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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein holographisches ROM (Nur-Lesespeicher)
System; und insbesondere ein ringförmiges Prisma, dessen Brechungsindex
eingestellt werden kann, um die Aufnahme- und Leseeffizienz des
holographischen ROM-Systems zu verbessern.
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Ein
herkömmliches
holographisches Speichersystem speichert Informationen auf einem
Interferenzmuster eines Signalstrahls und eines Referenzstrahls
in einem holographischen Speichermedium, das empfindlich auf eine
Amplitude des Interferenzmusters ist. Das herkömmliche holographische Speichersystem
wendet normalerweise einen seitenorientierten Speicheransatz an.
Ein Eingabegerät, wie
ein RLM (Raumlichtmodulator), liefert Aufnahmedaten in Form einer
zweidimensionalen Anordnung (als Seite bezeichnet), während ein
Detektorarray, wie eine CCD-Kamera zum Wiedergewinnen der aufgenommenen
Datenseite nach dem Auslesen verwendet wird. Es sind auch andere
Architekturen vorgeschlagen worden, bei denen ein bitweises Aufzeichnen,
anstelle des seitenorientierten Ansatzes angewendet wird. All diese
Systeme leiden jedoch an einem allgemeinen Nachteil, was das Aufnehmen
einer riesigen Anzahl getrennter Hologramme erfordert, um den Speicher
bis zur Kapazität
aufzufüllen. Ein
typisches seitenorientiertes System, das eine Megabit-Anordnung
verwendet, erfordert das Aufnehmen von hunderten und tausenden von
Hologrammseiten, um die Kapazität
von 100 GB oder mehr zu erreichen. Selbst mit einer Hologrammbelichtungszeit
in der Größenordnung
von 1 ms würde die
zum Auffüllen
eines 100 GB Speichers erforderliche Gesamtaufnahmezeit leicht auf
wenigstens einige 10 Minuten ansteigen, wenn nicht auf eine Stunde.
Daher ist ein anderes herkömmliches
holographisches ROM (Nur-Lesespeicher) System, wie in 1A gezeigt,
entwickelt worden, wobei die zum Produzieren einer Disk mit 100
GB Kapazität
erforderliche Zeit unter 1 Minute vermindert werden kann, und potentiell
auf eine Größenordnung
von Sekunden.
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Das
herkömmliche
holographische ROM-System aus 1A umfaßt eine
Lichtquelle 100, eine erste und eine zweite Halbwellenplatte (HWP) 102 und 112,
eine Vergrößerungseinheit 104, einen
Polarisationsstrahlteiler (PST) 106, Polarisatoren 108 und 114,
Spiegel 110, 116 und 116', ein holographisches Speichermedium 120,
eine Maske 122 und einen konischen Spiegel 118.
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Die
Lichtquelle 100 emittiert einen Laserstrahl mit einer konstanten
Wellenlänge,
zum Beispiel einer Wellenlänge
von 532 nm. Der Laserstrahl, mit nur einem Typ linearer Polarisierung,
zum Beispiel P-Polarisation oder S-Polarisation, wird der HWP 102 zugeführt. Die
HWP 102 dreht die Polarisation des Laserstrahls um θ° (vorzugsweise
45°). Dann
wird der in der Polarisation gedrehte Laserstrahl der Vergrößerungseinheit 104 zum
Vergrößern der
Strahlgröße des Laserstrahls
auf eine vorbestimmte Größe zugeführt. Danach
wird der vergrößerte Laserstrahl
dem PST 106 zugeführt.
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Der
PST 106, der durch wiederholtes Auftragen wenigstens zweier
Materialarten hergestellt ist, die jeweils einen unterschiedlichen
Brechungsindex haben, dient dazu, lediglich einen Typ des polarisierten
Laserstrahles eindringen zu lassen, zum Beispiel den P-polarisierten
Strahl, während
er den anderen Typ des polarisierten Laserstrahls reflektiert, zum Beispiel
den S-polarisierten Strahl. Daher teilt der PST 106 den
vergrößerten Laserstrahl
in einen eingedrungenen Laserstrahl (nachfolgend Signalstrahl) und
einen reflektierten Laserstrahl (nachfolgend Referenzstrahl) mit
unterschiedlichen Polarisationen auf.
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Der
Signalstrahl, zum Beispiel mit einer P-Polarisation, wird dem Polarisator 108 zugeführt, der
ungenau polarisierte Komponenten aus dem Signalstrahl entfernt,
und damit lediglich die reine P-polarisierte Komponente dort hindurch
läßt. Dann
wird der Signalstrahl mit der perfekten oder gereinigten Polarisation
vom Spiegel 110 reflektiert. Danach wird der reflektierte
Signalstrahl auf das holographische Speichermedium 120 über die
Maske 122 projiziert. Die Maske 122, die Datenmuster
zur Aufnahme darstellt, funktioniert als ein Eingabegerät, zum Beispiel ein
Raumlichtmodulator (RLM).
