CN1542855A - 用于存储全息数字数据的系统 - Google Patents

Abstract

一种体积全息数字数据存储系统，包括：一个光源，一个分束器，一个空间光调制器，一个包括一个光束透射区和光束吸收或反射区的光束减径器，一个第一致动器，一个第一反射镜，一个第二反射镜，一个第一透镜，一个第二致动器和一存储介质。通过利用光束减径器减小参考光束的尺寸，并通过改变光束减径器和第一或第二反射镜的位置改变参考光束在第一透镜上的入射位置，可以极大地提高全息数字数据存储系统的记录密度。

Description

用于存储全息数字数据的系统

技术领域

本发明涉及一种体积全息数字数据存储系统；进一步涉及一种能够增大全息数字数据的记录密度的体积全息数字数据存储系统。

发明背景

众所周知，对可以储存大量数据(如电影画面数据)的体积全息数字数据存储系统的需求正日益提高。因此，近来已开发出各种类型的全息数字数据存储系统，用来实现高密度光学存储容量。

体积全息数字数据存储系统允许其中包含信息的信号光束与一参考光束干涉，以在其间产生干涉图案，然后再控制干涉图案以储存其到由光折变晶体所制成的存储介质中。光折变晶体是一种在干涉图案的不同振幅和相位上会有不同反应的材料。

通过改变参考光束的入射角度(角度多路复用)和/或通过移动全息介质以改变记录区(移位多路复用)而把不同的全息图储存在同一个空间存储单元中，这样使得大量二进制数据的全息图可以逐页存储在存储介质中。

下面将参考图1描述利用角度多路复用技术的常规全息数字数据存储系统。

在图1中，示出了在一个三维全息存储介质中记录全息数据(即，干涉图案)的常规体积全息数字数据存储系统的方框图。

常规的体积全息数字数据存储系统包括一个用于产生激光束的光源100和一个用于在其中储存全息数据的全息介质110，如光折变晶体。

扩束器101扩展激光束以提供具有增大直径的平面波的准直激光束，并将扩展的激光束发送给分束器102。

在分束器102和全息介质110之间，形成有两条光路，即参考光路PS1和信号光路PS2。分束器102把扩展激光束分成两束，即沿参考光路PS1反射的参考光束和沿信号光路PS2透射的信号光束。

预备在参考光路PS1上依次放置的是一个第一和一个第二反射镜103、104以及一个第一透镜106。因此，用于在全息介质110上记录或再现全息数据的参考光束经第一和第二反射镜103、104以及第一透镜106从分束器102穿行到全息介质110。

例如，致动器105赋予第二反射镜104平移运动以改变参考光束在第一透镜106上的入射位置。然后，被第二反射镜104反射的参考光束平行于穿过两个焦点的光轴OF(图2)向透镜106传播。通过改变入射位置，参考光束的偏转角(即反射的参考光束向第一透镜106的传播方向与偏转的参考光束穿行方向之间的偏转角)也发生改变。偏转角的变化对应于参考光束向全息介质110入射的角度的变化。

同时，在信号光束传播方向上的信号光路PS2中预备一个SLM(空间光调制器)107和一个第二透镜108。

在SLM107处，根据施加到SLM107的输入数据，信号光束被逐页调制成二进制像素数据。调制的信号光束经第二透镜108穿行到全息介质110。

在采用角度多路复用技术的全息数字存储系统中，全息数据(即由信号光束和参考光束产生的各种干涉图案)被记录在全息介质110中的同一存储单元地点，同时改变参考光束在第一透镜106的入射位置以避免彼此重叠，产生参考光束彼此不同的偏转角。

再现期间，只有参考光束(最好是与记录操作时采用的参考光束一致的参考光束)从第一透镜106辐射到全息介质110上。参考光束被记录在全息介质110上的干涉图案衍射，使得可以逐页再现对应于经第三透镜112被显示在CCD(电荷耦合装置)120上图像的记录的二进制数据。

如上所述，在利用角度多路复用技术的全息数字数据存储系统中，通过改变参考光束的偏转角度，把不同的干涉图案记录在全息介质上。结果，可以在存储介质的一个位置上彼此重叠地记录大量数据。

