CN210667780U - 一种单臂结构的全息数据存储装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种单臂结构的全息数据存储装置，属于光全息存储技术领域。本实用新型公开的方法将参考臂与信号臂的一部分集成在一起形成一种单臂结构，这种结构不但可以减少光学和机械元件的数量，在不降低性能的情况下缩小系统体积、降低成本；且信号光束和参考光束共用同一中继透镜，使得环境干扰对两个光束的影响相等，提高了整个系统的稳定性。
Description
技术领域
本实用新型涉及光全息存储技术领域，更具体地，涉及一种单臂结构的全息数据存储装置。
背景技术
为了利用球面参考光束进行移位复用全息存储，将激光作为光源，通过分束器分为信号光束和参考光束，这些光束将通过不同的光路，然后在存储介质上进行干涉，形成全息图，记录信息，具体如图1所示。
图1是传统双臂结构数据存储装置的光学系统结构图。激光器发射的激光经过扩束调整偏振方向后，由偏振分束器分束，透射的信号光束由空间光调制器加载输入信号后经过中继透镜成像；反射的参考光束经聚光调整偏振方向，经中继透镜处理，信号光束与参考光束以一定夹角入射存储介质发生干涉形成全息图。在该系统中，信号光通过信号臂进行处理，参考光通过参考臂进行处理，为两臂物理分离的全息存储系统，这种物理上具有两个臂的光学系统在紧凑性和抗干扰稳定性方面存在缺陷，是实际应用中急需解决的关键问题。
实用新型内容
本实用新型公开了一种紧凑稳定的单臂结构的全息存储系统，将信号臂与参考臂的一部分集成在一起，并采用球面波参考光移位复用的方法进行全息存储。光学系统中有两个偏振分束器分别作为合束器和分束器，先后对参考和信号光进行合束和分束操作，在合束器和分束器之间有一个包含滤波器的中继透镜组，可以对空间光调制器上的图案进行传递和滤波，在采用傅里叶全息技术时，该滤波器还能控制存储介质上全息图的大小。并且，中继透镜组中的一个透镜被固定在可以沿光轴方向或移位复用方向移动的执行器上，如果由于介质温度变化等原因导致读出与记录时条件不同，通过控制这个执行器来弥补误差，该执行器仅在读出过程中操作进行操作。
因为中继透镜由信号光和参考光共用，这种光学系统被称为“单臂结构”。采用单臂结构不但可以减少光学和机械元件的数量，从而在不降低性能的情况下缩小系统体积、降低成本，还因为信号光束和参考光束共用同一中继透镜，使得环境干扰对两个光束的影响相等，即提高了系统的稳定性。
具体地，所述单臂结构的全息数据存储装置包括激光输出单元、合束单元、参考臂和分束单元，激光输出单元用于输出光，并对光进行扩束处理；经扩束处理后的光射入合束单元，将输入的光转化为同轴的具有正交偏振方向的信号光束和参考光束，并将其输出到分束单元；分束单元将接收到的信号光束和参考光束进行分离，参考光束束进入参考臂，信号光束入射到存储介质；参考臂对参考光束进行调整后入射到存储介质；信号光束和参考光束在存储介质上发射干涉形成全息图，将信息记录在存储介质中。
还包括信号再现单元，用于读取存储在存储介质的信号。
优选地，激光输出单元包括光源发射器、扩束器、第一半波片，光源发射器发射出的光先经扩束器和第一半波片处理，然后入射至合束单元，第一半波片用于调整信号光束与参考光束的光强比。
优选地，合束单元包括合束器、空间光调制器、第一反射镜和中继透镜组，合束器先将激光输出单元射入的光分为偏振方向正交的参考光束和信号光束，信号光束由第一反射镜反射后由空间光调制器加载输入调制信号，调制的信号光束束与参考光束束在合束器汇合，一起通过中继透镜组，然后入射至分束单元。
作为替代方案，合束单元包括合束器、空间光调制器、第一反射镜、第一四分之一波片、第二四分之一波片和中继透镜组，合束器先将激光输出单元射入的光分为偏振方向正交的参考光束和信号光束，信号光束经第一反射镜反射和第一四分之一波片两次透射后，偏振方向变为与参考光束偏振方向一样，并被合束器反射，然后通过第二四分之一波片后由空间光调制器加载输入信号并反射，调制后的信号光束再次通过第二四分之一波片后重新入射合束器，并与反射参考光束进行合束，一起通过中继透镜组，再入射至分束单元。
所述中继透镜组中间设有低通滤波器，对信号光束进行滤波。
所述合束器为具有偏振选择特性的光学元件，为第一偏振分束器。
优选地，分束单元包括分束器和第一傅里叶透镜，经合束单元入射的信号光束和参考光束由分束器分离，信号光束射入第一傅里叶透镜，再入射至存储介质，参考光束束入射至参考臂。
所述分束器为具有偏振选择特性的光学元件，为第二偏振分束器。
优选地，参考臂包括第二反射镜和第二半波片，入射的参考光束束经第二反射镜后，由第二半波片调整偏振方向，使其与信号光束相同，然后入射至存储介质。
