ES2262866T3

ES2262866T3 - Almacenamiento holografico de datos con multiples capas de guiaondas.

Info

Publication number: ES2262866T3
Application number: ES02782566T
Authority: ES
Inventors: Emine Goulanian; Nariman Ashurbekov; Faouzi Zerrouk
Original assignee: Southbourne Investments Ltd
Current assignee: Southbourne Investments Ltd
Priority date: 2001-11-16
Filing date: 2002-11-18
Publication date: 2006-12-01
Anticipated expiration: 2022-11-18
Also published as: JP2005518556A; DE60210806D1; US20050201247A1; CA2363279C; DE60210806T2; WO2003044574A1; AU2002347149A1; CA2363279A1; ATE323892T1; JP4342311B2; US7321540B2; EP1449018B1; EP1449018A1

Abstract

Un sistema de almacenamiento holográfico de datos multicapa, caracterizado por: a) al menos dos grupos de capas, conteniendo cada grupo: i) una capa de hologramas (11i) que tiene unos hologramas (14ijk) para almacenar datos, cuales hologramas están dispuestos en una o más hileras de hologramas, en el cual dentro de cada una de dichas hileras, dichos hologramas no se solapan y en el que dichos hologramas dentro de una cualquiera de dichas hileras se puede reconstruir simultáneamente mediante una onda guiada; ii) una capa de guiaondas (13i) provista de un acoplador (15i); y iii) una capa de revestimiento (12i) situada en la superficie exterior de dicha capa de guiaondas entre grupos de capas adyacentes; en el que cada holograma citado (14ijk) es capaz de reconstruir una radiación hacia una superficie de salida plana (02), y en el que dicha radiación de cada holograma citado es restringida en su ángulo espacial con el objeto de proporcionar una separación de radiación de aquellos de los citados hologramas adyacentes, y en el que dichos hologramas (14ijk) de dichas capas de hologramas son grabados de manera que la radiación procedente de los mismos es enfocada en un plano de enfoque común (04); b) un fotodetector (50) destinado a recibir la radiación de dichos hologramas (14ijk), cual fotodetector está dispuesto en o cerca de dicho plano de enfoque común (04); c) una unidad de acceso a los hologramas (40) que tiene una ventana móvil electrónicamente, sin movimiento físico de dicho fotodetector (50) o de dicha unidad de acceso a los hologramas, cual unidad de acceso a los hologramas está situada en una región entre dicha superficie de salida (02) y un plano de intersección de dicha radiación (03), cual unidad citada de acceso a los hologramas es operativa para separar una radiación de uno de dichos hologramas seleccionado de la radiación de otros de los citados hologramas; y d) una unidad de acceso a las capas e hileras (30) destinada a formar y dirigir un haz de lectura de salida(20) hacia una capa seleccionada y, a través de un respectivo acoplador (15i), dentro de ésta a lo largo de una de dichas hileras.

Description

Almacenamiento holográfico de datos con múltiples capas de guiaondas.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un almacenamiento holográfico de datos volumétrico, y más particularmente, a unos sistemas de almacenamiento holográfico de datos con múltiples capas de guiaondas destinados a proporcionar un almacenamiento de datos de alto rendimiento.

Antecedentes

La lógica evolución de las modernas tecnologías de la información exige la necesidad de crear unos sistemas de almacenamiento de datos con una alta capacidad de información, una alta velocidad de datos y un tiempo corto de acceso, es decir, un sistema de alto rendimiento. Muchos investigadores emplean el factor CRP (producto de capacidad-velocidad) para la estimación del rendimiento en el que CRP = Capacidad [GB] x velocidad de datos [Mbps] (Sistemas ópticos de almacenamiento de datos de alto rendimiento An OIDA Preliminary Workshop Report abril 1999. Preparados para la Optoelectronic Industry Development Association por Tom D. Milster).

Un factor más objetivo, propuesto para usar en esta invención, es el CARP (producto de la capacidad-acceso-velocidad), que es la capacidad en GB, dividida por el tiempo de acceso en ms y multiplicada por la velocidad de los datos en Mbps. Tenemos CARP = {C [GB] / A [ms]} x Velocidad de los datos [Mbps]. Una comparación de los factores del CARP da la posibilidad de estimar objetivamente las ventajas de cualquier sistema de almacenamiento de datos en términos de rendimiento.

Está claro que existe una necesidad para los sistemas de futuras aplicaciones donde CRP>10^{5} y CARP> 10^{6}. O sea, por ejemplo, un sistema de memoria con una capacidad de información >1GB, una velocidad de datos >100Mbps y un tiempo de acceso <1ms. Al mismo tiempo, está claro que es necesario asegurar una calidad mínima de señales grabadas y de lectura de salida, esto es, proporcionar un valor deseado de la proporción señal/ruido y mantener con ello un valor deseado de la probabilidad de error.

Los métodos holográficos son considerados los más utilizables para un almacenamiento de datos de alto rendimiento. Más específicamente, la memoria holográfica de acceso aleatorio orientada a la página de datos está en el primer lugar como sistema de alto rendimiento. Sin embargo, hasta la fecha presente han habido dificultades y problemas en el desarrollo del sistema de alto rendimiento. La alta velocidad de los datos para los sistemas ópticos de almacenamiento de datos depende de la potencia de la fuente de luz, sensibilidad del fotodetector, el número de canales paralelos de entrada-salida de información, y también de la velocidad de transporte del portador o cabeza lectora óptica, cuando se emplea un diseño con partes mecánicas en movimiento.

Para un almacenamiento holográfico se prevé un gran número de canales de datos paralelos debido a la presentación de datos como páginas en dos dimensiones de datos binarios digitales o de amplitud. Por otra parte, la velocidad de datos más alta se prevé cuando no hay partes mecánicas en movimiento, tales como un portador de disco rotatorio.

