DE102007063493A1 - Method and device for generating holograms - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung einer Vielzahl von Hologrammen, insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen mikroholographischen Datenspeicher und ein Verfahren zur Erzeugung von mikroholographischen Interferenzgittern. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, auf der Basis einer kommerziell erhältlichen, leichten asphärischen Linse einen mikroholographischen Datenspeicher und ein Verfahren zur Erzeugung von mikroholographischen Interferenzgittern bereitzustellen, die eine Kompensation der sphärischen Aberration implementieren und dadurch eine vollständige Elimination der auftretenden Öffnungsfehler ermöglichen. Dazu wird eine erste, als planparallele Platte ausgebildete, dickenvariable Komponente (20) zwischen der ersten Linse (14) und der Speicherschicht (12) und eine zweite als planparallele Platte ausagebildete, dickenvariable Komponente (22) zwischen der Speicherschicht (12) und der zweiten Linse (16) vorgesehen, wobei für unterschiedliche Relativabstände zwischen der ersten Linse (14) und Speicherschicht (12) die Summe von optischer Dicke der ersten dickenvariablen Komponente (20) und Fokustiefe der durch die erste Linse (14) fokussierten Strahlung in der Speicherschicht (12) konstant ist und die Summe der optischen Dicke der ersten dickenvariablen Komponente (20) und der optischen Dicke der zweiten dickenvariablen Komponente (22) konstant ist.The present invention relates to an apparatus and a method for generating a plurality of holograms, in particular the present invention relates to a mikroholographischen data memory and a method for the production of mikroholographische interference gratings. The object of the present invention is to provide, on the basis of a commercially available, lightweight aspherical lens, a micro-holographic data memory and a method for generating micro-interference fringes which implement spherical aberration compensation and thereby allow complete elimination of the aperture errors that occur. For this purpose, a first, as a plane-parallel plate formed, variable-thickness component (20) between the first lens (14) and the storage layer (12) and a second as planparallele plate ausagebildete, variable-thickness component (22) between the storage layer (12) and the second Lens (16) is provided, wherein for different relative distances between the first lens (14) and memory layer (12) the sum of optical thickness of the first variable-thickness component (20) and depth of focus of the first lens (14) focused radiation in the memory layer (16). 12) is constant and the sum of the optical thickness of the first variable thickness component (20) and the optical thickness of the second variable thickness component (22) is constant.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung einer Vielzahl von Hologrammen, insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen mikroholographischen Datenspeicher und ein Verfahren zur Erzeugung von mikroholographischen Interferenzgittern. Das Verfahren betrifft die Erzeugung mikroholographischer Gitter mit beugungsbegrenzt abgebildeten Laserstrahlen innerhalb eines Speichermediums.The The present invention relates to an apparatus and a method for Generation of a variety of holograms, in particular concerns the present invention is a micro-logical data memory and a method for generating micro-interference fringes. The method relates to the production of micro-holographic gratings with diffraction limited imaged laser beams within a storage medium.

Hinsichtlich der Speicherdichte ist es entscheidend, die räumliche Ausdehnung der Gitter auf möglichst kleine Volumenelemente zu lokalisieren. 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.Regarding The storage density is crucial, the spatial extent of the grid on as possible to locate small volume elements. This is achieved by the laser beam diffraction-limited from both sides into the photosensitive layer is focused. The three-dimensional grid localization is then directly from the focus size of the writing beam dependent. When reading the generated grids are detected error-free be, d. H. the reading beam must have the same 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.From a diffraction-limited figure is spoken when the performance an optical system only or at least authoritative by the physical effect of the diffraction, but not by defects is limited in design or manufacture. There are different Determine if an optical system is diffraction-limited, for example, by calculation and measurement of the optical path length difference OPD, the Strehl ratio, of the RMS radius, the RMS OPD, the standard deviation and others. Due to the different criteria, it is possible that an optical system according to one of the aforementioned methods as "diffraction-limited", but after a other of the above methods is not classified as "diffraction-limited".

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 rAIRY = 0.61 λ / NA, wobei λ die Wellenlänge des durch das optische System abgebildeten Lichts (bzw. die Zent ralwellenlänge der verwendeten kohärenten Lichtquelle) und NA die numerische Apertur ist. Die numerische Apertur (NA) ist eine dimensionslose Größe und charakterisiert den Winkelbereich, innerhalb dessen ein optisches System Licht abbilden kann oder tatsächlich abbildet. Die numerische Apertur ist wie folgt definiert: NA = n·sinσ = n'·sinσ' wobei n' die Brechzahl des Materials in der Bildebene (im Fall des mikroholographischen Datenspeichers also die Brechzahl des Polymers) und σ' der bildseitige Winkel des Randstrahls zur optischen Achse ist. Mit anderen Worten wird durch die Wellenlänge des zu fokussierenden Lichts und die durch die verwendeten Optiken realisierte Randstrahlneigung des fokussierten Laserstrahls der aufgrund der Beugung minimal mögliche Fokusradius (Airy-Disk-Radius) bzw. Fokusdurchmesser festgelegt.According to the present invention, an image is considered to be \ "diffraction limited \" if the RMS radius of the geometrically optical map is less than the Airy Disk radius. "The Airy Disk radius is defined as r AIRY = 0.61 λ / NA, where λ the wavelength of the light imaged by the optical system (or the center wavelength of the coherent light source used) and NA is the numerical aperture The numerical aperture (NA) is a dimensionless quantity and characterizes the angular range within which an optical system can image light The numerical aperture is defined as follows: NA = n × sinσ = n '× sinσ' where n 'is the refractive index of the material in the image plane (in the case of the micro-holographic data memory, the refractive index of the polymer) and σ' is the image-side Is the angle of the marginal ray to the optical axis, in other words, the wavelength of the light to be focused and that used by the Optics realized edge beam tilt of the focused laser beam due to the diffraction minimally possible focus radius (Airy Disk radius) or fixed focus diameter.

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.is the diameter of the irradiated laser beam is greater than 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.

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.is the diameter of the irradiated laser beam is smaller than the Aperture, so no laser radiation is cut off at the aperture stop or vignettiert, so is a marginal ray in the context of the present invention is understood that beam whose intensity is 1% of intensity in the maximum (Gaussian distribution the intensity) equivalent.

Ist der Durchmesser des eingestrahlten Laserstrahls gleich als die Apertur, kontaktiert der Randstrahl der Laserstrahlung genau die Aperturblende.is the diameter of the incident laser beam is the same as the aperture, the marginal ray of the laser radiation contacts 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 Sys tem 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.As RMS radius (or RMS spot radius) according to the present invention, the root-mean-square (root mean square) Radial size is called. That is, the distance between each ray and a reference point (optical axis or centroid of all rays) is squared, then averaged over all rays, and then the square root is drawn. As mentioned earlier, if the RMS radius is smaller than the Airy Disk radius, then an optical system is considered to be "diffraction-limited." The size of the RMS radius depends on the selection of the rays passing through the system in that, according to the present application, the RMS radius is determined by the fact that via the aperture 5 rings a 10 rays (linearly radial In the case of focusing parallel beams (as in the present case), the five rings are arranged equidistantly between the edge beam and the optical axis (ie the first ring is located) on the optical axis, the fifth ring is at the radial distance of the Edge rays from the optical axis and second to fourth ring are distributed equidistantly in between). The 10 rays per ring are circumferential, so each distributed at an angle of 36 ° to each other. The rays of the individual rings run on radial straight lines from the center to the outside, ie each because 5 rays of the individual 10 rings can be connected by radial (star-shaped) lines.

