KR100248744B1 - Storage material of volume holographic digital data storage system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 볼륨 홀로그래픽 디지탈 데이터 저장 시스템(Volume Holographic Digital Data Storage System)의 저장매체(Storage Material)에 관한 것으로, 상기 저장매체가 비정질의 규산염유리에 소정 농도비를 갖는 Fe2+/ Fe3+이온이 도핑되어 무질서하게 존재하는 광굴절 물질인 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a storage material of a volume holographic digital data storage system, wherein the storage medium is a Fe 2+ / Fe 3+ ion having a predetermined concentration ratio in amorphous silicate glass. It is characterized in that the doped and randomly present photorefractive material.
따라서 본 발명에 따르면, 단결정을 성장시켜 제조하는 종래의 저장매체에 비해 손쉽게 제조할 수 있으며, 소망하는 크기의 저장매체를 제조할 수 있는 범위를 확대하는 효과를 가져올 수 있다.Therefore, according to the present invention, it can be easily prepared as compared to the conventional storage medium to grow and produce a single crystal, it can bring the effect of expanding the range to produce a storage medium of the desired size.
Description
본 발명은 볼륨 홀로그래픽 디지탈 데이터 저장 시스템(Volume Holographic Digital Data Storage System)의 저장매체(Storage Material)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 Fe가 도핑된 규산염유리로 이루어진 저장매체에 관한 것이다.The present invention relates to a storage material of a volume holographic digital data storage system, and more particularly, to a storage medium made of silica glass doped with Fe.
최근들어 볼륨 홀로그래픽 디지탈 데이터 저장을 이용한 기술분야는 최근 반도체 레이저, CCD, LCD 등 구성 부품의 눈부신 발전에 힘입어 활발한 연구가 진행되고 있으며, 이미 지문을 저장하고 재생하는 지문 인식 시스템으로 실용화되고 있을 뿐만 아니라 대용량의 저장 능력과 초고속 데이터 전송속도의 장점을 응용할 수 있는 여러분야로 확대되어가고 있는 추세에 있다.Recently, the field of technology using volume holographic digital data storage has been actively researched by the remarkable development of components such as semiconductor laser, CCD, LCD, etc., and it has already been put into practical use as a fingerprint recognition system that stores and plays fingerprints. In addition, it is expanding to be able to apply the advantages of large storage capacity and ultra-fast data transfer rate.
도 1은 일반적인 볼륨 홀로그래피를 이용한 디지탈 데이터 스토리지 시스템( 이하, VHDDSS 라 약칭함.)을 도시한 모식도이다.1 is a schematic diagram showing a digital data storage system (hereinafter, abbreviated as VHDDSS) using general volume holography.
도시된 바와 같이, 일반적인 VHDDSS는 광원(1), 광분리기(2), 회전거울(3), 공간 광변조기(SLM ; Spatial Light Modulator, 4), 저장매체(5), 및 CCD(charge coupled device, 6)로 구성되는 광학 시스템을 포함하며, 이들 소자는 단일 장치를 구성한다.As shown, a typical VHDDSS includes a
광원(1)은 홀로그래피에 요구되는 응집광(Coherent Beam)을 발생시킬 수 있는 레이저 광원으로 구성된다.The
상기 응집광을 기준광(Reference Beam)과 물체광(Object Beam)으로 분리시키기 위한 광분리기(Beam Splitter, 2)가 레이저 광원에 상응하는 위치에 구성된다.A
입력된 데이터에 따라서 픽셀이 이루는 명암의 2 진 데이터의 한 페이지 단위로 변조하기 위한 공간 광변조기(4)가 물체광의 광로상에 구성된다.A
한편, 기준광의 광로상에 기준광의 각도를 조금씩 변환하기 위한 회전거울(3)이 설치된다.On the other hand, a
저장매체(5)는 물체광과 기준광의 간섭에 의해 형성된 간섭무늬의 강도에 따라 기록될 수 있도록 상기 기준광과 물체광이 서로 교차되는 광로상에 설치된다.The
CCD(6)는 저장매체(5)에 기록된 데이터를 복원하기 위한 것으로, 저장매체(5)에 기준광이 조사될 때 발생되는 간섭무늬의 광로상에 설치된다.The
이와같이 구성된 일반적인 VHDDSS의 동작을 설명하면 다음과 같다.The operation of the general VHDDSS configured as described above is as follows.