优选地，信号再现单元包括第二傅里叶透镜和光电探测器，参考光束照射在存储介质中记录信息的全息图上，得到的衍射光沿原信号光束方向将输入信息再现出来，经第二傅里叶透镜处理后，由光电探测器读取。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：单臂结构的全息存储装置不但可以减少光学和机械元件的数量，能在不降低性能的情况下缩小系统体积、降低成本；且信号光束和参考光束共用同一中继透镜，环境干扰对两个光束的影响相等，提高了系统的整体稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示，本实用新型的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。
图1为传统两臂结构的全息数据存储装置。
图2为本申请施例提供的一种基于DMD的单臂结构全息数据存储。
图3为本申请施例提供的一种基于LCD的单臂结构全息数据存储。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型附图仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制。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
图2为本实施例提供的一种基于数字微镜设备(DMD)的单臂结构全息存储系统，主要元件如下：光源发射器10；扩束器20；第一、第二半波片31、32；第一、第二偏振分束器41、42；第一、第二反射镜51、52；空间光调制器60；参考光束70；信号光束80；中继透镜90；低通滤波器100；第一、第二傅里叶透镜111、112；聚光透镜120；存储介质130；光电探测器140。
本实施例采用的单臂结构的全息数据存储装置包括激光输出单元1、合束单元2、参考臂4、分束单元3和信号再现单元5，激光输出单元1用于输出光，并对光进行扩束处理；经扩束处理后的光射入合束单元2，将输入的光转化为同轴的具有正交偏振方向的信号光束和参考光束，并将其输出到分束单元3；分束单元3将接收到的信号光束和参考光束进行分离，参考光束束进入参考臂4，信号光束入射到存储介质；参考臂4对参考光束进行调整后入射到存储介质；信号光束和参考光束在存储介质上发射干涉形成全息图，将信息记录在存储介质中，可通过参考光移位复用的方法增加存储容量；信号再现单元5用于读取存储在存储介质的信号。
激光输出单元包括激光器10、扩束器20、第一半波片31；合束单元包括合束器、空间光调制器60、第一反射镜51和中继透镜组90，本实施例中的合束器为第一偏振分束器41；分束单元包括分束器和第一傅里叶透镜111，本实施例中的分束器为第二偏振分束器42；参考臂包括第二反射镜52和第二半波片32；信号再现单元包括第二傅里叶透镜112和光电探测器140。
在本施例中，激光器10发射的光经扩束器20和第一半波片31后，被第一偏振分束器41分为竖直偏振的反射参考光束70和水平偏振的透射信号光束80。其中，透射信号光束80由第一反射镜51反射后被空间光调制器60加载输入调制信号，调制后的信号光束再次入射第一偏振分束器41，并与反射参考光束70会合，然后一起通过中继透镜90和低通滤波器100。之后，信号光和参考光被第二偏振分束器42分离，分别进入被信号光通道和参考光通道。其中，信号光由傅里叶透镜111汇聚在存储介质130上，参考光在通过半波片32将偏振方向调整为水平方向，由聚光镜120形成球面波入射存储介质130相同位置，与信号光发生干涉，得到的全息图记录在存储介质中。
读出信号时，空间光调制器60无输入信号，此时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束方向将输入信息再现出来，由光电探测器140读取。
在本施例中，通过第一半波片31来调整信号光束与参考光束的光强比。
在本施例中，空间光调制器60为数字微镜设备(DMD)，对入射光偏振态没有要求。
在本施例中，中继透镜90中的一个透镜被固定在可以沿光轴方向或移位复用方向移动的执行器上，如果由于介质温度变化等原因导致读出与记录时条件不同，通过控制这个执行器来弥补误差，该执行器仅在读出过程中进行操作。
实施例2
图3为本实施例提供的一种基于液晶设备(LCD)的单臂结构全息存储系统，主要元件如下：激光器10；扩束器20；第一、第二半波片31、32；第一、第二偏振分束器41、42；第一、第二反射镜51、52；空间光调制器60；参考光束70；信号光束80；中继透镜90；低通滤波器100；第一、第二傅里叶透镜111、112；聚光透镜120；光盘130；光电探测器140；第一、第二四分之一波片151、152。
