JP5201509B2 - ホログラフィック記憶システム - Google Patents

Description

本発明は、ホログラフィック記憶システム（ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｓｔｏｒａｇｅ ｓｙｓｔｅｍ）に関し、より詳細には、ノイズが低減されたコモンアパーチャ型装置（ｃｏｍｍｏｎ ａｐｅｒｔｕｒｅ ｔｙｐｅ ａｐｐｒａｔｕｓ）を備えたホログラフィック記憶システムにおけるホログラフィック記憶媒体（ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｓｔｏｒａｇｅ ｍｅｄｉａ）から読み出し、かつ／又は、ホログラフィック記憶媒体に書き込むようにしたホログラフィック記憶システム装置及びその読み出し方法並びにその書き込み方法に関する。

ホログラフィックデータ記憶において、デジタルデータは、２つのコヒーレントなレーザビームの重畳によって生成される干渉パターンを記録することによって記憶される。２つのコヒーレントなレーザビームにおいて、一方のビーム、いわゆる「物体ビーム（ｏｂｊｅｃｔ ｂｅａｍ）」は、空間光変調器によって変調され、記録されるべき情報を担持する。第２のビームは参照ビームとして働く。干渉パターンは、干渉パターンの局所強度に依存する、記憶材料の特定の特性の修正をもたらす。記録されたホログラムを読み出すことは、記録中と同じ条件を使用して、参照ビームによってホログラムを照射することによって実施される。これにより、記録された物体ビームが再構築される。

ホログラフィックデータ記憶の１つの利点は、データ容量の増加である。従来の光記憶媒体と対照的に、いくつかの層だけではなく、ホログラフィック記憶媒体の体積が、情報を記憶するのに使用される。ホログラフィックデータ記憶の１つのさらなる利点は、例えば、２つのビーム間の角度を変えること、又は、シフト多重を使用することなどによって、同じ体積内に複数のデータを記憶できるという可能性である。さらに、単一ビットを記憶する代わりに、データは、データページとして記憶される。通常、データページは、明−暗パターンのマトリクス、すなわち、複数ビットを符号化する２次元２値アレイ又はグレー値のアレイからなる。これは、記憶密度の増加に加えて、データ転送速度の増大を達成することを可能にする。データページは、空間光変調器（ＳＬＭ；ｓｐａｔｉａｌ ｌｉｇｈｔ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）によって物体ビーム上にインプリントされ、検出器アレイを用いて検出される。

例えば、特許文献１には、共焦点的に配置された３つのフーリエ平面を有する１２ｆ反射型同軸ホログラフィック記憶システムが示されている。この構成では、物体ビームと参照ビームは、それぞれ、第１フーリエ平面及び第３フーリエ平面において結合して出入りする。参照ビームは、これらの平面内で小さなスポットである。より正確には、参照ビームは、エアリーパターンと類似の回折パターンを形成している。この構成は、物体平面と像平面において、物体ビームと参照ビームがアパーチャの同じエリアを満たすため、いわゆる、コモンアパーチャ構成である。ビームは、対物レンズの全アパーチャを満たす。開示されている構成は、シフト多重（ｓｈｉｆｔ−ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）と、参照スキャニング多重（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）と、位相符合化多重（ｐｈａｓｅ ｃｏｄｅｄ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）と、又は、これらの多重方式の組合せを適用することを可能にする。参照ビームは、一対の（又は複数対の）半円錐形状ビームである。一対又は複数対の半円錐形状参照ビームの先端は、物体ビームのフーリエ平面において直径に沿って２つのラインを形成している。

また、例えば、特許文献２には、複数参照ビームを使用するホログラフィック記憶システムが提案されている。２つ以上の球状参照ビームは、空間光変調器のローパスフィルタリングされたフーリエ平面の周りに均等に配置されている。参照ビームは、フーリエ平面において、スポットである、又は、より正確には、エアリー分布である。記憶材料において、参照ビームは、互いにフーリエフィルタの直径だけシフトした平行軸を有する円錐として働く。反射型構成における位相共役読み出しを回避するために、全円錐の代わりに半円錐参照ビームが使用されている。

