DE102007063491A1 - Method for detecting / generating a plurality of holograms in a storage medium, device for detecting and system for generating a plurality of holograms in a storage medium - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Detektion bzw. zur Erzeugung einer Vielzahl von Hologrammen. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung (System) zur Erzeugung und Detektion einer Vielzahl von Hologrammen anzugeben, das eine hohe Speicherdichte bei vergleichsweise preiswerten optischen Komponenten und einer vereinfachten Ansteuerung erzielt. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Erzeugen einer Vielzahl von Hologrammen in einem Speichermedium weist folgende Verfahrensschritte auf: Bereitstellen eines Speichermediums mit einer Speicherschicht (3), deren Brechzahl bei Einstrahlung von elektromagnetischer Strahlung eine Änderung erfährt, Fokussieren und gegenläufiges Überlagern von elektromagnetischer Strahlung einer Lichtquelle (10), derart, dass sich in einer vorgegebenen räumlichen Position (x, y, z) der Speicherschicht (3) aufgrund der gegenläufigen Überlagerung ein Interferenzmuster ausbildet und im Fokus in Bereichen konstruktiver Interferenz zu einer stärkeren Brechzahländerung als in Bereichen destruktiver Interferenz führt, und aufgrund der Brechzahländerung ein Hologramm mit einer Vielzahl von Schichten mit alternierender Brechzahl erzeugt wird, wobei in der Speicherschicht (3) nacheinander eine Vielzahl von Hologrammen in unterschiedlichen lateralen Positionen (x, y) und in unterschiedlichen Tiefen (z) der Speicherschicht (3) erzeugt werden, wobei die laterale Ausdehnung der ...The present invention relates to a method and an apparatus for detecting or generating a plurality of holograms. The present invention has for its object to provide a method and apparatus (system) for generating and detecting a plurality of holograms, which achieves a high storage density with relatively inexpensive optical components and a simplified control. The inventive method for generating a plurality of holograms in a storage medium comprises the following method steps: providing a storage medium with a storage layer (3) whose refractive index undergoes a change upon irradiation of electromagnetic radiation, focusing and counter-superimposing electromagnetic radiation of a light source (10) in such a way that an interference pattern is formed in a given spatial position (x, y, z) of the storage layer (3) due to the opposing superimposition and leads to a greater refractive index change in the focus in areas of constructive interference than in areas of destructive interference, and Refractive index change is a hologram with a plurality of layers with alternating refractive index is generated, wherein in the storage layer (3) successively a plurality of holograms in different lateral positions (x, y) and at different depths (z) of Storage layer (3) are generated, wherein the lateral extent of the ...
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion bzw. zur Erzeugung einer Vielzahl von Hologrammen, eine Vorrichtung zum Detektieren und ein System zum Erzeugen einer Vielzahl von Hologrammen, insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen mikroholographischen Datenspeicher, eine Vorrichtung zum Auslesen mikroholographischer Interferenzgitter und ein Verfahren zur Erzeugung und/oder zum Auslesen von mikroholographischen Interferenzgittern. Des Weiteren wird ein neues Verfahren zum Multiplexen der Mikrohologramme vorgeschlagen, das eine neue Dimension für die mikroholographische Datenspeicherung verfügbar macht.The The present invention relates to a method for detection or for generating a plurality of holograms, a device for Detecting and a system for generating a plurality of holograms, In particular, the present invention relates to a micro-holographic Data memory, a device for reading mikroholographischer Interference grid and a method for generating and / or reading of micro-holographic interference gratings. Furthermore, a proposed a new method for multiplexing the micro holograms, a new dimension for micro-lographic data storage makes available.
Das
aus
Das Konzept zur hochkapazitiven mikroholographischen Datenspeicherung basiert auf zwei Prämissen: Zum einen soll die Flächendatendichte einer Einzelebene durch physikalische Lokalisierung der Mikrogitterabmessungen maximiert werden. Zum anderen wird diese "einfache" Datendichte unter Verwendung geeigneter Multiplexverfahren mehrfach erhöht. In den o. g. Patentanmeldungen sind zwei verschiedene Multiplextechniken beschrieben -Wellenlängenmultiplexing und Tiefenmultiplexing als eine Art des räumlichen Multiplexing. Während die technologische Umsetzung des Multiplexen im Spektralbereich zusätzliche Laser erfordert, liegt der wichtigste Vorteil der mikroholographischen Volumenspeicherung gegenüber der konventionellen optischen Flächendatenspeicherung (CD/DVD/BluRay) in der Möglichkeit, Information in vielen, untereinander liegenden Datenebenen (Layers) statt nur einer einzelnen zu speichern. Ein wichtiger Vorteil bei der Implementierung des Tiefenmultiplexing oder der Multilayer Speicherung liegt darin, dass die Umsetzung dieses Verfahrens keine signifikante Erweiterung des optoelektronischen Systems impliziert.The Concept for high-capacity micro-holographic data storage is based on two premises: First, the area data density a single plane by physical localization of the micro grid dimensions be maximized. On the other hand, this "simple" data density increased several times using suitable multiplexing methods. In the o. G. Patent applications are two different multiplexing techniques described wavelength division multiplexing and depth multiplexing as a kind of spatial multiplexing. While the technological implementation of multiplexing in the spectral range requires additional laser, the main advantage lies the mikroholographischen volume storage against the conventional optical surface data storage (CD / DVD / BluRay) in the possibility of information in many, one below the other Layers of data (layers) instead of just a single store. One important advantage in the implementation of depth multiplexing or the multilayer storage is that the implementation This method does not significantly expand the optoelectronic Systems implies.
Das Multiplexen vieler Datenebenen in einem relativ „dicken" Speichermedium mit einigen hundert Mikrometern Schichtdicke wird ebenfalls dadurch möglich, dass die Brechungsindexmodulation beim Schreiben von Mikrogittern nur in einem kleinen Volumenbereich des Speichermediums stattfindet. Infolge der longitudinalen Intensitätsverteilung eines stark fokussierten Lichtstrahls entstehen die Mikrogitter in diskreten Volumenelementen deren Abmessungen mit dem fokalen Bereich des fokussierten Strahls vergleichbar sind. Dies bedeutet, dass sie sowohl transversal in einer Tiefenebene als auch longitudinal in der Tiefe des Speichermediums eine klar begrenzte Ausdehnung aufweisen. Unter Verwendung beugungsbegrenzter Laserstrahlen zum Schreiben der Mikrogitter ist die transversale Ausdehnung etwa mit der Lichtwellenlänge vergleichbar während die longitudinale Ausdehnung oder Tiefe eines Mikrogitters annähernd durch die Rayleigh-Länge des Lichtstrahls (nach Gauß) gegeben und ebenfalls wenige Wellenlängen groß ist. Das Konzept der Multilayer Speicherung beruht auf dieser Tiefenbegrenzung der Mikrogitter, die es möglich macht, viele klar getrennte Datenschichten über eine Gesamtdicke von einigen hundert Mikrometer verteilt abzulegen und ohne Übersprechen (Cross Talk) wieder auszulesen.The Multiplexing of many data layers in a relatively "thick" Storage medium with a few hundred microns layer thickness is also possible thereby, that the refractive index modulation when writing micro-grids only in a small volume range the storage medium takes place. Due to the longitudinal intensity distribution A strongly focused light beam creates the micro-grids in discrete volume elements whose dimensions with the focal Area of the focused beam are comparable. This means, that they are both transversal in a depth plane and longitudinal in the depth of the storage medium a clearly limited extent exhibit. Using diffraction-limited laser beams for writing the micro-grating is the transverse extent approximately at the wavelength of light comparable during the longitudinal expansion or Depth of a microgrid approximately through the Rayleigh length of the light beam (according to Gauss) and also a few Wavelengths is great. The concept of multilayer Storage is based on this depth limitation of the micro-grids, which makes it possible to have many clearly separated data layers to deposit a total thickness of a few hundred micrometers distributed and without crosstalk (Cross Talk) read again.
