JP4932692B2 - ホログラフィック記憶媒体の読込み及び／又は書込みを行う装置の参照ビームカプラ - Google Patents

Description

本発明は、ホログラフィック記憶媒体の読込み及び／又は書込みを行う装置の参照ビームカプラ、参照ビームカプラを使用した多重化方式、及びそのような参照ビームカプラや多重化方式を使用したホログラフィック記憶媒体の読込み及び／又は書込みを行う装置に関する。

ホログラフィックデータ記憶においては、デジタルデータが二つのコヒーレントレーザビームの重なりによって生成された干渉パターンを記録することによって記憶され、一つのビーム、いわゆる「オブジェクトビーム」が空間光モジュレータによって変調され、記録される情報を伝える。二つ目のビームは参照ビームとして機能する。干渉パターンは保存要素の個々の属性の変更をもたらし、それはその位置の干渉パターンの強度に依存する。記録されたホログラムの読込みは、記録時と同じ条件を使用した参照ビームでホログラムを照射することによって実行される。その結果、記録されたオブジェクトビームが復元される。

ホログラフィックデータ記憶の利点の一つは、データ容量の増加である。従来の光学記憶媒体とは反対に、ホログラフィック記憶媒体の値は、一又は少数の二次元レイヤのためだけではなく、情報を記憶するために使用される。ホログラフィックデータ記憶のもう一つの利点は、例えば二つのビーム間の角度を変更することによって、又はシフト多重化を用いること等によって同じボリュームで複数データを保存可能な点である。更に、単独でビットとして記憶するのではなく、データがデータページとして保存される。一般的に、データページは明暗パターンのマトリクスで構成される。明暗パターンのマトリクスとは、換言すれば、二次元のバイナリー配列や濃淡値配列であり、複数ビットをコード化する。これは記憶密度の向上に加えて、データ転送速度の向上を可能とする。データページは空間光モジュレータ（ＳＬＭ）によってオブジェクトビームにインプリントされ、検出配列で検出される。

共線性ホログラフィックデータ記憶においては、オブジェクトビームと一又は複数の参照ビームが共通の軸に沿って走る。これを目的として、オブジェクトビームと一又は複数の参照ビームを共通の軸上で結合するための光学系が必要となる。以下、この光学系を「参照ビームカプラ」と呼ぶ。

例えば、特許文献１には、反射型ホログラフィック記録媒体のための共線性光学ヘッドが開示されており、これは容量を増加させることを可能とする。その光学ヘッドは、６ｆレンズ系、特殊な双回折ビームジェネレータ及び特殊形状のフーリエフィルターで構成される特殊な参照ビームカプラを含む。その参照ビームカプラは後に図１及び図２を参照して詳細に説明される。

国際公開第２００６／００３０７７号公報

本発明の目的は、簡易化されアライメントの少ない高感度な参照ビームカプラを提案することである。

本発明によれば、ホログラフィック記憶媒体の読込み及び／又は書込みを行う装置の参照ビームカプラであって、
基板と、
一又は複数の参照ビームを結合するために前記基板を貫通する一又は複数の光ファイバーと、
オブジェクトビームを反射する前記基板上の反射性領域と、を備える参照ビームカプラによって上記目的は達成される。

本発明による参照ビームカプラは、光ファイバーシステムを使用し単一の要素に参照ビーム生成を結合する。これは参照ビームカプラが非常にコンパクトで頑丈になるという利点を有する。更に、参照ビームの別途のアライメントが不要となる。シングルモードファイバー内にレーザー光線を結合するのには十分である。これは青色波長域ではまだそれほど頻繁にはなされていない。しかしながら、この手順は電気通信事業では非常に確立された技術である。更に、ファイバー技術及びファイバーレーザーは益々普及しつつある。前記反射性領域は、例えば基板をコーティングすることによって、又はミラーのような反射性の要素を基板上に配置することによって製造される。

一又は複数の光ファイバーが前記反射性領域に近接して配置されることは好都合である。これは原則として円状の参照ビームが生成され、オブジェクトビームと共線的に配置されるという利点を有する。

他の方法として、反射性領域は、一又は複数の光ファイバーを部分的に覆う。この配置は半円錐型の参照ビームを生成することを可能とし、参照ビームの反射によるホログラム記憶媒体で共役ホログラムの発生を防ぐのに有益である。

好ましくは、反射性領域は、オブジェクトビームのためのフーリエフィルターとして機能する。これはオブジェクトビームのためのフーリエフィルターが別途提供される必要がないという利点を有する。参照ビームの生成とオブジェクトビームのフーリエフィルターが単一の光学要素に統合される。