国際公開第２００６／００３０７７号パンフレット 欧州特許出願公開第１９１８９１４号明細書 Z. Karpati et al.:"Comparison of Coaxial Holographic Storage Arrangements From the M Number Consumption Point of View", Jap. J. Appl. Phys. Vol. 46 (2007), pp. 3845

ホログラフィック記憶システムには、複数の異なるノイズ源がある。主要なノイズ源は、ピクセル間及びホログラム間クロストーク、材料散乱、検出器ノイズ、振動及び他の環境擾乱、サーボミスアライメントなどである。高いデータ密度と高いデータ転送速度を達成するために、できる限り多くのノイズ源をなくすことが必要である。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ノイズが低減されたコモンアパーチャ型装置を備えたホログラフィック記憶システムにおけるホログラフィック記憶媒体から読み出し、かつ／又は、ホログラフィック記憶媒体に書き込むようにしたホログラフィック記憶システム装置及びその読み出し方法並びにその書き込み方法を提供することにある。

本発明は、このような目的を達成するために、２つ以上の参照ビーム及び物体ビーム又は再構築後の物体ビームの同軸構成を有する、シフト多重を使用してホログラフィック記憶媒体から読み出し、かつ／又は、ホログラフィック記憶媒体に書き込むコモンアパーチャ型装置を備え、参照ビームは、ホログラフィック記憶媒体の記憶層内に位置するフーリエ平面において、物体ビーム又は再構築後の物体ビームの周りに配置され、参照ビームは、それぞれ、シフト多重ホログラムの２つの隣接する中央ピーク間の中間に位置する。

ノイズが低減された、ホログラフィック記憶媒体から読み出し、かつ／又は、ホログラフィック記憶媒体に書き込む方法を提案することが本発明のさらなる目的である。

本発明による、２つ以上の参照ビーム及び物体ビームの同軸構成によって、シフト多重を使用してホログラフィック記憶媒体に書き込む方法は、参照ビームが、それぞれ、フーリエ平面において、シフト多重ホログラムの２つの隣接する中央ピーク間の中間に位置するように、ホログラフィック記憶媒体の記憶層内で物体ビームの周りに参照ビームを配置するステップを有する。

同様に、２つ以上の参照ビーム及び再構築後の物体ビームの同軸構成によって、シフト多重を使用してホログラフィック記憶媒体から読み出す方法は、参照ビームが、それぞれ、フーリエ平面において、シフト多重ホログラムの２つの隣接する中央ピーク間の中間に位置するように、ホログラフィック記憶媒体の記憶層内で再構築後の物体ビームの周りに参照ビームを配置するステップを有する。

ホログラフィックデータ記憶では、実験室測定において異なるノイズ成分の発生源を分離することは難しい。この問題を克服するために、シフト多重ホログラムから生じるノイズが、ホログラフィックシステムの複雑なモデルを使用して解析されてきた。解析のために、理想的な光学システムと理想的な環境条件が考えられた。上述した特許文献１及び特許文献２に記載されるホログラフィック記憶システムでは、固有ノイズレベルと、シフト多重ホログラムのシフト距離とフーリエフィルタの直径の比との間に強い関係が存在することが判明している。数値モデル計算により、再構築後の多重ＳＬＭ画像の画像品質パラメータは、シフト距離の単調関数ではないことが示されている。一桁のジャンプが、シフト距離のマイクロメートル差内でビットエラーレート（ＢＥＲ）及びシンボルエラーレート（ＳＥＲ）に現れる。これらの大きなジャンプの発生源は、特別な固有ノイズ、すなわち、シフトされたアドレス指定されないホログラムの参照ビームの再構築である。多重ホログラム及び参照ビームの上記提案された最適構成によって、このノイズは、ほぼ一桁減少する。参照ビームが、シフト多重ホログラムの２つの隣接する中央ピーク間のシフト距離の１／２のところに位置するときに、最良の結果が得られる。