El tiempo de acceso aleatorio corto de un sistema de memoria es el resultado de aplicar un sistema direccional de alta velocidad, tal como unos deflectores electro- o acústico-ópticos, y emplear un esquema de grabación-lectura, que provea la transferencia de imágenes leídas desde distintos microhologramas a un fotodetector sin ningún movimiento mecánico.

El empleo de un portador de información volumétrico en un almacenamiento óptico de datos (incluyendo el holográfico) para proporcionar una capacidad alta de información y una densidad alta de información es bien conocido, como en la patente de Estados Unidos 6.181.665 publicada el 30 de enero de 2001 a Roh. Sin embargo, en métodos existentes de almacenamiento óptico (holográfico) de datos basados en un portador volumétrico no se obtienen simultáneamente una alta capacidad y un tiempo de acceso aleatorio corto de acuerdo con las circunstancias que se indican más abajo.

Existen diversos métodos de aplicaciones de portador holográfico volumétrico. El primero consiste en usar unos hologramas volumétricos multiplexados angulares, que proporcionan la superposición de páginas de datos de hologramas Fourier o Fresnel en el medio de fotograbación volumétrico. Cada uno de los hologramas es grabado con un ángulo separado del haz de referencia. El mismo ángulo del haz de lectura de salida se requiere para una lectura de página de datos. Unos ejemplos son la Patente U.S. 6.072.608 de Roh publicada el 6 junio de 2000 a Psaltis y otros, la patente U.S. 5.896.359 publicada el 20 de abril de 1999 a Stoll, y la patente U.S. 5.696.613 publicada el 9 de diciembre de 1997 a Redfield y otros.

Un segundo método consiste en emplear hologramas encriptados para el almacenamiento holográfico de datos, como en la patente U.S. 5.940.514 publicada el 17 de agosto de 1999 a Heanue y otros. En el sistema de Heanue se emplea un multiplexado ortogonal de código de fase en el medio volumétrico y los datos se encriptan modulando el haz de referencia.

Este método tiene un cierto número de limitaciones. El principal problema es una deficiencia del medio volumétrico en encontrar los requisitos necesarios. Por ejemplo, los cristales ferroeléctricos no presentan una estabilidad suficientemente grande, y los fotopolímeros tienen un factor de encogimiento demasiado grande.

Un tercer método consiste en emplear hologramas grabados en un medio multicapa según se describe en "multiplexado holográfico en un medio de grabación multicapa", Arkady S. Bablumian, Thomas F. Krile, David J. Mehrl, y John F.Walkup, Proc. SPIE, Vol.3468, pp. 215-224 (1998) y en Milster. Uno o más hologramas (una matriz de hologramas) se graba en cada capa del portador volumétrico. Se efectúa una lectura de salida de cada holograma mediante un haz de lectura separado. Una limitación de este método es el bajo número de capas, estando limitado el número de capas por el ruido procedente de los hologramas vecinos situados en otras capas.

El último método consiste en emplear unos hologramas en múltiples capas de guiaondas. Véanse medio, método, y dispositivo para grabación de hologramas, y dispositivo para grabar y reproducir hologramas''. Mizuno Shinichi (Sony Corp.) JP09101735A2, fecha de publicación: 15 de abril, 1997. Los hologramas con guiaondas se graban en películas delgadas de un portador de múltiples capas. Los métodos conocidos de grabación y lectura de hologramas con guiaondas en múltiples capas no proporcionan una alta densidad de datos y un tiempo corto de acceso simultá-
neamente.

La publicación internacional núm. WO 01/57602, que define el estado más próximo de la técnica, describe la grabación de hologramas en una capa de guiaondas formada en una estructura que contiene múltiples capas de guiaondas. Un sistema óptico permite la escritura de hologramas en la capa de guías de ondas y la consiguiente lectura de los hologramas escritos. Sin embargo, el sistema de memoria no proporciona la combinación de un tiempo de acceso muy corto y una alta densidad de datos simultáneamente debido a que la cinta portadora de datos o la tarjeta de almacenamiento de datos se mueve durante la lectura de salida. Cualquier movimiento mecánico en un sistema de almacenamiento de datos conlleva un tiempo de acceso a los datos relativamente largo.

El análisis de los métodos y aparatos conocidos en el campo de almacenamiento holográfico de datos permite extraer una conclusión: en la actualidad no hay un enfoque de sistema de almacenamiento holográfico de datos de alto rendimiento que proporcione un alto valor del factor del CARP.

Es un objetivo de esta invención el aportar un sistema de almacenamiento holográfico con un alto factor del CARP.

Sumario

El presente método ofrece un enfoque integrado para solucionar el problema de proveer simultáneamente una alta capacidad de información, una velocidad alta de los datos y un tiempo corto de acceso. Las características requeridas de un sistema se proporcionan mediante una técnica de construcción del portador de información fuertemente ligada y unos nuevos métodos de acceso a los datos, lectura y grabación.

La presente invención incluye un portador holográfico de guiaondas en múltiples capas, un sistema de almacenamiento holográfico de datos con guiaondas en múltiples capas, un método de lectura de hologramas con guiaondas en múltiples capas con un acceso de datos aleatorio, y un procedimiento y aparato para grabar unas capas de hologramas con guiaondas en una matriz y montaje de un portador multicapa. El método de lectura de hologramas con guiaondas en múltiples capas incorpora una ventana móvil electrónica prevista mediante un modulador de luz espacial (SLM) o dispositivo de carga acoplado (CCD) sobre la superficie del guiaondas multicapa. La distancia entre puntos correspondientes de hologramas está relacionada con el tamaño del elemento SLM ó CCD.