Zusammen mit der Prämisse, die Speicherdichte einzelner Datenebene durch die räumliche Lokalisierung der Modulation zu maximieren, führt dies zur Anforderung, den Laserstrahlspot im Fokusbereich so klein wie möglich abzubilden. Dieselbe Anforderung hat die Entwicklung der CD und DVD Technologie geprägt und letztendlich in einem Arbeitsregime am optischen Auflösungslimit resultiert. Aufgrund der konzeptuellen Ähnlichkeit führt dies in der technologischen Realisierung des mikroholographischen Verfahrens ebenfalls zur Notwendigkeit, die Größe des Laserfokusspots im Bereich der Mikrogittererzeugung beugungsbegrenzt zu minimieren. Dies wird erreicht, indem der Laserstrahl von beiden Seiten beugungsbegrenzt in die photoempfindliche Schicht fokussiert wird. Die dreidimensionale Gitterlokalisierung ist dann direkt von der Fokusgröße des Schreibstrahls abhängig. Beim Auslesen sollen die erzeugten Gitter fehlerfrei detektiert werden, d. h. der Lesestrahl muss dieselbe beugungsbegrenzte Fokusgröße aufweisen.Together with the premise, the storage density of individual data levels by maximizing the spatial localization of the modulation, this leads to the requirement, the laser beam spot in the focus area to represent as small as possible. Same request has the development of CD and DVD technology shaped and ultimately results in an operating regime at the optical resolution limit. Due to the conceptual similarity this leads in the technological realization of the micro-holographic process also the need to size the laser focus spot to minimize diffraction in the field of microgrid production. This is achieved by diffraction-limited laser beams from both sides is focused into the photosensitive layer. The three-dimensional Lattice localization is then directly from the focus size of the writing beam. When reading the generated Grids are detected without errors, d. H. the reading beam must be the same have diffraction limited focus size.
Von einer beugungsbegrenzten Abbildung wird gesprochen, wenn die Leistung eines optischen Systems lediglich oder zumindest maßgeblich durch den physikalischen Effekt der Beugung, nicht jedoch durch Mängel im Design oder in der Herstellung begrenzt ist. Es gibt unterschiedliche Methoden festzustellen, ob ein optisches System beugungsbegrenzt ist, beispielsweise durch Berechnung und Messung der optischen Weglängendifferenz OPD, des Strehl-Verhältnisses, des RMS Radius, der RMS OPD, der Standardabweichung und weitere. Aufgrund der unterschiedlichen Kriterien ist es möglich, dass ein optisches System nach einer der vorgenannten Methoden als „beugungsbegrenzt", jedoch nach einer anderen der vorgenannten Methoden nicht als „beugungsbegrenzt" eingestuft wird.A diffraction-limited mapping is used when the performance of an optical system is only or at least significantly influenced by the physical effect of the diffraction, but not by Deficiencies in design or manufacture is limited. There are different ways to determine if an optical system is diffraction limited, for example, by calculating and measuring optical path length difference OPD, Strehl ratio, RMS radius, RMS OPD, standard deviation, and others. Due to the different criteria, it is possible that an optical system according to one of the aforementioned methods is classified as "diffraction-limited", but not as "diffraction-limited" according to another of the aforementioned methods.
Nach
der vorliegenden Erfindung wird eine Abbildung als „beugungsbegrenzt"
angesehen, wenn der RMS Radius der geometrisch optischen Abbildung
kleiner als der Airy-Disk-Radius ist. Der Airy-Disk-Radius ist definiert
als
Ist der Durchmesser des eingestrahlten Laserstrahls größer als die Apertur, wird also Laserstrahlung an der Aperturblende abgeschnitten bzw. vignettiert, so wird als Randstrahl im Sinne der vorliegenden Erfindung wird derjenige Strahl verstanden, der gerade noch nicht durch die Aperturblende des Systems abgeschnitten bzw. vignettiert wird. Ist der Durchmesser des eingestrahlten Laserstrahls kleiner als die Apertur, wird also keine Laserstrahlung an der Aperturblende abgeschnitten bzw. vignettiert, so wird als Randstrahl im Sinne der vorliegenden Erfindung wird derjenige Strahl verstanden, dessen Intensität 1% der Intensität im Maximum (Gauß-Verteilung der Intensität) entspricht. Ist der Durchmesser des eingestrahlten Laserstrahls gleich als die Apertur, kontaktiert der Randstrahl der Laserstrahlung genau die Aperturblende.is the diameter of the irradiated laser beam larger as the aperture, so laser radiation is cut off at the aperture stop vignettiert, so is as edge beam in the sense of the present Invention is understood to be the one ray that is just not yet cut off or vignetted by the aperture stop of the system becomes. Is the diameter of the irradiated laser beam smaller as the aperture, so no laser radiation at the aperture stop cut off or vignettiert, so is called marginal ray in the sense of The present invention is understood to mean that beam whose Intensity 1% of the maximum intensity (Gaussian distribution intensity). Is the diameter of the irradiated Laser beam equal to the aperture, the edge beam contacted the laser radiation exactly the aperture diaphragm.
Als RMS Radius (oder auch RMS Spot Radius) im Sinne der vorliegenden Erfindung wird die root-mean-square (quadratische Mittelung) Radialgröße bezeichnet. D. h., der Abstand zwischen jedem Strahl und einem Referenzpunkt (optische Achse oder Schwerpunkt aller Strahlen) wird quadriert, dann über alle Strahlen gemittelt und danach die Quadratwurzel gezogen. Wie bereits erwähnt, wird ein optisches System als „beugungsbegrenzt" angesehen, wenn der RMS Radius kleiner als der Airy-Disk-Radius ist. Die Größe des RMS Radius hängt von der Auswahl der durch das System hindurchzurechnenden Strahlen ab. So ist es möglich, dass ein optisches System nach einer bestimmten Strahlenauswahl als „beugungsbegrenzt" und nach einer anderen Strahlenauswahl nicht als „beugungsbegrenzt" angesehen wird. Im Sinne der vorliegenden Anmeldung wird der RMS Radius dadurch bestimmt, dass über die Apertur 5 Ringe a 10 Strahlen (linear radial und bezogen auf den unlaufenden Winkel gleichmäßig) verteilt werden. Dabei werden die Strahlen über die Apertur möglichst gleichverteilt. Bei der Fokussierung paralleler Strahlen (wie im vorliegenden Fall) werden die 5 Ringe äquidistant zueinander zwischen Randstrahl und optischer Achse angeordnet (d. h. der erste Ring befindet sich auf der optischen Achse, der fünfte Ring befindet sich in der radialen Entfernung der Randstrahlen von der optischen Achse und zweiter bis vierter Ring sind dazwischen äquidistant verteilt). Die 10 Strahlen je Ring sind umlaufend, also je mit einem Winkel von 36° zueinander verteilt. Die Strahlen der einzelnen Ringe verlaufen auf radialen Geraden vom Mittelpunkt bis nach außen, d. h. jeweils 5 Strahlen der einzelnen 10 Ringe können durch radiale (sternförmige) Linien verbunden werden.When RMS radius (or RMS spot radius) within the meaning of the present Invention becomes the root-mean-square (radial mean square) radial size designated. That is, the distance between each beam and a reference point (optical axis or center of gravity of all rays) is squared, then averaged over all rays and then the square root drawn. As already mentioned, becomes an optical system considered as "diffraction-limited" if the RMS radius is smaller as the Airy Disk radius is. The size of the RMS radius depends on the selection of the system Blasting off. So it is possible that an optical system after a certain beam selection as "diffraction-limited" and not as "diffraction-limited" after another ray selection is seen. For the purposes of the present application, the RMS Radius determined by the fact that over the aperture 5 rings a 10 beams (linear radial and related to the running angle evenly distributed). Here are the Radiation over the aperture as evenly distributed. When focusing parallel beams (as in this case) the 5 rings become equidistant to each other between marginal ray and optical axis (i.e., the first ring is located on the optical axis, the fifth ring is located in the radial distance of the marginal rays from the optical axis and second to fourth ring are equidistant in between distributed). The 10 rays per ring are circumferential, so each with a Angle of 36 ° distributed to each other. The rays of each Rings run on radial straight lines from the center to the outside, d. H. each 5 rays of each 10 rings can be connected by radial (star-shaped) lines.