광원(1)에서 조사되는 응집광은 광 분리기(2)에 의해 기준광과 물체광으로 나누어 지고 물체광은 입력된 데이터에 따라서 픽셀들이 이루는 명암의 2진 데이터의 한 페이지 단위로 공간 광변조기(4)에 의해서 변조된다.The condensed light irradiated from the
이후 물체광과 기준광은 홀로그램을 기록하기 위한 저장매체(5) 내부에서 간섭을 일으키고 이때 발생하는 간섭무늬의 강도에 따라서 저장 매체(5) 내부의 운동 전하의 광 유도 현상(light-induced generation of mobile charge)이 발생하고 이러한 과정을 통하여 간섭무늬가 기록된다.Thereafter, the object light and the reference light cause interference in the
한편, 각각의 페이지에는 회전거울(3)의 각도를 조금씩 달리하는 기준광이 상응하게 적용되는데 데이터의 첫 페이지를 저장매체에 기록한 후, 기준광의 각도를 첫 번째 홀로그램의 재생 복원상이 완전히 사라질 때 까지 증가시키고, 이때 다시 다른 각도의 기준광으로 새로운 데이터 페이지를 입력시켜 저장매체(5)에 기록하는 이른바, 각 기록시 마다 기준광의 각도를 변화시키는 엥글 멀티플렉싱(Angle Multiplexing)과정을 반복하여 데이터를 저장매체 내부에 중첩 기록하게 되는 것이다.On the other hand, each page is applied with a reference light that slightly changes the angle of the
이와같이 2 진 데이터의 페이지 단위로 구성되는 수백에서 수천개의 홀로그램을 작은 입방체 내부의 동일 장소에 기록 저장할 수 있으므로써 높은 저장 밀도 및 빠른 데이터 전달율을 갖게 된다.As such, hundreds to thousands of holograms composed of pages of binary data can be recorded and stored in the same place inside a small cube, resulting in high storage density and fast data transfer rate.
한편, 저장매체(5)에 기록된 데이터를 읽어 내기 위해서는 기록시 각각의 페이지에 상응하게 적용된 기준광을 저장매체에 조사하면 간섭무늬가 기준광을 회절시켜 원래의 픽셀의 명암으로 구성되는 무늬로 복원되고 이후 읽어진 상(Image)을 CCD(6) 위에 비추어 원래의 데이터로 복원하게 된다.On the other hand, in order to read the data recorded on the storage medium (5) when irradiating the storage medium with a reference light applied to each page at the time of recording, the interference pattern is diffracted the reference light to restore the pattern consisting of the contrast of the original pixel Thereafter, the read image is reflected on the
이와같은 홀로그래픽 디지탈 데이터 스토리지의 장점은 데이터를 비트의 2차원 배열인 페이지 단위로 기록/재생하므로 페이지 단위의 패러럴 억세스가 가능하여 높은 데이터 전송율과 짧은 억세스 타임( 1 ms 이하)의 실현이 가능하다.The advantage of such holographic digital data storage is that data is recorded / reproduced in page units, which are two-dimensional arrays of bits, enabling parallel access on a page basis, enabling high data rates and short access times (less than 1 ms). .
또한, 데이터가 기존의 광학 및 자기 기록방법과 같이 얇은 필름이나 디스크의 면 상에 저장되지 않고 저장 매체의 체적 속에 중첩되어 분포하게 되므로 매우 높은 데이터 밀도를 구현하는 것이 가능하다.In addition, since the data is not stored on the surface of the thin film or disk as in the conventional optical and magnetic recording methods, the data is superimposed and distributed in the volume of the storage medium, thereby enabling a very high data density.