Según la invención se ha previsto un sistema de almacenamiento holográfico de datos multicapa, que se caracteriza por:

a): al menos dos grupos de capas, cada uno de cuales grupos comprende:

i): una capa de hologramas que tiene unos hologramas para almacenar datos, cuales hologramas están dispuestos en una o más hileras de hologramas, en el que dentro de cada una de dichas hileras dichos hologramas no están solapados y en el que dichos hologramas dentro de cualquiera de dichas hileras se pueden reconstruir simultáneamente mediante una onda guiada;

ii): una capa de guiaondas provista de un acoplador; y

iii): una capa de revestimiento situada en la superficie exterior de dicha capa de guiaondas entre grupos adyacentes de capas;

: en el que cada uno de dichos hologramas es capaz de reconstruir una radiación hacia una superficie plana de salida y en el que dicha radiación de cada holograma citado queda restringida en su ángulo espacial con el objeto de prever la separación de la radiación de hologramas adyacentes, y en el que dichos hologramas de dichas capas de hologramas se graban de manera que la radiación de los mismos es enfocada a un plano de enfoque común;

b): un fotodetector destinado a recibir la radiación de dichos hologramas, estando dispuesto dicho fotodetector en o cerca de dicho plano de enfoque común;

c): una unidad de acceso a los hologramas que tiene una ventana móvil electrónicamente sin movimiento físico de dicho fotodetector o dicha unidad de acceso a los hologramas, estando ubicada dicha unidad de acceso a los hologramas en una región entre dicha superficie de salida y un plano de intersección de dicha radiación, cual unidad citada de acceso a los hologramas es operativa para separar la radiación de un holograma seleccionado entre dichos hologramas de la radiación de otros de dichos hologramas; y

d): una unidad de acceso a las capas e hileras para formar y dirigir un haz de lectura de salida a una capa seleccionada y, a través de un respectivo acoplador, dentro de ésta a lo largo de una de dichas hileras.

La invención también se refiere a un método de lectura de salida de datos almacenados en un sistema de almacenamiento holográfico de datos, caracterizado por:

a): la provisión de un sistema de almacenamiento holográfico de datos, que comprende al menos dos grupos de capas, conteniendo cada grupo:

i): una capa de hologramas que tiene unos hologramas para datos de almacenamiento, estando dispuestos dichos hologramas en una o más hileras de hologramas, en el que dentro de cada una de dichas hileras dichos hologramas no están solapados y en el que dichos hologramas dentro de una cualquiera de dichas hileras se puede reconstruir simultáneamente mediante una onda guiada;

ii): una capa de guiaondas provista de un acoplador; y

: en el que cada holograma citado es capaz de reconstruir la radiación hacia una superficie de salida plana y en el que dicha radiación de cada holograma citado es restringida en su ángulo espacial con el objeto de proporcionar una separación de radiación de los hologramas adyacentes, y en el que dichos hologramas de dichas capas de hologramas se graban de manera que la radiación de los mismos es enfocada en un plano de enfoque común;

iv): un fotodetector destinado a recibir la radiación de dichos hologramas, estando dispuesto dicho fotodetector en o cerca de dicho plano de enfoque;

v): una unidad de acceso a los hologramas que tiene una ventana móvil electrónicamente sin movimiento físico de dicho fotodetector o dicha unidad de acceso a los hologramas, estando ubicada dicha unidad de acceso a los hologramas en una región situada entre dicha superficie de salida y un plano de intersección de dicha radiación, siendo operativa dicha unidad de acceso a los hologramas para separar la radiación de uno seleccionado de dichos hologramas de la radiación de otros de dichos hologramas, y

vi): una unidad de acceso a las capas e hileras para formar y dirigir un haz de lectura de salida a una capa seleccionada y, a través de un respectivo acoplador, dentro de ésta a lo largo de una de dichas hileras.

b): dirigir un haz de lectura de salida hacia una seleccionada de dichas capas de guiaondas y hacia una de dichas capas de hologramas a lo largo de al menos una de dichas hileras de hologramas y reconstruir unos de dichos hologramas situados en dicha hilera; y

c): recibir la radiación reconstruir a partir de un holograma seleccionado en dicho plano de enfoque común para procesar los datos de lectura de salida.

Breve descripción de los dibujos

La misma invención, tanto por lo que se refiere a organización como método de funcionamiento, así como los objetivos y ventajas de la misma, se hará fácilmente evidente a partir de la siguiente descripción detallada leída conjuntamente con los dibujos que se acompañan;

la figura 1a muestra un portador holográfico de guiaondas en múltiples capas con unos acopladores extremos de superficie para un haz de referencia;

la figura 1b ilustra un portador holográfico de guiaondas en múltiples capas con acopladores de rejilla de difracción para un haz de referencia;

la figura 2a ilustra un método de poner un haz de referencia en una capa de guiaondas de un portador de almacenamiento de datos a través de un acoplador extremo de superficie y la radiación a partir de hologramas reconstruidos;

la figura 2b ilustra un método de poner un haz de referencia en una capa de guiaondas de un portador de almacenamiento de datos a través de un acoplador de rejilla de difracción y la radiación a partir de hologramas recons-
truidos;

la figura 3 muestra un aspecto de la imagen de la página de datos a almacenar holográficamente en un plano de enfoque;

la figura 4 muestra una capa de hologramas con un holograma superpuesto;

la figura 5 ilustra un sistema con un acceso aleatorio de datos para recuperar los datos almacenados holográficamente desde un portador de guiaondas multicapa;

la figura 6 ilustra una relación geométrica entre hologramas con guiaondas en una capa de hologramas y un conjunto fotodetector;