Es ist daher nach Stand der Technik notwendig, den beim Fokussieren in den Datenträger auftretenden Öffnungsfehler zu korrigieren, um im Speichermedium aberrationsfreie, beugungsbegrenzte Laserfokusspots zu realisieren, die zur lichtinduzierten Entstehung der Mikrogitter führen. Diese Anforderung an eine fehlerfreie, beugungsbegrenzte optische Abbildung des Laserstrahls im Speichermedium bleibt auch beim Lesen erhalten, da es sich um submikrometergroße Strukturen handelt, die mit dem Lesestrahl abgetastet werden sollen. Der Detektionsprozess findet somit ebenfalls am Beugungslimit statt, der Lesestrahlspot im Fokus darf dabei nicht größer sein als die fokalen Strahlspots der Schreibstrahlen.It is therefore necessary in the prior art, when focusing in the disk occurring opening error to correct for aberration-free, diffraction-limited in the storage medium Laser focus spots to realize the light-induced emergence lead the micro grid. This requirement for a flawless, diffraction-limited optical imaging of the laser beam in the storage medium remains even when reading, since it is submicrometer-sized Structures is to be scanned with the reading beam. The detection process thus also takes place at the diffraction limit, the reading beam spot in focus should not be bigger its as the focal beam spots of the writing beams.
Bei einer bestimmten Materialdicke, d. h. beim Adressieren nur einer Tiefenebene (wie in konventionellen CD und DVD Systemen) kann die Korrektur des als sphärische Aberration bekannten Öffnungsfehlers bereits beim Design der Objektivlinse berücksichtigt werden. Bei Multilayer Speicherung in vielen durch die Tiefe des Mediums verteilten Datenebenen ändert sich die zu korrigierende Dicke mit der Tiefenposition der jeweiligen Datenebene bzw. mit der Position des Laserfokus beim Schreiben und Lesen von Information in dieser Datenebene. Um die gesamte Schichtdicke des Speichermediums adressieren zu können ist es daher notwendig, die fokussierenden Optiken, mit welchen die Strahlen in das Medium fokussiert werden, dynamisch an die jeweilige Schichtdicke anzupassen. Die Schichtdicke ist hierbei als Abstand zwischen der Außenfläche des Datenträgers bis zum aktuellen Datenlayer definiert. Vorzugsweise ist die Speicherschicht durch eine photoempfindliche Schicht (Photopolymerschicht) mit einer Dicke zwischen 0,05 mm und 1,5 mm, die von beidseitig Substraten mit einer Dicke zwischen 0,1 mm und 1,2 mm umgeben ist, ausgebildet. Die Schichtdicke ist dann als Abstand zwischen der Außenfläche des der Lichtquelle (Laser) zugewandeten Substrats bis zum Fokus in der photoempfindliche Schicht (aktuelle Datenlayer) definiert. Solche dynamische Korrektur des Öffnungsfehlers macht vergleichsweise komplexe Optiken mit entsprechenden Aktuatoren notwendig. Dazu werden nach Stand der Technik Objektive verwendet, welche als optische Systeme aus mehreren Linsen konstruiert sind und bei denen mindestens eine Linse axial verschoben wird, um den Öffnungsfehler zu korrigieren. Dies führt nachteilhafterweise zu komplexen (teuren) optischen Komponenten, die einerseits mittels einer aufwändigen Ansteuerung positioniert und nachgeregelt werden müssen und andererseits das System aufgrund der erhöhten Anzahl beweglicher optischer Komponenten anfälliger machen.At a certain material thickness, ie when addressing only one depth plane (as in conventional CD and DVD systems), the correction of the spherical aberration known aperture error can already be taken into account in the design of the objective lens. With multilayer storage in many data planes distributed through the depth of the medium, the thickness to be corrected changes with the depth position of the respective data plane or with the position of the laser focus when writing and reading information in this data plane. In order to be able to address the entire layer thickness of the storage medium, it is therefore necessary manoeuvrable, the focusing optics, with which the rays are focused into the medium to adapt dynamically to the respective layer thickness. The layer thickness is defined here as the distance between the outer surface of the data carrier up to the current data layer. Preferably, the storage layer is formed by a photosensitive layer (photopolymer layer) having a thickness between 0.05 mm and 1.5 mm, which is surrounded by substrates having a thickness of between 0.1 mm and 1.2 mm on both sides. The layer thickness is then defined as the distance between the outer surface of the substrate facing the light source (laser) to the focus in the photosensitive layer (current data layer). Such dynamic correction of the aperture error makes comparatively complex optics with corresponding actuators necessary. For this purpose, lenses are used in the prior art, which are constructed as optical systems of multiple lenses and in which at least one lens is axially displaced to correct the aperture error. This disadvantageously leads to complex (expensive) optical components which on the one hand have to be positioned and readjusted by means of a complex control and on the other hand make the system more susceptible due to the increased number of movable optical components.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung (System) zur Erzeugung und Detektion einer Vielzahl von Hologrammen anzugeben, das eine hohe Speicherdichte bei vergleichsweise preiswerten optischen Komponenten und einer vereinfachten Ansteuerung erzielt. Darüber hinaus sollen das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung eine geringere Anfälligkeit gegenüber mechanischen Einflüssen aufweisen.Of the The present invention is based on the object, a method and a device (system) for generating and detecting a Variety of holograms indicate that a high storage density in comparatively inexpensive optical components and a achieved simplified control. In addition, supposedly the inventive method and the invention Device a lower susceptibility to have mechanical influences.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß der unabhängigen Ansprüche 1 (Erzeugung von Hologrammen) und 15 (Detektion von Hologrammen) sowie durch eine Vorrichtung gemäß der unabhängigen Ansprüche 19 (Detektion von Hologrammen) und 24 (Erzeugung von Hologrammen) gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.These Tasks are according to the invention by a method according to independent claims 1 (Generation of holograms) and 15 (detection of holograms) as well by a device according to the independent Claims 19 (detection of holograms) and 24 (generation of holograms). Preferred embodiments of Invention are contained in the subclaims.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Erzeugen einer Vielzahl von Hologrammen weist folgende Verfahrensschritte auf: Bereitstellen eines Speichermediums mit einer Speicherschicht, deren Brechzahl bei Einstrahlung von elektromagnetischer Strahlung eine Änderung erfährt, Fokussieren und gegenläufiges Überlagern von elektromagnetischer Strahlung einer Lichtquelle derart, dass sich in einer vorgegebenen räumlichen Position der Speicherschicht aufgrund der gegenläufigen Überlagerung ein Interferenzmuster ausbildet und im Fokus in Bereichen konstruktiver Interferenz zu einer stärkeren Brechzahländerung als in Bereichen destruktiver Interferenz führt, und aufgrund der Brechzahländerung ein Hologramm mit einer Vielzahl von Schichten mit alternierender Brechzahl erzeugt wird, wobei in der Speicherschicht nacheinander eine Vielzahl von Hologrammen in unterschiedlichen lateralen Positionen und in unterschiedlichen Tiefen der Speicherschicht erzeugt werden, wobei die laterale Ausdehnung der Fokusse der Hologramme in unterschiedlichen Tiefen der Speicherschicht erfindungsgemäß variiert wird.The inventive method for generating a Variety of holograms has the following process steps: Providing a storage medium with a storage layer whose Refractive index upon irradiation of electromagnetic radiation a change experiences, focusing and opposing overlaying of electromagnetic radiation of a light source such that in a given spatial position of the storage layer due to the opposite superposition, an interference pattern training and focus in areas of constructive interference a greater refractive index change than in areas destructive interference, and due to refractive index change a hologram with a variety of layers with alternating Refractive index is generated, wherein in the storage layer successively a variety of holograms in different lateral positions and generated at different depths of the storage layer, wherein the lateral extent of the foci of the holograms in different Depths of the storage layer according to the invention varies becomes.