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Auf
der anderen Seite wird der Referenzstrahl der HWP 112 zugeführt. Die
HWP 112 wandelt die Polarisation des Referenzstrahles um,
so daß sie identisch
derjenigen des Signalstrahls wird. Dann wird der Referenzstrahl
dem Polarisator 114 zugeführt, bei dem die Polarisation
des Referenzstrahls weiter gereinigt wird. Dann wird der Referenzstrahl mit
der perfekten oder gereinigten Polarisation von den Spiegeln 116 und 116' reflektiert.
Danach wird der Referenzstrahl auf den konischen Spiegel 118 projiziert
(der konische Spiegel 118 ist ein Kreiskegel mit einer
kreisförmigen
Basis und einem vorgegebenen Basiswinkel zwischen der kreisförmigen Basis und
dem Kegel), der von einer Halterung (nicht gezeigt) festgelegt ist.
Wie in 1B gezeigt, wird der Referenzstrahl
in Richtung des holographischen Speichermediums 120 durch
den konischen Spiegel 118 in einer konischen Strahlform
reflektiert. Der Einfallswinkel des reflektierten Referenzstrahl
auf das holographische Speichermedium 120 wird durch den Basiswinkel
des konischen Spiegels 118 bestimmt.
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Die
Halterung zum Feststellen des konischen Spiegels 118 ist
vorzugsweise an einer Unterseite des konischen Spiegels 118 angebracht,
um zu verhindern, daß der
Referenzstrahl von der Halterung blockiert wird. Da die Halterung
auf der Unterseite des konischen Spiegels 118 angeordnet
ist, wird sie gewöhnlich
durch ein Zentralloch 125 des holographischen Speichermediums 120 angebracht.
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Das
holographische Speichermedium 120 ist ein scheibenförmiges Material
zum Aufnehmen der Datenmuster. Die scheibenförmige Maske 122 liefert die
in dem holographischen Speichermedium 120 zu speichernden
Datenmuster. Durch Beleuchten der Maske 122 mit einer senkrecht
auftreffenden ebenen Welle, d.h. dem Signalstrahl, und unter Verwendung des
von einer gegenüberliegenden
Seite auffallenden Referenzstrahls zum Aufnehmen von Hologrammen
in der Reflektionsgeometrie, wird das Brechungsmuster im holographischen
Speichermedium 120 aufgezeichnet. Die konische Strahlform
wird so gewählt,
daß sie
den Referenzstrahl aus der ebenen Welle mit einem konstanten Radialwinkel
an allen Positionen auf dem holographischen Speichermedium 120 annähert, so
daß die
Hologramme lokal durch eine schmale ebene Welle mit einem festen Winkel
gelesen werden können,
während
das holographische Speichermedium 120 während der Wiedergabe gedreht
wird. Ferner kann ein Winkelmultiplexen erzielt werden, indem der
konische Spiegel 118 mit verschiedenen Basiswinkeln (siehe "Holographic ROM system
for high speed replication",
2002 IEEE, von Ernest Chuang et al.) verwendet wird.
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Unter
Verwendung des oben erwähnten Schemas,
kann die Zeit, die zum Erzeugen einer voll aufgezeichneten 100 GB
Disk benötigt
wird, auf weniger als 1 Minute reduziert werden, und potentiell
auf eine Größenordnung
von Sekunden.
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Es
gibt jedoch kritische Probleme bei dem herkömmlichen holographischen ROM-System
wie folgt:
Zuerst benötigt
das herkömmliche
holographische ROM-System zahlreiche konische Spiegel, jeder mit einem
unterschiedlichen Basiswinkel und einer unterschiedlichen Größe für das Winkelmultiplexen.
Es ist jedoch selten einfach, konische Spiegel jeweils mit einem
neuen Basiswinkel und einer neuen Größe herzustellen. Selbst wenn
diese konischen Spiegel hergestellt worden sind, leidet das herkömmliche
holographische ROM-System daran, daß jeder konische Spiegel festgelegt
werden sollte, indem nachteilig ein unterschiedliches Verfahren
angewendet wird, abhängig
vom neuen Basiswinkel und der neuen Größe des entsprechenden konischen
Spiegels. Um einen konischen Spiegel mit einem anderen konischen
Spiegel auszutauschen, wird ferner ein spezielles Austauschverfahren benötigt, wobei
das Verfahren die Basiswinkel und Größen der beiden konischen Spiegel
berücksichtigen
sollte.