la figura 7 ilustra un sistema para recuperar datos almacenados holográficamente a partir de un portador de guiaondas multicapa que utiliza un haz de referencia conjugado en fase;

la figura 8 ilustra un sistema para lectura de hologramas con guiaondas superpuestos;

la figura 9 ilustra un sistema para lectura de hologramas con guiaondas encriptados;

la figura 10 muestra un sistema para lectura de hologramas con guiaondas mediante una matriz láser;

la figura 11 representa una vista esquemática de un procedimiento y aparato para grabar una matriz de hologramas con guiaondas Fourier (cuasi Fourier) en una capa de fotograbación mediante el empleo de un acoplador de rejilla de difracción;

la figura 12 representa una vista esquemática de un procedimiento y aparato para grabar una matriz de hologramas con guiaondas Fourier (cuasi Fourier) en una capa de fotograbación mediante empleo de un SLM dispuesto en un haz convergente;

la figura 13 representa una vista esquemática de un procedimiento y aparato para grabar una matriz de hologramas con guiaondas Fourier (cuasi Fourier) en una capa de fotograbación mediante empleo de una máscara de fase aleatoria;

la figura 14 representa una vista esquemática de un procedimiento y aparato para grabar una matriz de hologramas con guiaondas Fourier (cuasi Fourier) en una capa usando una entrada de ángulo pequeño de un haz de referencia;

la figura 15 representa una vista esquemática del procedimiento de grabación de hologramas Fresnel de guiaondas de matriz de capa simple y su aparato; y

la figura 16 ilustra un sistema para la grabación multiplex de hologramas con guiaondas.

Descripción detallada Portador de almacenamiento holográfico de datos multicapa

Las figuras 1a y 1b muestran un portador de almacenamiento holográfico de datos de guiaondas multicapa 10. El mismo comprende unos grupos de capas que contienen cada uno una capa de hologramas 11i en la que i es el índice de capas actual y una capa de revestimiento 12i. Los hologramas 14ijk están situados a lo largo de un eje de hileras 01ij donde j es el índice de hileras actual y k es el índice de hologramas actual. Los hologramas no están solapados en cada una de las hileras.

En la primera variante ilustrada en la figura 1a, la capa de hologramas 11i de cada grupo es al mismo tiempo una capa de guiaondas que tiene un acoplador superficial extremo 15i. En la segunda variante ilustrada en la figura 1a, la capa de hologramas 11i y la capa de guiaondas 13i con un acoplador de rejilla de difracción 16i (visible en la figura 1b) de cada uno de los grupos están efectuadas separadamente y fijadas entre sí con un contacto óptico entre ellas para proveer la transmisión de las ondas guiadas hacia la capa de hologramas. En ambas variantes hay una capa de revestimiento sobre la superficie exterior de la capa de guiaondas, con una función similar a las capas de revestimiento de la técnica conocida.

En las figuras 1a y 1b h= es el tamaño de un holograma en la dirección de las hileras y d= es la distancia entre puntos correspondientes de hologramas en la dirección de las hileras. h_{1} y d_{1} son el tamaño y la distancia entre puntos correspondientes de hologramas respectivamente en la dirección transversal. h es el espesor de una capa de hologramas y d es la distancia entre puntos correspondientes de capas.

Como muestran las figuras 2a y 2b, un haz de lectura de salida 20 penetra en una capa de guiaondas a través de un acoplador 15i (ó 16i). Luego, el haz de lectura de salida se propaga a lo largo de la hilera respectiva ij como una onda guiada 21ij y reconstruye los haces de radiación 22ijk a partir de todos sus hologramas simultáneamente. La radiación reconstruida desde cada holograma se propaga hacia una superficie de salida 02 y es restringida en su ángulo espacial \gamma.

Cuando los hologramas tienen un ángulo espacial específico \gamma de radiación, la distancia entre puntos correspondientes de hologramas p_{=} existente entre hologramas adyacentes se establece a fin de proporcionar una intersección de dicha radiación en un plano 03 y en el área encima de este plano. Todos los haces de radiación reconstruidos forman unas imágenes de página de datos enfocadas en un plano paralelo 04.

La figura 3 muestra un patrón de imagen de página de datos 51 en el plano de enfoque 04. Los píxeles de datos 17mn tienen unos tamaños s_{=}, s_{1} y unas distancias t_{=}, t\perp y están dispuestos como una matriz de 2-D. m y n son unos índices de píxeles actuales a lo largo de hileras y columnas respectivamente. Todas las imágenes de páginas de datos tienen la misma orientación. M y N son unas cantidades de píxeles de datos en la dirección respectiva.

La figura 4 ilustra una capa de hologramas con hologramas superpuestos. El ángulo entre ejes de hileras no paralelas 01ij y 01'ij es \alpha. Algunos hologramas relativos a diferentes hileras de intersección no paralelas se graban para ser al menos parcialmente superpuestas. El ángulo entre cualquiera de dos hileras de hologramas no paralelas lo más próximas se establece selectivamente para que no sea menor que el ángulo de dichos hologramas superpuestos.

Método y sistema de lectura de salida

La figura 5 ilustra un sistema destinado a recuperar datos almacenados holográficamente a partir del portador de guiaondas multicapa. El sistema incluye un portador 10 de almacenamiento holográfico de datos de guiaondas multicapa y una unidad 30 de acceso a las capas e hileras. Dicha unidad 30 de acceso a las capas e hileras está constituida por un láser 31 destinado a generar un haz de radiación coherente y un formador de haz 32 destinado a formar un haz 24, que es desviado por un deflector angular 33 y se convierte en un haz 25 que pasa por un elemento óptico (lente) 34 hacia una capa seleccionada 11i y, a través del respectivo acoplador 15i (ó 16i), hacia la capa seleccionada a lo largo de la hilera de hologramas requerida.