Die Idee der Erfindung besteht darin, unter bestimmten Voraussetzungen auf eine angepasste Korrektur (beugungsbegrenzte Fokussierung) bei gleichbleibend hoher Datendichte verzichtet werden. D. h., es können sowohl die Speicherdichte in einzelnen Datenlayern als auch die Anzahl der Layer unverändert hoch bleiben, obwohl das System nicht länger mit beugungsbegrenzten Laserstrahlspots operiert. Das Wesentliche liegt in der gegenläufigen Anordnung der beiden Objektive bzw. Schreibstrahlen mit einer Reflexionseinheit zur Generierung des direkt in sich zurücklaufenden Strahls. Bei dieser Anordnung passiert ein Laserstrahl zweimal und zwar in unterschiedlichen Ausbreitungsrichtungen das fokussierende Objektiv. Bei jedem Durchgang wird die Propagation durch eine bestimmte Strecke innerhalb des Speichermediums im entsprechenden Öffnungsfehler resultieren. Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur mikroholographischen Datenspeicherung vorgeschlagen, bei dem die daraus entstehende Aberration der Laserstrahlen nicht korrigiert, sondern die sphärische Aberration viel mehr gezielt genutzt wird.The The idea of the invention is, under certain conditions to an adjusted correction (diffraction-limited focusing) Consistently high data density can be dispensed with. That is, it can both the storage density in individual data layers and the Number of layers remain high even though the system no longer operated on diffraction-limited laser beam spots. The essence lies in the contrary order of the both lenses or writing beams with a reflection unit for generating the directly returning jet. In this arrangement, a laser beam passes twice, namely in different propagation directions the focusing lens. At each pass the propagation is through a certain distance within the storage medium in the corresponding opening error result. According to the invention, a method for micro-holographic data storage, in which the resulting aberration of the laser beams is not corrected, but the spherical aberration used much more purposefully becomes.
Vorzugsweise wird die Strahlung in die unterschiedlichen Tiefen der Speicherschicht mit einem unterschiedlichen Öffnungsfehler fokussiert. Vorzugsweise wird die Strahlung derart fokussiert und gegenläufig überlagert, dass das Verhältnis zwischen der größten lateralen Ausdehnung eines Hologramms und der kleinsten lateralen Ausdehnung eines Hologramms in unterschiedlichen Tiefen der Speicherschicht entlang der optischen Achse für eine vorgegebene laterale Position größer als 1.1, bevorzugter größer 1.5, bevorzugter größer als 2, bevorzugter größer als 4 und noch bevorzugter größer als 7 ist. Das bedeutet, dass die Fokusse in den Datenlayern deutliche Größenunterschiede aufweisen, da auf einen aufwändige Korrektur mittels mehrerer entlang der optischen Achse verschiebbarer Linsen verzichtet wird. Daher wird in unterschiedlichen Datenlayern, d. h. in unterschiedlicher Fokustiefe (bei bevorzugter Verwendung einer asphärischen Einzellinse, die entsprechend der Fokustiefe verschoben wird) ein unterschiedlicher Öffnungsfehler (sphärische Aberration) und somit unterschiedliche Fokusgrößen resultieren.Preferably the radiation gets into the different depths of the storage layer focused with a different aperture error. Preferably, the radiation is focused and counterposed in opposite directions, that the ratio between the largest lateral extent of a hologram and the smallest lateral Extension of a hologram at different depths of the storage layer along the optical axis for a given lateral Position greater than 1.1, more preferably greater 1.5, more preferably greater than 2, more preferably greater than 4, and more preferably greater than 7. The means that the foci in the data layers are significant size differences have since on a complex correction by means of several is dispensed along the optical axis sliding lenses. Therefore, in different data layers, i. H. in different Depth of focus (in preferred use of an aspherical Single lens, which is shifted according to the depth of focus) different aperture errors (spherical aberration) and thus result in different focus sizes.
Vorzugsweise die Strahlung derart fokussiert und gegenläufig überlagert wird, dass sich benachbarte Hologramme innerhalb einer senkrecht zur optischen Achse verlaufenden Ebene mindestens teilweise (bevorzugt zu mehr als 50% ihrer lateralen Ausdehnung) überlappen. Es ist auch bevorzugt, dass sich mehrere benachbarte Hologramme mindestens teilweise (bevorzugt zu mehr als 50% ihrer lateralen Ausdehnung) überlappen. Durch die Überlappung benachbarter Hologramme kann die Speicherdichte trotz größer Fokusdurchmesser (aufgrund des in Kauf genommenen Öffnungsfehlers) genauso hoch oder sogar höher sein, als wenn beugungsbegrenzte Hologramme (aufwändige Optiken) nebeneinander (nicht überlappend) verwendet werden.Preferably the radiation focused and counterposed in opposite directions is that neighboring holograms within a perpendicular to the optical axis extending plane at least partially (preferred overlap by more than 50% of its lateral extent). It is also preferable that there are several adjacent holograms at least partially (preferably more than 50% of its lateral Extension) overlap. By the overlap adjacent holograms can increase the storage density despite larger Focus diameter (due to the accepted opening error) be as high or even higher than when diffraction limited Holograms (elaborate optics) next to each other (not overlapping) be used.
Vorzugsweise werden die Intensitäten der gegenläufig überlagerten Strahlung derart gewählt, dass die Ausdehnung der Hologramme, bei der die Brechzahldifferenz alternierender Schichten am Rand 50% der Brechzahldifferenz alternierender Schichten im Zentrum beträgt, entlang der optischen Achse zwischen 1 μm und 50 μm beträgt.Preferably the intensities are superimposed on the opposite Radiation selected such that the extent of the holograms, at the refractive index difference of alternating layers at the edge Is 50% of the refractive index difference of alternating layers in the center, along the optical axis between 1 μm and 50 μm is.
Vorzugsweise wird zur Fokussierung eine erste Fokussiereinheit verwendet wird, die ausgebildet ist, das Licht einer Strahlungsquelle in die Speicherschicht zu fokussieren, und eine Kompensationseinheit verwendet wird, die ausgebildet ist, das von der ersten Fokussiereinheit fokussierte und sich nach dem ersten Brennpunkt divergent ausbreitende Licht zu kollimieren, und weiterhin ein Rückreflektor zur Reflexion des kollimierten Lichts derart verwendet wird, dass das vom Rückreflektor reflektierte Licht mittels der optischen Kompensationseinheit wieder in die Speicherschicht in einen zweiten Brennpunkt fokussiert wird, wobei sich der erste Brennpunkt und der zweite Brennpunkt lateral und axial zumindest teilweise (bevorzugt vollständig oder zu mindestens 90% der lateralen Ausdehnung) überlagern. Vorzugsweise werden die Brechkraft der ersten Fokussiereinheit und die Brechkraft der Kompensationseinheit beim zeitlich versetzten Erzeugen von Hologrammen in unterschiedlichen Tiefen der Speicherschicht konstant gehalten und der resultierende Öffnungsfehler. Damit korrespondieren die laterale Ausdehnung eines Hologramms zur Tiefe des Hologramms in der Speicherschicht.Preferably is used for focusing a first focusing unit, which is formed, the light of a radiation source in the storage layer to focus, and a compensation unit is used, the is formed, which focused from the first focusing and after the first focus divergently propagating light to collimate, and further a back reflector for reflection of the collimated light is used in such a way that that of the back reflector reflected light by means of the optical compensation unit again is focused into the storage layer into a second focal point, wherein the first focus and the second focus are laterally and axially at least partially (preferably completely or to at least 90% of the lateral extent). Preferably become the refractive power of the first focusing unit and the refractive power the compensation unit in the staggered generation of holograms kept constant at different depths of the storage layer and the resulting aperture error. To correspond with it the lateral extent of a hologram to the depth of the hologram in the storage layer.
