DE602004004970T2 - Winkel-Multiplex-Vorrichtung für ein holografisches Speichermedium - Google Patents

Winkel-Multiplex-Vorrichtung für ein holografisches Speichermedium Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Winkelmultiplexingvorrichtung für ein holographisches Speichermedium; und insbesondere eine Winkelmultiplexingvorrichtung für ein holographisches Speichermedium zur Verwendung in einem holographischen ROM-System, das einen Rekonstruktionsreferenzstrahl einschließlich eines ebenen Referenzstrahls und eines Kugelreferenzstrahles verwendet.
  • Eine Winkelmultiplexingvorrichtung für ein holographisches Speichermedium wird herkömmlicherweise in eine Vorrichtung, die einen ebenen Referenzstrahl, wie in 1A gezeigt, und eine andere Vorrichtung unterteilt, die einen Kugelreferenzstrahl verwendet, wie in 1B gezeigt, entsprechend einem darin verwendeten Rekonstruktionsreferenzstrahl.
  • 1A zeigt ein holographisches ROM-System mit einer herkömmlichen Winkelmultiplexingvorrichtung für ein holographisches Speichermedium unter Verwendung des ebenen Referenzstrahles. Der von einem Laser 1 bereitgestellte ebene Referenzstrahl breitet sich entlang eines Pfades S1 aus; wird nacheinander von einem ersten und einem zweiten Spiegel 2, 4 reflektiert, nacheinander durch eine erste und eine zweite Linse 5, 6 übertragen; und auf eine Rekonstruktionsposition P eines holographischen Speichermediums 8 projiziert. Danach wird der ebene Referenzstrahl durch ein holographisches Interferenzmuster im holographischen Speichermedium 8 gebeugt, um einen rekonstruierten Strahl zu erzeugen, der von einem Detektor 9 detektiert wird.
  • Die erste und die zweite Linse 5, 6 dienen dazu, das Winkelmultiplexing im holographischen Speichermedium 8 unter Verwendung des ebenen Referenzstrahles durchzuführen. Genauer gesagt werden, wenn die Brennweiten f der ersten und der zweiten Linse 5, 6 gleich sind, der zweite Spiegel 4, die erste und die zweite Linse 5, 6 und das holographische Spei chermedium derart angeordnet, daß ein Abstand vom zweiten Spiegel 4 zur ersten Linse 5, ein Abstand von der ersten Linse 5 zur zweiten Linse 6, und ein Abstand von der zweiten Linse 6 zur Rekonstruktionsposition P des holographischen Speichermediums 8 gleich f, 2f beziehungsweise f ist. Wie mit den gestrichelten Linien in 1A gezeigt, ist es möglich, das Winkelmultiplexing im holographischen Speichermedium 8 durchzuführen, da eine Drehung des zweiten Spiegels 4 eine Änderung des Reflektionswinkels des ebenen Referenzstrahles auf den zweiten Spiegel bewirkt, so daß ein Einfallwinkel des ebenen Referenzstrahls auf das holographische Speichermedium 8 nach Übertragung durch die erste und die zweite Linse 5, 6 geändert wird.
  • Die in 1A gezeigte Winkelmultiplexingvorrichtung ist jedoch lediglich für den ebenen Referenzstrahl geeignet und es ist daher schwierig gewesen, unter Verwendung eines Kugelreferenzstrahles anstelle des ebenen Referenzstrahls einen Fokus auf die Rekonstruktionsposition P des holographischen Speichermediums 8 zu bilden.
  • 1B zeigt ein holographisches ROM-System, das eine weitere herkömmliche Winkelmultiplexingvorrichtung für das holographische Speichermedium unter Verwendung des Kugelreferenzstrahles umfaßt. Nachdem ein von einem Laser 11 bereitgestellter ebener Referenzstrahl von einem ersten Spiegel 12 reflektiert worden ist, wird der ebene Referenzstrahl durch eine Linse 13-1 übertragen, um in den Kugelreferenzstrahl umgewandelt zu werden. Der Kugelreferenzstrahl breitet sich entlang eines Pfades S2 aus; wird von einem zweiten Spiegel 14-1 reflektiert; und auf eine Rekonstruktionsposition P eines holographischen Speichermediums 18 projiziert. Danach wird der Kugelreferenzstrahl von einem holographischen Interferenzmuster im holographischen Speichermedium 18 gebeugt, um einen rekonstruierten Strahl zu erzeugen, der von einem Detektor 19 detektiert wird.