Una unidad de acceso a los hologramas 40 constituida en forma de una "ventana móvil" está dispuesta en la región entre los planos 02 y 03 (ver figura 2a) y propuesta para separar la radiación 22ijk de cualquier holograma 14ijk para obtener acceso al mismo y bloquear la radiación de otros hologramas reconstruidos.

Un fotodetector multielemento 50 está encarado hacia la superficie de salida 02 del portador, propuesto para recibir la radiación reconstruida 22ijk de dichos holograma, dispuesto en el plano 04 del foco de dicha radiación y acoplado ópticamente con un patrón de píxeles 51 (ver figura 3) del dato almacenado por el holograma.

Últimamente, un ordenador 60 está conectado, a través de respectivas unidades de interfaz, a unas entradas de control de la unidad 61 de acceso a las capas e hileras, unidad 62 de acceso a los hologramas y al fotodetector 63 para controlar su funcionamiento coordinado.

La figura 6 ilustra una correlación geométrica entre un holograma de guiaondas 14ijk de una capa de hologramas y un conjunto fotodetector 50.

La cantidad Q_{=} de píxeles del conjunto fotodetector en una dirección, paralela a las hileras de hologramas e hileras de datos, debe ser Q_{=} =P_{=}/ p_{=}\geq (q_{=}-1) h_{=} / p_{=} + M = [h_{=} (q_{=}-1) + M p_{=}]/ p_{=} donde:

: P_{=} es el tamaño lineal del conjunto detector a lo largo de las hileras, P_{=} = (q_{=}-1)h_{=}+ Mp_{=};

: h_{=} es la distancia entre puntos correspondientes de hologramas a lo largo de una hilera;

: q_{=} es el número de hologramas de la hilera;

: p_{=} es la distancia entre puntos correspondientes de píxeles del detector a lo largo de una hilera; y

: M es el número de píxeles de los datos de lectura de salida en una hilera de página de datos.

Respectivamente, la cantidad de píxeles del conjunto fotodetector en la otra dirección, perpendicular a las hileras de páginas de hologramas y datos, debe ser Q\perp_{=}Q\perp /p\perp \geq h\perp (q\perp -1)/ p\perp +N, donde:

: Q\perp es el tamaño lineal del conjunto detector a lo largo de columnas;

: h\perp es la distancia entre puntos correspondientes de hologramas a lo largo de una columna;

: q\perp es el número de hologramas de la columna;

: p\perp es la distancia entre puntos correspondientes de píxeles del detector a lo largo de la columna; y

: N es el número de píxeles de datos de lectura de salida en una columna de página de datos.

L_{=} = (q_{=} -1) h_{=} +d_{=} es el tamaño lineal de la hilera de hologramas en la dirección seleccionada. La distancia entre puntos correspondientes de píxeles de la imagen de la página de datos es igual ó mayor que la distancia entre puntos correspondientes de píxeles del detector en cuyo caso es un número entero múltiple de ésta.

La figura 7 ilustra un sistema destinado a recuperar los datos almacenados holográficamente a partir de un portador de guiaondas multicapa que utiliza un haz de referencia conjugado en fase 20*. En comparación con la figura 5, se usa un acoplador conjugado 15*i y el fotodetector se dispone en el plano conjugado 04*.

La figura 8 ilustra un sistema para la lectura de hologramas con guiaondas superpuestos. Los hologramas procedentes de hileras no paralelas se leen mediante haces de lectura de salida 20 y 20' que tienen un ángulo º entre ellos. Se emplea un deflector adicional en la unidad de acceso a las capas e hileras para proporcionar la desviación angular adicional requerida del haz de lectura 20 en un plano que es paralelo a la capa 11i. Es posible por ejemplo, utilizar una placa óptica giratoria 35 además del deflector 33 (constituida como un espejo giratorio provisto de un accionador giratorio controlado por ordenador a través de la respectiva interfaz).

La figura 9 ilustra un sistema para la lectura de hologramas con guiaondas encriptados. Se emplean un modulador de luz espacial de fase multicanal 41 y una lente cilíndrica 36 respectivamente para codificar el haz de lectura de salida (encriptación) y dirigir el haz codificado 27ij hacia la capa de guiaondas 11i.

La figura 10 ilustra un sistema de lectura de hologramas con guiaondas mediante una matriz láser. Se emplean una matriz láser 37 y unas fibras ópticas 38ij para formar un haz de lectura de salida separado para cada hilera de hologramas. El ordenador controla cada láser de la matriz 37 a través de una interfaz 65.

Procedimiento y aparato de grabación de hologramas con guiaondas

Los hologramas se pueden grabar como hologramas Fourier (o cuasi Fourier) o Fresnel de una matriz bidimensional de señales digitales (binarias o multinivel) o señales analógicas. Las matrices de hologramas se graban sobre capas separadas. Luego las capas de hologramas (y capas de guiaondas cuando se usan separadamente) y las capas de revestimiento se intercalan conjuntamente formando un contacto óptico entre las mismas, produciendo así el portador de almacenamiento holográfico de datos de guiaondas multicapa.