또한, 기존의 테이프나 디스크의 경우 저장매체 상에 결함이 발생할 경우 중요한 데이터의 복구할 수 없는 손실이 발생하나, 홀로그래픽 저장 매체에 결함이 발생하는 경우에는 데이터가 완전히 소실되지 않고 단지 홀로그램을 조금 어둡게 하므로 원 데이터의 복구가 가능하므로 높은 신뢰도의 구현이 가능하다.In the case of a conventional tape or disk, if a defect occurs on the storage medium, important data cannot be recovered.However, if a holographic storage medium fails, the data is not completely lost. By darkening, the original data can be recovered, enabling high reliability.
또한, 홀로그램을 저장하는 저장 매체의 위치가 어떤 이유로 변경되어도 기록시와 동일한 회전 거울의 각도만 유지된다면 홀로그램 상에 맺히는 기준광의 촛첨의 위치에는 크게 영향 받지 않으므로 홀로그래픽 스토리지 시스템은 광 디스크 등의 광 기록 시스템에 비하여 진동문제에 대하여 유리하다.Also, even if the position of the storage medium storing the hologram is changed for any reason, if only the same angle of rotation mirror as the recording is maintained, the holographic storage system is not affected by the position of the focus of the reference light on the hologram. Advantageous to the vibration problem compared to the recording system.
한편, 종래의 VHDDSS에서 저장매체는 통상적으로 반복적으로 기록 가능한 광굴절 물질(phtorefractive materials)이 이용되고 있으며, 이것의 대표적인 예가 Fe이온이 도핑된 리듐 니오베이트(Fe-doped LiNbO3) 물질이다.On the other hand, in the conventional VHDDSS storage medium is a conventionally recordable photorefractive materials (phtorefractive materials) is used, a representative example of this is a Fe-doped Li-Ni-Obate (Fe-doped LiNbO 3 ) material.
이러한 광굴절 물질에서 기록은 표류(drift)와 확산(Diffusion)에 의해서 간섭무늬의 밝은 영역에서 어두운 영역으로 움직이는 운동 전하의 광유도 현상(light-induced generation of mobile charge)에 의해서 가능하게 되며, 이러한 전하의 분리는 전기장을 발생하며 선형 광전효과에 의해서 굴절율의 변화를 발생시켜 간섭무늬를 저장하게 된다.In these photorefractive materials, recording is made possible by the light-induced generation of mobile charge, which moves from light to dark areas of the interference fringe by drift and diffusion. Separation of electric charges generates an electric field and changes the refractive index by the linear photoelectric effect to store the interference fringe.
그런데 종래의 저장매체로 이용되는 리듐 니오베이트(LiNbO3)는 단결정을 성장시켜 제조하는 것으로, 단결정 성장 기술의 어려움으로 저장매체의 부피를 증가시키기에 한계가 있으며, 그 제조비용이 비싼 단점이 있었다.However, lithium niobate (LiNbO 3 ), which is used as a conventional storage medium, is manufactured by growing a single crystal, and has a disadvantage in that the volume of the storage medium is increased due to difficulty of single crystal growth technology, and the manufacturing cost is expensive. .
따라서, 본 발명은 이와같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 저장매체의 부피에 제한을 받지 않고 간단한 제조공정으로 제조가 가능한 새로운 저장매체의 광굴절 물질을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a photorefractive material of a new storage medium that can be manufactured by a simple manufacturing process without being limited by the volume of the storage medium.
이와같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 VHDDSS의 저장매체가 다결정체의 규산염유리에 소정 농도비를 갖는 Fe2+/ Fe3+이온이 도핑되어 랜덤(random)하게 존재하는 광기록 물질인 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is characterized in that the storage medium of the VHDDSS is an optical recording material which is randomly present by doping Fe 2+ / Fe 3+ ions having a predetermined concentration ratio into the silicate glass of the polycrystals. do.