参见图2，该图是用于描述角度选择性的示意图，该角度选择性表示在一个视角处可区分不同页的能力范围。在该图中，为了简便起见，假设两个相邻的参考光束投影到第一透镜106上，使得两束参考光束的中心设置在一条径向线段OD上。

假设∠a是第一参考光束偏转角范围内的第一偏转角，∠b是第二参考光束偏转角范围内的第二偏转角，同时差值|∠a-∠b|最小，该差值|∠a-∠b|应该大于给定值以按顺序满足角度选择性，以便区分不同的页。一般地，参考光束在第一透镜106上的相邻入射位置需要以某一定程度彼此分开以便分页。

但是，在上述全息数字数据存储系统中，因为SLM107要求每个具有特定光束尺寸的激光束产生二进制像素数据，所以通过扩束器101扩大每束激光束的尺寸像素结果是，投射到第一透镜106上的每束参考光束的尺寸具有由扩束器101给定的特定尺寸，且该尺寸限制可投射到第一透镜106上的参考光束的数量，同时满足角度选择性。因此，在常规全息数字数据存储系统中，将不可能提高存储介质的记录密度而超过一定程度。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种全息数字数据存储系统，能够通过减小参考光束的尺寸而提高全息数据记录密度。

根据本发明的一个优选实施例，提供了一种体积全息数字数据存储系统，包括：一个光源，用于产生激光束；一个分束器，用于把激光束分成信号光束和参考光束；一个空间光调制器，用于根据外界输入的数据把信号光束调制成基于逐页的二进制像素数据；一个光束选择装置，用于透射参考光束的选定部分，由此提供减小的参考光束；一个透镜，用于将减小的参考光束偏转到存储介质上；和一个反射装置，用于把从可变光阑接收到的减小的参考光束向透镜上的入射位置反射。

附图简述

通过下面结合附图对优选实施例的描述，本发明的上述及其它目的和特征将变得更加清晰，其中：

图1是常规体积全息数字数据存储系统的方框图；

图2是用于描述根据常规体积全息数字数据存储系统投射到透镜上的两束参考光束以及所要满足的两参考光束之间角度选择性的示意图；

图3表示根据本发明优选实施例的体积全息数字数据存储系统的方框图；

图4表示根据本发明优选实施例的参考光束和重叠可变光阑的透射区的所有可能位置的截面图；

图5是用于描述根据本发明优选实施例的体积全息数字数据存储系统投射到透镜上的两束参考光束以及所要满足的两参考光束之间角度选择性的简图。

优选实施例的描述

参见图3，该图示出了根据本发明优选实施例的体积全息数字数据存储系统2。

本发明的存储系统2总体上与图1所示的现有技术一致，除了其中增加了可变光阑206和第一致动器208。存储系统2中除了可变光阑206和第一致动器208以外其它部件的功能基本上与现有技术的相同。

体积全息数字数据存储系统2包括一个用于发射激光束的光源200和一个用于在其中储存全息数据的全息介质230，如光折变晶体。

扩束器201扩展光源200发出的激光束的尺寸并再将扩展的激光束发送给分束器204。

在分束器204和全息介质230之间，形成有两条光路，即参考光路PS1和信号光路PS2。分束器204把扩展激光束分成两束，即沿参考光路PS1反射的参考光束和沿信号光路PS2透射的信号光束。

预备在参考光路PS1上依次放置的是可变光阑(光束减径器)206、第一和第二反射镜210、212以及第一透镜216。即，参考光束经可变光阑206、第一和第二反射镜210、212以及第一透镜216穿行到全息介质230。

可变光阑206包括一个只允许部分参考光束从中穿过的透射区206b和一个用于吸收或反射参考光束其余部分的非透射区206a。可变光阑206最好为圆形，并且在其中心设置有透射区206b和围绕该中心区的环状非透射区206a。因而，可变光阑206用于减小参考光束的尺寸。