好ましくは、コモンアパーチャ型装置は、４つの参照ビームを有する。このようにして、参照ビームが２つの垂直なシフト多重方向においてシフト多重ホログラムの２つの隣接する中央ピーク間に位置するように、フーリエ平面において物体ビーム又は再構築後の物体ビームの周りに参照ビームを配置することが容易に可能である。両方のシフト多重方向が同じシフト距離を使用する場合、参照ビームは、有利には、物体ビーム又は再構築後の物体ビームの周りの、ある円上で対称に配置され、参照ビームの阻止を簡単にする。しかし、２つのシフト多重方向において異なる中央ピーク間に参照ビームを位置付けることが同様に可能である。例えば、第１のシフト多重方向において、参照ビームは、ホログラムｍとｍ＋１との間に位置してもよく、一方、第２のシフト多重方向において、参照ビームは、ホログラムｎとｎ＋１（ｎ≠ｍ）との間に位置する。後者の解決策は、また、両方のシフト多重方向が異なるシフト距離を使用する場合に有用である。それは、後者の解決策が、物体ビーム又は再構築後の物体ビームの周りで参照ビームを対称に配置することを可能にするからである。

また、コモンアパーチャ型装置は、さらに、参照ビームを阻止するフーリエフィルタを有する。参照ビームがホログラム位置ｍとｍ＋１との間に位置するとき、フーリエフィルタの直径Ｄは、優先的に、式Ｄ＝２×（ｍ＋０．５）×ｄを満たす。式中、ｄはシフト距離を示す。シフト距離とフーリエフィルタ直径との間の提案された関係は、簡単な方法で多重ホログラムの最適構成を得ることを可能にする。同時に、画像品質パラメータは、さらに最適化される。

また、ホログラフィック記憶媒体は、本発明による書き込み方法によって記録されるか、又は、本発明による読み出し方法によって読み出されるようになっている。これが意味することは、ホログラフィック記憶媒体がシフト多重ホログラムを有し、シフト多重ホログラムのシフト距離が、書き込み又は読み出し中に、２つ以上の参照ビームのそれぞれがフーリエ平面においてシフト多重ホログラムの２つの隣接する中央ピーク間の中間に位置するようなものであることである。このようにして、ホログラムは、規定された方法で配置された物体ビームと２つ以上の参照ビームの重畳によって生成される干渉パターンを表す。

本発明について、図を参照して以下により詳細に説明する。本発明は、この例示的な実施形態に限定されないこと、及び、指定された特徴は、また、本発明の特許請求の範囲から逸脱することなく、適宜、組み合わせる、かつ／又は、変更することができることが理解される。

図１は、コモンアパーチャ型装置を備えたホログラフィック記憶システムの概略構成図で、コモンアパーチャ反射型ホログラフィック記憶システムの簡略化したセットアップを示している。簡略化のために、図１では、一体化されたサーボシステムは省略されている。

本発明のホログラフィック記憶システムは、１２ｆシステムである。レーザ２によって放出されたレーザビーム３は、任意選択のビームエキスパンダ４によって拡張され、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）キューブ５によって物体ビーム６と参照ビーム７に分割される。１／２波長板２７は、ビームエキスパンダ４とＰＢＳキューブ５との間に位置する。レーザ２は、線形偏光したレーザビーム３を放出する。１／２波長板２７を回転させることによって、レーザビーム３の偏光方向が、任意の方向に回転することができる。

ＰＢＳキューブ５は、レーザビーム３を２つの直交偏光（Ｐ偏光及びＳ偏光）レーザビーム６，７に分割する。１／２波長板２７の回転により、Ｐ偏光ビームとＳ偏光ビームのビーム強度比、又は、換言すれば、物体ビームと参照ビームの強度比を制御することができる。読み出し回折効率を最適化するために、記録中に強度比を最適化することが望ましい。

物体ビーム６は、第２のＰＢＳキューブ８によって反射型ＳＬＭ９上に誘導される。ＳＬＭ９からの反射後に、物体ビーム６は、第２のＰＢＳキューブ８を通過し、第３のＰＢＳキューブ１０によって参照ビーム７と結合する。今日の実際に使用されるＳＬＭは、液晶（ＬＣ）技術に基づく。これらのＬＣ ＳＬＭは、ピクセル化されたスイッチング可能な１／４波長板である。ＳＬＭ９が、それ自体で１／４波長板を構成しない場合、付加的な１／４波長板が、ＳＬＭ９と第２のＰＢＳキューブ８との間に挿入される必要がある。