상기 광기록 물질을 제조하기 위한 방법은 SiO2에 Na2O와 Al2O3가 소량 함유된 비정질 규산염유리(silcate-glass)를 형성하는 단계와; 상기 규산염유리에 Fe 이온을 첨가하여 용융시키는 단계와, 상기 용융단계에서 산화 또는 환원 분위기를 조절하여 Fe2+와 Fe3+이온이 랜덤하게 존재하며, 소망하는 농도비를 갖도록 하는 단계;를 포함한다.The method for preparing the optical recording material includes forming an amorphous silicate glass containing a small amount of Na 2 O and Al 2 O 3 in SiO 2 ; And adding Fe ions to the silicate glass to melt and controlling the oxidation or reducing atmosphere in the melting step so that Fe 2+ and Fe 3+ ions are randomly present and have a desired concentration ratio. .
이와같이 Fe 이온이 도핑된 규산염유리로 이루어진 저장매체는 기준광과 물체광의 간섭에 의한 간섭무늬의 세기에 따라서 간섭무늬의 밝은 영역에는 Fe3+이온이 광유도되며, 간섭무늬의 어두운 영역에는 Fe2+이온이 광유도되며, 이러한 이온의 분리는 굴절율의 변화를 발생시켜 간섭무늬를 저장하게 된다.As described above, the storage medium made of silicate glass doped with Fe ions induces Fe 3+ ions in the bright region of the interference fringe, and Fe 2+ in the dark region of the interference fringe, depending on the intensity of the interference fringe caused by the interference between the reference light and the object light. The ions are photoinduced, and the separation of these ions causes a change in refractive index to store the interference fringe.
따라서, 본 발명에 따르면 전술한 바와 같이 광굴절 특성을 갖는 저장매체로 비정질의 규산염유리를 이용함으로써 종래의 단결정을 성장시켜 제조하는 저장매체에 비해 손쉽게 제조할 수 있으며, 소망하는 크기의 저장매체를 제조할 수 있는 범위를 확대하는 효과를 가져올 수 있다.Therefore, according to the present invention, by using the amorphous silicate glass as the storage medium having the optical refractive index as described above, it is easier to manufacture than the storage medium which grows and manufactures the conventional single crystal, and the storage medium of the desired size It can bring the effect of expanding the manufacturing range.
도 1은 일반적인 VHDDSS를 도시한 모식도,1 is a schematic diagram showing a typical VHDDSS,
도 2a 내지 2b는 본 발명에 따른 저장매체의 특성을 나타낸 그래프,2a to 2b is a graph showing the characteristics of the storage medium according to the present invention,
도 3은 본 발명에 따라 Fe2+/ Fe3+이온이 도핑된 규산염유리의 에너지대(energy band)를 나타낸 개념도,3 is a conceptual diagram showing an energy band of the silicate glass doped with Fe 2+ / Fe 3+ ions according to the present invention,
도 4는 본 발명의 저장매체에 형성되는 간섭무늬에 의해 광유도 현상이 전개되는 과정을 도시한 개념도.4 is a conceptual diagram illustrating a process of developing a light induction phenomenon by the interference fringe formed on the storage medium of the present invention.
이하, 본 발명에 따른 VHDDSS의 저장매체의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of the storage medium of the VHDDSS according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 저장매체는 SiO2에 Na2O와 Al2O3가 소량 함유된 다결정체의 규산염유리에 0.01 mole 이상의 농도비를 갖는 Fe2+/ Fe3+이온이 도핑되어 랜덤(random)하게 존재하는 광기록 물질이다.The storage medium according to the present invention is randomly doped with Fe 2+ / Fe 3+ ions having a concentration ratio of 0.01 mole or more in a silicate glass of polycrystalline silica containing a small amount of Na 2 O and Al 2 O 3 in SiO 2 It is an optical recording material present.