  • Die Linse 13-1 und der zweite Spiegel 14-1 dienen dazu, das Winkelmultiplexing im holographischen Speichermedium 18 unter Verwendung des Kugelreferenzstrahles durchzuführen. Genauer gesagt muß, um einen Einfallswinkel des Kugelreferenzstrahles auf die Rekonstruktionsposition P des holographischen Speichermediums 18 zu ändern, die Linse 13-1 entlang des Pfades S2 des Kugelreferenzstrahles bewegt werden, und der zweite Spiegel 14-1 muß gedreht werden, um einen vorbestimmten Einfallswinkel zu haben, und auch entlang des Ausbreitungspfades S2 des Kugelreferenzstrahles bewegt werden. Mit anderen Worten muß zum Ändern des Einfallswinkels des Kugelreferenzstrahles auf das holographische Speichermedium 18, wie in 1B mit gestrichelten Linien gezeigt, der Spiegel 14-1 in einen Spiegel 14-2 oder 14-3 geändert werden, wobei sein Neigungswinkel gedreht und seine Position verschoben werden muß. Ferner muß zum Bilden eines Fokus des Kugelreferenzstrahles genau an der Rekonstruktionsposition P des holographischen Speichermediums 18, wie mit gestrichelten Linien in 1B gezeigt, die Linse 13-1 zum Bilden einer Linse 13-2 oder 13-3 bewegt werden, so daß ein Pfadabstand von der Linse 13-1, 13-2 oder 13-3, d.h. eine Erzeugungsposition des Kugelreferenzstrahles, zur Rekonstruktionsposition P des holographischen Speichermediums 18 gleich einer Brennweite des Kugelreferenzstrahles ist. Daher müssen bei Verwendung des Kugelreferenzstrahles drei Freiheitsgrade, wie eine Verschiebung der Linse 13-1, eine Verschiebung und eine Drehung des Spiegels 14-1 zusammen gesteuert werden, um das Winkelmultiplexen durchzuführen.
  • US-A-5,550,779, die für die zweiteilige Fassung als Abgrenzung verwendet wird, entsprechend dem Oberbegriff, offenbart ein holographisches Speichermedium mit einer Lichtquelle zum Erzeugen eines Quellenstrahls und einer Spiegelanordnung mit einer Vielzahl an Ebenen zum Reflektieren von Referenzstrahlen unter verschiedenen Winkeln auf eine Rekonstruktionsposition des holographischen Speichermediums. Ein akustooptischer Modulator lenkt den Quellenstrahl unter verschiedenen Winkeln auf die Spiegelanordnung.
  • In der WO-A-95/12149 werden die verschiedenen Winkel auf eine Rekonstruktionsposition des holographischen Speichermediums mittels einer Vielzahl an Spiegeln ausgewählt, auf die die Vielzahl an Referenzstrahlen auf nicht-parallele Weise einfallen.
  • Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Winkelmultiplexingvorrichtung für ein holographisches Speichermedium bereitzustellen, das in der Lage ist, das Winkelmultiplexing in einem holographischen Speichermedium unter Verwendung eines Rekonstruktionsreferenzstrahles einschließlich eines ebenen Referenzstrahles und eines Kugelreferenzstrahles lediglich durch Bewegen eines Rekonstruktionsreferenzstrahles durchzuführen.
  • Dieses Ziel wird mit dem Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 erreicht. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Die obigen und weiteren Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung deutlich, in der:
  • 1A ein holographisches ROM-System zeigt, das eine herkömmliche Winkelmultiplexingvorrichtung für ein holographisches Speichermedium umfaßt, das einen ebenen Referenzstrahl verwendet;
  • 1B ein holographisches ROM-System darstellt, das eine herkömmliche Winkelmultiplexingvorrichtung für ein holographisches Speichermedium umfaßt, das einen Kugelreferenzstrahl verwendet;
  • 2 ein holographisches ROM-System darstellt, das eine Winkelmultiplexingvorrichtung für ein holographisches Speichermedium gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt; und
  • 3 und 4 mathematische Modelle zum Herstellen einer in 2 gezeigten Spiegelanordnung zeigen.