本实施例采用的单臂结构的全息数据存储装置，与实施例1的结构基本相同，区别在于合束单元2，本实施例中的合束单元2还包括第一四分之一波片151和第二四分之一波片152。
在本施例中，激光器10发射的光经扩束器20和第一半波片31后，被第一偏振分束器41分为竖直偏振的反射参考光束70和水平偏振的透射信号光束80。其中，透射信号光束80经过第一反射镜51反射和第一四分之一波片151两次透射后，偏振方向变为竖直方向并被第一偏振分束棱镜41反射，之后通过第二四分之一波片152后由空间光调制器60加载输入信号并反射，调制后的信号光束再次通过第二四分之一波片152后重新入射第一偏振分束器41，并与反射参考光束70合束，然后一起通过中继透镜90成像和低通滤波器100滤波。之后，信号光和参考光被第二偏振分束器42分离，分别进入信号光通道和参考光通道。其中，信号光由傅里叶透镜111汇聚在光盘130上，参考光在通过半波片32将偏振方向调整为水平方向，由聚光镜形成球面波入射光盘130相同位置，与信号光发生干涉，得到的全息图记录在存储介质中。
读出信号时，空间光调制器60无输入信号，此时只有参考光照射在光盘中记录信息的全息图上，得到的衍射光将沿原信号光束方向将输入信息再现出来，由光电探测器140读取。
在本施例中，通过第一半波片31来调整信号光束与参考光束的光强比。
在本施例中，空间光调制器60为液晶设备(LCD)，是振幅型液晶空间光调制器。
在本施例中，中继透镜90中的一个透镜被固定在可以沿光轴方向或移位复用方向移动的执行器上，如果由于介质温度变化等原因导致读出与记录时条件不同，通过控制这个执行器来弥补误差，该执行器仅在读出过程中操作进行操作。
上述实施例将参考臂与信号臂的一部分集成在一起形成单臂结构，不但减少了光学和机械元件的数量，在不降低性能的情况下缩小系统体积、降低成本；且信号光束和参考光束共用同一中继透镜，环境干扰对两个光束的影响相等，提高了系统的稳定性。
显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型技术方案所作的举例，而并非是对本实用新型的具体实施方式的限定。凡在本实用新型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，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。
Claims (16)
1.一种单臂结构的全息数据存储装置，其特征在于，将球面光波作为参考光束，使之与信号光束在存储介质上发生干涉形成全息图，并通过移位复用的方法增加存储容量，光学系统中有一对合束器和分束器在工作，它们先后对参考光束和信号光束进行合束和分束操作，在合束器和分束器之间有一个包含滤波器的中继透镜组，对空间光调制器上的图案进行传递和滤波。
2.根据权利要求1所述的单臂结构的全息数据存储装置，其特征在于，所述的合束器和分束器是具有偏振选择特性的光学元件。
3.根据权利要求1所述的单臂结构的全息数据存储装置，其特征在于，所述滤波器为低通滤波器，用于控制存储介质上全息图的大小。
4.根据权利要求1所述的单臂结构的全息数据存储装置，其特征在于，所述中继透镜组的透镜元件中，至少有一个安装在沿光束光轴方向的平移台上。
5.根据权利要求1所述的单臂结构的全息数据存储装置，其特征在于，所述中继透镜组的透镜元件中，至少有一个安装在沿移位复用方向的平移台上。
6.一种单臂结构的全息数据存储装置，其特征在于，包括：激光输出单元、合束单元、参考臂和分束单元，激光输出单元用于输出光，并对光进行扩束处理；经扩束处理后的光射入合束单元，将输入的光转化为同轴的具有正交偏振方向的信号光束和参考光束，并将其输出到分束单元；分束单元将接收到的信号光束和参考光束进行分离，参考光束束进入参考臂，信号光束入射到存储介质；参考臂对参考光束进行调整后入射到存储介质；信号光束和参考光束在存储介质上发射干涉形成全息图，将信息记录在存储介质中，可通过移位复用的方法增加存储容量。
7.根据权利要求6所述的单臂结构的全息数据存储装置，其特征在于，还包括信号再现单元，用于读取存储在存储介质的信号。
8.根据权利要求6所述的单臂结构的全息数据存储装置，其特征在于，激光输出单元包括光源发射器、扩束器、第一半波片，光源发射器发射出的光先经扩束器和第一半波片处理，然后入射至合束单元。