参照ビーム７は、ミラー２０によって第３のＰＢＳキューブ１０の方に誘導される。参照ビームの光学経路内に、１／２波長板２２及びビーム発生器２１、例えば、回折型ビーム発生器が存在する。ビーム発生器２１は、複数の参照ビーム７’’，７’’’を発生する。先に示したように、物体ビーム６と参照ビーム７’’，７’’’は、第３のＰＢＳキューブ１０によって主要な同軸構成になるように結合する。このＰＢＳキューブ１０に続いて、第１の長い焦点距離の対物レンズ１１が存在する。この場合、長い焦点距離は、それほど収差をもたらすことなく、レンズと焦点との間に付加的な光学構成要素を設置するのに十分に長いことを意味する。長い焦点距離の対物レンズは、その作製が簡単で、かつ、より少ない光学要素を必要とするという利点を有する。さらに、長い焦点距離の対物レンズのフーリエ平面の直径が大きく、作製公差が小さくなるためフーリエ平面内に設置されるフィルタの作製が簡略化される。

この第１の対物レンズ１１は、ＳＬＭのフーリエ平面である第１の対物レンズ１１の後焦点面においてＳＬＭ９のフーリエ変換を生成する。第１の対物レンズ１１は、また、複数の参照ビーム７’’，７’’’をフーリエ平面に集束させる。このフーリエ平面には、内部結合フィルタが位置する。内部結合フィルタ１２は、物体ビーム６をローパスフィルタリングし、参照ビーム７’’，７’’’の偏光を回転させるように設計される。内部結合フィルタ１２を通過した後、物体ビーム６及び参照ビーム７’’，７’’’は、第４のＰＢＳキューブ１３を通過する。

ＰＢＳキューブ１３後の第２の長い焦点距離の対物レンズ１４は、ＳＬＭ画像を再変換して中間物体平面１５上に送る。例えば、ＮＡ≧０．６である高ＮＡフーリエ対物レンズ１６は、ＳＬＭ画像を変換してホログラフィック記憶媒体１８のミラー層１９上、又は、ミラー層１９の近くに送る。書き込み中、物体ビーム６は、ホログラフィック記憶媒体１８内で、直接参照ビーム７’’，７’’’及びミラー層１９によって反射された反射ビーム７’’，７’’’と干渉する。読み出し中、再構築後の物体ビーム２６は、高ＮＡフーリエ対物レンズ１６によって再変換され、中間像平面１５に送られる。

１／４波長板１７は、高ＮＡフーリエ対物レンズ１６とホログラフィック記憶媒体１８との間に位置する。もちろん、１／４波長板１７は、第４のＰＢＳキューブ１３とホログラフィック記憶媒体１８との間の任意のところに位置することができる。ビームがこの１／４波長板１７を２回通過するため、再構築後の物体ビーム２６の偏光方向は、元の物体ビーム６の偏光方向に垂直である。再構築後の物体ビーム２６は、第２の長い焦点距離の対物レンズ１４によって再びフーリエ変換される。偏光の回転のため、ＰＢＳキューブ１３は、再構築後の物体ビーム２６を反射して１２ｆシステムの第３のフーリエ平面内に位置する外部結合フィルタ２３上に送る。外部結合フィルタ２３は、参照ビーム７’’，７’’’を阻止し、そのため、再構築後の物体ビーム２６だけが、第３の長い焦点距離の対物レンズ２４によって検出器アレイ２５上に結像される。

上述したように、偏光ビームスプリッタ５，８，１０，１３が使用されるが、代わりに、部分的に反射性のあるビームスプリッタを使用すること、又は、両方のタイプのビームスプリッタを使用することが、同様に可能である。この場合、１／２波長板２２，２７及び１／４波長板１７，２８の一部を省略することができる。

以下では、多重ホログラムの基本物理から生じるノイズとして定義される、コモンアパーチャ型装置１を備えたホログラフィック記憶システムのいわゆる「内因性ノイズ（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ ｎｏｉｓｅ）」が調べられる。内因性ノイズは、ピクセル間クロストーク及びホログラム間クロストーク、ならびに、フィルタリング及び参照ビームの不完全外部結合によって生じる回折ノイズである。内因性ノイズの一般的な特性は、内因性ノイズが、記憶媒体に多重される光学レイアウト及び格子構造のパラメータから主に生じることである。第１近似において、これらの内因性ノイズは、光学システム及びサーボシステムの実際の技術的パラメータ（たとえば、光学収差、サーボミスアライメントなど）、ならびに、記憶材料の実際の特性に依存しない。