Das Tiefenmultiplexing (Multilayer) wird verwendet, um die Gesamtkapazität des Speichermediums als mehrfache Flächenkapazität einer einzelnen Datenebene zu maximieren. Um Daten in mehreren Datenebenen zu schreiben und auszulesen ist eine Fokussierung des Laserstrahls in unterschiedlich tiefe Bereiche einer Speicherschicht (entlang der optischen Achse, d. h. entlang der Strahlrichtung) notwendig. Nach dem Stand der Technik wird dazu eine an die Fokussierung in einen spezifischen Tiefenbereich der Speicherschicht angepasste asphärische Einzellinse verwendet.The Depth multiplexing (multilayer) is used to calculate the total capacity of the storage medium as multiple area capacity of one to maximize each data level. To data in multiple data layers Writing and reading out is a focus of the laser beam in different depths areas of a storage layer (along the optical axis, d. H. along the beam direction) is necessary. According to the state of the art, this is done by focusing on adapted to a specific depth range of the storage layer Aspherical single lens used.

Bei Fokussierung des Strahls in eine andere Tiefe führt dies jedoch zu einem Öffnungsfehler, der von der Fokustiefe abhängt und durch sphärische Aberration des in die Schicht einfallenden Strahls beschreiben wird. Aufgrund des Öffnungsfehlers bei Fokussierung in eine andere als die für die Linse korrigierte Tiefe sind die Fokusgrößen in unterschiedlichen Fokustiefen nicht mehr beugungsbegrenzt auf die minimale Spotfläche reduziert. Dieser Effekt geschieht räumlich und führt sowohl zu einer Aufweitung des Fokus in der Ebene als auch zu einer longitudinalen Verbreiterung in der Tiefe. Dadurch werden die erzeugten Mikrogitter sowohl transversal als auch longitudinal vergrößert.at Focusing the beam to a different depth, however, leads to an aperture error, which depends on the depth of focus and by spherical aberration of the beam incident in the layer will be described. by virtue of the opening error when focusing in a depth other than the lens corrected depth are the focus sizes in different Focus depths are no longer diffraction limited reduced to the minimum spot area. This effect happens spatially and leads both to a widening of focus in the plane as well as to a longitudinal widening in depth. This will generate the Microgrids enlarged both transversally and longitudinally.

In einem Speichersystem (das eine Vielzahl vom Mikrohologramme als Bits in die Speicherschicht schreibt und bei Bedarf ausliest) führen unterschiedlich große Laserspots in unterschiedlichen Tiefen, d. h. Datenebenen zum einen zu dem Problem des erhöhten Aufwandes für die Treiber- und Regelungselektronik. Die durch die sphärische Aberration verursachte Vergrößerung des Laserspots resultiert aber vor allem in einer verminderten Speicherkapazität. Außerdem wird durch die im Vergleich zu einem optimal fokussierten Strahl veränderten Wellenfronten eine Deformation der resultierenden Gitterstruktur verursacht.In a memory system (containing a plurality of micro-holograms as Writes bits to the storage layer and reads them out if necessary) lead differently size Laser spots at different depths, d. H. Data levels on the one hand to the problem of increased Expenses for the driver and control electronics. The by the spherical aberration caused enlargement of the Above all, laser spots result in a reduced storage capacity. In addition, will changed by compared to an optimally focused beam Wavefronts caused a deformation of the resulting lattice structure.

Das genannte Problem tritt bei CD und DVD nicht auf, da dort nur in eine Datenschicht, bzw. in zwei eng benachbarte Schichten mit einer konstanten Fokustiefe fokussiert werden muss, was problemlos mit einer einzelnen der Schichtdicke angepassten (asphärischen) Linse realisiert werden kann.The mentioned problem does not occur with CD and DVD, since there only in a data layer, or in two closely adjacent layers with a constant focus depth must be focused, which easily with a single of the layer thickness adapted (aspheric) Lens can be realized.

Es konnte jedoch nachgewiesen werden, dass eine einzelne Linse nicht die notwendige (beugungsbegrenzte) Abbildungsleistung für einen mikroholographischen Datenspeicher über einen Tiefenbereich (entlang der optischen Achse) von mehr als 100 μm realisieren kann.It However, it could be proved that a single lens is not the necessary (diffraction limited) imaging performance for one Mikroroholographischen data storage over a depth range (along the optical axis) of more than 100 microns can realize.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, auf der Basis einer kommerziell erhältlichen, leichten asphärischen Linse einen mikroholographischen Datenspeicher und ein Verfahren zur Erzeugung von mikroholographischen Interferenzgittern bereitzustellen, die eine Kompensation der sphärischen Aberration implementieren und dadurch eine vollständige Elimination der auftretenden Öffnungsfehler ermöglichen. Solche Kompensation resultiert bei der technologischen Systemumsetzung in einer höheren Speicherkapazität bei geringem apparativem Aufwand.The Object of the present invention is based on a commercially available, light aspherical Linse a micro-logical data storage and a method to provide microholographic interference gratings, which is a compensation of the spherical Aberration implement and thereby a complete elimination the occurring opening error enable. Such compensation results in the technological system implementation in a higher memory with little equipment effort.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 9 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.These The object is achieved by a Device according to the independent claim 1 and a method according to the independent claim 9 solved. Preferred embodiments of the invention are contained in the subclaims.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung einer Vielzahl von Hologrammen, weist eine monochromatische Strahlungsquelle, ein ebenes Speichermedium, eine erste Linse, die zumindest einen Teil des Lichts der Strahlungsquelle in die Speicherschicht fokussiert, eine zweite Linse, die zumindest einen Teil des durch die Speicherschicht hindurchtretenden Lichts kollimiert, und einen Reflektor zur Rückreflexion des kollimierten Lichts (Laserstrahlung) auf, wobei das vom Reflektor reflektierte Licht mittels der zweiten Linse wieder in die Speicherschicht fokussiert wird, und wobei die erste Linse und die zweite Linse zur Erzeugung von Hologrammen in unterschiedlichen Tiefen entlang der optischen Achse der Speicherschicht relativ zur Speicherschicht verschiebbar ausgebildet sind, und eine erste, als planparallele Platte ausgebildete, dickenvariable Komponente zwischen der ersten Linse und der Speicherschicht und eine zweite als planparallele Platte ausgebildete, dickenvariable Komponente zwischen der Speicherschicht und der zweiten Linse vorgesehen sind, wobei die erste Linse und die Speicherschicht zur Erzeugung von Hologrammen in unterschiedlichen Tiefen in unterschiedlichen Abständen zueinander (entlang der optischen Achse) angeordnet werden können, und die Summe von optischer Dicke (Produkt aus geometrischer Dicke und Brechzahl entlang der optischen Achse) der ersten dickenvariablen Komponente und Fokustiefe der durch die erste Linse fokussierten Strahlung (Tiefe des Fokus in der Speicherschicht entlang der optischen Achse von der der Strahlungsquelle zugewandten, äußeren Seite der Speicherschicht) in der Speicherschicht konstant ist und die Summe der optischen Dicke der ersten dickenvariablen Komponente und der optischen Dicke der zweiten dickenvariablen Komponente konstant ist. Unter einer monochromatischen Strahlungsquelle wird eine Strahlungsquelle verstanden, deren Halbwertsbreite um die Zentralwellenlänge kleiner 10 nm beträgt.The inventive device to produce a variety of holograms, has a monochromatic Radiation source, a planar storage medium, a first lens, the at least a portion of the light of the radiation source in the storage layer Focused, a second lens that covers at least part of the storage layer collimated light collimates, and a Reflector for back reflection of the collimated light (laser radiation), that of the reflector reflected light by means of the second lens back into the storage layer is focused, and wherein the first lens and the second lens for generating holograms at different depths the optical axis of the storage layer relative to the storage layer displaceable are formed, and a first, designed as a plane-parallel plate, thickness variable component between the first lens and the storage layer and a second thickness-variable formed as a plane-parallel plate Component provided between the storage layer and the second lens are, wherein the first lens and the storage layer for generating of holograms at different depths in different intervals to each other (along the optical axis) can be arranged, and the sum of optical thickness (product of geometric thickness and Refractive index along the optical axis) of the first variable thickness Component and focus depth of the focused through the first lens Radiation (depth of focus in the storage layer along the optical Axis from the radiation source facing, outer side of the storage layer) in the memory layer is constant and the sum of the optical Thickness of the first variable thickness component and the optical thickness the second variable thickness component is constant. Under one monochromatic radiation source is understood as a radiation source, whose half-width at the central wavelength is less than 10 nm.