Grabación de hologramas Fourier (o cuasi Fourier)

La figura 11 representa una vista esquemática de un procedimiento y aparato para grabar una matriz de hologramas de guiaondas Fourier (o cuasi Fourier) en una capa de fotograbación mediante el empleo de un acoplador de rejilla de difracción. Una fuente de luz monocromática, tal como un láser, genera un haz de radiación coherente que se divide en un primer haz (señal) 70 y un segundo haz que se usa para formar un haz de referencia 28 por medios ópticos 32, como muestra la figura 11. Un haz de señal colimado 71 expandido por medios ópticos estándar 80, tales como lentes, pasa a través (o es reflejado de) un modulador de luz espacial (SLM) 42. La página de datos es presentada por el SLM 42. El ordenador 60 forma unas señales de control que llegan al SLM 42 a través de una interfaz 66. El haz 72, modulado en amplitud (o fase, o polarización) de acuerdo con las señales de control, es enfocado en el plano 06 cerca del medio de fotograbación 17 por medio de un elemento óptico (lente) 81 a continuación de lo cual el mismo ilumina un área local del medio de fotograbación 17. De esta manera, dicha área local es iluminada por una imagen de la función de transformación Fourier (o cuasi Fourier) de la página de datos. La capa del medio de fotograbación 17 es laminada sobre un sustrato duro ópticamente transparente 18 (por ejemplo, vidrio).

Simultáneamente, el haz de referencia 28 es transformado por el acoplador 73 del haz de referencia de rejilla de difracción en una onda guiada de referencia 29. Luego la onda 29 ilumina la misma área local.

Se puede colocar un diafragma 83 a flor de la superficie del medio de fotograbación para evitar la iluminación parásita del medio de fotograbación.

El sistema óptico destinado a formar la imagen de página de datos transformada a grabar en el medio 17 se puede realizar por diferentes métodos, los cuales dependen del carácter del haz de lectura de salida según se describe más abajo:

1) El haz de lectura de salida es el analógico de un haz de referencia.

En este caso, la distancia entre el plano 07 (donde está situado el elemento óptico 81) y el plano 08 (donde está situado el SLM 42) es tal que la imagen de página de datos reconstruida estará situada a la misma distancia del medio de fotograbación que la distancia del holograma al plano detector del dispositivo de lectura de salida. Al propio tiempo, la distancia entre puntos correspondientes de imágenes de píxeles de página de datos debe ser igual a, o un número entero múltiple de la distancia entre puntos correspondientes de píxeles del fotodetector. Esto significa, por ejemplo, que si la distancia entre puntos correspondientes de imágenes de píxeles de datos de lectura de salida en el plano 04 del fotodetector 50 (figura 6) es igual a la distancia de píxeles presentados por el SLM, luego una distancia V entre el plano 08 y el plano 07 es igual a la longitud doble del foco (2F) de la lente 81. F es la distancia entre los planos 06 y el plano 07.

Las diferentes capas 11i (figura 5) del portador holográfico multicapa 10 están situadas a diferentes distancias Gi (figura 6) del plano del fotodetector 04 (figura 5). Por lo tanto, es necesario proporcionar una condición: \bulletFi + Gi = constante. En este caso, las imágenes de datos reconstruidas a partir de todas las capas del portador tendrán una escala idéntica.

Se emplea una placa paralela 82 (figura 11) de material ópticamente transparente (o un compensador de fase especial) para compensar cualquier diferencia entre la distancia óptica de las diferentes capas al plano detector. El espesor y el índice refractivo de esta placa deben ser tales que provean una analogía óptica de capas de portador situadas entre una capa dada 11i, (figura 6) y el plano fotodetector 04 (figura 6).

2) El haz de lectura de salida (tal como el 20*, fig.7) está conjugado en fase con el haz de referencia.

En este caso, como muestra la figura 12, el SLM 42 está en el haz convergente de la lente 81 en la proximidad inmediata del plano 07.

Nota: la lectura de salida de estos tipos de hologramas no prevé el uso de ninguna imagen que forme óptica entre el plano de los hologramas 01i (figura 6) y el plano del fotodetector 04 (figura 6).

La figura 13 representa una vista esquemática, que es la misma que en la figura 11, excepto en el uso de una máscara de fase aleatoria 43 para proporcionar una distribución de imagen Fourier más uniforme en el plano de grabación de hologramas 05i. Es posible usar un modulador de luz espacial de fase en función de una máscara de fase 43.

Procedimiento de grabación de hologramas

Como se ilustra en la figura 11, la onda guiada de referencia 29 se propaga por la capa de película de fotograbación 17 como en un guiaondas. Simultáneamente, el haz de señal modulado (imagen Fourier o cuasi Fourier) es dirigido a lo largo de la línea normal a la capa de película de fotograbación. Los hologramas se graban desplazando secuencialmente la capa de fotograbación después de cada grabación a lo largo de una distancia en la dirección especificada que es igual al tamaño de la distancia entre puntos correspondientes h_{=} de los hologramas a grabar. Se usa un posicionador de dos coordenadas 90 para efectuar el desplazamiento y se controla por el ordenador 60 a través de la interfaz 67. La distancia (h_{=} y h\perp, figuras 1 a,b) entre puntos correspondientes de hologramas debe ser divisible por un número entero de píxeles del fotodetector p_{=} y p\perp (figura 6). Los hologramas grabados se disponen en hileras de hologramas formando una matriz en la capa de fotograbación.

La figura 13 ilustra unas variantes del procedimiento de grabación usando un portador, el cual contiene dos capas diferentes: una capa de fotograbación (fotosensible) 17 y una capa de guiaondas 19. En particular, el haz de referencia es dirigido hacia la capa de guiaondas 19 mediante un acoplador de prisma 86.

Como se ilustra en la figura 12 y figura 14, el haz de referencia 28 es dirigido con un pequeño ángulo \beta a la capa de fotograbación 17. Si la capa de fotograbación no tiene un sustrato duro, es posible emplazar dicha capa entre unas placas ópticas 84 y 85 usando capas de inmersión 87 y 88 que tengan un índice de refracción próximo al de la capa de fotograbación.