参照ビームカプラが反射性領域に対して垂直に軸の周りを回転可能となるように配置されることは好都合である。これは角度多重を効果的に実現することを可能とする。多重化のために、必要とされる多重化する角度まで参照ビームカプラを回転するのに十分である。光ファイバーのねじれを防ぐためにストッパーが提供され、適切な角度の範囲に参照ビームカプラの回転を制限する。

他の方法として、参照ビームカプラはレーザー光線が選択的に結合され得る光ファイバーのリングを備える。同様にこの方法でも角度多重が実現され得る。この解決策は、可動式の機械的な部品を必要としないという利点を有する。角度多重は、ファイバーの束のうち必要とされるファイバーにレーザー光線を結合することによって実行される。

好ましくは、一又は複数の光ファイバーは、偏波保持シングルモードファイバーである。シングルモードファイバーの使用は、適切なビームの品質の持続を確実にする。偏波の保持は、より長い光学経路での偏波ビームスプリッティング要素としての使用を可能とし、光学系の全体的な光学的損失を減少させる。

本発明による参照ビームカプラを使用する共線性ホログラフィックデータ記憶の多重化方法は、
参照ビームカプラを備えるホログラフィック記憶媒体の読込み及び／又は書込みを行う装置の光学経路内へ一又は複数の参照ビームを結合するステップと、
第一のホログラムを読込み又は書込むステップと、
多重化する角度まで一又は複数の参照ビームを移動するステップと、
第二のホログラムを読込み又は書込むステップと、を有する方法である。

前記一又は複数の参照ビームの移動は、前記参照ビームカプラを回転することによって、及び／又は光ファイバーのリングを使用して異なる参照ビーム間で切り替えを行うことによってなされる。どちらの場合もホログラフィック記憶媒体上の一又は複数の参照ビームの位置が移動する。この回転移動は、次のホログラムの読込み又は書込み時の角度多重に使用することができる。シフト多重化に必要とされるホログラフィック記憶媒体の段階的な動作がデータ転送速度を制限するので、これは記録のためのデータ転送速度の向上を可能とする。

前記多重化方法は、更に、前記多重化する角度まで前記参照ビームカプラを回転することに加えて、移動距離分だけ前記ホログラフィック記憶媒体を移動するステップを有することが好都合である。これはシフト多重化と角度多重を結びつける多重化処理を更に実現することを可能とする。シフト多重化のために大掛かりなステップでホログラフィック記憶媒体を回転する代わりに、ホログラフィック記憶媒体は移動距離に対応する小さなステップで回転される。同時に、参照ビームカプラは多重化する角度分回転される。ホログラフィック記憶媒体に必要とされるのは小さなステップによって回転することのみであるため、この場合も同様に記録のためのデータ転送速度が向上する。

好ましくは、ホログラフィック記憶媒体の読込み及び／又は書込みを行う装置は、本発明による参照ビームカプラを備え、又は本発明による多重化方法を実行するのに適合している。そのような装置は、より頑丈で複雑さがより低減された光学系を有する。同時に、新規な多重化方法によってデータ容量が増加する。

より良い理解のために、次に本発明が図面を参照して以下の記述に詳細に説明される。本発明がこの例示的な実施形態に限定されず、詳細な特徴が本発明の範囲から外れることなしに便宜的に結び付けられ及び／又は修正されることが理解される。

図１は、従来技術による高ＮＡ半円錐型参照ビーム１０１の一次元配列の参照ビームカプラ１を示す。参照ビームカプラ１は、３つのテレセントリックリレーレンズ２、３、４を有する６ｆレンズ系を備える。特殊双回折ビームジェネレータ５の二つの部分５’、５”は、光線６から半円型のビームを形成する。特殊双回折ビームジェネレータ５の上部５’は、光線６の正の回折次数のみ回折し、ゼロ次及び負の次数は削除する。下部５”は、光線６の負の次数のみ回折し、ゼロ次及び正の次数は削除する。第一のリレーレンズ２は、回折された半円型のビームから半円錐型の集束ビームを形成する。第一のリレーレンズ２の焦点面に位置するのは位相空間光モジュレータ７（位相ＳＬＭ）である。位相ＳＬＭ７のピクセル８は、半円錐型の集束ビームの位相をゼロ又はπラジアン遅らせる。これは位相コーディングとして知られている。更にリレーレンズ３、４は、位相ＳＬＭ７の鮮明な像を第一のフーリエ面９に形成する。このフーリエ面９に位置するのはフーリエフィルター１０であり、後に図２を参照して更に詳細に説明する。この参照ビームカプラ１により適切な位相コードで参照ビーム１０１の配置が実現される。第一のフーリエ面の半円錐型ビームの焦点間の距離は、第二及び第三のレンズ３、４の焦点距離の適切な選定によって調節することができる。