9.根据权利要求6所述的单臂结构的全息数据存储装置，其特征在于，合束单元包括合束器、空间光调制器、第一反射镜和中继透镜组，合束器先将激光输出单元射入的光分为偏振方向正交的参考光束和信号光束，信号光束由第一反射镜反射后由空间光调制器加载输入调制信号，调制的信号光束束与参考光束束在合束器汇合，一起通过中继透镜组，然后入射至分束单元。
10.根据权利要求6所述的单臂结构的全息数据存储装置，其特征在于，合束单元包括合束器、空间光调制器、第一反射镜、第一四分之一波片、第二四分之一波片和中继透镜组，合束器先将激光输出单元射入的光分为偏振方向正交的参考光束和信号光束，信号光束经第一反射镜反射和第一四分之一波片两次透射后，偏振方向变为与参考光束偏振方向一样，并被合束器反射，然后通过第二四分之一波片后由空间光调制器加载输入信号并反射，调制后的信号光束再次通过第二四分之一波片后重新入射合束器，并与反射参考光束进行合束，一起通过中继透镜组，再入射至分束单元。
11.根据权利要求9或10所述的单臂结构的全息数据存储装置，其特征在于，中继透镜组中间设有低通滤波器，对信号光束进行过滤。
12.根据权利要求9或10所述的单臂结构的全息数据存储装置，其特征在于，所述合束器为具有偏振选择特性的光学元件，为第一偏振分束器。
13.根据权利要求6所述的单臂结构的全息数据存储装置，其特征在于，分束单元包括分束器和第一傅里叶透镜，经合束单元入射的信号光束和参考光束由分束器分离，信号光束射入第一傅里叶透镜，再入射至存储介质，参考光束束入射至参考臂。
14.根据权利要求13所述的单臂结构的全息数据存储装置，其特征在于，所述分束器为具有偏振选择特性的光学元件，为第二偏振分束器。
15.根据权利要求6所述的单臂结构的全息数据存储装置，其特征在于，参考臂包括第二反射镜和第二半波片，入射的参考光束束经第二反射镜后，由第二半波片调整偏振方向，使其与信号光束相同，然后入射至存储介质。
16.根据权利要求7所述的单臂结构的全息数据存储装置，其特征在于，信号再现单元包括第二傅里叶透镜和光电探测器，参考光束照射在存储介质中记录信息的全息图上，得到的衍射光沿原信号光束方向将输入信息再现出来，经第二傅里叶透镜处理后，由光电探测器读取。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201922474703.9U CN210667780U (zh) | 2019-12-31 | 2019-12-31 | 一种单臂结构的全息数据存储装置 |
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| CN (1) | CN210667780U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110992991A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-10 | 广东紫晶信息存储技术股份有限公司 | 一种单臂结构的全息数据存储装置 |
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2019
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| CN110992991A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-10 | 广东紫晶信息存储技术股份有限公司 | 一种单臂结构的全息数据存储装置 |
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Legal Events
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Inventor after: Zheng Mu Inventor after: Luo Tiewei Inventor after: Tian Jun Inventor after: Hu Dejiao Inventor after: Liu Yicheng Inventor before: Zheng Mu Inventor before: Luo Tiewei Inventor before: Tian Jun Inventor before: Hu Dejiao Inventor before: Liu Yicheng |
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| TR01 | Transfer of patent right |