Erfindungsgemäß werden Hologramme in unterschiedlichen Tiefen entlang der optischen Achse erzeugt, wobei die äußeren Holgramme um mehr als 50 μm (bevorzugt mehr als 100 μm und noch bevorzugter mehr als 200 μm) voneinander (entlang der optischen Achse) beabstandet sind.According to the invention Holograms at different depths along the optical axis generated, with the outer holgrams by more than 50 μm (preferably more than 100 microns and more preferably more than 200 microns) from each other (along the optical Axis) are spaced.

Mit anderen Worten wird ein holographischer Datenspeicher vorgeschlagen, bei dem die Speicherschicht (vorzugsweise eine von zwei Substraten umgebene diskförmige Polymerschicht) in Relation zur Schreiboptik (Laserlichtquelle, erste Linse, erste dickenvariable Komponente, zweite Linse, zweite dickenvariable Komponente und Reflektor) sowohl lateral verschiebbar ausgebildet als auch entlang der optischen Achse (Strahlrichtung) verschiebbar ausgebildet ist. Vorzugsweise wird die laterale Relativbewegung zwischen Speicherschicht und Schreiboptik durch ein Rotieren der diskförmigen Speicherschicht und die longitudinale Relativbewegung zwischen Speicherschicht und Schreiboptik durch Bewegung der ersten Linse und der zweiten Linse realisiert. Dadurch kann in beliebige Positionen innerhalb Speicherschicht fokussiert (zurückreflektiert und wieder fokussiert und damit Hin-Fokus und Rück-Fokus) gegenläufig überlagert werden und somit Mikrohologramme, die ein Bit darstellen, erzeugt werden. Ist an einer Position kein Mikrohologramm vorhanden, wurde dort kein Bit geschrieben. Die minimal erreichbare Größe der Mikrohologramme wird durch die Wellenlänge des Lichts und die numerischer Apertur der verwendeten Optik definiert, vorausgesetzt es liegt eine beugungsbegrenzte Abbildung vor.With In other words, a holographic data storage is proposed wherein the storage layer (preferably one of two substrates surrounded disk-shaped Polymer layer) in relation to the writing optics (laser light source, first lens, first variable thickness component, second lens, second thickness-variable component and reflector) both laterally displaceable formed as well as along the optical axis (beam direction) is formed displaceable. Preferably, the lateral relative movement between memory layer and writing optics by rotating the disk-shaped Storage layer and the longitudinal relative movement between storage layer and writing optics by movement of the first lens and the second Lens realized. This can be done in any positions within Memory layer focused (reflected back and again focused and thus out-of-focus and re-focus) in opposite directions and thus microholograms representing one bit are generated become. If there is no micro hologram at one position, then there is no bit written there. The minimum achievable size of the micro holograms is by the wavelength of the light and the numerical aperture of the optics used, provided there is a diffraction-limited image.

Um eine beugungsbegrenzte Abbildung in unterschiedlichen Tiefen (entlang der optischen Achse) realisieren zu können, wird die sphärische Aberration erfindungsgemäß durch Verwendung zweier asphärischer Einzellinsen (erste Linse und zweite Linse) und durch Verwendung zweier planparalleler dickenvariable Komponenten (mit einer Brechzahl ungleich 1) erreicht. Die Idee besteht darin, die asphärische Einzellinse auf eine bestimmte Substrattiefe (= Tiefe innerhalb der Speicherschicht) zu optimieren und bei Ansteuerung anderer Tiefen innerhalb der Speicherschicht die Dicke mittels dickenvariabler Komponenten entsprechend auszugleichen, so dass die Gesamtdicke (optische Dicke oder auch optische Weglänge) der zu durchlaufenden Optiken (bestehend aus erster dickenvariabler Komponente, der Speicherschicht inkl. ggf. vorhandener Substrate und zweiter dickenvariabler Komponente) stets konstant gehalten wird. Dabei ändert sich die Dicke von erster dickenvariabler Komponente und zweiter dickenvariabler Komponente entsprechend der Tiefe des Fokus in der Speicherschicht, derart, dass die Summe aus optischer Dicke der Tiefe des Fokus in der Speicherschicht und optischer Dicke der ersten dickenvariablen Komponente stets konstant gehalten wird. Somit wird die Dicke der ersten dickenvariablen Komponente stets verkleinert, je tiefer in die Speicherschicht fokussiert wird und umgekehrt. Entsprechend wird die Dicke der zweiten dickenvariablen Komponente stets vergrößert, je tiefer in die Speicherschicht fokussiert wird und umgekehrt.Around a diffraction-limited image at different depths (along the optical axis) becomes the spherical aberration according to the invention Use of two aspheric Single lenses (first lens and second lens) and by use two plane-parallel thickness-variable components (with a refractive index not equal 1) reached. The idea is to use the aspherical single lens on a certain substrate depth (= depth within the storage layer) to optimize and at driving other depths within the storage layer to compensate the thickness accordingly by means of thickness-variable components, so that the total thickness (optical thickness or optical path length) of the to be traversed optics (consisting of first variable-thickness Component, the storage layer including any existing substrates and second variable-thickness component) always kept constant becomes. It changes The thickness of the first variable-thickness component and second thickness variable component according to the depth of focus in the Memory layer, such that the sum of optical thickness of the Depth of focus in the storage layer and optical thickness of the first thickness-variable component is always kept constant. Thus, will the thickness of the first variable-thickness component always reduced, the more deeply focused into the storage layer and vice versa. Accordingly, the thickness of the second variable thickness component always becomes enlarged, ever is focused deeper into the storage layer and vice versa.

Vorzugsweise weisen die erste dickenvariable Komponente und die zweite dickenvariable Komponente ein Material mit einer von Luft und/oder Vakuum verschiedenen Brechzahl auf. Gemäß der Erfindung ist die optische Dicke der ersten dickenvariablen Komponente durch das Produkt aus geometrischer Dicke der ersten dickenvariablen Komponente und der Brechzahl der ersten dickenvariablen Komponente, und die optische Dicke der zweiten dickenvariablen Komponente durch das Produkt aus geometrischer Dicke der zweiten dickenvariablen Komponente und der Brechzahl der zweiten dickenvariablen Komponente definiert (Brechzahl bezogen auf die Zentralwellenlänge der Lichtquelle).Preferably have the first thickness-variable component and the second thickness-variable Component a material with one different from air and / or vacuum Refractive index. According to the invention is the optical thickness of the first variable-thickness component the product of geometric thickness of the first variable thickness component and the refractive index of the first variable-thickness component, and the optical Thickness of the second variable thickness component due to the product geometric thickness of the second variable thickness component and the Refractive index of the second variable-thickness component defines (refractive index based on the central wavelength the light source).