例えば、非特許文献１には、参照回折ノイズが、コモンアパーチャシステムにおいて重要な因子ではないことが示されている。参照回折ノイズは、スプリットアパーチャシステムの同じタイプのノイズに比べて２、３桁小さい。しかし、さらなる特別な内因性ノイズが存在し、そのノイズがここで詳細に調べられることになる。

内因性ノイズを調べるために、体積積分式（ＶＩＥ：Ｖｏｌｕｍｅ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｅｑｕａｔｉｏｎ）法の拡張版である数値モデルが使用される。積分用体積は、平面スライスに分割され、全散乱場に対するこれらのスライスの寄与は、２次元高速フーリエ変換（２Ｄ ＦＦＴ）によって計算される。この計算法は、平行でかつ反対の伝播ビームによって形成されるサブホログラム、再構築後の直接物体ビーム及び反射物体ビーム、ならびに、前方向及び後方向散乱光（ノイズ）を考慮することを可能にする。

図２は、アドレス指定されたホログラム及び４つの多重ホログラムを有するフーリエ平面の概略図である。ホログラフィック記憶媒体１８のミラー層１９内の、又は、ミラー層１９の近くのフーリエ平面を示し、中心にアドレス指定されたホログラム３０及びアドレス指定されたホログラム３０に対して±ｍ×ｄｘ又は±ｍ×ｄｙだけシフトした４つの多重ホログラム３１を有している。項ｄｘ及びｄｙは、それぞれ、Ｘ方向及びＹ方向のシフト距離を示す。図２は、多重ホログラム３１の位置のクリティカルな場合を示し、それぞれにおいて、読み出し参照ビーム７’’，７’’’のうちの１つは、±ｍ×ｄｘ又は±ｍ×ｄｙだけシフトした多重ホログラム３１の物体ビームのフーリエ変換の中央ピークのうちの１つに一致する。換言すれば、参照ビーム７’’，７’’’の先端部３２は、シフトされたホログラム３１の中央ピークに一致する。

簡略化するために、最初に、参照ビーム７’’，７’’’が完全な円錐である透過型構成が調べられる。

図３は、記憶材料の上部表面における収束性完全円錐形状球参照ビーム（ｃｏｎｖｅｒｇｉｎｇ、ｆｕｌｌ−ｃｏｎｅ ｓｈａｐｅｄ ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅａｍ）の電界分布を示す図で、ホログラフィック記憶媒体１８の記憶材料の上部にある収束性完全円錐形状球参照ビーム７’’，７’’’の電界分布を示している。

図４は、記憶材料の上部表面における収束性物体ビームの電界分布を示す図である。同じ位置における、収束性物体ビーム６、すなわち、結像したＳＬＭ９の電界分布を示す。これらのビーム６、７’’，７’’’は、互いに本質的に類似していることがわかる。この類似性のため、図２のクリティカルな場合、シフトされたホログラム３１の中央ピークは、「参照ビーム」として働くことができる。結果として、読み出し参照ビーム７’’，７’’’は、シフトされたホログラム３１の参照ビーム（この場合、「物体ビーム」である）を、比較的高い回折効率で読み出す。このクリティカルな場合、シフトされたホログラム３１の読み出し参照ビームのうちの１つは、アドレス指定されたホログラム３０のフーリエ変換の中央ピークに一致している。

これらの読み出し参照ビームを再変換した後、平面波が、検出器２５の表面において得られ、平面波は、ＳＬＭ９の再構築後の画像とコヒーレントに加算される。ｘ−ｙ対称であるため、検出器２５の表面上に４つのノイズ平面波を形成する４つの類似の読み出し参照ビームが存在する。より正確には、読み出し参照ビーム７’’，７’’’は、ＳＬＭ９のフーリエ変換に完全に類似しているわけではないため、再構築後の参照ビームは、正確な平面波ではない。そのため、４つの平面に似た再構築後の参照ビームは、検出器２５の表面上に強度変調を形成する。

