CN1909076A - 全息记录装置和全息记录方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于将参考光和强度调制信号光的多个干涉条纹多次记录在全息记录介质的相同区域或彼此稍微移动的区域中的全息记录装置，包括：在强度调制之前或之后调制信号光的相位的相位调制装置；和调制在进行多次记录时使用的信号光的相位分布以便在每次进行多次记录时通过改变相位调制装置的相位分布使得相位分布彼此不同的控制装置。

Description

全息记录装置和全息记录方法
技术领域
本发明涉及一种用于在全息记录介质上记录2个光束的干涉条纹的全息记录装置和全息记录方法，尤其涉及由预先记录的干涉条纹在当前的干涉条纹记录时引起的噪声的减小。
背景技术
最近已经提出通过利用全息技术记录/再现大量数据的全息数据存储系统。在这种全息数据存储系统中，使用多次记录系统以便提高记录密度。在该全息数据存储系统中，许多独立页记录在一个区域中。多次记录系统的典型例子是角度多次记录系统，位移多次记录系统和相位编码多次记录系统，也已知多种其他系统如斑点多次记录系统。当使用这种多次记录系统时，全息数据存储系统的记录容量变得基本上与计算结果一样大。然而，由于之前干涉条纹记录引起的噪声，使得在现有环境下增加容量是不可能的。
在通过利用全息技术记录数据时，在全息记录介质上的光强在介质原点附近大，而在其他区域上的光强小，如附图5所示。顺便提及，原点附近的高强度分量称为DC分量。当使用仅进行强度调制的空间光调制器(SLM)时，光强的这种不均匀分布公知为DC分量问题。也已知对于光强分布的这种不均匀性，在记录时会产生多种问题，已经在一些公开文献中提出了一些对策，这些文献例如“Holographic Data Storage；H.J.Coufal，D.Psaltis，G.T.Sincerbox ED；Springer；p.259-269 Beam ConditioningTechniques for Holographic Recording Systems”。
对策之一是利用随机相位掩模或相位漫射片的方法。在利用随机相位掩模作为相位漫射片的方法中，光被光学元件漫射，该光学元件例如具有与SLM的像素间距一致的间距和具有0和π的相位差的随机图案，该相位差相应于SLM的像素。具有0和π的相位差的随机图案的该光学元件称为相位漫射片。当光被相位漫射片漫射时，记录介质上的光分布变得均匀，并且基本上提高了记录特性。然而，已知尽管DC分量的问题通过利用相位漫射片解决，但是图像的噪声还是如在上述公开文献的第264页的描述一样增加。
下面将描述产生噪声的原因之一。如图6A和图6B所示，在角度多次记录中，在改变参考光相对于记录介质的入射角的同时，将信号光和参考光形成的干涉条纹记录在全息记录介质50的相同记录区域中。在图6A中，信号光101和参考光201的干涉条纹记录在全息记录介质50中，这称为第一多次记录，以及在图6B中，信号光102和参考光202的干涉条纹记录在全息记录介质50中，这称为第二多次记录。当进行多次记录时，记录信号和多种噪声都被记录。下面将描述产生多种噪声的原因之一。
在图7中，附图标记4-1示出了信号光101和参考光201的干涉条纹，附图标记4-2示出了信号光102和参考光202的干涉条纹。这两组干涉条纹基本是必不可少的。另一方面，将参考图8描述产生非必要干涉条纹的原因。在干涉条纹4-1首先记录在全息记录介质50上之后，干涉条纹4-2通过利用信号光102和参考光202照射全息记录介质50而记录在全息记录介质50上。在该情况下，当进行信号光102的照射时，信号光102被首先记录在全息记录介质50上的干涉条纹4-1衍射。当信号光101和信号光102完全一致时，与参考光201一致的光可以通过该衍射产生。从而产生的与参考光201一致的光再次通过首先记录的干涉条纹4-1衍射，产生与信号光101一致的光。从而产生的与信号光101一致的光与参考光202发生干涉。结果，非必要的干涉条纹5-1与干涉条纹4-2一起被记录。顺便提及，尽管在本说明书中假定信号光101和信号光102完全一致，但实际上产生的与参考光201一致的光具有与这些信号光的相互关联成比例的强度。