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Da
der Referenzstrahl vom konischen Spiegel 118 reflektiert
wird, muß eine
Konusoberfläche des
konischen Spiegels 118 gleichmäßig beschichtet werden. Es
ist jedoch nicht leicht, die Konusoberfläche des konischen Spiegels
gleichförmig
zu beschichten.
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Vor
allem liegen die Gitterlinien des holographischen Speichermediums 120 sehr
nah beieinander, da ein Winkel zwischen dem reflektierten Referenzstrahl
und dem Signalstrahl am holographischen Speichermedium 120 fast
einen rechten Winkel bildet. Wenn die Gitterlinien nahe beieinander
liegen, wird die im holographischen Speichermedium 120 absorbierte
Energiemenge groß,
so daß ein
rekonstruiertes Bild dunkel und undeutlich werden kann. Das herkömmliche
holographische ROM-System hat einen extrem engen Gitterraum, wodurch
die Lesezuverlässigkeit
des rekonstruierten Bildes abfällt.
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EP-A-0 271 300 zeigt
die Merkmale des Oberbegriffs des unabhängigen Anspruchs 1.
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Es
ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein holographisches
ROM-System zum Verbessern einer Aufnahme- und Leseeffizienz unter Verwendung
eines refraktiven Materials bereitzustellen, wobei das refraktive
Material für
ein Winkelmultiplexen leicht befestigt und ausgetauscht wird.
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Die
Erfindung erreicht dieses Ziel mit dem Gegenstand des unabhängigen Anspruchs
1. Bevorzugte Ausführungsbeispiele
sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist ein holographisches Speichersystem
zum Speichern von Daten auf einem Interferenzmuster in einem holographischen Speichersystem
geschaffen, das folgendes umfaßt:
Eine
Lichtquelle zum Emittieren eines Laserstrahls; einen Strahlteiler
zum Aufteilen des Laserstrahls in einen Referenzstrahl und einen
Signalstrahl; ein Mittel zum Modulieren des Signalstrahls, um einen
modulierten Signalstrahl zu erzeugen; ein refraktives Materials
zum Brechen des Referenzstrahls, um einen gebrochenen Referenzstrahl
zu erzeugen, wobei der gebrochene Referenzstrahl mit dem modulierten Signalstrahl
im holographischen Speichermedium interferiert, um das Interferenzmuster
zu erzeugen.
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Die
obigen und weiteren Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung
werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiel
mit Bezug auf die beigefügte
Zeichnung deutlich, in der:
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1A und 1B ein
herkömmliches
holographisches ROM-System und einen Aufnahmemechanismus davon zeigen;
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2 ein
holographisches ROM-System gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3 einen
Aufnahmemechanismus des in 2 gezeigten
holographischen ROM-Systems zeigt;
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4 eine
perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen ringförmigen Prismas ist; und
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5 einen
Graphen zum Erläutern
eines Brechungsindex abhängig
vom PbO-Gehalt darstellt.
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2 zeigt
ein holographisches ROM (Nur-Lesespeicher) System gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, und 3 zeigt
einen Aufnahmemechanismus des in 2 gezeigten
holographischen ROM-Systems. Das erfindungsgemäße holographische ROM-System
umfaßt
eine Lichtquelle 200, eine erste und eine zweite Halbwellenplatte
(HWP) 202 und 212, eine Vergrößerungseinheit 204,
einen Polarisationsstrahlteiler (PST) 206, Polarisatoren 208 und 214, Spiegel 210, 216 und 216', eine Maske 222,
ein holographisches Speichermedium 220 und ein Prisma 218.
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Die
Struktur des erfindungsgemäßen holographischen
ROM-Systems ist im wesentlichen identisch derjenigen des herkömmli chen
in 1 gezeigten holographischen ROM-Systems,
außer
daß das erfindungsgemäße holographische
ROM-System das Prisma 218 anstelle des konischen Spiegels 118 umfaßt.
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Ein
von der Lichtquelle 200 emittierter Laserstrahl wird dem
PST 206 über
die HWP 202 und die Vergrößerungseinheit 204 zugeführt, und
dann in einen Signalstrahl und einen Referenzstrahl beim PST 206 aufgeteilt.
Der Signalstrahl gelangt durch den Polarisator 208, wird
vom Spiegel 210 reflektiert, und dann von der Maske 222 moduliert,
um dem holographischen Speichermedium 220 bereitgestellt
zu werden. Der Referenzstrahl gelangt durch die HWP 212, den
Polarisator 214, wird von den Spiegeln 216 und 216' reflektiert,
und dann am Prisma 218 gebrochen. Danach wird der gebrochene
Referenzstrahl konisch auf das holographische Speichermedium 220 verteilt, und
interferiert mit dem modulierten Signalstrahl, und erzeugt dadurch
ein Interferenzmuster.