Vorzugsweise sind die erste Linse und die zweite Linse derart zur Speicherschicht positioniert, dass die Fokustiefe der durch die erste Linse fokussierten Strahlung in der Speicherschicht und die Fokustiefe der durch die zweite Linse fokussierten Strahlung in der Speicherschicht gleich oder im Wesentlichen gleich sind. Vorzugsweise sind die erste Linse und die zweite Linse derart zur Speicherschicht positioniert, dass die Fokusgröße der durch die erste Linse fokussierten Strahlung in der Speicherschicht und die Fokusgröße der durch die zweite Linse fokussierten Strahlung in der Speicherschicht beugungsbegrenzt sind.Preferably For example, the first lens and the second lens are the storage layer positioned so that the depth of focus of the focused through the first lens Radiation in the storage layer and the depth of focus through the second lens focused radiation in the storage layer the same or substantially the same. Preferably, the first lens and the second lens is positioned to the storage layer such that the focus size through the first lens focused radiation in the storage layer and the focus size through the second lens focused radiation in the storage layer diffraction-limited are.

Vorzugsweise sind die erste und zweite Linse adaptiert, eine Relativbewegung (zur Speicherschicht) zwischen 50 μm und 500 μm entlang der optischen Achse auszuführen. Ebenfalls sind die dickenvariablen Komponenten vorzugsweise adaptiert, ihre Dicke um einen Betrag zwischen 50 μm und 500 μm (entlang der optischen Achse) zu ändern.Preferably the first and second lenses are adapted, a relative movement (to the storage layer) between 50 microns and 500 microns along the optical axis perform. Also, the variable thickness components are preferably adapted, their Thickness by an amount between 50 μm and 500 μm (along the optical axis) to change.

Die Nutzung mehrerer Datenebenen entlang der Strahlrichtung wird auch Tiefenmultiplexing genannt.The Use of multiple data layers along the beam direction will also Called depth multiplexing.

Vorzugsweise sind eine erste Strahlungsquelle mit einer ersten Wellenlänge und eine zweite Strahlungsquelle mit einer zweiten Wellenlänge vorgesehen, wobei sich die erste Wellenlänge von der zweiten Wellenlänge unterscheidet. Dadurch kann mit dem erfindungsgemäßen Datenspeicher auch Wellenlängenmultiplexing realisiert werden. Beim Wellenlängenmultiplexing werden Gitter in der gleichen Position innerhalb der Speicherschicht geschrieben, jedoch unter Nutzung unterschiedlicher Wellenlängen (unterschiedliche Laserlichtquellen). Dadurch bilden sich in der gleichen Position innerhalb der Speicherschicht Gitter mit unterschiedlicher Gitterkonstante aus, die überlagert werden und unter Nutzung der jeweils unterschiedlichen Schreib-Wellenlängen wieder selektiv ausgelesen werden können (Erfüllung der Bragg-Bedingung).Preferably, a first radiation source having a first wavelength and a second radiation source having a second wavelength are provided, wherein the first wavelength differs from the second wavelength. As a result, wavelength division multiplexing can also be realized with the data memory according to the invention. In wavelength division multiplexing, gratings are written in the same position within the storage layer but using different wavelengths (different laser light sources). As a result, grids with different shapes are formed in the same position within the storage layer Lattice constant, which are superimposed and can be selectively read using the different write wavelengths again (fulfillment of the Bragg condition).

Zur Nutzung unterschiedlicher Laserlichtquellen mit unterschiedlichen Wellenlängen muss die sphärische Aberration der ersten und zweiten Linse für jede Wellenlänge unterschiedlich stark kompensiert werden, was durch eine einzelne dickenvariable Komponente (aus einem Material) nicht gelingt, zumindest kann damit keine beugungsbegrenzte Abbildung für beide (oder mehrere) Wellenlängen realisiert werden. Daher ist es zur zusätzlichen Verwendung des Wellenlängenmultiplexing erfindungsgemäß vorgesehen, dass neben der ersten Strahlungsquelle weiterhin eine zweite kohärente Strahlungsquelle mit einer von der ersten Strahlungsquelle verschiedenen (Zentral-)Wellenlänge im Bereich zwischen 300 nm und 430 nm vorgesehen ist. Weiterhin ist die erste dickenvariable Komponente aus einer ersten planparallelen Platte mit einer ersten optischen Dispersion (erstes Material) und einer zweiten planparallelen Platte mit einer zweiten optischen Dispersion (zweites Material) ausgebildet ist, wobei sich die erste optische Dispersion von der zweiten optischen Dispersion unterscheidet. Weiterhin ist die zweite dickenvariable Komponente aus einer dritten planparallelen Platte mit einer dritten optischen Dispersion und einer vierten planparallelen Platte mit einer vierten optischen Dispersion ausgebildet ist, wobei sich die dritte optische Dispersion von der vierten optischen Dispersion unterscheidet. Das Maß der optischen Dispersion kann beispielsweise durch die Abbesche Zahl des optischen Materials (Glas) spezifiziert sein.to Use of different laser light sources with different ones wavelength must be spherical Aberration of the first and second lens different for each wavelength be greatly compensated, which is due to a single thickness-variable component (from a material) does not succeed, at least it can not be diffraction-limited Illustration for both (or more) wavelengths will be realized. Therefore, it is for additional use of wavelength division multiplexing provided according to the invention, in addition to the first radiation source, a second coherent radiation source with a (central) wavelength in the range different from the first radiation source between 300 nm and 430 nm is provided. Furthermore, the first one thickness-variable component from a first plane-parallel plate with a first optical dispersion (first material) and a second plane-parallel plate with a second optical dispersion (second material) is formed, wherein the first optical Dispersion differs from the second optical dispersion. Farther is the second thickness-variable component of a third plane-parallel Plate with a third optical dispersion and a fourth plane-parallel plate formed with a fourth optical dispersion is, wherein the third optical dispersion of the fourth optical Dispersion differs. The measure of optical dispersion For example, by the Abbe number of the optical material (Glass) to be specified.

Dadurch kann erfindungsgemäß die Gesamtdicke (optische Dicke) des Systems (bestehend aus erster dickenvariabler Komponente, der Speicherschicht inkl. ggf. vorhandener Substrate und zweiter dickenvariabler Komponente) für unterschiedliche Wellenlängen bei Verwendung der gleichen Linsen konstant gehalten werden.Thereby can according to the invention the total thickness (optical thickness) of the system (consisting of first variable-thickness Component, the storage layer including any existing substrates and second thickness-variable component) for different wavelengths Using the same lenses are kept constant.

Vorzugsweise ist die erste Linse und/oder die zweite Linse als asphärische Einzellinse ausgebildet. Vorzugsweise weist die erste Linse und/oder die zweite Linse eine numerische Apertur von größer als 0,5 (besonders bevorzugt größer 0,55 und noch bevorzugter größer gleich 0,6) auf.Preferably is the first lens and / or the second lens as aspheric single lens educated. Preferably, the first lens and / or the second Lens a numerical aperture of greater than 0.5 (particularly preferred greater than 0.55 and more preferably greater than or equal 0.6).