定性的には、状況は、反射型構成の場合に類似する。しかし、反射型構成の場合、直接物体ビーム及び反射物体ビームならびに参照ビームが存在し、これらのビームは、異なるサブホログラムを形成する。参照ビーム７’’，７’’’は、一般に、半円錐形状ビームであるが、ＳＬＭ９のフーリエ変換の中央ピークは、直接半円錐形状ビームと反射半円錐形状ビームの組合せ、すなわち、「全円錐形状（ｆｕｌｌ−ｃｏｎｅ ｓｈａｐｅｄ）」ビームから生じる。このようにして、再構築中、シフトされたホログラム３１の参照ビームは、また、位相共役方式で再構築される。再構築後の参照ビームは、半円錐形状であり、再構築後の参照ビームの先端は、フーリエ平面においてアドレス指定されたホログラム３０の中央ピークに本質的に一致している。

これは、直接の場合、反射の場合、及び位相共役の場合についてかなり正しい。再構築後の、直接ビーム、反射ビーム、及び位相共役参照ビームは、フーリエ対物レンズ１６によって再変換された後、平面に似たビームを検出器２５の表面上に形成する。これらの再構築後の平面に似たビームは、ＳＬＭ画像にコヒーレントに加算される。全てのビームを図内に示すことは難しいが、数値モデルでは、サブホログラム全てから生じる直接ビーム、反射ビーム、及び位相共役ビームの全てを考慮することができる。

図５は、クリティカルな構成の場合の多重ホログラムのシミュレートされた再構築後のＳＬＭ画像を示す図で、反射型ホログラフィック記憶媒体用の多重ホログラムのシミュレートされた再構築後のＳＬＭ画像を示し、参照ビームの再構築によって生じるノイズビームを含んでいる。

図６は、図５に示した再構築後のＳＬＭ画像から得られるビットエラーマップを示す図で、対応するビットエラーマップを示す。この例では、多重ホログラムは、クリティカルな構成にある。１５×１５多重が使用され、シフト距離はｄｘ＝ｄｙ＝２２．２２μｍである。適用されたフーリエフィルタの直径は１７７．８μｍである。参照ビーム円錐の先端部３２は、４番目のホログラムの中央ピークに一致している。得られる信号対ノイズ比は、ＳＮＲ＝１．６１であり、シンボルエラーレートはＳＥＲ＝３．８９×１０^-2であり、ビットエラーレートはＢＥＲ＝４．８９×１０^-3である。

読み出し参照ビーム７’’，７’’’とシフトされたホログラム３１の中央ピーク３３との一致が完全でない場合、再構築後の参照ビームの回折効率が減少する。さらに、再構築後の参照ビームの位置は、アドレス指定されたホログラム３０の中央ピークから少しシフトし、これらの再構築後のシフトした参照ビームによって生じるノイズが少ないことを意味する。

多重ホログラム３１及び参照ビーム７’’，７’’’の最適な構成は、参照ビーム７’’，７’’’の先端部３２が、フーリエ平面において２つの隣接するシフトされた物体ピーク３３（シフトされた物体ビームのフーリエ変換の中央ピーク３３、すなわち、多重ホログラム３１の中心）間の中間に位置するときであることがわかった。この最適な構成は、図７において簡略化して示される。

図７は、フーリエ平面における多重ホログラムと参照ビームの最適な構成を示す図である。より明確にするために、一部の参照符号が省略された。さらに、ｙ方向に多重された２つのホログラム間の距離ｄｙだけ符号付けされている。構成は、透過型構成ならびに反射型構成について最適である。図７は、類似の位置における８つのシフトされたホログラム３１を示す。これらの８つのシフトされたホログラム３１の中央ピーク３３は、いずれの場合も、参照ビーム７’’，７’’’の１つからシフト距離の１／２の距離にある。

透過型構成の場合、４つの読み出し参照ビーム７’’，７’’’は、４つの異なる位置において８つの参照ビーム３４を再構築する。これらの８つの再構築後の参照ビーム３４は、それぞれ、Ｘ方向及びＹ方向においてアドレス指定されたホログラム３０の中心からシフト距離の±１／２のところに位置する。再構築後の参照ビーム３４を再変換した後、検出器２５の表面において、少し傾斜した平面に似た波が得られる。これらの平面波は、再構築後のＳＬＭ画像にコヒーレントに加算される。平面に似たビームは、検出器２５の表面上で特別な強度変調を形成する。