发明内容
如所描述，当干涉条纹4-1和4-2通过角度多次记录系统记录在全息记录介质50中时，非必要的干涉条纹5-1被一起记录。当具有记录的干涉条纹4-1、4-2和5-1的全息记录介质50通过利用与参考信号202一致的参考信号照射该全息记录介质50而再现时，为干涉条纹5-1的衍射光的非必要信号光101与必要的信号光102作为噪声分量一起再现。当第n个信号光通过角度多次记录介质记录在全息记录介质50中时，上述现象在多次曝光的各步骤中发生，因此添加了许多噪声分量，导致再现数据的S/N比例的显著减小。
希望提供一种当进行数据的多次记录时，通过减小记录与目标干涉条纹一起的非必要干涉条纹的可能性，能够减小噪声和得到具有良好S/N比例的再现数据的全息记录装置和全息记录方法。
根据本发明的实施例，一种用于将其强度被调制的参考光和信号光的多个干涉条纹记录在全息记录介质的相同区域或稍微移动的区域中的全息记录装置，包括在强度调制之前或之后调制信号光的相位的相位调制装置，和调制在进行多次记录时使用的信号光的相位分布以便在每次进行多次记录时通过改变相位调制装置的相位分布使得相位分布彼此不同的控制装置。
在全息记录装置中，相位调制装置的相位分布可以改变以使得在进行多次记录时的每次使用的信号光之间的相位相关性基本上降低或减小到零。
相位调制装置可以是紧密附着在用于强度调制信号光的空间调制器上或设置在其附近的相位调制光学元件，或设置在与信号光光学系统的空间调制器相关的聚焦位置中的相位调制光学元件。
因而，噪声由非必要的信号(干涉条纹)的记录引起，该信号相应于将被记录在某页并入射到全息记录介质上的信号光和之前在数据记录中使用的信号光之间的相关性。因此，通过当在对于一页进行多次记录时的每次通过相位调制装置改变信号光的相位调制的条件，以便在该页的各个多次记录中使用的信号光的相位彼此不同以减小相关性以及非必要信号的记录的可能性减小，减小记录噪声成为可能。理想地，希望用于各页的记录的信号光之间的相位相关性变为零。在该情况下，有可能基本上消除记录噪声。实际上，有可能通过每一页记录时进行记录同时移动作为相位调制装置的相位调制光学元件，使在各个多次记录中使用的信号光之间的相位不同。
根据本发明的实施例，信号光的相位调制状态在多次记录的每次发生改变以使在各个多次记录中使用的信号光之间的相关性降低或变为零，由此在多次记录时减小记录除目标条纹以外的非必要条纹的可能性，从而减小记录噪声。因此，有可能得到具有良好S/N比例的再现数据。
此外，由于噪声被抑制，因此良好的S/N甚至当重复次数增加时也可以得到，从而有可能提高全息存储的记录容量。
此外，由于噪声的减小，因此有可能增加1页的信息量，由此提高数据的传送速率。
附图说明
图1示意性示出了根据本发明实施例的全息记录装置的构造。
图2说明了图1中所示的相位调制光学元件的配置的一个例子。
图3说明了图1中所示的相位调制光学元件的配置的另一例子。
图4示出了图1中所示的系统控制单元的记录控制程序的流程图。
图5示出了全息记录介质上光强分布的特性曲线。
图6A和6B说明了通过角度多次记录记录的信号光和参考光的干涉条纹。
图7说明了全息记录介质上的干涉条纹的记录，在该介质上已经记录了干涉条纹。
图8说明了通过角度多次记录记录在全息记录介质上的非必要的干涉条纹。
具体实施方式
本发明通过改变每次多次记录的信号光的相位调制状态，以便在记录介质上的记录全息图中使用的各个信号光的相位分布彼此不同以减小或消除在多次记录中使用的信号光之间的相关性，能够减小在多次记录时记录除所需条纹以外非必要的条纹的可能性，以获得具有良好S/N比例的再现数据。
实施例1
图1示意性示出了根据本发明实施例的全息记录装置的构造。全息记录装置构造为：具有产生激光的激光光源1、光阑2、分束器3、反射镜4、相位调制光学元件12、空间光调制器(SLM)5、构造信号光光学系统的透镜6、旋转反射镜8、构造参考光光学系统的透镜13、构造再现光学系统的透镜9、图像拾取装置10，和控制记录/再现操作及整个记录装置的操作的系统控制单元20。顺便提及，系统控制单元20执行多种控制，如在进行角度多次记录时相位调制光学元件的移动、数据页相对于空间光调制器5的显示和旋转反射镜8的旋转角度的改变等。然而，在下面的描述中，除了记录/再现操作以外，不详细描述系统控制单元20的单独控制操作。