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung einer Vielzahl von Hologrammen weist folgende Schritte auf: Einstrahlen von monochromatischem Licht in ein ebenes Speichermedium, das ein Material aufweist, das bei Einstrahlung elektromagnetischer Strahlung eine Brechzahländerung erfährt, Fokussieren zumindest eines Teils des eingestrahlten Lichts mittels einer ersten Linse, Kollimation zumindest eines Teils des durch die Speicherschicht hindurchtretenden Lichts mittels einer zweiten Linse, Rückreflexion des kollimierten Lichts mittels eines Reflektors, wobei das vom Reflektor reflektierte Licht mittels der zweiten Linse wieder in die Speicherschicht fokussiert und mit dem eingestrahlten Licht gegenläufig überlagert wird, wobei die erste Linse und die zweite Linse zur Erzeugung von Hologrammen in unterschiedlichen lateralen Positionen und in unterschiedlichen Tiefen der Speicherschicht relativ zur Speicherschicht verschieben werden, und wobei zur Korrektion (= Reduktion unter das Beugungslimit) der sphärischen Aberration der ersten Linse und der zweiten Linse eine erste, als planparallele Platte ausgebildete, dickenvariable Komponente zwischen der ersten Linse und der Speicherschicht und eine zweite als planparallele Platte ausgebildete, dickenvariable Komponente zwischen der Speicherschicht und der zweiten Linse vorgesehen werden, und wobei für unterschiedliche Relativabstände entlang der optischen Achse zwischen der ersten Linse und Speicherschicht: (i) die Summe von optischer Dicke der ersten dickenvariablen Komponente und Fokustiefe der durch die erste Linse fokussierten Strahlung in der Speicherschicht konstant gehalten wird, und (ii) die Summe der optischen Dicke der ersten dickenvariablen Komponente und der optischen Dicke der zweiten dickenvariablen Komponente konstant gehalten wird.The inventive method to generate a plurality of holograms has the following steps on: irradiation of monochromatic light in a flat storage medium, which has a material that upon irradiation of electromagnetic radiation a refractive index change learns Focusing at least a portion of the incident light by means a first lens, collimation of at least a portion of the the storage layer passing light by means of a second Lens, back reflection of the collimated light by means of a reflector, that of the Reflector reflected light by means of the second lens back in the storage layer focused and with the incident light in opposite superimposed is, wherein the first lens and the second lens for generating Holograms in different lateral positions and in different Move depths of the storage layer relative to the storage layer and where to the correction (= reduction below the diffraction limit) the spherical one Aberration of the first lens and the second lens a first, as plane-parallel plate formed, variable-thickness component between the first lens and the storage layer and a second as a plane-parallel Plate formed, variable-thickness component between the storage layer and the second lens, and wherein for different relative distances along the optical axis between the first lens and storage layer: (i) the sum of optical thickness of the first variable thickness component and focus depth of the radiation focused by the first lens is kept constant in the memory layer, and (ii) the sum the optical thickness of the first variable thickness component and the optical thickness of the second variable-thickness component constant is held.

Vorzugsweise sind die Brechzahlen (Materialen) aller Komponenten bezogen auf eine Wellenlänge konstant, d. h. es werden vorzugsweise stets die gleichen Linsen verwendet (kein Linsentausch und auch kein Austausch der dickenvariablen Elemente).Preferably are the refractive indices (materials) of all components related to a wavelength constant, d. H. it is preferably always the same lenses used (no lens exchange and no exchange of the thickness variable Elements).

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Figuren näher beschriebenen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to in the figures embodiments explained in more detail. It demonstrate:

1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung von Hologrammen (holographischer Datenspeicher), die Tiefenmultiplexing mit Korrektur der sphärischen Aberration realisiert, in schematischer geschnittener Darstellung, 1 a device according to the invention for generating holograms (holographic data memory), which realizes depth multiplexing with correction of the spherical aberration, in a schematic sectional representation,

2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung von Hologrammen (holographischer Datenspeicher), die Tiefenmultiplexing und Wellenlängenmultiplexing mit Korrektur der sphärischen Aberration realisiert, in schematischer geschnittener Darstellung, und 2 a device according to the invention for generating holograms (holographic data storage), the depth multiplexing and wavelength division multiplexing with correction of the spherical aberration realized in a schematic sectional view, and

3 eine erfindungsgemäße dickenvariable Komponente nach einer bevorzugten Ausführungsvariante in schematischer geschnittener Darstellung. 3 an inventive thickness-variable component according to a preferred embodiment in a schematic sectional view.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung von Hologrammen (holographischer Datenspeicher), die Tiefenmultiplexing mit Korrektur der sphärischen Aberration realisiert. 1 shows a device according to the invention for generating holograms (holographi shear data storage), which realizes depth multiplexing with correction of the spherical aberration.

Der erfindungsgemäße holographische Datenspeicher weist eine Laserdiode 10, eine erste asphärische Einzellinse 14, eine erste dickenvariable Komponente 20, ein Mittel zur Aufnahme eines ebenen Speichermediums 12 (beispielsweise ein Halterungsmittel für ein diskförmiges Speichermedium 12), eine zweite dickenvariable Komponente 22, eine zweite asphärische Einzellinse 16 und einen Reflektor 18 auf.The holographic data memory according to the invention has a laser diode 10 , a first aspheric single lens 14 , a first thickness-variable component 20 , a means for receiving a flat storage medium 12 (For example, a holding means for a disk-shaped storage medium 12 ), a second thickness-variable component 22 , a second aspherical single lens 16 and a reflector 18 on.

Die Information wird vorzugsweise bitweise in Form mikroholographischer Interferenzgitter in einer dünnen photoempfindlichen Schicht 12 gespeichert. Die Gitterer zeugung erfolgt in räumlich begrenzten Volumenelementen durch Laserstrahlen der Lichtquelle 10, die bis an das optische Beugungslimit, d. h. beugungsbegrenzt fokussiert werden. Das durch die Überlagerung des einfallenden und reflektierten Strahls erzeugte Interferenzmuster wird in eine entsprechende lokale Modulation des Brechungsindex des photoempfindlichen Materials im Speichermedium 12 übertragen. Das Speichermedium 12 wird beispielsweise in Form einer Disk realisiert, indem die photoempfindliche Schicht auf ein optisches Disksubstrat aufgetragen und die Daten darin in einer spiralförmigen Spur kodiert werden. Die Strahlausbreitung beim Schreiben und Lesen erfolgt kollinear und auf einer Achse, die senkrecht zum Speichermedium 12 verläuft.The information is preferably bit by bit in the form of micro-heterologous interference gratings in a thin photosensitive layer 12 saved. The grating generation takes place in spatially limited volume elements by laser beams of the light source 10 , which are focused to the optical diffraction limit, ie diffraction-limited. The interference pattern generated by the superimposition of the incident and reflected beams is converted into a corresponding local modulation of the refractive index of the photosensitive material in the storage medium 12 transfer. The storage medium 12 is realized, for example, in the form of a disk by applying the photosensitive layer on an optical disk substrate and encoding the data therein in a spiral track. The beam propagation during writing and reading takes place collinearly and on an axis perpendicular to the storage medium 12 runs.

Bei der Aufnahme wird die Speicherschicht 12 durch die Diskrotation senkrecht zur Laserstrahlachse bewegt, so dass die Gitter dynamisch als Streifen mit beliebiger Länge induziert werden. Das Auslesesignal entsteht durch Beugung eines Laserstrahls an den eingeschriebenen Gittern unter Bragg-Bedingung. Die dreidimensionale, stark lokalisierte Gitterstruktur ermöglicht das Ausnutzen des ganzen Volumens des Speichermediums 12, indem die Daten in mehreren diskreten (vorzugsweise zueinander äquidistanten) Ebenen innerhalb der Speicherschicht 12 abgelegt werden. Regelmäßig ist die Speicherschicht 12 durch eine Photopolymerschicht mit einer Dicke zwischen 0,05 mm und 0,5 mm, die von beidseitig Substraten mit einer Dicke zwischen 0,1 mm und 1,2 mm umgeben ist, ausgebildet.When recording becomes the storage layer 12 moved by the discrete perpendicular to the laser beam axis, so that the lattice are dynamically induced as strips of any length. The read-out signal is produced by diffraction of a laser beam at the inscribed gratings under Bragg condition. The three-dimensional, strongly localized lattice structure makes it possible to exploit the entire volume of the storage medium 12 in that the data is in several discrete (preferably mutually equidistant) planes within the storage layer 12 be filed. The storage layer is regular 12 by a photopolymer layer having a thickness between 0.05 mm and 0.5 mm, which is surrounded by substrates on both sides with a thickness between 0.1 mm and 1.2 mm.