Grabación de hologramas Fresnel

En este caso, la lectura de salida hay que hacerla mediante el haz de referencia conjugado. El procedimiento de grabación es el mismo que se describió más arriba, aunque, como se muestra en la figura 15, los elementos ópticos tales como lentes de enfoque 81 y lentes colimadas 89, forman una imagen Fresnel de página de datos SLM 42 en el plano de grabación de hologramas 05i.

Formación de una rejilla de difracción para acoplar el haz de referencia a la capa de guiaondas

El acoplador de rejilla 16i (figura 1b) se graba mediante un método holográfico en la periferia de la capa de fotograbación 11i (figuras 1a, 1b), que también es una capa de guiaondas, o se forma en la periferia de una capa de guiaondas separada 13i (figuras 1a, 1b) mediante estampación, grabado químico u otros métodos conocidos.

Grabación de hologramas superpuestos

El procedimiento de grabación es el mismo que se describió más arriba, pero como se ilustra en la figura 16, al menos dos hologramas superpuestos 91 y 91' se graban secuencialmente en el área de solape con diferentes direcciones de propagación 29 y 29' del haz de referencia en el plano de grabación de hologramas 05i. Es necesario un ángulo mínimo \bullet entre las direcciones del haz de referencia para proporcionar la lectura de salida independiente de los hologramas por el apropiado haz de lectura de salida.

Grabación de hologramas encriptados

El procedimiento de grabación es el mismo que se describió antes, aunque el haz de referencia se forma por el mismo método que el usado para formar un haz codificado de lectura de salida 27ij (figura 9).

Por todo ello, aún cuando esta invención se haya descrito con referencia a las realizaciones ilustrativas, la presente descripción no se propone ser interpretada en un sentido limitativo. Varias modificaciones de las realizaciones ilustrativas, así como otras realizaciones de la invención, resultarán evidentes para las personas expertas en la materia con respecto a esta descripción. Se contempla, por lo tanto, que las reivindicaciones adjuntas cubran tales modificaciones o realizaciones en la medida que caigan dentro del ámbito de la invención.

Claims

1. Un sistema de almacenamiento holográfico de datos multicapa, caracterizado por:

a): al menos dos grupos de capas, conteniendo cada grupo:

i): una capa de hologramas (11i) que tiene unos hologramas (14ijk) para almacenar datos, cuales hologramas están dispuestos en una o más hileras de hologramas, en el cual dentro de cada una de dichas hileras, dichos hologramas no se solapan y en el que dichos hologramas dentro de una cualquiera de dichas hileras se puede reconstruir simultáneamente mediante una onda guiada;

ii): una capa de guiaondas (13i) provista de un acoplador (15i); y

iii): una capa de revestimiento (12i) situada en la superficie exterior de dicha capa de guiaondas entre grupos de capas adyacentes;

: en el que cada holograma citado (14ijk) es capaz de reconstruir una radiación hacia una superficie de salida plana (02), y en el que dicha radiación de cada holograma citado es restringida en su ángulo espacial con el objeto de proporcionar una separación de radiación de aquellos de los citados hologramas adyacentes, y en el que dichos hologramas (14ijk) de dichas capas de hologramas son grabados de manera que la radiación procedente de los mismos es enfocada en un plano de enfoque común (04);

b): un fotodetector (50) destinado a recibir la radiación de dichos hologramas (14ijk), cual fotodetector está dispuesto en o cerca de dicho plano de enfoque común (04);

c): una unidad de acceso a los hologramas (40) que tiene una ventana móvil electrónicamente, sin movimiento físico de dicho fotodetector (50) o de dicha unidad de acceso a los hologramas, cual unidad de acceso a los hologramas está situada en una región entre dicha superficie de salida (02) y un plano de intersección de dicha radiación (03), cual unidad citada de acceso a los hologramas es operativa para separar una radiación de uno de dichos hologramas seleccionado de la radiación de otros de los citados hologramas; y

d): una unidad de acceso a las capas e hileras (30) destinada a formar y dirigir un haz de lectura de salida (20) hacia una capa seleccionada y, a través de un respectivo acoplador (15i), dentro de ésta a lo largo de una de dichas hileras.

2. Un sistema de almacenamiento holográfico de datos multicapa de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado además, por un ordenador (60) que tiene unas unidades de interfaz conectadas a unas entradas de control de dicha unidad de acceso a las capas e hileras (30) y de dicha unidad de acceso a los hologramas (40) y a unas entradas y salidas de control de dicho fotodetector (50) para controlar su funcionamiento coordinado y para procesar los datos de lectura de salida.

3. El sistema de almacenamiento holográfico de datos multicapa de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dichos hologramas están dispuestos con una distancia entre puntos correspondientes de hologramas igual entre los de dichos hologramas de la misma hilera, y en el que cada uno de dichos hologramas tiene un ángulo espacial similar.

4. El sistema de almacenamiento holográfico de datos multicapa de acuerdo con la reivindicación 1, en el que una distancia entre puntos correspondientes de hileras, entre unas adyacentes de dichas hileras, es igual o mayor que un tamaño de holograma en una dirección perpendicular a dichas hileras adyacentes.

5. El sistema de almacenamiento holográfico de datos multicapa de acuerdo con la reivindicación 1, en el que al menos dos de dichas hileras no son paralelas entre sí y en el que al menos dos de dichos hologramas, situados cada uno en una diferente de dos de dichas hileras no paralelas, son grabados para estar al menos parcialmente superpuestos entre sí.

6. El sistema de almacenamiento holográfico de datos multicapa de acuerdo con la reivindicación 5, en el que un ángulo entre dichas dos hileras no paralelas es mayor o igual que una selectividad angular de dichos dos hologramas superpuestos.

7. El sistema de almacenamiento holográfico de datos multicapa de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dichos hologramas (14ijk) están grabados de manera que la radiación de cada uno de dichos hologramas está enfocada en uno de dos planos de enfoque comunes (04).