现在，将描述根据本实施例的记录/再现操作。从激光光源1发射的相干激光通过光阑2入射到分束器3上，并被分束器3分为信号光100和参考光200。信号光100被反射镜4反射并通过相位调制光学元件12入射到空间光调制器5上。信号光100通过相位调制光学元件12进行相位调制以及通过显示页的空间光调制器5进行强度调制。从而已调制的信号光通过透镜6会聚到全息记录介质50上。另一方面，参考光200通过旋转反射镜8反射并通过透镜13照射全息记录介质50。因此，信号光100和参考光200在全息记录介质50中重叠，由此得到的干涉条纹记录在全息记录介质50上。每次通过改变旋转反射镜8的旋转角度而改变全息记录介质50上的入射角度时，通过改变将在空间调制器5上显示的数据页和相位调制光学元件12的相位分布，能够使数据被角度多次记录在全息记录介质50的相同记录区域(书)中。
在再现被多次记录在全息记录介质50上的数据时，数据被再现为相应于干涉条纹的衍射光，该条纹通过与参考光200一致、入射到全息记录介质50上的再现光，记录在全息记录介质50上，以及该衍射光(再现光)通过透镜9聚焦在图像拾取装置10如CCD图像传感器或CMOS图像传感器上。图像拾取装置10光电转换衍射光以得到接收信号，该接收信号通过系统控制单元20分析并再现为图像数据。在再现图像数据时，每次通过旋转旋转反射镜8改变参考光200相对于全息记录介质50的入射角时顺序再现多次记录的数据。
在上述实施例中，当数据被多次记录时，信号光100的相位通过相位调制光学元件12改变。现在对其进行描述。如图2所示，相位调制光学元件12可以设置成非常接近于SLM 5或者可以设置在下述位置中，其中通过SLM 5的信号光通过如图3所示的4f系统的透镜14和15被聚焦在信号光光学系统中。在任一种情况下，信号光100在多次记录的每次通过相位调制光学元件12进行相位调制，以使信号光之间的相位关系彼此不同。
因此，图6B中通过相位调制光学元件12调制过的信号光101和102的相位彼此不同。因此，为了记录下一个数据页，如图7所示在信号光101和参考光201的干涉条纹4-1通过角度多次记录被记录在全息记录介质50上之后，当利用信号光102和参考光202照射全息记录介质50时，信号光102通过已经记录的干涉条纹4-1发生衍射。然而，由于信号光101和102的相位分布不同，因此它们之间的相关性非常小或为零。因此，与参考光201一致并由于通过干涉条纹4-1的衍射而产生的光强非常小或为零。因此，与参考信号光101一致并通过干涉条纹4-1的衍射而产生的光强非常小或为零。从而，可以认为信号光101和参考光202的干涉条纹(噪声)5-1的强度非常小或为零。因此，甚至当利用参考光202照射全息记录介质50用于再现时，信号光102再现而基本上没有噪声，其是与信号光101一致的光。
图4是示出了图1所示的系统控制单元20的记录控制程序的流程图。在步骤S1中系统控制单元20在SLM 5上显示数据页之后，在步骤S2中通过打开光阑2利用信号光100和参考光200照射全息记录介质50以曝光介质。其后，在步骤S3中系统控制单元20关闭光阑2并改变旋转反射镜8的角度以改变在下一次曝光中的参考光200相对于全息记录介质50的入射角，然后，在步骤S4中旋转相位调制光学元件12以通过相位调制信号光100改变信号光100的相位。其后，在步骤S5中控制单元20确定是否实现了给定的重复次数。当给定的重复次数没有实现时，程序返回到步骤S1，重复步骤S1至S5中的程序以在一本书中进行角度多次记录。当在步骤S5中确定实现了给定的重复次数时，对于相同书的记录操作结束。
根据本实施例，在每次进行角度多次记录时通过相位调制光学元件12改变信号光100的相位，在将被角度多次记录的每个数据页中的信号光100之间的相关性变得非常小或基本上为零，从而除信号光以外的假的信号光的强度变得非常小或基本上为零。因此，在记录时基本上能够减小噪声。