Die laterale Position der Bits wird durch Diskrotation der Speicherschicht 12 variiert. Die longitudinale Position der Bits (= Fokustiefe des Lasers 10) wird durch Verschiebung der Linsen 14, 16 entlang der optischen Achse realisiert, wobei die Linse 14 und mindestens eine dickenvariable Komponente 20 zur Fokussierung verwendet werden, und die Linse 14 bezüglich des Datenträgers 12 entlang der optischen Achse z verschiebbar angeordnet ist und beim Wechsel von einer Datenebene in eine andere Datenebene entsprechend der Tiefenposition der Datenebene innerhalb der Speicherschicht 12 verschoben wird. Die dickenvariable Komponente 20 übernimmt die Korrektur der optischen Weglänge für unterschiedliche Tiefenpositionen z innerhalb der Speicherschicht 12. Die dickenvariable Komponente 20 ist stets zwischen der Linse 14 und der Speicherschicht 12 angeordnet und wird vorzugsweise beim Wechsel der Tiefenposition der Datenebene nicht mitbewegt.The lateral position of the bits is determined by discrotation of the storage layer 12 varied. The longitudinal position of the bits (= focal depth of the laser 10 ) is caused by displacement of the lenses 14 . 16 realized along the optical axis, the lens 14 and at least one thickness-variable component 20 used for focusing, and the lens 14 concerning the data carrier 12 is arranged displaceably along the optical axis z and when changing from one data plane to another data plane corresponding to the depth position of the data plane within the storage layer 12 is moved. The thickness-variable component 20 assumes the correction of the optical path length for different depth positions z within the storage layer 12 , The thickness-variable component 20 is always between the lens 14 and the storage layer 12 arranged and is preferably not moved when changing the depth position of the data level.

Erfindungsgemäß kann damit eine beugungsbegrenzte Fokussierung in unterschiedliche Schichttiefen (= Fokustiefen) mittels lediglich einer asphärischen Linse 14 und einer dickenvariable Komponente 20 vor der Speicherschicht 12 und lediglich einer asphärischen Linse 16 und einer dickenvariable Komponente 22 (+Reflektor 18) hinter der Speicherschicht 12 realisiert werden.According to the invention, a diffraction-limited focusing in different layer depths (= focal depths) by means of only one aspheric lens can thus be achieved 14 and a variable-thickness component 20 in front of the storage layer 12 and only an aspherical lens 16 and a variable-thickness component 22 (+ Reflector 18 ) behind the storage layer 12 will be realized.

Wie in 3 veranschaulicht, wird die dickenvariable Komponente vorzugsweise als eine komprimierbare Komponente realisiert. Eine bevorzugte Realisierung besteht darin, eine Flüssigkeit 24 zwischen zwei dünnen Planplatten 26 anzuordnen und die beiden Planplatten 26 zueinander beweglich auszubilden, so dass die Dicke der Komponente 20, 22 variiert werden kann. Die dickenvariable Komponente 20, 22 kann im optischen System fest angeordnet sein. Die Dickenänderung der komprimierbaren Komponente wird durch geeignete elektromechanische Aktuatoren realisiert (elektromagnetisch, Piezos, elektrostatisch). Die Aufgabenlösung besteht darin, dass die zwei dünnen Planplatten 26 zueinander beweglich ausgebildet sind. Durch die elastischen Bereiche 25 kann die zwischen den Planplatten 26 befindliche Flüssigkeit 24 entweichen bzw. wieder einströmen. Alternativ kann auch ein festes, komprimierbares Material wie Gummi oder Gelatine verwendet werden, dessen Dicke dann variiert wird.As in 3 1, the thickness variable component is preferably realized as a compressible component. A preferred implementation is a liquid 24 between two thin plane plates 26 to arrange and the two flat plates 26 form mutually movable, so that the thickness of the component 20 . 22 can be varied. The thickness-variable component 20 . 22 can be fixed in the optical system. The change in thickness of the compressible component is realized by suitable electromechanical actuators (electromagnetic, piezo, electrostatic). The task solution is that the two thin plane plates 26 are designed to move each other. Through the elastic areas 25 Can the between the plane plates 26 located liquid 24 escape or re-flow. Alternatively, a solid, compressible material such as rubber or gelatin may be used, the thickness of which is then varied.

Ein wichtiger Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass neben den zwei Einzellinse 14, 16 nur noch jeweils ein weiteres optisches Element 20, 22 im Strahlengang vorhanden ist. Besonders vorteilhaft ist weiterhin, dass die Dicke eines solchen Elementes 20, 22 durch Anlegen eines Stroms oder eines elektrischen Feldes (elektromagnetisch, Piezos, elektrostatisch) variiert werden kann. Dadurch wird die Anzahl der mechanisch bewegten Komponenten auf ein Minimum reduziert und somit die Zuverlässigkeit eines solchen Systems erhöht. Ferner können wegen der Ansteuerung über das elektrische Feld sehr schnelle Schaltzeiten erreicht werden. Die Weglänge der Komprimierung liegt größenordnungsmäßig im Bereich des Fokustiefenbereichs – also im Bereich von 50–500 Mikrometern.An important advantage of this solution is that in addition to the two single lens 14 . 16 only one more optical element each 20 . 22 is present in the beam path. It is furthermore particularly advantageous that the thickness of such an element 20 . 22 by applying a current or an electric field (electromagnetic, piezo, electrostatic) can be varied. As a result, the number of mechanically moved components is reduced to a minimum, thus increasing the reliability of such a system. Furthermore, very fast switching times can be achieved because of the control via the electric field. The path length of the compression is on the order of magnitude in the range of the focal depth range, ie in the range of 50-500 micrometers.

Die Variation der Dicke kann beispielsweise durch magnetisierte Bereich (die im Randbereich der Planplatten 26 angeordnet sein können) und elektrische Kontakte erfolgen. Wird über die elektrischen Kontakte (die jeweils an einer der Planplatten 26 angeordnet sind – z. B. ITO Kontakte) ein elektrisches Feld angelegt, werden die Planplatten 26 aufeinander und der überschüssige Teil der Flüssigkeit 24 in die elastischen Bereiche 25 gedrückt. Die Dicke kann über die Stärke des elektrischen Feld gesteuert werden. Wird die Feldstärke verringert, so bewegt sich die in den elastischen Bereichen 25 befindliche Flüssigkeit 24 wieder in den Bereich zwischen den Planplatten 26 und die Dicke erhöht sich. Es sind natürlich eine Reihe anderer Mittel zur Variation der Dicke möglich.The variation of the thickness can be achieved, for example, by magnetized area (which is in the edge area of the Planplatten 26 can be arranged) and electrical contacts. Is about the electrical contacts (each on one of the plane plates 26 are arranged - z. As ITO contacts) applied an electric field, the plane plates 26 on each other and the excess part of the liquid 24 in the elastic areas 25 pressed. The thickness can be controlled by the strength of the electric field. If the field strength is reduced, then the moves in the elastic areas 25 located liquid 24 back into the area between the plane plates 26 and the thickness increases. Of course, a number of other means of varying the thickness are possible.

2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung von Hologrammen (holographischer Datenspeicher), die Tiefenmultiplexing und Wellenlängenmultiplexing mit Korrektur der sphärischen Aberration realisiert, in schematischer geschnittener Darstellung. 2 shows a device according to the invention for generating holograms (holographic data memory), which realizes depth multiplexing and wavelength division multiplexing with correction of the spherical aberration, in a schematic sectional representation.