另外，可变光阑206最好可以通过第一致动器208在二维平面上移动，该二维平面垂直于参考光束向第一反射镜210行进的方向，由此改变减小的参考光束所投射的第一反射镜210上的投射位置。即，通过移动透射区206b的位置，使得只允许被减小尺寸的参考光束的选定部分经第一和第二反射镜210、212及第一透镜216投射到全息介质230上。

图4表示参考光束以及与其重叠的透射区206b不同位置的截面图。透射区206b的位置对应于参考光束的选定部分。例如，图4中选定部分的数量是9。通过利用可变光阑206减小参考光束的尺寸可以如下所述地提高全息介质230的记录密度。

第一反射镜210把减小的参考光束反射向第二反射镜212。然后，第二反射镜212用于把从第一反射镜210接收到的减小的参考光束在一个固定方向上(优选在平行于第一透镜216光轴O’F’(图5)的方向上)反射向第一透镜216。第二反射镜212最好可以由第二致动器214平移，即被移动、同时维持减小的参考光束向第一透镜216的入射角不变，由此调节第一透镜216上减小的参考光束入射的位置。因为参考光束的尺寸由于可变光阑206而被减小，所以入射位置的尺寸可以大大地减小。

第一透镜216偏转减小的参考光束以辐射到全息介质230上。第一透镜216上的入射位置通过驱动第一致动器208和第二致动器214而改变。因为每个入射位置的尺寸被极大地减小，并且为了分页需要将第一透镜216上相邻的入射位置以一定程度分开，所以极大地提高了全息介质230上的记录密度。

在信号光路PS2上，在信号光束的前进方向相继安置一个SLM(空间光调制器)218和一个第二透镜220。根据施加到SLM218的输入数据，SLM218把从分束器204透射的信号光束调制成基于逐页的二进制像素数据。然后，调制的信号光束经第二透镜220行进到全息介质230，在其中形成干涉图案。

在再现期间，只有参考光束(最好是与记录操作时采用的参考光束一致的参考光束)从第一透镜216辐射到全息介质230上。每束参考光束被记录在全息介质230上的干涉图案衍射，使得可以逐页再现对应于经第三透镜232被显示在CCD(电荷耦合器件)240上的图像的所记录二进制数据。

下面详细描述通过驱动第一致动器208和第二致动器214改变参考光束入射位置的过程。

首先，把可变光阑206固定在一个特定的位置，由此固定其透射区206b。沿参考光路PS1传播的参考光束的尺寸被减小，同时穿过透射区206b并到达第一反射镜210。然后，减小的参考光束被第一反射镜210反射向第二反射镜212。第二反射镜把从第一反射镜210接收到的减小的参考光束反射向第一透镜216上的入射位置。第一透镜216把减小的参考光束偏转向全息介质230。到达全息介质230的参考光束与调制的信号光束干涉，由此产生干涉图案。干涉图案被记录在全息介质230上。

之后，通过利用第二致动器214移动第二反射镜212来改变第一透镜216上参考光束的入射位置，同时保持可变光阑206透射区206b的位置。将透射区206b保持在当前的位置，直到第二反射镜212的移动结束并再被第一致动器208移动。

通过利用第一致动器208改变透射区206b的位置并通过移动第二反射镜212，可以改变参考光束在第一透镜216上的入射位置。

重复执行此过程，只要根据可变光阑206和第二反射镜212的机械运动产生的当前参考光束与前面产生的参考光束具有可区分的入射位置以便满足角度选择性即可。即第一透镜216上相邻的入射位置应该以某一程度彼此分开。

随着此过程重复次数的增加，全息数字数据存储系统的记录密度也增大。因为参考光束的尺寸(即当前参考光束和先前产生的参考光束的尺寸)由于可变光阑206而被大大地减小，所以参考光束入射位置的大小也被极大地减小。一般地，为了分页，需要将第一透镜216上相邻入射位置以一定程度彼此分开。因此，更大数量的不同参考光束可以以满足角度选择性地投射到全息介质230上。结果，可以大大地提高全息数字数据存储系统的记录密度。之后，为了在其中记录大量的全息数字数据，全息介质230线性移动，以便其中的改变记录面积。