8. El sistema de almacenamiento holográfico de datos multicapa de acuerdo con la reivindicación 1, en el que cada holograma citado de cada capa citada de hologramas almacena un patrón de píxeles bidimensional de una página de datos.

\newpage

9. El sistema de almacenamiento holográfico de datos multicapa de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha capa de hologramas y dicha capa de guiaondas de cada grupo citado de capas comprenden la misma capa.

10. El sistema de almacenamiento holográfico de datos multicapa de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha capa de hologramas (11i) y dicha capa de guiaondas (13i) de cada grupo citado de capas están conectadas mediante un contacto óptico para proporcionar la transmisión de dicha onda guiada desde dicha capa de guiaondas hacia dicha capa de hologramas.

11. El sistema de almacenamiento holográfico de datos multicapa de acuerdo con la reivindicación 1, en el que una hilera de imágenes de píxeles de datos de cada uno de dichos hologramas en una superficie de recepción de dicho fotodetector es paralela a las hileras de píxeles de dicho fotodetector, y en el que una distancia entre puntos correspondientes de dichas imágenes de píxeles de datos en una dirección paralela a dichas hileras de imágenes de píxeles de datos es igual a, o un número entero múltiple de, una distancia entre puntos correspondientes de dichos píxeles de dicho fotodetector en la citada dirección.

12. El sistema de almacenamiento holográfico de datos multicapa de acuerdo con la reivindicación 11, en el que dicha distancia entre puntos correspondientes de imágenes de píxeles de datos es igual a dicha distancia entre puntos correspondientes de los citados píxeles de dicho fotodetector, y un centro de cada imagen de píxeles de datos está dispuesto en un centro de uno correspondiente de dichos píxeles del fotodetector.

13. El sistema de almacenamiento holográfico de datos multicapa de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha unidad de acceso a los hologramas está dispuesta en dicha superficie de salida (02).

14. El sistema de almacenamiento holográfico de datos multicapa de acuerdo con la reivindicación 1, en el que una anchura de dicha ventana es ajustable en función de una distancia de la respectiva capa de hologramas desde dicha superficie de salida y dicho ángulo espacial del respectivo holograma.

15. Un método de lectura de salida de datos almacenados en un sistema de almacenamiento holográfico de datos multicapa (10), mediante:

a): la previsión de un sistema de almacenamiento holográfico de datos, que comprende al menos dos grupos de capas, conteniendo cada grupo:

i): una capa de hologramas (11i) que tiene unos hologramas (14ijk) para almacenar unos datos, estando dispuestos dichos hologramas en una o más hileras de hologramas, en el que dentro de cada hilera citada dichos hologramas no se solapan y en el que dichos hologramas del interior de una cualquiera de dichas hileras se pueden reconstruir simultáneamente mediante una onda guiada;

ii): una capa de guiaondas (13i) provista de un acoplador (15i); y

: en el que cada holograma citado (14ijk) es capaz de reconstruir una radiación hacia una superficie de salida plana (02), y en el que dicha radiación de cada holograma citado es restringida en su ángulo espacial con el objeto de proporcionar la separación de la radiación de aquellos de los citados hologramas adyacentes, y en el que dichos hologramas (14ijk) de dichas capas de hologramas son grabados de manera que la radiación de los mismos sea enfocada en un plano de enfoque común (04):

iv): un fotodetector (50) destinado a recibir una radiación de dichos hologramas (14ijk), estando dispuesto dicho fotodetector en o cerca de dicho plano de enfoque común (04);

v): una unidad de acceso a los hologramas (40) que tiene una ventana móvil electrónicamente sin movimiento físico de dicho fotodetector (50) o de dicha unidad de acceso a los hologramas, estando situada dicha unidad de acceso a los hologramas en una región entre dicha superficie de salida (02) y un plano de intersección de dicha radiación (03), siendo operativa dicha unidad de acceso a los hologramas para separar la radiación de uno de dichos hologramas seleccionado de la radiación de otros de dichos hologramas; y

vi): una unidad de acceso a las capas e hileras (30) destinada a formar y dirigir un haz de lectura de salida (20) hacia una capa seleccionada y, a través de un acoplador respectivo (15i), dentro de ésta a lo largo de una de dichas hileras.

b): dirigir un haz de lectura de salida hacia una seleccionada de dichas capas de guiaondas (13i) y dentro de una de dichas capas de hologramas a lo largo de al menos una de dichas hileras de hologramas y reconstruir unos de dichos hologramas situados en dicha hilera; y

\newpage

c): recibir una radiación reconstruida de un holograma seleccionado en dicho plano de enfoque común para procesar unos datos de lectura de salida.

16. El método de la reivindicación 15, en el que dicho sistema de almacenamiento holográfico de datos multicapa se caracteriza, además, por:

a): un ordenador (60) que tiene unas unidades de interfaz conectadas a unas entradas de control de dicha unidad de acceso a las capas e hileras (30) y de dicha unidad de acceso a los hologramas (40) y a unas entradas y salidas de control de dicho fotodetector (50) para controlar su funcionamiento coordinado y para procesar unos datos de lectura de salida.

17. El método de la reivindicación 15 caracterizado, además, por seleccionar una radiación de uno de dichos hologramas para la recepción en dicho plano de enfoque común, llevándose a cabo dicha etapa de selección mediante una unidad de acceso a los hologramas (40) que tiene una ventana móvil electrónicamente destinada a transmitir esta radiación a través de la misma y bloquear la radiación de otros hologramas reconstruidos.

18. El método de la reivindicación 15, en el que dicha radiación reconstruida es recibida por un fotodetector (50) encarado hacia dicha superficie de salida (02), dispuesto en dicho plano de enfoque común (04).