図２は、第一のフーリエ面９のフーリエフィルター１０を示す。ここで、参照ビーム１０１は、記録フーリエミラー１１によってオブジェクトビーム１００と対になっている。このミラー１１は、特殊な形状をしている。ミラーの口径の対向する位置には、参照ビーム１０１を結合するための非反射性で透明な矩形領域１２、１３がある。記録フーリエミラー１１の丸い形状は、特定のフーリエ要素を取り除くことによってオブジェクトビーム１００をローパスフィルタリングする。参照ビーム１０１は非反射性の領域１２、１３を通過するのに対し、オブジェクトビーム１００は記録フーリエミラー１１によって反射される。フーリエミラー１１のサイズ、矩形領域１２、１３のサイズ、及び参照ビーム１０１の焦点によって形成された線の長さの適切な選定によって、系全体の記憶容量を最適化することができる。第二及び第三のフーリエ面のビーム１００、１０１の配置は、図２に示す第一のフーリエ面９と類似したものとなる。

図３には、ホログラフィック記憶媒体への読込み又は／及び書込みを行う本発明による装置のオブジェクトビームの経路が図示されている。単純化のため、サーボシステムは省略されている。レーザー２１によって放射された光が光ファイバー２２によってファイバースプリットモジュール２３へ送られ、ファイバースプリットモジュール２３はレーザー光線を光ファイバー２４へオブジェクトビーム２６のために分配し、光ファイバー２５の対へ二つの参照ビームのために分配する。当然のことながら、本発明は二つの参照ビームに限定されない。三つ又はそれ以上の参照ビームを使用することも同様に可能である。加えて、オブジェトビーム２６は、光ファイバー２４を使用せずに光学経路に連結されることも同様に可能である。書込み時は、直線偏波オブジェクトビーム２６は、第一のレンズ２７によって視準を合わせられ、第一の４分の１波長板２８及び空間光モジュレータ２９を通過し、偏波ビームスプリッタ３１と本発明による参照ビームカプラ５０に向けられた第二の４分の１波長板３２を通じて第二のレンズ３０によって集束される。参照ビームカプラ５０は後に図５及び図６を参照して更に詳細に説明される。オブジェクトビーム２６は参照ビームカプラ５０によって反射され、再び第二の４分の１波長板３２を通過する。その結果、偏波ビームスプリッタ３１によって送られる。その後、オブジェクトビームは第三の４分の１波長板３３を通過し、第三のレンズ３４によって視準を合わせられ、次いで、反射型ホログラフィック記憶媒体３６のホログラムレイヤ内に第四のレンズ３５によって集束される。

読込み時は、復元されたオブジェクトビーム３７は、ホログラフィック記憶媒体３６の反射性レイヤによって反射される。その時、第四のレンズ３５によって視準を合わせられ、第三の４分の１波長板３３、ピンホール３８及び第五のレンズ３９を経由して第三のレンズ３４によって配置検出器４０に向けて撮像される。ピンホール３８は、復元されたオブジェクトビーム３７をフーリエフィルターにかける。

図４は、図３と同じ装置を表現するが、ここでは参照ビームの経路が描かれている。より明確にするために一つの参照ビーム４１のみ表現されている。参照ビーム４１は、参照ビームカプラ５０によって光学経路に連結されている。第二の４分の１波長板３２、偏波ビームスプリッタ３１及び第三の４分の１波長板３３を通過した後、参照ビーム４１はホログラフィック記憶媒体３６のホログラムレイヤ内に第三のレンズ３４及び第五のレンズ３５によって集束される。反射した参照ビーム４２は、第五のレンズ３５、第三のレンズ３４及び第三の４分の１波長板３３を通過する。その時、偏波ビームスプリッタ３１によってピンホール３８の方向へ向けられる。参照ビーム４１は光学経路の光軸上に配置されていないので、反射した参照ビーム４２はピンホール３８によって遮断され、配置検出器４０には到達しない。

図５には、本発明による参照ビームカプラ５０の第一の実施形態が概略的に図示されている。参照ビームカプラ５０は、二つ又はそれ以上の穴５２を有するガラス基板５１で構成されている。光ファイバー２５は、好ましくは偏波保持シングルモードファイバーであり、これら穴５２内に取り付けられている。更に反射性のコーティング５３がガラス基板５１上に施されている。コーティング５３は、オブジェクトビーム２６を反射し、フーリエフィルターにかけるために使用され、一方、光ファイバー２５は、参照ビーム４１を生成するために使用される。その結果、参照ビームカプラ５０は図１及び図２に示す光学系と置き換えるのに適している。