Vorzugsweise werden die erste Fokussiereinheit, die Kompensationseinheit und der Rückreflektor auf die Dicke des optischen Speichermediums derart abgestimmt, dass das von der Strahlungsquelle kommende, auf die erste Fokussiereinheit treffende Licht, nach Durchtritt durch die erste Fokussiereinheit, die Speicherschicht, die Kompensationseinheit, nachfolgende Reflexion am Rückreflektor, erneutem Durchtritt durch die Kompensationseinheit, die Speicherschicht und die erste Fokussiereinheit, deckungsgleich oder im Wesentlichen deckungsgleich in sich zurückreflektiert wird. Der Clou ist also, die optischen Komponenten nicht auf eine beugungsbegrenzte Fokussierung in allen Datenlayern (variabel) abzustimmen (hoher Aufwand), sondern lediglich auf die Gesamtdicke der Speicher schicht (nicht variabel) derart abzustimmen, dass das fokussierte (Hin-Fokus), durch die Speicherschicht hindurchtretende, zurückreflektierte und wieder gegenläufig fokussiert Licht (Rück-Fokus) deckungsgleich oder im Wesentlichen deckungsgleich mit dem anfangs fokussierten Licht ist, also Hin-Fokus und Rück-Fokus übereinander liegen. Das wird bei Verwendung eines Planspiegels oder Retroreflektors als Rückreflektor dann erreicht, wenn die Kompensationseinheit das von der Fokussiereinheit fokussierte und hinter den Fokus wieder divergente propagierende Licht fehlerfrei kollimiert, also parallelisiert. Dazu müssen Kompensationseinheit und Fokussiereinheit auf die Gesamtdicke der Speicherschicht eingestellt (optimiert) sein, brauchen jedoch bei unterschiedlichen Fokustiefen (Datenlayern) in ihrer jeweiligen Gesamtbrechkraft nicht verändert werden, also es müssen nicht mehrere brechende Flächen relativ zueinander bewegt werden. Dadurch sind geringere Anforderungen an die optischen Komponenten zu stellen.Preferably be the first focusing unit, the compensation unit and the back reflector to the thickness of the optical storage medium tuned so that the coming of the radiation source, on the first focusing unit striking light, after passing through the first focusing unit, the storage layer, the compensation unit, subsequent reflection at the back reflector, renewed passage by the compensation unit, the storage layer and the first one Focusing unit, congruent or substantially congruent is reflected back in itself. The clou is so, the optical components are not limited to diffraction-limited focusing in all data layers (variable) vote (high effort), but only on the total thickness of the storage layer (not variable) in such a way that the focused (out-of-focus) through which Memory layer passing, back-reflected and again in opposite directions light (back focus) congruent or substantially congruent with the beginning focussed light, ie out-of-focus and re-focus on top of each other lie. This is when using a plane mirror or retroreflector as a back reflector then achieved when the compensation unit that focused by the focusing unit and behind the focus again divergent propagating light collimated error-free, so parallelized. To Compensation unit and focusing unit on the Total thickness of the storage layer to be set (optimized) need however, at different focus depths (data layers) in theirs respective overall power can not be changed, ie it does not have to be several refractive surfaces relative be moved to each other. As a result, lower requirements to put the optical components.
Vorzugsweise erfolgt die Fokussierung und die gegenläufige Überlagerung mit einer numerischen Apertur größer 0,2 (bevorzugter größer 0,4, bevorzugter größer 0,5 und noch bevorzugter größer oder gleich 0,6). Vorzugsweise sind Kompensationseinheit und Fokussiereinheit derart an die Gesamtdicke der Speicherschicht angepasst, dass die RMS Radien der gegenläufig überlagerten Lichtstrahlen innerhalb der Speicherschicht folgende Bedingung erfüllen:wobei RMSHIN der RMS Radius der fokussierten Strahlung und RMSRÜCK der RMS Radius der gegenläufig überlagerten Strahlung im Fokus ist.Preferably, the focusing and the counter-overlapping with a numerical aperture greater than 0.2 (more preferably greater than 0.4, more preferably greater than 0.5, and even more preferably greater than or equal to 0.6). Preferably, the compensation unit and the focusing unit are adapted to the total thickness of the storage layer in such a way that the RMS radii of the oppositely superimposed light beams within the storage layer fulfill the following condition: wherein RMS HIN the RMS radius of the focused radiation and RMS Re is the RMS radius of the counter superimposed radiation in focus.
Vorzugsweise werden in einer vorgegebenen räumlichen Position der Speicherschicht mehrere Hologramme mit unterschiedlicher Aberration nacheinander erzeugt und einander überlagert. Vorzugsweise werden für eine vorgegebene laterale Position in einer vorgegebenen Tiefe der Speicherschicht mindestens zwei Hologramme nacheinander erzeugt und einander überlagert, wobei sich der RMS Radius der fokussierten Strahlung beim Erzeugen der beiden Hologramme um mindestens 10% (vorzugsweise um mindestens 100%) unterscheidet. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein neues Multiplexverfahren zur mikroholographischen Datenspeicherung. Mit dem erfindungsgemäßen Speicherverfahren wie oben beschrieben lässt sich eine neuartige Multiplextechnik anwenden, die als Aberrationsmultiplexing bezeichnet wird. Bei diesem Multiplexverfahren wird die Abhängigkeit des erzeugten Interferenzmuster von der lokalen Aberration der beiden Schreibstrahlen als eindeutige Identifikation jedes einzelnen Hologramms genutzt. Wird die Aberration der Strahlen verändert, so ändert sich auch deren spezifische Feldverteilung und damit konsequenterweise die Form und Verteilung der induzierten Hologrammgitterebenen. Durch die räumliche Selektivität solcher Hologramme beim Detektieren eröffnet sich die Möglichkeit, viele Hologramme (mit unterschiedlicher Aberration) in ein und derselben Speicherposition zu schreiben und sie dann wieder getrennt rekonstruieren zu können.Preferably, in a predetermined spatial position of the storage layer, a plurality of holograms with different aberrations are successively generated and superposed on each other. Preferably, for a given lateral position at a predetermined depth of the storage layer at least two Holograms generated one after the other and superposed on each other, wherein the RMS radius of the focused radiation when generating the two holograms by at least 10% (preferably by at least 100%) is different. Another aspect of the invention relates to a new multiplexing method for micro-holographic data storage. With the storage method according to the invention as described above, a novel multiplexing technique known as aberration multiplexing can be used. In this multiplex method, the dependence of the generated interference pattern on the local aberration of the two write beams is used as the unique identification of each hologram. If the aberration of the rays is changed, their specific field distribution and consequently the shape and distribution of the induced hologram lattice planes change as well. The spatial selectivity of such holograms when detecting opens up the possibility of writing many holograms (with different aberrations) in one and the same memory position and then being able to reconstruct them separately.
Vorzugsweise wird zwischen der Fokussiereinheit und dem Speichermedium eine erste dickenveränderliche planparallele Platte und zwischen der Kompensationseinheit und dem Speichermedium eine zweite dickenveränderliche planparallele Platte angeordnet, wobei in einer vorgegebenen Tiefe (z) der Speicherschicht mindestens zwei Hologramme nacheinander erzeugt und einander überlagert werden, und wobei die Summe der optischen Dicke des Speichermediums und der ersten und zweiten planparallele Platten konstant gehalten wird und die optische Dicke der ersten planparallelen Platte für jedes der überlagerten Hologramme variiert wird. Dadurch können (mittels der dickenveränderlichen planparallelen Platten unterschiedliche Aberrationen in ein und derselben Speicherposition geschrieben und dann wieder getrennt rekonstruiert werden, ohne die Gesamtdicke der Speicherschicht zu verändern, auf die Kompensationseinheit und Fokussiereinheit abgestimmt sind.Preferably becomes a first between the focusing unit and the storage medium thickness-adjustable plane-parallel plate and between the Compensation unit and the storage medium a second variable thickness plane-parallel plate, wherein at a predetermined depth (z) the memory layer at least two holograms in succession generated and superimposed on each other, and where the sum the optical thickness of the storage medium and the first and second plane-parallel plates is kept constant and the optical thickness the first plane-parallel plate for each of the superimposed Holograms is varied. This allows (by means of the variable thickness plane parallel plates different aberrations in and written in the same memory location and then separated again be reconstructed without the total thickness of the storage layer change, matched to the compensation unit and focusing unit are.