  • 2 zeigt ein holographisches ROM-System, das eine Winkelmultiplexingvorrichtung für ein holographisches Speichermedium gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt, wobei das holographische ROM-System einen Laser 21, einen Spiegel 22-1, eine Linse 23-1, eine Spiegelanordnung 25, ein holographisches Speichermedium 28 und einen Detektor 29 umfaßt. Der Laser 21 ist beispielsweise ein Halbleiterlaser und erzeugt einen Rekonstruktionsreferenzstrahl aus einer ebenen Welle. Damit der Rekonstruktionsreferenzstrahl von einem in einem holographischen Speichermedium 28 gespeicherten holographischen Interferenzmuster zum Erzeugen eines rekonstruierten Strahles gebeugt wird, muß eine Wellenlänge des Rekonstruktionsreferenzstrahles gleich der eines Referenzstrahles sein, der zum Bilden des holographischen Interferenzmusters verwendet wird, basierend auf einem holographischen Interferenzprinzip. Der Rekonstruktionsreferenzstrahl wird vom Spiegel 22-1 reflektiert und breitet sich dann in Richtung der Linse 23-1 aus. Die Linse 23-1 dient dazu, die ebene Welle in eine Kugelwelle umzuwandeln und somit den Rekonstruktionsreferenzstrahl aus der ebenen Welle in einen Kugelreferenzstrahl umzuwandeln, das heißt, den Rekonstruktionsreferenzstrahl aus der Kugelwelle. Ein Satz aus dem Spiegel 22-1 und der Linse 23-1 gemäß der vorliegenden Erfindung wird an einer Stufe (nicht gezeigt) angebracht, die parallel entlang einer Verschiebungsrichtung verschoben wird. Während die Stufe parallel zu einer ersten Position in Richtung einer vierten Position verschoben wird, wird ein erster bis vierter Kugelreferenzstrahl R1, R2, R3, R4 erzeugt. Daher sind der erste bis vierte Kugelreferenzstrahl R1, R2, R3, R4 parallel zueinander. Es wird bevorzugt, daß die Pfade des ersten bis vierten Kugelreferenzstrahles R1, R2, R3, R4 und die Verschiebungsrichtung (in Pfeilrichtung) des Satzes aus dem Spiegel 22-1 und der Linse 23-1 senkrecht zueinander sind gemäß der vorliegenden Erfindung. Bezugnehmend auf 2 sind drei Sätze aus Spiegeln 22-2, 22-3 und 22-4 und ihren entsprechenden Linsen 23-2, 23-3, 23-4 an jeweils drei Positionen mit gestrichelten Linien gezeigt, die sich aus einer parallelen Verschiebung des Satzes aus dem Spiegel 22-1 und der Linse 23-1 ergeben können.
  • Der Kugelreferenzstrahl bereitet sich in Richtung der Spiegelanordnung 25 entlang eines Pfades S3 aus. Die Spiegelanordnung 25 gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein terrassenförmiger Spiegel mit einer Anzahl an Reflektionsebenen 25-1, 25-2, 25-3, 25-4. Beispielsweise wird der erste Kugelreferenzstrahl R1, der durch Umwandeln eines ebenen Referenzstrahles durch den Satz aus dem Spiegel 22-1 und der Linse 23-1 an der ersten Position erzeugt wird, von einer ersten Reflektionsebene 25-1 der Spiegelanordnung 25 reflektiert, um einen reflektierten Strahl R1 * zu erzeugen. Andererseits wird, wenn der Satz aus dem Spiegel 22-1 und der Linse 23-1 an der ersten Position parallel so verschoben wird, daß er der Satz aus dem Spiegel 22-2 und der Linse 23-2 an der zweiten Position wird, der zweite Kugelreferenzstrahl R2 von einer zweiten Reflektionsebene 25-2 der Spiegelanordnung 25 reflektiert, um einen zweiten reflektierten Strahl R2 * zu erzeugen. Auf dieselbe Weise wird ein dritter reflektierter Strahl R3 * und ein vierter reflektierter Strahl R4 * entsprechend dem Satz aus dem Spiegel 22-3 und der Linse 23-3 an der dritten Position bzw. dem Satz aus dem Spiegel 22-4 und der Linse 23-4 an der vierten Position erzeugt. Um das Winkelmultiplexing des Hologramms im holographischen Speichermedium 28 gemäß der vorliegenden Erfindung durchzuführen, müssen die Neigungswinkel Φ der ersten bis vierten Reflektionsebene 25-1, 25-2, 25-3, 25-4 sich voneinander unterscheiden derart, daß der erste bis vierte reflektierte Strahl R1 *, R2 *, R3 *, R4 * in eine Rekonstruktionsposition P des holographischen Speichermediums 28 konvergiert werden können.