反射型構成の場合、フーリエ平面において、アドレス指定されたホログラム３０の中心の近くに、直接の、反射した、また位相共役された再構築後の半円錐形状参照ビーム３４が存在する。これらの直接の、反射した、また位相共役された半円錐形状参照ビーム３４を、フーリエ対物レンズ１６で再変換することによって、傾斜した平面に似たビームの集合体が、検出器２５の表面上で得られる。これらの干渉する平面に似たビームは、再構築後のＳＬＭ画像上に特別な強度変調をもたらす。

上述したように、シフト距離は、読み出し参照ビーム７’’，７’’’が、シフトされたホログラム３１の２つの中央ピーク３３間のシフト距離の１／２のところに、すなわち、２つの隣接するシフトされた物体ピーク３３の中心点に位置するときに最適である。これを達成するために、さらなるシミュレーションについて、シフト距離はｄｘ＝ｄｙ＝１９．７５μｍに設定された。

図８は、最適な構成の場合の多重ホログラムのシミュレートされた再構築後のＳＬＭ画像を示す図で、シフトされたホログラム３１が最適位置にあるときの得られる再構築後のＳＬＭ画像を示している。

図９は、図８に示した再構築後のＳＬＭ画像から得られるビットエラーマップを示す図で、対応するビットエラーマップを示している。このことから、再構築後の平面に似たビームは、検出器２５の表面上でＳＬＭ画像を変調するが、画像品質は良好で、全体のノイズレベルは減少することがわかる。

数値シミュレーションの結果は、以下の表１に要約される。表から、多重ホログラムの最適な構成によって、コモンアパーチャホログラフィック構成の内因性ノイズが大幅に減少することは明らかである。

ノイズピークがアドレス指定されたホログラム３０の中心に近く、また、ノイズピーク間の距離がシフト距離にほぼ等しいため、ＳＬＭの再構築後のフーリエ変換からこれらのノイズピークをフィルタリング除去することは難しい。画像平面においてこのタイプのノイズをなくすことも問題となる。ピークを再変換した後、平面に似た波が、画像平面で得られ、平面に似た波は、検出器２５の全表面を本質的に覆う。ノイズの影響を減らすために、より鮮鋭な画像が有用である。再構築後のＳＬＭの画像が、よりコントラストがあり、より多くのエネルギーがある場合、コヒーレントに加算された平面に似たノイズビームは、ビットエラーが小さい、すなわち、エラービットが少ない。アドレス指定されたホログラム３０の再構築後のＳＬＭ画像の鮮鋭度及びエネルギーを増加させるために、大きな直径のフーリエフィルタ２３が使用される。

以下の表２では、多重による数値計算の結果が要約される。これらのシミュレーションでは、フーリエフィルタ２３の直径及び単一ホログラムのピクセル数が変動した。多重ホログラムは、最適位置に配置された。すなわち、参照ビーム円錐の先端部３２は、２つの隣接する多重ホログラムの中間点に位置する。一方、先端は、フーリエフィルタ２３の周りに均等に配置される。これは、シフト距離ｄｘ＝ｄｙ＝０とフーリエフィルタ２３の直径Ｄとの間に明確な関係が存在することを意味する。表では、参照ビーム円錐の先端３２はそれぞれ、ホログラム位置ｍとｍ＋１（ｍ＝４、５、…、１０）との間に配置される。換言すれば、フーリエフィルタ２３の直径Ｄは、式Ｄ＝２×（ｍ＋０．５）×ｄ（すなわち、フーリエフィルタの直径Ｄは、アドレス指定されたホログラムの位置からのホログラム位置ｍの距離とホログラム位置ｍ＋１の距離の和に等しい）を満たさなければならない。

表２に示した結果は、フーリエフィルタ２３の直径Ｄを増加させることによって画像パラメータが著しく改善することを示す。例えば、行１から行３へと、シンボルエラーレートとビットエラーレートは１桁以上減少し、一方、フィルタ直径Ｄは、約５０％だけ増加するだけである。同様に、行４と５を比較すると、シンボルエラーレートとビットエラーレートは約１／５まで減少し、一方、フィルタ直径は、約１０％だけ増加するだけである。