Das
erfindungsgemäße Verfahren zur Detektion einer
Vielzahl von Hologrammen weist folgende Verfahrensschritte auf:
Erzeugen einer Vielzahl von Hologrammen in unterschiedlichen räumlichen
Positionen der Speicherschicht, Einstrahlen und Fokussieren von
Strahlung einer Lichtquelle auf ein Hologramm in einer vorgegebenen
räumlichen Position der Speicherschicht, Detektion der
durch das Hologramm rekonstruierten Wellenfront mittels eines photoempfindlichen
Detektors, wobei die durch das Hologramm rekonstruierte Wellenfront
mittels einer zweiten Fokussiereinheit auf einen konfokalen Filter
fokussiert wird, wobei für die laterale Ausdehnung dL der Öffnung des konfokalen Filters
die Bedingung:
Vorzugsweise wird während des Fokussierens der Strahlung ein gegenläufiges Überlagern der Strahlung vermieden oder zumindest unterdrückt. Vorzugsweise weist die zum Erzeugen eines Hologramms verwendete fokussierte Strahlung die gleichen oder die im Wesentlichen gleichen Aberrationen wir die zum Detektieren des Hologramms verwendete fokussierte Strahlung auf. Vorzugsweise unterscheiden sich der RMS Radius der zum Erzeugen des Hologramms verwendeten fokussierten Strahlung und der RMS Radius der zum Detektieren des Hologramms verwendeten fokussierten Strahlung um weniger als 2%.Preferably During the focusing of the radiation, an opposite superimposition is superimposed the radiation avoided or at least suppressed. Preferably has the focused radiation used to generate a hologram the same or essentially the same aberrations we the focused radiation used to detect the hologram on. Preferably, the RMS radius differ for generating of the hologram used focused radiation and the RMS radius the focused radiation used to detect the hologram less than 2%.
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung zum Detektieren einer
Vielzahl von Hologrammen in einem Speichermedium, umfasst: eine
Strahlungsquelle, ein Aufnahmemittel zur Aufnahme eines Speichermediums
mit einer Speicherschicht, deren Brechzahl bei Einstrahlung von
elektromagnetischer Strahlung eine Änderung erfährt,
eine erste Fokussiereinheit, die ausgebildet ist, das Licht der
Strahlungsquelle auf ein Hologramm einer durch das Aufnahmemittel
gehaltenen Speicherschicht zu fokussieren, wobei die erste Fokussiereinheit
und der durch die erste Fokussiereinheit erzeugte Brennpunkt eine
erste optische Achse definieren, und die erste Fokussiereinheit
und die Speicherschicht relativ zueinander entlang der ersten optischen
Achse beweglich ausgebildet sind, einen Strahlteiler, der auf der
ersten optische Achsen zwischen der Strahlungsquelle und der ersten
Fokussiereinheit angeordnet und derart ausgebildet ist, dass die
durch ein Hologramm rekonstruierte Wellenfront nach Durchtritt durch
die erste Fokussiereinheit in eine von der ersten optischen Achse
verschiedene optische Achse umgelenkt wird, und einen Photodetektor,
wobei zwischen dem Strahlteiler und dem Photodetektor ein konfokaler
Filter angeordnet ist, und wobei für die laterale Ausdehnung
dL der Öffnung des konfokalen Filters
die Bedingung:
Vorzugsweise
ist zwischen dem Strahlteiler und dem konfokalen Filter eine zweite
optische Fokussiereinheit vorgesehen, und der konfokale Filter im
Brennpunkt der zweiten optischen Fokussiereinheit angeordnet, wobei
für die laterale Ausdehnung dL der Öffnung
des konfokalen Filters die Bedingung:
Das erfindungsgemäße System zum Erzeugen einer Vielzahl von Hologrammen in einem Speichermedium, umfasst: eine Strahlungsquelle, ein Speichermedium mit einer Speicherschicht, deren Brechzahl bei Einstrahlung von elektromagnetischer Strahlung eine Änderung erfährt, eine erste Fokussiereinheit, die ausgebildet ist, das Licht der Strahlungsquelle in einen ersten Brennpunkt innerhalb der Speicherschicht zu fokussieren, eine Kompensationseinheit, die ausgebildet ist, das von der ersten Fokussiereinheit fokussierte und sich nach dem ersten Brennpunkt divergent ausbreitende Licht zu kollimieren, einen Rückreflektor zur Reflexion des kollimierten Lichts derart, dass das vom Rückre flektor reflektierte Licht mittels der optischen Kompensationseinheit wieder in die Speicherschicht in einen zweiten Brennpunkt fokussiert wird, wobei sich der erste Brennpunkt und der zweite Brennpunkt mindestens teilweise überlagern, wobei die erste Fokussiereinheit und der durch die erste Fokussiereinheit erzeugte Brennpunkt eine erste optische Achse definieren, und sowohl die erste Fokussiereinheit als auch die Kompensationseinheit entlang der ersten optischen Achse beweglich ausgebildet sind, und wobei die Brechkraft der ersten Fokussiereinheit und die Brechkraft der Kompensationseinheit jeweils in sämtlichen Positionen entlang der optischen Achse konstant oder im Wesentlichen konstant sind.The Inventive system for generating a plurality of holograms in a storage medium, comprises: a radiation source, a storage medium with a storage layer whose refractive index upon irradiation of electromagnetic radiation undergoes a change, a first focusing unit configured to emit the light of Radiation source in a first focal point within the storage layer to focus, a compensation unit that is trained that focused by the first focusing unit and after the first focus to collimate divergently propagating light, a Back reflector for reflecting the collimated light so, that reflected by the reflector Rückre light by means of optical compensation unit back into the storage layer in Focusing a second focus, wherein the first focus and the second focus at least partially overlay, wherein the first focusing unit and the first focusing unit generated focal point define a first optical axis, and both the first focusing unit and the compensation unit along the first optical axis are designed to be movable, and wherein the refractive power of the first focusing unit and the refractive power of the Compensation unit in each case in all positions along the optical axis are constant or substantially constant.
Vorzugsweise sind die erste Fokussiereinheit und/oder die Kompensationseinheit durch eine Einzellinse (besonders bevorzugt durch asphärische eine Einzellinse) ausgebildet. Als asphärische Linse im Sinne der Erfindung wird eine Linse verstanden, von deren brechenden Flächen mindestens eine Fläche nicht-sphärisch, also nicht kugelförmig ist. Vorzugsweise sind alle (beide) brechenden Flächen nicht-sphärisch, also asphärisch. Vorzugsweise sind die brechenden Flächen rotationssymmetrisch ausgebildet. Speziell wird unter einer asphärischen Fläche eine rotationssymmetrische Flächenform verstanden, die sich durch ein Polynom der Form definieren lässt, wobei f(h) die Pfeilhöhe oder die z-Koordinate entlang der optischen Achse, h der Abstand senkrecht zur optischen Achse, R der Scheitelradius, k die konische Konstante und A4, A6 usw. die asphärischen Parameter sind. Mindestens einer der asphärischen Parameter A4, A6 muss ungleich Null sein, damit eine asphärische Flächenform resultiert.Preferably, the first focusing unit and / or the compensation unit are formed by a single lens (particularly preferably by aspheric a single lens). As an aspheric lens in the context of the invention, a lens is understood, of the refractive surfaces of which at least one surface is non-spherical, that is not spherical. Preferably, all (both) refractive surfaces are non-spherical, ie aspherical. Preferably, the refractive surfaces are rotationally symmetrical. Specifically, an aspherical surface is understood to mean a rotationally symmetrical surface shape which is defined by a polynomial of the shape where f (h) is the arrow height or z-coordinate along the optical axis, h is the distance perpendicular to the optical axis, R is the peak radius, k is the conic constant, and A4, A6, etc. are the aspherical parameters. At least one of the aspheric parameters A4, A6 must be non-zero in order for an aspherical surface shape to result.
Unter einer Einzellinse wird eine Linse mit zwei äußeren rotationssymmetrischen, brechenden Flächen verstanden, deren Abstand nicht variabel zueinander ist. Dazwischen ist vorzugsweise nur ein optisches Material mit einer Brechzahl größer 1 vorhanden. Es ist jedoch auch möglich, dass zwischen den äußeren brechenden Flächen weitere brechende Flächen (Kittlinse) angeordnet sind. Jedoch ist der Abstand sämtlicher brechender Flächen fix, d. h. nicht variabel.Under A single lens becomes a lens with two outer ones understood rotationally symmetric, refractive surfaces, whose distance is not variable to each other. In between, it is preferable only an optical material with a refractive index greater 1 available. However, it is also possible that between the outer refracting surfaces more refractive surfaces (putty lens) are arranged. However, that is the distance of all refracting surfaces fixed, d. H. not variable.