  • 3 und 4 stellen mathematische Modelle zum Fertigen der Spiegelanordnung 25 einschließlich einer Anzahl Reflektionsebenen, wie der ersten bis zur vierten Reflektionsebene 25-1, 25-2, 25-3, 25-4 gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
  • Damit eine Anzahl Kugelreferenzstrahlen in die Rekonstruktionsposition P des holographischen Speichermediums in Übereinstimmung mit einem Winkelmultiplexingprinzip des holographischen Speichermediums konvergiert werden, müssen die Längen der Pfade von einer Anzahl an Positionen, bei denen die Kugelreferenzstrahlen erzeugt werden, zu der Rekonstruktionsposition P des holographischen Speichermediums gleich sein. Für eine einfachere Erläuterung wird, wie in 2 gezeigt, angenommen, daß das holographische Speichermedium 28 horizontal bleibt; der erste bis vierte Kugelreferenzstrahl R1, R2, R3, R4, die parallel zueinander sind, werden alle durch die Sätze aus den Spiegeln 22-1, 22-2, 22-3, 22-4 und deren entsprechenden Linsen 23-1, 23-2, 23-3, 23-4 an der ersten bis vierten Position jeweils vertikal und nach unten projiziert; und der erste bis vierte reflektierte Strahl R1 *, R2 *, R3 *, R4 *, die durch Reflektieren des ersten bis vierten Kugelreferenzstrahles R1, R2, R3, R4 erzeugt werden, werden alle von der ersten bis vierten Reflektionsebene 25-1, 25-2, 25-3, 25-4 jeweils in den Rekonstruktionspunkt P des holographischen Speichermediums 28 konvergiert. In diesem Fall werden ein senkrechter Abstand x von der Rekonstruktionsposition P des holographischen Speichermediums 28 zu einem Kugelreferenzstrahl, ein Abstand y von einem Schnittpunkt A zwischen einer horizontalen, durch die Rekonstruktionsposition P verlaufenden Linie und dem Kugelreferenzstrahl zu einem Reflektionspunkt B einer Reflektionsebene unter der ersten bis vierten Reflektionsebene 25-1, 25-2, 25-3, 25-4 der Spiegelanordnung 25 läuft, und ein Neigungswinkel Φ der ersten bis vierten Reflektionsebene 25-1, 25-2, 25-3, 25-4, die jeweils relativ zur horizontalen Linie geneigt sind, wie folgt berechnet:
    Figure 00070001
    wobei θ ein Einfallwinkel der Reflektionsstrahlen R1 *, R2 *, R3 *, R4 * auf die Rekonstruktionsposition P, d.h. ein Winkel zwischen den reflektierten Strahlen R1 *, R2 *, R3 *, R4 * und der horizontalen Linie ist, und eine Konstante c eine Summe aus einem Abstand vom Schnittpunkt A zum Reflektionspunkt B und einem Abstand vom Reflektionspunkt B zur Rekonstruktionsposition P ist.
  • Ein Fokus der Linse 23-1 muß am Rekonstruktionspunkt P des holographischen Speichermediums 28 gebildet werden, um ein Winkelmultiplexing im holographischen Speichermedium 28 durchzuführen. Entsprechend wird, wenn eine Position der Linse 23-1 identisch dem Schnittpunkt A, der Kugelreferenzstrahl vom Schnittpunkt A erzeugt, und die Konstante c ist äquivalent einer Brennweite der Linse 23-1. Wenn die Linse 23-1 einen festgelegten Trennabstand weg vom Schnittpunkt A angeordnet ist, ist die Konstante c äquivalent einem Wert, der durch Subtrahieren des festgelegten Trennabstandes von der Brennweite der Linse 23-1 erhalten wird. Wenn hingegen die Linse 23-1 nahe der Spiegelanordnung 25, einen festgelegten Trennabstand vom Schnittpunkt A entfernt angeordnet ist, ist die Konstante c äquivalent einem Wert, der durch Addieren des festgelegten Trennabstands zu einer Brennweite der Linse 23-1 erhalten wird.
  • Der Spiegel 22-1 und die Linse 23-1 werden in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung als ein einziger Satz ausgebildet, dies ist jedoch nicht hierauf beschränkt. In 2 können, wenn der Spiegel 22-1 entfernt und ein Laser (nicht gezeigt), der einen Rekonstruktionsreferenzstrahl aus einer ebenen Welle vertikal und nach unten erzeugt, anstelle des Spiegels 22-1 angeordnet ist, der Laser und die Linse 23-1 als ein einzelner Satz ausgebildet und parallel in horizontaler Richtung verschoben werden. Zudem wird das Winkelmultiplexing in einem holographischen Speichermedium unter Verwendung eines Kugelreferenzstrahles lediglich in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise kann ein Winkelmultiplexing in einem holographischen Speichermedium unter Verwendung eines ebenen Referenzstrahles durch Entfernen der Linse 23-1 durchgeführt werden.