在本发明的上述优选实施例中，虽然参考光束在第一透镜216上的入射位置的改变可以通过改变第二反射镜212的位置、同时将可变光阑206的透射区206b保持在预定的位置，但也可以通过改变透射区206b的位置并同时将第二反射镜212固定在特定的位置来改变参考光束在第一透镜216上的入射位置。在此情况下，参考光束在第一透镜216上的入射位置通过移动透射区206b来改变，从而在全息介质230的特定部位记录干涉图案。干涉图案记录在全息介质230的特定部位之后，将第二反射镜212移到另一个位置。并再通过移动透射区206b改变第一透镜216上参考光束的入射位置，直到在全息介质230的特定部分中记录上另一个干涉图案。通过此过程，也可以增大全息数字存储系统的记录密度。

在本发明优选实施例中，虽然通过以驱动连结到可变光阑206的第一致动器208的方式改变可变光阑206透射区206b的位置来改变参考光束入射到第一透镜216上的位置，但也可以通过移动可变光阑206和第一反射镜210、并以连结到第一反射镜210的第二致动器214代替第二反射镜212来改变参考光束在第一透镜216上的入射位置。在此情况下，第一反射镜210被移动，减小的参考光束向第一反射镜210入射的角度不改变。

参见图5，该图是用于描述根据本发明优选实施例投射到第一透镜216上的两束参考光束以及两参考光束之间应满足的角度选择性的示意图。在附图中，为了简便，假设相邻的两束参考光束投射到第一透镜216上，使得两参考光束的中心设置在一条径向线段O’D’上。

通过改变例如可变光阑206和第二反射镜212的位置而将第一减小的参考光束投射到第一透镜216上的第一入射位置。另外例如通过改变可变光阑206和第二反射镜212的位置而将第二减小的参考光束投射到第一透镜216的第二入射位置。

假设∠a’和∠b’与图2中的相似，差值|∠a’-∠b’|应满足角度选择性，以便使一页区分于另一页。

当参考光束的尺寸减小时，入射位置的尺寸也减小。因此，可以把更多的具有不同入射位置的减小的参考光束投射到第一透镜216上，并且满足角度选择性。

因此，通过利用可变光阑206减小参考光束的尺寸，并改变参考光束在第一透镜216上的入射位置(例如通过改变可变光阑206和第二反射镜212的位置)，本发明能够增大全息数字数据存储系统的记录密度。

虽然以上显示并描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员可以在不脱离本发明权利要求限定的精神和范围的前提下做各种改型和变化。

Claims (6)

1.一种体积全息数字数据存储系统，包括：

一个光源，用于产生激光束；

一个分束器，用于把该激光束分成信号光束和参考光束；

一个空间光调制器，用于根据外界输入的数据把该信号光束调制成基于逐页的二进制像素数据；

一个光束选择装置，用于透射该参考光束的选定部分，由此提供减小的参考光束；

一个透镜，用于将该减小的参考光束偏转到一存储介质上；和

一个反射装置，用于把从该光束选择装置接收到的该减小的参考光束反射到该透镜上的入射位置。

2.如权利要求1所述的系统，其中，该光束选择装置包括：

一个可变光阑，具有一个透射区和一个非透射区，该透射区用于仅该参考光束的选择部分，由此提供该减小的参考光束，该非透射区用于吸收或反射该参考光束的其余部分；和

一个第一致动器，用于改变该可变光阑的透射区的位置，从而改变该入射位置。

3.如权利要求2所述的系统，其中，该反射装置包括：

一个第一反射镜，用于反射从该可变光阑接收到的该减小的参考光束；和

一个第二反射镜，用于把从该第一反射镜接收到的该减小的参考光束向该透镜反射。

4.如权利要求3所述的系统，还包括一个第二致动器，用于改变该第二反射镜的位置。

5.如权利要求4所述的系统，其中，该第一致动器在二维平面上移动该可变光阑，该减小的参考光束向该第一反射镜行进的方向与该二维平面垂直，该第二致动器移动该第二反射镜，并且减小的参考光束向该第二反射镜入射的角度不变。

6.如权利要求3所述的系统，还包括一个第二致动器，用于改变该第一反射镜的位置。

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