Vorzugsweise ist der Abstand zwischen der ersten Fokussiereinheit und der Kompensationseinheit entlang der optischen Achse in sämtlichen Fokustiefen konstant oder im Wesentlichen konstant. Vorzugsweise sind die Kompensationseinheit und die erste Fokussiereinheit auf die Dicke des optischen Speichermediums derart abgestimmt, dass die Strahlung der Lichtquelle nach Durchlaufen der erste Fokussiereinheit, des Speichermediums und der Kompensationseinheit vollständig kollimiert ist. Vorzugsweise sind zwischen der Fokussiereinheit und dem Speichermedium eine erste dickenveränderliche planparallele Platte und zwischen der Kompensationseinheit und dem Speichermedium eine zwei te dickenveränderliche planparallele Platte angeordnet, wobei die Summe der Dicke des Speichermediums, der Dicke der ersten planparallelen Platte und der Dicke der zweiten planparallelen Platte konstant gehalten wird und die Dicke der ersten planparallelen Platte zum Überlagern unterschiedlich aberrationsbehafteter Hologramme in derselben Position variiert wird.Preferably, the distance between the first focusing unit and the compensation unit is constant or substantially constant along the optical axis at all focal depths. Preferably, the compensation unit and the first focusing unit are tuned to the thickness of the optical storage medium such that the radiation of the light source is completely collimated after passing through the first focusing unit, the storage medium and the compensation unit. Preferably, between the focussing unit and the storage medium, a first thickness-adjustable plane-parallel plate and between the compensation unit and the storage medium a two te thick-variable plane-parallel plate, wherein the sum of the thickness of the storage medium, the thickness of the first plane-parallel plate and the Thickness of the second plane-parallel plate is kept constant and the thickness of the first plane-parallel plate for superimposing different aberrated holograms is varied in the same position.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Figuren näher beschriebenen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be described in more detail below with reference to the figures described embodiments described in more detail. Show it:
Der
holographische Datenspeicher weist einen Diodenlaser
Zum
Erzeugen von Hologrammen werden die Elemente
Zum
Erzeugen eines Hologramms (
Zum
Auslesen (
Der
optische Strahlengang ist derart korrigiert, dass die Linse
Es
ist jedoch ebenso möglich dass der Laserstrahl nach Durchlaufen
des Teilsystems aus
Die
Verwendung eines polarisierenden Strahlteilers
Zum
Schreiben eines Hologramms wird eine Vorrichtung wie in
Die Überlegung,
dass unter bestimmten Voraussetzungen auf eine angepasste Korrektur
verzichtet werden kann liegt dieser Erfindung zugrunde. Es ist eine
Besonderheit des optischen Aufbaus und des entsprechenden Strahlengangs
in einem mikroholographischen Speichersystem, das eine technologische
Umsetzung des Verfahrens auch ohne aufwendige Aberrationskorrektur
ermöglicht und zwar ohne jegliche Verluste in der Speicherleistung.
Sowohl die Speicherdichte in einzelnen Datenlayern als auch die
Anzahl der Layer können unverändert hoch bleiben,
obwohl das System nicht länger mit beugungsbegrenzten Laserstrahlspots operiert.
Zwar können die Einzellinsen
Das
Wesentliche liegt in der gegenläufigen Anordnung der beiden
Objektive
Die
fokussierenden Objektive
Die
Erfindung unterscheidet sich von sonstigen, nicht korrigierten Systemen
dadurch, dass erfindungsgemäß zwar nicht der Fokus
bzgl. des Öffnungsfehlers korrigiert bzw. nicht vollständig
korrigiert ist, jedoch die Strahlung nach Durchtritt durch beide
Einzellinsen
Eine feste Korrektur der sphärischen Aberration findet man auch bei konventionellen optischen Speichersystemen (CD/DVD/BluRay), da auch hier durch ein öffnungsfehler-verursachendes Disksubstrat abgebildet wird. Ein solches Objektiv lässt sich im Allgemeinen als Einzellinse ausführen, was einerseits die Fertigungskosten auf ein Minimum reduziert und andererseits zu einem sehr leichtgewichtigen Objektiv führt. Ein geringes Gewicht ist essentiell für die schnelle Bewegung durch ein auf schnellen Voice Coil Aktuatoren basierendes Servosystem zur Einhaltung der Fokustiefenposition und zur Verfolgung der Datenspur in einer schnell rotierenden Disk. Bei entsprechender Dimensionierung der Substratdicken der holographischen Disk ist es sogar denkbar, exakt die gleichen Objektive zu verwenden, wie sie in den aktuellen konventionellen Speichersystemen verwendet werden.A Fixed correction of the spherical aberration is also found in conventional optical storage systems (CD / DVD / BluRay), because here too by an opening error-causing disk substrate is shown. Such a lens is generally possible perform as a single lens, which on the one hand the production costs reduced to a minimum and on the other hand to a very lightweight Lens leads. A low weight is essential for the fast movement through on fast voice coil actuators based servo system for maintaining the focus depth position and to track the data track in a fast rotating disc. With appropriate dimensioning of the substrate thickness of the holographic Disk, it's even possible to use exactly the same lenses as used in the current conventional storage systems become.
Erfindungsgemäß wird das mit den beiden Schreibstrahlen erzeugte Interferenzmuster nicht mehr im gemeinsamen aberrationsfreien Fokus der beiden Strahlen in Form eines Mikrogitters gespeichert. Die Datenspeicherung findet nun in einer Tiefenposition statt, in der infolge der resultierenden sphärischen Aberration keine beugungsbegrenzten Strahlfokusspots vorliegen.According to the invention the interference pattern generated with the two writing beams not more in the common aberration-free focus of the two beams stored in the form of a micro-grid. The data storage finds now in a depth position, in the result of the resulting spherical aberration no diffraction-limited beam focus spots available.
Das
entstehende Interferenzmuster im Bereich der engsten Einschnürung
der beiden Strahlen (minimale Kaustik) wird im Speichermedium
Das
gespeicherte Hologramm rekonstruiert bei korrekter Beleuchtung nun
genau den zugehörigen anderen Laserstrahl. Zur Erhöhung
der Positionsselektivität der gespeicherten Hologramme
wird ein konfokaler Filter
Der
wesentliche Unterschied zu konventionellen Mikrogittern liegt in
der Größe und Form der dreidimensionalen Gitterstruktur.
Diese ist direkt durch die Feldverteilung, d. h. Wellenfronten der
Schreibstrahlen gegeben und wie bereits dargelegt bei beugungsbegrenzten
Mikrogittern auf wenige, im fokalen Bereich der überlagernden
Strahlen lokalisierte Gitterebenen begrenzt. Werden die Öffnungsfehler
nicht korrigiert, so wird diese beugungsbegrenzte Feldverteilung
verzerrt und deformiert. Infolge dessen entstehen die aberrationsbehafteten
Hologramme in einem wesentlich größeren Volumenbereich,
d. h. die Brechungsindexmodulation verläuft effektiv gleichmäßiger
verteilt über größere Volumenelemente
des Speichermaterials
Darin liegt ein signifikanter Vorteil des Speicherverfahrens nach der vorliegenden Erfindung – es wird erfindungsgemäß ein wesentlich größerer Volumenbereich zur Speicherung durch Hologrammerzeugung genutzt bei unverändert hoher optischer Auflösung und räumlicher Selektivität. Eine effiziente Hologrammrekonstruktion kommt nur dann zustande wenn sich die Wellenfronten des durch den Öffnungsfehler deformierten Lesestrahls exakt mit den aberrationsbehafteten Hologrammgitterebenen überlagern. Die physikalische Bedeutung lässt sich einfach durch die Anzahl und räumliche Ausdehnung der lichtinduzierten Gitterebenen interpretieren. Aberrationsbehaftete und verzerrte Hologramme verfügen effektiv über eine größere Anzahl von Gitterebenen und ein größeres Modulationsvolumen. Dementsprechend lassen sich mit solchen Hologrammen bei gleicher Belichtungsenergie sogar höhere Beugungseffizienzen erzielen als mit „echten" aberrationsfreien Mikrohologrammen. Dies lässt sich auf die höhere Anzahl an effektiv gespeicherten Gitterebenen zurückzuführen. Die effektive Brechungsindexmodulation nimmt zwar quadratisch mit der abfallenden Lichtintensität ab, das gesamte Beugungssignal entsteht aber kumulativ durch Reflexion an allen modulierten Gitterebenen.In this is a significant advantage of the storage method according to the present invention - it is according to the invention a much larger volume range for storage used by hologram production at unchanged high optical resolution and spatial selectivity. An efficient hologram reconstruction only comes about when the wavefronts of the opening error deformed reading beam overlap exactly with the aberration hologram grid planes. The physical meaning can be easily explained by the Number and spatial extent of the light-induced lattice planes interpret. Aberration-prone and distorted holograms feature effectively over a greater number of lattice levels and a larger modulation volume. Accordingly can be used with such holograms at the same exposure energy even achieve higher diffraction efficiencies than with "real" aberration-free micro holograms. This can be on the higher number of effectively stored lattice planes due. The effective refractive index modulation Although takes square with the falling light intensity but the entire diffraction signal is cumulatively caused by reflection at all modulated lattice levels.