コモンアパーチャ型装置を備えたホログラフィック記憶システムの概略構成図である。 アドレス指定されたホログラム及び４つの多重ホログラムを有するフーリエ平面の概略図である。 記憶材料の上部表面における収束性完全円錐形状球参照ビームの電界分布を示す図である。 記憶材料の上部表面における収束性物体ビームの電界分布を示す図である。 クリティカルな構成の場合の多重ホログラムのシミュレートされた再構築後のＳＬＭ画像を示す図である。 図５に示した再構築後のＳＬＭ画像から得られるビットエラーマップを示す図である。 フーリエ平面における多重ホログラムと参照ビームの最適な構成を示す図である。 最適な構成の場合の多重ホログラムのシミュレートされた再構築後のＳＬＭ画像を示す図である。 図８に示した再構築後のＳＬＭ画像から得られるビットエラーマップを示す図である。

Claims (7)

1. アドレス指定されるホログラムをホログラフィック記憶媒体から読み出すコモンアパーチャ型装置と、シフト多重ホログラムを備えたホログラフィック記憶媒体とを備えたシステムにおいて、
   前記コモンアパーチャ型装置は、４つの参照ビーム及び再構築後の物体ビームの同軸構成を有し、前記４つの参照ビームは、前記ホログラフィック記憶媒体の記憶層内で前記再構築後の物体ビームの周りに交差するように配置されており、
   前記４つの参照ビームは、それぞれ、シフト多重ホログラムのフーリエ変換における２つの隣接する中央ピーク間のシフト距離の１／２のところに位置していることを特徴とするシステム。
2. 前記４つの参照ビームを阻止するフーリエフィルタをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のホログラフィック記憶システム。
3. アドレス指定されるホログラムの前記４つの参照ビームは、ホログラム位置ｍ／ｍ＋１の中間に位置し、前記フーリエフィルタの直径Ｄは、前記アドレス指定されるホログラムの位置からのホログラム位置ｍとホログラム位置ｍ＋１の距離の和に等しいことを特徴とする請求項２に記載のホログラフィック記憶システム。
4. ホログラムをホログラフィック記憶媒体に書き込むコモンアパーチャ型装置と、シフト多重ホログラムを備えたホログラフィック記憶媒体とを備えたシステムにおいて、
   前記コモンアパーチャ型装置は、４つの参照ビーム及び物体ビームの同軸構成を有し、前記４つの参照ビームは、前記ホログラフィック記憶媒体の記憶層内で前記物体ビームの周りに交差するように配置されており、
   前記４つの参照ビームは、それぞれ、シフト多重ホログラムのフーリエ変換における２つの隣接する中央ピーク間のシフト距離の１／２のところに位置していることを特徴とするシステム。
5. ４つの参照ビーム及び物体ビームの同軸構成によって、シフト多重を用いてホログラフィック記憶媒体に書き込むための方法であって、
   前記４つの参照ビームが、それぞれ、シフト多重ホログラムのフーリエ変換における２つの隣接する中央ピーク間のシフト距離の１／２のところに位置するように、前記ホログラフィック記憶媒体の記憶層内に又は該記憶層に位置するフーリエ平面において前記物体ビームの周りに交差するように前記４つの参照ビームを配置するステップを有することを特徴とする方法。
6. ４つの参照ビーム及び再構築後の物体ビームの同軸構成によって、シフト多重を用いてホログラフィック記憶媒体からアドレス指定されるホログラムを読み出すための方法であって、
   前記４つの参照ビームが、それぞれ、シフト多重ホログラムのフーリエ変換における２つの隣接する中央ピーク間のシフト距離の１／２のところに位置するように、前記ホログラフィック記憶媒体の記憶層内に又は該記憶層に位置するフーリエ平面において前記再構築後の物体ビームの周りに交差するように前記４つの参照ビームを配置するステップを有することを特徴とする方法。
7. シフト多重ホログラムを備えるホログラフィック記憶媒体であって、
   前記シフト多重ホログラムは、物体ビームと４つの参照ビームの重畳によって生成される干渉パターンを表し、前記４つの参照ビームは、前記４つの参照ビームがそれぞれ、前記ホログラフィック記憶媒体の記憶層内に又は該記憶層に位置するフーリエ平面において、前記シフト多重ホログラムのフーリエ変換における２つの隣接する中央ピーク間のシフト距離の１／２のところに位置するように選択されることを特徴とするホログラフィック記憶媒体。

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