本発明による参照ビームカプラ５０の第二の実施形態が図６に示されている。この参照ビームカプラ５０は、半円錐型の参照ビーム４１を生成することを可能とする。反射性のコーティング５３の直径を拡大することによってファイバーの出口部分が遮断され、半円錐型の参照ビーム４１は留まる。

本発明による参照ビームカプラ５０は、角度多重に大変有効である。参照ビームカプラ５０を回転させることによってホログラフィック記憶媒体３６上の参照ビーム４１の位置が移動する。この回転は角度多重に使用することが可能である。参照ビームカプラ５０の質量はホログラフィック記憶媒体３６の質量より小さい。これは更に、シフト多重化、すなわちホログラフィック記憶媒体３６の動作、及び参照ビームカプラ５０の回転を組み合わせた多重化処理を実現することを可能とする。シフト多重化のために大掛かりなステップでホログラフィック記憶媒体３６を回転させる代わりに、ホログラフィック記憶媒体３６は移動距離に対応する小さなステップで回転される。同時に、参照ビームカプラ５０は多重化する角度まで回転される。ホログラフィック記憶媒体３６の段階的な動作がデータ転送速度を制限するので、これは記録のためのデータ転送速度を向上させることを可能にする。

参照ビームカプラ５０にファイバー２５を二つのみ使用する代わりに、リング型の形状で配置された多数のファイバーを使用することも同様に可能である。これは図７に図示されており、図７はファイバー２５がリング状に設けられた参照ビームカプラ５０の上面を示している。選択されたファイバーにレーザー光線を向けるためのファイバースイッチにこれらのファイバーを関係付けることによって、参照ビームカプラ５０を機械的に回転させることなく多重化を行うことが可能となる。

従来技術の参照ビームジェネレータを示す図である。 従来技術の参照ビームジェネレータのフーリエフィルターを概略的に表現する図である。 ホログラフィック記憶媒体への読込み及び／又は書込みのための装置内のオブジェクトビームの経路を示す図である。 図３の装置内の参照ビームの経路を示す図である。 本発明による参照ビームカプラの第一の実施形態を表現する図である。 本発明による参照ビームカプラの第二の実施形態を表現する図である。 本発明による参照ビームカプラの第三の実施形態を説明する図である。

Claims (10)

1. ホログラフィック記憶媒体の読込み及び／又は書込みを行う装置の参照ビームカプラであって、
   基板と、
   オブジェクトビームを反射するための前記基板の中央領域上の反射性領域であって、前記反射性領域は、前記オブジェクトビームのフーリエフィルターとして機能する、反射性領域と、
   ２以上の参照ビームを結合するために、前記反射性領域の周囲に配置され、前記基板を貫通する２以上の光ファイバーと
   を備えることを特徴とする参照ビームカプラ。
2. 前記２以上の光ファイバーは、前記反射性領域に近接して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の参照ビームカプラ。
3. 前記反射性領域は、前記２以上の光ファイバーを部分的に覆うことを特徴とする請求項１に記載の参照ビームカプラ。
4. 前記反射性領域に対して垂直な軸の周りを回転可能となるように配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の参照ビームカプラ。
5. レーザー光線が選択的に結合され得る光ファイバーのリングを備えることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の参照ビームカプラ。
6. 前記２以上の光ファイバーは、偏波保持シングルモードファイバーであることを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載の参照ビームカプラ。
7. 共線性ホログラフィックデータ記憶の多重化方法であって、
   請求項１から６のうちいずれか一項に記載の参照ビームカプラを備えるホログラフィック記憶媒体の読込み及び／又は書込みを行う装置の光学経路内へ２以上の参照ビームを結合するステップと、
   第一のホログラムを読込み又は書込むステップと、
   多重化する角度まで前記２以上の参照ビームを移動するステップと、
   第二のホログラムを読込み又は書込むステップと、
   を備えることを特徴とする方法。
8. 前記２以上の参照ビームを多重化する角度まで移動する前記ステップは、前記多重化する角度まで参照ビームカプラを回転することによって、及び／又は光ファイバーのリングを構成する２以上の光ファイバーにレーザー光線を選択的に結合することによって実行されることを特徴とする請求項７に記載の多重化方法。
9. 前記多重化する角度まで前記２以上の参照ビームを移動することに加えて移動距離によって前記ホログラフィック記憶媒体を移動するステップを更に備えることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の多重化方法。
10. ホログラフィック記憶媒体の読込み及び／又は書込みを行う装置であって、請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載の参照ビームカプラを含むことを特徴とする装置。

Images