Durch die höhere Beugungseffizienz werden die Hologramme leichter detektierbar so dass die Fehlerrate durch ein gestiegenes Signal-zu-Rausch Verhältnis reduziert werden kann. Außerdem lassen sich bei ausreichend hoher Beugungseffizienz die zum Schreiben benötigten Laserstrahlenergien reduzieren. Mit niedrigeren Belichtungsenergien pro Schreibprozess wird der begrenzte Dynamikbereich des Speichermediums weniger beansprucht und kann damit effizienter für Multiplextechniken genutzt werden so dass sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren höhere Multiplexraten erzielen lassen.By the higher diffraction efficiency makes the holograms easier detectable so that the error rate due to increased signal-to-noise Ratio can be reduced. In addition, let at sufficiently high diffraction efficiency needed for writing Reduce laser energy. With lower exposure energies per writing process becomes the limited dynamic range of the storage medium less stressed and thus more efficient for multiplexing techniques be used so that with the inventive Method can be achieved higher multiplex rates.
Infolge der höheren effektiven Anzahl an Gitterebenen ergibt sich auch eine höhere Wellenlängenselektivität der erzeugten Hologramme. Dies bringt wiederum den Vorteil, dass bei Verwendung von Wellenlängenmultiplexing mit geringeren spektralen Abständen der einzelnen Wellenlängenkanäle gearbeitet werden kann. Dadurch wird es möglich, eine größere Anzahl von Wellenlängenkanälen zu verwenden und dementsprechend die Datendichte zu erhöhen. Bei einer niedrigen Multiplexrate des Wellenlängenmultiplexing lassen sich die Anforderungen an die chromatische Abbildungsleistung der Objektive reduzieren, da sich die nötige Korrektur für kleinere Spektralbereiche leichter realisieren lässt. Für sehr schmale Wellenlängenbereiche kann sogar gänzlich auf chromatische Korrekturen verzichtet werden.As a result the higher effective number of lattice planes results also a higher wavelength selectivity the generated holograms. This in turn has the advantage that when using wavelength division multiplexing with lower worked spectral distances of the individual wavelength channels can be. This will make it possible to get a bigger one Number of wavelength channels to use and accordingly to increase the data density. At a low Multiplexing rates of wavelength division multiplexing can be the requirements for the chromatic imaging performance of the lenses reduce, since the necessary correction for smaller Spectral ranges easier to realize. For very narrow wavelength ranges can even be completely to dispense with chromatic corrections.
Ein
weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein neues Multiplexverfahren
zur mikroholographischen Datenspeicherung (
Wie
erwähnt, müssen beide Objektive
Erfindungsgemäß lassen sich viele solche Hologramme in ein und demselben Volumenelement überlagern bzw. räumlich multiplexen. Beim Auslesen der Daten wird dann jeweils nur das bestimmte Hologramm detektiert, das exakt zur Aberration des Lesestrahls passt. Die dazu erforderliche Selektivität der Hologramme entspricht der klassischen Bragg-Selektivität dicker Volumenhologramme. Nur wenn sich die Wellenfronten des Lesestrahls aberrationsrichtig mit den Gitterebenen eines Hologramms überlagern, ist die Bragg-Bedingung erfüllt. Dies resultiert dann in einer hohen Effizienz der Beugung des Lesestrahls am Hologramm, welche weiterhin einem hohen Niveau des Lesesignals entspricht.According to the invention Many such holograms overlap in one and the same volume element or spatially multiplex. When reading the data is then only the particular hologram detected, the exactly to Aberration of the reading beam fits. The required selectivity the hologram corresponds to the classic Bragg selectivity thick volume holograms. Only when the wave fronts of the reading beam Aberrationsrichtig with the lattice planes of a hologram overlay, the Bragg condition is met. This then results in a high efficiency of diffraction of the reading beam on the hologram, which continues to correspond to a high level of the read signal.
Mit dieser Technik zum Multiplexen eröffnet sich die fünfte Dimension für die mikroholographische Datenspeicherung, da neben drei Raumdimensionen und dem Spektrum des Lichtes als vierte Dimension nun der Wellenfrontenaberrationsraum ebenfalls für das Multiplexing zur Verfügung steht.With this technique for multiplexing opens up the fifth Dimension for micro-logical data storage, because next to three spatial dimensions and the spectrum of light as the fourth Dimension now also the wavefront aberration space for the multiplexing is available.
Das
Aberrationsmultiplexing lässt sich praktisch durch eine
kontrollierte Änderung der durch die beiden Objektive
Hohe Multiplexraten beim Aberrationsmultiplexing lassen sich relativ einfach erzielen in dem zwischen jedem Objektiv und dem Speichermedium ein solches Stufenloses, extern elektronisch gesteuertes Korrekturelement angeordnet wird.Height Multiplexing rates in aberration multiplexing can be relatively easy to achieve in the between each lens and the storage medium such a stepless, externally electronically controlled correction element is arranged.
Wie
in
Ein
wichtiger Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass neben
den Linsen
Die
dickenvariable Komponente übernimmt die Einstellung des
Aberrationsgrades beim Multiplexing. Vorzugsweise ist die Summe
der Dicken beider Korrekturelemente
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die praktische Realisierung eines mikroholographischen Speichersystems stark vereinfacht. Weiterhin kann die Speicherkapazität erhöht werden. Aberrationsbehaftete Hologramme können außerdem die Sicherheit der Daten vor unerlaubten Zugriff verbessern, da sie nur mit Laserstrahlen korrekter Aberration gelesen werden können. Daher ist das erfindungsgemäße Verfahren für die holographische Sicherheitstechnologie zur Identifikation von Objekten und Personen oder zum Schutz gespeicherter Inhalte durch beschränkten Zugriff geeignet.With the method of the invention is the practical Realization of a micro-lographic storage system greatly simplified. Furthermore, the storage capacity can be increased. Aberrated holograms can also improve the security of the data from unauthorized access, since they can only be read with laser beams of correct aberration. Therefore, the inventive method for the holographic security technology for the identification of Objects and persons or for the protection of stored content limited access suitable.
- 11
- Fokussiereinheit/EinzellinseFocusing / single lens
- 22
- Kompensationseinheit/EinzellinseCompensation unit / single lens
- 33
- Speicherschichtstorage layer
- 44
- Rückreflektorback reflector
- 55
- Fokussiereinheit/EinzellinseFocusing / single lens
- 66
- konfokaler Filterconfocal filter
- 77
- Photodetektorphotodetector
- 88th
-
Strahlteiler
(in Kombination mit
9 polarisierend)Beam splitter (in combination with9 polarizing) - 99
- λ/4-Plättchenλ / 4 plate
- 1010
- Strahlungsquelle/DiodenlaserRadiation source / diode laser
- 1111
- dickenvariable, planparallele Plattethick variable, plane parallel plate
- 1212
- dickenvariable, planparallele Plattethick variable, plane parallel plate
- 1313
- Flüssigkeitliquid
- 1414
- verschiebbare Glasplattedisplaceable glass plate
- 1515
- elastischer Bereichelastic Area
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- - DE 102007004025 [0002] - DE 102007004025 [0002]
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- 2007-12-31 DE DE102007063491A patent/DE102007063491A1/en not_active Ceased
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WO2009063073A1 (en) | 2009-05-22 |
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