  • Wie oben beschrieben worden ist, kann im Falle der Rekonstruktion eines holographischen Speichermediums unter Verwendung des Rekonstruktionsreferenzstrahles, einschließlich des ebenen Referenzstrahles und des Kugelreferenzstrahles, die Spiegelanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um das Winkelmultiplexing im holographischen Speichermedium unter Verwendung des Rekonstruktionsreferenzstrahles durch paralleles Verschieben des Satzes aus dem Spiegel und der Linse durchzuführen.
  • Auch wenn die Erfindung mit Bezug auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele gezeigt und beschrieben worden ist, ist es für den Durchschnittsfachmann selbstverständlich, daß zahlreiche Änderungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, wie er in den nachfolgenden Ansprüchen definiert ist.

Claims (7)

  1. Winkelmultiplexingvorrichtung für ein holographisches Speichermedium (28), mit: einer Lichtquelle (21) zum Erzeugen eines Quellenstrahls; und einer Spiegelanordnung (25) mit einer Vielzahl an Reflektionsebenen (25-1 bis 25-4) zum Reflektieren von Referenzstrahlen (R1-R4) unter verschiedenen Winkeln auf eine Rekonstruktionsposition (P) des holographischen Speichermediums (28); dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner umfaßt einen Rekonstruktionsreferenzstrahlgenerator (22-1, 23-1) mit einer Verschiebeeinheit, die den Quellenstrahl selektiv in einen aus einer Anzahl von Rekonstruktionsreferenzstrahlen (R1-R4) verschiebt, die sich parallel in Richtung der Spiegelanordnung (25) ausbreiten; wobei die Rekonstruktionsreferenzstrahlen (R1-R4) von der Vielzahl an Reflektionsebenen (25-1 bis 25-4) der Spiegelanordnung (25) reflektiert werden, um die reflektierten Referenzstrahlen (R1 *-R4 *) zu erzeugen, die in die Rekonstruktionsposition (P) des holographischen Speichermediums (28) konvergiert werden.
  2. Winkelmultiplexingvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Quellenstrahl ein ebener Strahl ist, und der Rekonstruktionsreferenzstrahlgenerator (22-1, 23-1) eine Einheit zum Konvertieren eines ebenen Strahls in einen Kugelstrahl umfaßt, der einem der Rekonstruktionsreferenzstrahlen (R1-R4) entspricht.
  3. Winkelmultiplexingvorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Konvertiereinheit eine Linse (23-1) ist.
  4. Winkelmultiplexingvorrichtung nach Anspruch 3, bei der ein gesamter Pfad des Kugelstrahls (R1-R4) und seines reflektierten Referenzstrahls (R1 *-R4 *) von der Linse (23-1) zur Rekonstruktionsposition (P) im wesentlichen äquivalent einer Brennweite der Linse (23-1) ist.
  5. Winkelmultiplexingvorrichtung nach Anspruch 4, bei der ein horizontaler Abstand x von der Rekonstruktionsposition (P) zum Kugelstrahl (R1-R4), ein Abstand y von einem Schnittpunkt (A), an dem eine durch die Rekonstruktionsposition (P) verlaufende horizontale Linie den Kugelstrahl trifft, zu einem Reflektionspunkt (B) einer der Reflektionsebenen (25-1 bis 25-4) in der Spiegelanordnung (25), und ein Neigungswinkel φ zwischen einer der Reflektionsebenen (25-1 bis 25-4) und der horizontalen Linie wie folgt berechnet werden:
    Figure 00110001
    wobei θ ein Einfallwinkel des reflektierten Referenzstrahls (R1 *-R4 *) ist, der durch den Reflektionspunkt (B) läuft, und eine Konstante c eine Summe eines Abstandes vom Schnittpunkt (A) zum Reflektionspunkt (B) und eines Abstandes vom Reflektionspunkt (B) zur Rekonstruktionsposition (P) ist.
  6. Winkelmultiplexingvorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Konstante c die Brennweite der Linse (23-1) ist, wenn die Linse (23-1) am Schnittpunkt (A) angeordnet ist.
  7. Winkelmultiplexingvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Pfade der Rekonstruktionsreferenzstrahlen (R1-R4) im wesentlichen senkrecht zu einer Ausbreitungsrichtung des Quellenstrahls ist, entlang der der Rekonstruktionsreferenzstrahl (R1-R4) verschoben wird.
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