于1分钟，可能为秒的量级。
然而，在常规的全息ROM系统中具有如下的几个关键问题：
首先，常规的全息ROM系统需要不同的锥形反光镜，每个都具有不同的底角和不同的尺寸以用于角度多路复用。然而，很难制造这种锥形反光镜，每个反光镜具有新的底角和新的尺寸。即使制造了这些锥形反光镜，常规的全息ROM系统仍然存在这样的事实：根据对应的锥形反光镜的新的底角和新的尺寸需要不方便地利用不同的方法来固定每个锥形反光镜。此外，为了以一个锥形反光镜替换另一个锥形反光镜，要求特定的替换方法，其中该方法要考虑两个锥形反光镜的底角和尺寸。
此外，由于参考束由锥形反光镜118反射，锥形反光镜118的锥形表面必须均匀地涂敷。然而，很难均匀地涂敷锥形反光镜的锥形表面。
尤其是，全息存储媒体120的光栅紧密地形成，因为在全息存储媒体120上的反射的参考束和信号束之间的角度接近直角。在紧密地形成光栅时，吸收进全息存储媒体120的能量的数量变大以致重构的图像变暗且不清楚。常规的全息ROM系统具有非常紧密的光栅空间，由此降低了重构的图像的读的可靠性。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种通过使用折射材料增强记录和读取的效率的全息ROM系统，其中折射材料容易固定和更换以用于角度多路复用。
根据本发明的一种优选实施例，提供一种在全息存储媒体上存储关于干涉图的数据的全息系统，其中包括发射激光束的光源；将激光束分割为参考束和信号束的分束器；调制信号束以产生调制的信号束的装置；和折射参考束以产生折射的参考束的折射材料，其中在全息存储媒体中折射的参考束与调制的信号束干涉以产生干涉图。
附图说明
通过下文对在附图中给出的优选的实施例的描述，本发明的上述和其它的目的和特征将会清楚，在附图中：
附图1A和1B所示为常规的全息ROM系统及其记录机构；
附图2提供了根据本发明的优选实施例的全息ROM系统；
附图3所示为在附图2中所示的全息ROM系统的记录机构；
附图4所示为本发明的环形棱镜的透视图；和
附图5所示为取决于Pbo含量的折射率的曲线图。
具体实施方式
附图2所示为根据本发明的优选实施例的全息ROM(只读存储器)系统，附图3代表在附图2中所示的全息ROM系统的记录机构。本发明的全息ROM系统包括光源200、第一和第二半波片(HWP)202和212、扩展单元204、偏振分束器(PBS)206、偏振器208和214、反光镜210、216和216′、面罩222、全息存储媒体220和棱镜218。
除了本发明的全息ROM系统包括棱镜218而不是锥形反光镜118以外，本发明的全息ROM系统的结构与在附图1中所示的常规的全息ROM系统的结构基本相同。
从光源200发射的激光束通过HWP 202和扩展单元204提供给PBS206，然后在PBS 206中分割为信号束和参考束。信号束通过偏振器208，通过反光镜210反射，然后通过面罩222调制以提供给全息存储媒体220。参考束通过HWP 212和偏振器214，通过反光镜216和216′反射，然后在棱镜218中折射。此后，折射的参考束锥形地扩散到全息存储媒体220中并与调制的信号束干涉，由此产生干涉图。
根据斯涅尔定律(Snell’s law)参考束在通过棱镜218的同时折射两次。更具体地说，在投影到棱镜218中时参考束折射第一次，然后在从棱镜218中输出时再折射一次。
棱镜218是一种如在附图4中所示的环形的折射材料，即光学玻璃，它由Pbo和SiO2制成。
环形棱镜218是具有内部通道的被切去顶部的锥形，其中内部通道形成有入射表面218a和投影表面218b，每个表面都是平滑的表面。入射表面218a相对于对称轴Opaxis倾斜预定的梯度并面对着反光镜216′，同时投影表面218b相对于Opaxis倾斜预先设定的梯度并面对全息存储媒体220，如在附图4中所示。参考束从反光镜210提供给入射表面218a和折射的参考束从投影表面218b朝全息存储媒体220输出。
因此，折射的参考束的光学路径取决于环形棱镜218的投影表面218b的梯度和环形棱镜218的折射率两者。
本发明的全息ROM系统可以包括用于角度多路复用的多个环形棱镜，其中每个环形棱镜除了它的投影表面218的梯度以外与环形棱镜218相同。因此，每个环形棱镜通过使用支架(未示)常规地固定并通过单种更换方法简单地更换。
同时，折射的参考束的光学路径也取决于环形棱镜218的折射率。环形棱镜218的折射率取决于Pbo的含量，如附图5所示。即，通过改变环形棱镜218的折射率本发明的全息ROM系统可以实现角度多路复用，而不改变环形棱镜218的投影表面218b的梯度，此外，通过使用支架(未示)还能够常规地固定每个环形棱镜并通过单一更换方法以一个环形棱镜简单地更换另一个环形棱镜，因为每个环形棱镜具有不同的折射率但具有相同的形状。
根据本发明，在全息存储媒体220中在折射的参考束和调制的信号束之间的角度不接近直角但接近平角，因此以较高的分辨率重构了图像。即，本发明的全息ROM系统比常规的全息ROM系统具有更高的读可靠性。
虽然环形的棱镜218的正面的形状采用如在附图2至4中所示的梯形，但还可以是方形、矩形等。
在不改变环形棱镜218的折射率但改变环形棱镜218的投影表面218b的梯度的情况下，可以通过给SiO2中增加Na2O而不是PbO来制造环形棱镜218。
虽然结合优选的实施例已经示出并描述了本发明，但是本领域的普通技术人员应该理解的是在不脱离如在后面的权利要求所界定的本发明的精神和范围的前提下可以做出各种改变和修改。

Claims (5)

1.一种在全息存储媒体上存储关于干涉图的数据的全息系统，包括：
发射激光束的光源；
将激光束分割为参考束和信号束的分束器；
调制信号束以产生调制的信号束的装置；和
折射参考束以产生折射的参考束的折射材料，其中在全息存储媒体中折射的参考束与调制的信号束干涉以产生干涉图。
2.权利要求1所述的系统，其中折射材料是环形棱镜以使折射的参考束锥形地扩散在全息存储媒体上。
3.权利要求2所述的系统，其中折射的参考束的光学路径取决于所述折射材料的折射率。
4.权利要求3所述的系统，其中所述折射材料由PbO-SiO2制成。
5.权利要求4所述的系统，其中所述折射材料的折射率取决于PbO-SiO2中PbO的含量。
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