顺便提及，本发明不限于所述实施例并且可以在本发明的范围内以其他多种方式在具体构造、功能、操作和优点方面具体化。例如，相位调制光学元件12可以是利用相位调制型液晶板的SLM(随机相位掩模)或利用折射率的表面不规则性或变化的SLM。在利用折射率的表面不规则性或变化的相位调制光学元件12的情况下，可以使用2个灰度、其它灰度或甚至连续灰度的多种元件。作为使每个数据页的相位相关性基本上为零的实际方法，可以通过组合相位调制型液晶板和Hadamard编码来实现，该编码用于相位编码多次记录中。或者，通过利用具有随机表面不规则性的固定相位掩模同时移动固定的相位掩模，有可能使数据页之间的相位相关性基本上为零。
为了最简单地解决信号光的DC分量的问题，可以使用与显示数据页的SLM的像素间距具有相同(或整数倍)间距的二进制随机相位掩模。当这种相位掩模用于本发明时，有可能防止由于DC分量引起的记录介质的动态范围的减小，并减小记录时的噪声。然而，当使用移动的相位掩模以减小噪声时，有必要使它移动精确地为像素间距的整数倍的距离，因此需要高的精度。因此，优选使用不具有像素结构的相位掩模。这种相位掩模的例子可以是具有连续值的掩模。
此外，尽管在所述实施例中描述了应用于角度多次系统的全息记录介质的例子，但是类似的优点可以通过应用多种多次系统如斑点多次系统和相位编码多次系统来得到。
本领域技术人员应当理解，多种变形、组合、部分组合、替换可以根据设计要求和其他因素来实现，只要它们处于所附权利要求或其等同物的范围内。
相关申请的交叉参考
本发明包含涉及于2005年7月19日在日本专利局递交的日本专利申请JP 2005-208817的主题，该文献的全部内容在此结合作为参考。

Claims (11)

1.一种用于将参考光和强度调制信号光的多个干涉条纹多次记录在全息记录介质的相同区域或彼此稍微移动的区域中的全息记录装置，包括：
在强度调制之前或之后调制信号光的相位的相位调制装置；和
调制在进行多次记录时使用的信号光的相位以便在每次进行多次记录时通过改变相位调制装置的相位分布使得相位彼此不同的控制装置。
2.根据权利要求1的全息记录装置，其中所述相位调制装置的相位分布在进行多次记录时的每次发生改变以至于在进行多次记录时使用的信号光之间的相位相关性减小或变为零。
3.根据权利要求1或2的全息记录装置，其中所述相位调制装置是紧密附着在用于强度调制信号光的空间调制器上或设置在其附近的相位调制光学元件，或者设置在与信号光光学系统的所述空间调制器相关的聚焦位置中的相位调制光学元件。
4.根据权利要求3的全息记录装置，其中所述相位调制光学元件通过改变表面不规则性或其折射率来改变信号光的相位。
5.根据权利要求3的全息记录装置，其中所述相位调制光学元件是能够显示具有不同相位分布的多种图案的随机相位掩模并通过显示的图案改变信号光的相位。
6.根据权利要求3的全息记录装置，其中所述相位调制光学元件不具有像素结构。
7.根据权利要求3的全息记录装置，其中所述控制装置通过控制所述相位调制光学元件的位置移动来改变所述相位调制装置的相位分布。
8.根据权利要求5的全息记录装置，其中所述控制装置通过控制在所述随机相位掩模上显示的图案来改变所述相位调制装置的相位分布。
9.根据权利要求1至8中任一权利要求的全息记录装置，其中多次记录是角度多次记录。
10.一种用于将参考光和强度调制信号光的多个干涉条纹记录在全息记录介质的相同区域或彼此稍微移动的区域中的方法，包括下述步骤：在每次进行多次记录时改变信号光的相位调制状态以便在进行多次记录中使用的信号光的相位变得彼此不同。
11.一种用于将参考光和强度调制信号光的多个干涉条纹多次记录在全息记录介质的相同区域或彼此稍微移动的区域中的全息记录装置包括：
在强度调制之前或之后调制信号光的相位的相位调制单元；和
调制在进行多次记录时使用的信号光的相位分布以便在每次进行多次记录时通过改变相位调制装置的相位分布使得相位分布彼此不同的控制单元。
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