Um neben dem Tiefenmultiplexing auch Wellenlängenmultiplexing mit Korrektur der sphärischen Aberration realisieren zu können, weisen die dickenvariablen Komponenten 20, 22 je zwei dickenvariable planparallele Platten 28, 30 und 32, 34 jeweils mit unterschiedlicher Dispersion auf. Dadurch kann eine Korrektur auch für unterschiedliche Wellenlängen erfolgen. Dann kann mit unterschiedlichen Wellenlängen eingestrahlt werden (zeitgleich oder vorzugsweise zeitversetzt) und so in einer Position Gitter mit unterschiedlicher Gitterkonstante erzeugt werden. Die sphärische Aberration kann mittels der dickenvariablen planparallelen Komponenten unterschiedlicher Dispersion derart reduziert werden, dass beugungsbegrenzt abgebildet werden kann.In order to be able to realize wavelength division multiplexing with correction of the spherical aberration in addition to the depth multiplexing, the thickness-variable components are shown 20 . 22 two thickness-variable plane-parallel plates each 28 . 30 and 32 . 34 each with different dispersion. As a result, a correction can also take place for different wavelengths. Then it can be irradiated with different wavelengths (at the same time or preferably with a time offset) and thus in one position gratings with different lattice constants are generated. The spherical aberration can be reduced by means of the thickness-variable plane-parallel components of different dispersion in such a way that diffraction-limited imaging is possible.

In beiden Ausführungsbeispielen sind die Linsen 14, 16 vorzugsweise gleich ausgebildet, d. h. gleiche Dicke, gleiches Material, gleiche Brennweite, gleiche Asphärenkoeffizienten (Oberflächenform) usw. Die erste Linse 14 und die zweite Linse 16 sind dann jedoch vorzugsweise spiegelverkehrt in den Strahlengang eingesetzt. Gleiches gilt analog für die dickenvariablen Komponenten 20, 22. Die erste Linse 14 ist für eine vorgegebene optische Gesamtdicke von dickenvariabler Komponente 20 und anfänglicher Fokustiefe bzgl. der sphärischen Aberration vorkorrigiert, entsprechend ist die zweite Linse 16 ebenfalls für eine vorgegebene optische Gesamtdicke von dickenvariabler Komponente 22 und anfänglicher Fokustiefe vorkorrigiert. Solche für bestimmte Fokustiefen vorkorrigierten Linsen sind über Glaskataloge wie Thorlabs kommerziell erhältlich. Bei Variation der Fokustiefe (Änderung der Datenebene) werden die dickenvariablen Komponenten 20, 22 sofort (innerhalb einer Zeit von unter 100 Millisekunden, vorzugsweise unter 20 Millisekunden) mittels einer entsprechenden Vorrichtung (Aktuatoren, Motoren etc.) nachjustiert.In both embodiments, the lenses 14 . 16 preferably of the same design, ie same thickness, same material, same focal length, same aspheric coefficients (surface shape), etc. The first lens 14 and the second lens 16 However, then are preferably used mirror-inverted in the beam path. The same applies analogously for the thickness-variable components 20 . 22 , The first lens 14 is for a given total optical thickness of variable thickness component 20 and initial depth of focus with respect to the spherical aberration pre-corrected, corresponding to the second lens 16 also for a given total optical thickness of thickness-variable component 22 and initial focus depth pre-corrected. Such pre-corrected lenses for certain focus depths are commercially available via glass catalogs such as Thorlabs. By varying the depth of focus (change of the data level), the variable-thickness components become 20 . 22 readjusted immediately (within a time of less than 100 milliseconds, preferably less than 20 milliseconds) by means of a corresponding device (actuators, motors, etc.).

Der mikroholographische Datenspeicher ist eine der viel versprechenden Technologien hinsichtlich der nächsten Generation von Datenspeichern und besitzt erhebliches Potential zur Ablösung der DVD. Die oben genannten Lösungen ermöglichen eine deutliche Steigerung der Speicherdichte, die mit anderen Lösungen zwar auch erreicht werden kann (wie z. B. Mikroskopobjektive, verschiebbare Keile) jedoch sind sämtliche alternative Möglichkeiten kommerziell nicht sinnvoll einsetzbar (zu teuer, zu anfällig oder zu langsam).Of the micro-holographic data storage is one of the most promising Technologies with regard to the next Generation of data storage and has considerable potential for replacement the DVD. The above solutions allow one significant increase in storage density, which with other solutions though can also be achieved (such as microscope lenses, movable Wedges), however, are all alternative options commercially not useful (too expensive, too vulnerable or too slow).

1010
Strahlungsquelle/HalbleiterlaserRadiation source / semiconductor laser
1212
Speichermediumstorage medium
1414
Linselens
1616
Linselens
1818
Reflektorreflector
2020
dickenvariable Komponentethick variable component
2222
dickenvariable Komponentethick variable component
2424
Flüssigkeitliquid
2525
elastischer Bereichelastic Area
2626
Glassubstratglass substrate
2828
planparallele Plattecoplanar plate
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planparallele Plattecoplanar plate

Claims (12)