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Der
Referenzstrahl wird zweimal beim Durchlaufen des Prismas 218 gemäß dem Snell-Gesetz
gebrochen. Genauer gesagt, wird der Referenzstrahl zuerst gebrochen,
wenn er auf das Prisma 218 projiziert wird, und dann noch
einmal, wenn er vom Prisma 218 ausgegeben wird.
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Das
Prisma 218 ist ein refraktives Material, das heißt, ein
optisches Glas, das aus PbO und SiO2 hergestellt
ist, mit einer Ringform, wie in 4 gezeigt.
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Das
ringförmige
Prisma 218 ist ein abgeschnittener Konus mit einem Innenkanal,
wobei der Innenkanal mit einer Einfallsfläche 218a und einer Projektionsfläche 218b ausgebildet
ist, von denen jede eine glatte Fläche hat. Die Einfallsfläche 218a ist bezüglich einer
Symmetrieachse Opaxis um eine vorbestimmte Neigung geneigt und liegt
dem Spiegel 216' gegenüber, während die
Projektionsfläche 218b bezüglich Opaxis
um eine vorgegebene Neigung geneigt ist und dem holographischen
Speichermedium 220 gegenüberliegt, wie in 4 gezeigt.
Der Referenzstrahl wird vom Spiegel 210 zur Einfallsfläche 218a geführt, und
der gebrochene Referenzstrahl wird in Richtung des holographischen
Speichermediums 220 von der Projektionsfläche 218b ausgegeben.
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Der
optische Pfad des gebrochenen Referenzstrahls hängt sowohl von einer Neigung
der Projektionsfläche 218b des
ringförmigen
Prismas 218 als auch einem Brechungsindex des ringförmigen Prismas 218 ab.
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Das
erfindungsgemäße holographische ROM-System
kann eine Vielzahl ringförmiger
Prismen für
ein Winkelmultiplexen umfassen, wobei jedes ringförmige Prisma
gleich ist wie das ringförmige Prisma 218,
außer
einer Neigung seiner Projektionsfläche 218b. Daher kann
jedes ringförmige
Prisma herkömmlicherweise
unter Verwendung einer Halterung (nicht gezeigt) befestigt werden,
und einfach mittels eines Einzelaustauschverfahrens ausgetauscht
werden.
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Der
optische Pfad des gebrochenen Referenzstrahls hängt auch von einem Brechungsindex des
ringförmigen
Prismas 218 ab. Der Brechungsindex des ringförmigen Prismas 218 hängt vom PbO-Gehalt
ab, wie in 5 gezeigt. Das heißt, daß das erfindungsgemäße holographische
ROM-System das Winkelmultiplexen durch Ändern des Brechungsindex des
ringförmigen
Prismas 218 erzielen kann, ohne die Neigung der Projektionsfläche 218b des
ringförmigen
Prismas 218 zu ändern,
und ferner jedes ringförmige
Prisma unter Verwendung einer Halterung (nicht gezeigt) geeignet
befestigen kann, und ein ringförmiges
Prisma durch ein anderes über ein
Einzelaustauschverfahren einfach ausgetauscht werden kann, da jedes
ringförmige
Prisma einen unterschiedlichen Brechungsindex, jedoch die gleiche Form
hat.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein Winkel zwischen dem gebrochenen Referenzstrahl und
dem modulierten Signalstrahl am holographischen Speichermedium 220 nicht
fast ein rechter Winkel, sondern fast ein gesteckter Winkel, wodurch ein
Bild mit hoher Auflösung
rekonstruiert werden kann. Das heißt, daß das erfindungsgemäße holographische
ROM-System eine Lesezuverlässigkeit hat,
die höher
als die des herkömmlichen
holographischen ROM-Systems ist.
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Es
ist angenommen worden, daß eine
vordere Form des ringförmigen
Prismas 218 ein Trapezoid ist, wie in 2 bis 4 gezeigt.
Es kann jedoch auch ein Quadrat, ein Rechteck und dergleichen sein.
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Falls
nicht ein Brechungsindex des ringförmigen Prismas 218 geändert wird,
sondern eine Neigung der Projektionsfläche 218b des ringförmigen Prismas 218,
kann das ringförmige
Prisma 218 durch Zusatz von Na2O
anstelle von PbO zu SiO2 hergestellt werden.
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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 Ansprüche
zu verlassen.