Vorrichtung zur Erzeugung einer Vielzahl von Hologrammen, aufweisend: eine Strahlungsquelle (10), ein Mittel zur Aufnahme eines ebenen Speichermediums (12), das ein Material aufweist, das bei Einstrahlung elektromagnetischer Strahlung eine Brechzahländerung erfährt, eine erste Linse (14), die zumindest einen Teil des Lichts der Strahlungsquelle (10) in die Speicherschicht (12) fokussiert, eine zweite Linse (16), die zumindest einen Teil des durch die Speicherschicht (12) hindurchtretenden Lichts kollimiert, einen Reflektor (18) zur Rückreflexion des kollimierten Lichts, wobei das vom Reflektor (18) reflektierte Licht mittels der zweiten Linse (16) wieder in die Speicherschicht (12) fokussiert wird, wobei die erste Linse (14) und die zweite Linse (16) zur Erzeugung von Hologrammen in unterschiedlichen Tiefen der Speicherschicht (12) relativ zur Speicherschicht (12) verschiebbar ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste, als planparallele Platte ausgebildete, dickenvariable Komponente (20) zwischen der ersten Linse (14) und der Speicherschicht (12) und eine zweite als planparallele Platte ausgebildete, dickenvariable Komponente (22) zwischen der Speicherschicht (12) und der zweiten Linse (16) vorgesehen sind, wobei für unterschiedliche Relativabstände zwischen der ersten Linse (14) und Speicherschicht (12): (i) die Summe von optischer Dicke der ersten dickenvariablen Komponente (20) und Fokustiefe der durch die erste Linse (14) fokussierten Strahlung in der Speicherschicht (12) konstant ist und (ii) die Summe der optischen Dicke der ersten dickenvariablen Komponente (20) und der optischen Dicke der zweiten dickenvariablen Komponente (22) konstant ist.Apparatus for generating a plurality of holograms, comprising: a radiation source ( 10 ), means for receiving a planar storage medium ( 12 ) comprising a material that undergoes a refractive index change upon irradiation of electromagnetic radiation, a first lens ( 14 ), which at least a part of the light of the radiation source ( 10 ) in the storage layer ( 12 ), a second lens ( 16 ) covering at least part of the memory layer ( 12 ) collimating light, a reflector ( 18 ) for the return reflection of the collimated light, whereby that of the reflector ( 18 ) reflected light by means of the second lens ( 16 ) back into the storage layer ( 12 ), the first lens ( 14 ) and the second lens ( 16 ) for generating holograms at different depths of the storage layer ( 12 ) relative to the storage layer ( 12 ) are designed to be displaceable, characterized in that a first, as plane-parallel plate formed, variable-thickness component ( 20 ) between the first lens ( 14 ) and the storage layer ( 12 ) and a second, as a plane-parallel plate formed, variable-thickness component ( 22 ) between the storage layer ( 12 ) and the second lens ( 16 ) intended with different relative distances between the first lens ( 14 ) and storage layer ( 12 ): (i) the sum of the optical thickness of the first variable-thickness component ( 20 ) and depth of focus through the first lens ( 14 ) focused radiation in the storage layer ( 12 ) is constant and (ii) the sum of the optical thickness of the first variable-thickness component ( 20 ) and the optical thickness of the second variable thickness component ( 22 ) is constant. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Linse (14) und die zweite Linse (16) derart zur Speicherschicht (12) positioniert sind, dass die Fokustiefe der durch die erste Linse (14) fokussierten Strahlung in der Speicherschicht (12) und die Fokustiefe der durch die zweite Linse (14) fokussierten Strahlung in der Speicherschicht (12) gleich oder im Wesentlichen gleich sind.Device according to claim 1, characterized in that the first lens ( 14 ) and the second lens ( 16 ) so to the storage layer ( 12 ) are positioned so that the depth of focus through the first lens ( 14 ) focused radiation in the storage layer ( 12 ) and the depth of focus through the second lens ( 14 ) focused radiation in the storage layer ( 12 ) are the same or substantially the same. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Strahlungsquelle (10) mit einer ersten Wellenlänge und eine zweite Strahlungsquelle mit einer zweiten Wellenlänge vorgesehen sind, wobei sich die erste Wellenlänge von der zweiten Wellenlänge unterscheidet.Device according to one of the preceding claims, characterized in that a first radiation source ( 10 ) are provided with a first wavelength and a second radiation source with a second wavelength, wherein the first wavelength differs from the second wavelength. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Strahlungsquelle (10) und die zweite Strahlungsquelle kohärente Strahlungsquellen mit einer Wellenlänge im Bereich zwischen 380 nm und 430 nm sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first radiation source ( 10 ) and the second radiation source are coherent radiation sources having a wavelength in the range between 380 nm and 430 nm. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste dickenvariable Komponente (20) aus einer ersten planparallelen Platte (28) mit einer ersten optischen Dispersion und einer zweiten planparallelen Platte (30) mit einer zweiten optischen Dispersion ausgebildet ist, wobei sich die erste optische Dispersion von der zweiten optischen Dispersion unterscheidet.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first variable-thickness component ( 20 ) from a first plane-parallel plate ( 28 ) with a first optical dispersion and a second plane-parallel plate ( 30 ) is formed with a second optical dispersion, wherein the first optical dispersion differs from the second optical dispersion. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite dickenvariable Komponente (22) aus einer dritten planparallelen Platte (32) mit einer dritten optischen Dispersion und einer vierten planparallelen Platte (34) mit einer vierten optischen Dispersion ausgebildet ist, wobei sich die dritte optische Dispersion von der vierten optischen Dispersion unterscheidet.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the second variable-thickness component ( 22 ) from a third plane-parallel plate ( 32 ) with a third optical dispersion and a fourth plane-parallel plate ( 34 ) is formed with a fourth optical dispersion, wherein the third optical dispersion differs from the fourth optical dispersion. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Linse (14) und/oder die zweite Linse (16) als asphärische Einzellinse ausgebildet ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first lens ( 14 ) and / or the second lens ( 16 ) is formed as aspherical single lens. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Linse (14) und/oder die zweite Linse (16) eine numerische Apertur von größer als 0,5 aufweist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first lens ( 14 ) and / or the second lens ( 16 ) has a numerical aperture greater than 0.5. Verfahren zur Erzeugung einer Vielzahl von Hologrammen, aufweisend: Einstrahlen von monochromatischem Licht in ein ebenes Speichermedium (12), das ein Material aufweist, das bei Einstrahlung elektromagnetischer Strahlung eine Brechzahländerung erfährt, Fokussieren zumindest eines Teils des eingestrahlten Lichts mittels einer ersten Linse (14) Kollimation zumindest eines Teils des durch die Speicherschicht (12) hindurchtretenden Lichts mittels einer zweiten Linse (16), Rückreflexion des kollimierten Lichts mittels eines Reflektors (18), wobei das vom Reflektor (18) reflektierte Licht mittels der zweiten Linse (16) wieder in die Speicherschicht (12) fokussiert wird und mit dem eingestrahlten Licht gegenläufig überlagert wird, wobei die erste Linse (14) und die zweite Linse (16) zur Erzeugung von Hologrammen in unterschiedlichen lateralen Positionen (x, y) und in unterschiedlichen Tiefen (z) der Speicherschicht (12) relativ zur Speicherschicht (12) verschieben werden, dadurch gekennzeichnet, dass zur Korrektion der sphärischen Aberration der ersten Linse (14) und der zweiten Linse (16) eine erste, als planparallele Platte ausgebildete, dickenvariable Komponente (20) zwischen der ersten Linse (14) und der Speicherschicht (12) und eine zweite als planparallele Platte ausgebildete, dickenvariable Komponente (22) zwischen der Speicherschicht (12) und der zweiten Linse (16) vorgesehen werden, wobei für unterschiedliche Relativabstände entlang der optischen Achse (z) zwischen der ersten Linse (14) und Speicherschicht (12): (i) die Summe von optischer Dicke der ersten dickenvariablen Komponente (20) und Fokustiefe der durch die erste Linse (14) fokussierten Strahlung in der Speicherschicht (12) konstant gehalten wird, und (ii) die Summe der optischen Dicke der ersten dickenvariablen Komponente (20) und der optischen Dicke der zweiten dickenvariablen Komponente (22) konstant gehalten wird.A method of generating a plurality of holograms, comprising: irradiating monochromatic light into a planar storage medium ( 12 ) comprising a material that undergoes a refractive index change upon irradiation of electromagnetic radiation, focusing at least a portion of the irradiated light by means of a first lens ( 14 ) Collimation of at least part of the memory layer ( 12 ) passing through light by means of a second lens ( 16 ), Back reflection of the collimated light by means of a reflector ( 18 ), whereas that of the reflector ( 18 ) reflected light by means of the second lens ( 16 ) back into the storage layer ( 12 ) and is counterimposed with the incident light, wherein the first lens ( 14 ) and the second lens ( 16 ) for generating holograms in different lateral positions (x, y) and at different depths (z) of the storage layer ( 12 ) relative to the storage layer ( 12 ), characterized in that for correcting the spherical aberration of the first lens ( 14 ) and the second lens ( 16 ) a first, as plane-parallel plate formed, variable-thickness component ( 20 ) between the first lens ( 14 ) and the storage layer ( 12 ) and a second, as a plane-parallel plate formed, variable-thickness component ( 22 ) between the storage layer ( 12 ) and the second lens ( 16 ), wherein for different relative distances along the optical axis (z) between the first lens ( 14 ) and storage layer ( 12 ): (i) the sum of the optical thickness of the first variable-thickness component ( 20 ) and depth of focus through the first lens ( 14 ) focused radiation in the storage layer ( 12 ) is kept constant, and (ii) the sum of the optical thickness of the first variable-thickness component ( 20 ) and the optical thickness of the second variable thickness component ( 22 ) is kept constant. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Linse (14) und die zweite Linse (16) derart angeordnet werden, dass unterschiedliche Fokustiefen (z) in der Speicherschicht (12) in einem Tiefenbereich zwischen 30 μm und 100 μm erzeugt werden.Method according to claim 9, characterized in that the first lens ( 14 ) and the second lens ( 16 ) are arranged such that different focal depths (z) in the memory layer ( 12 ) are generated in a depth range between 30 microns and 100 microns. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Linse (14) und die zweite Linse (16) derart angeordnet werden, dass die das eingestrahlte monochromatische Licht beugungsbegrenzt in die Speicherschicht (12) fokussiert wird.Method according to one of claims 9 or 10, characterized in that the first lens ( 14 ) and the second lens ( 16 ) are arranged such that the irradiated monochromatic light diffraction-limited in the storage layer ( 12 ) is focused. Verfahren nach einem der Ansprüche 9–11, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer numerischen Apertur von größer als 0,5 in die Speicherschicht (12) fokussiert wird.Method according to one of claims 9-11, characterized in that with a numerical aperture of greater than 0.5 in the memory layer ( 12 ) is focused.
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