도 2a 내지 2b는 본 발명에 따른 저장매체의 특성을 나타낸 그래프로서, 도 2a는 Fe3+이온이 도핑된 규산염유리의 흡수특성을 나타낸 것이며, 도 2b는 Fe2+이온이 도핑된 규산염유리의 흡수특성을 나타낸 것이다.Figure 2a to 2b is a graph showing the characteristics of the storage medium according to the present invention, Figure 2a shows the absorption characteristics of the silicate glass doped with Fe 3+ ions, Figure 2b is a view of the silicate glass doped with Fe 2+ ions Absorption characteristics are shown.
도시된 바와 같이, Fe3+이온이 도핑된 규산염유리에서는 가시광선 영역 및 적외선 영역에서 투과율이 우수하며, Fe2+이온이 도핑된 규산염유리에서는 적외선 영역에서 흡수율이 우수한 특성을 나타낸다.As shown, in the silica glass doped with Fe 3+ ions, the transmittance is excellent in the visible and infrared regions, and in the infrared glass in which the Fe 2+ ions are doped, the absorption is excellent.
도 3은 본 발명에 따라 Fe2+/ Fe3+이온이 도핑된 규산염유리의 에너지대(energy band)를 나타낸 개념도로서, 가전자대(valance band)와 전도대(conduction band) 사이의 금지대(forbidden band)에 불순물로 도핑된 Fe2+이온과 Fe3+이온이 무질서하게 존재하는 것을 보이고 있다.3 is a conceptual diagram showing an energy band of a silicate glass doped with Fe 2+ / Fe 3+ ions according to the present invention, and a forbidden band between a valence band and a conduction band. It is shown that Fe 2+ ions and Fe 3+ ions that are doped with impurities in the band) are randomly present.
도 4는 본 발명의 저장매체에 형성되는 간섭무늬에 의해 광유도 현상이 전개되는 과정을 도시한 개념도이다.4 is a conceptual diagram illustrating a process in which a light induction phenomenon is developed by an interference fringe formed in a storage medium of the present invention.
도시된 바와 같이, 기준광과 물체광의 간섭에 의해 형성된 간섭무늬가 규산염유리의 일단에 입사되면, 간섭무늬의 강도에 의해 하기 반응식에 따른 광유도 현상(light-induced generation)이 일어난다.As shown, when an interference fringe formed by the interference of the reference light and the object light is incident on one end of the silicate glass, a light-induced generation according to the following reaction occurs due to the intensity of the interference fringe.
Fe2++ hν --＞ Fe3++ eFe 2+ + hν-> Fe 3+ + e
Fe3++ e --＞ Fe2+ Fe 3+ + e-> Fe 2+
즉, 규산염유리 내에 무질서하게 존재하던 Fe2+이온과 Fe3+은 간섭무늬의 세기가 hν 이상인 범위(밝은 영역)에서 Fe2+이온은 전자(e)를 잃고 Fe3+이온이 되며, 간섭무늬의 세기가 hν이하인 범위(어두운 영역)에서 Fe3+이온은 전자(e)를 받아들여 Fe32이온이 되어 결과적으로 간섭무늬의 밝은 영역에는 Fe3+이온이 집결하며, 어두운 영역에는 Fe2+이온이 집결한다.I.e., Fe 2+ ions and Fe 3+ was present in disorder in the silicate glass is Fe 2+ ions in a range not less than the intensity of the interferogram hν (light areas) are the Fe 3+ ion to lose an electron (e), interference In the range where the intensity of the pattern is hν or less (dark region), Fe 3+ ions accept electrons (e) to form Fe 32 ions, and consequently, Fe 3+ ions gather in the bright region of the interference fringe, and Fe 2 in the dark region. + Ions gather.
이와같이 간섭무늬의 패턴에 따라 광여기된 전자들은 전하의 이동을 가져와 분극화되며, 분극화의 정도에 따라 굴절율의 변화를 발생시켜 간섭무늬를 저장하게 된다.As such, the photoexcited electrons are polarized by the movement of charges, and the refractive index is changed according to the degree of polarization to store the interference fringes.
한편, 상기 광기록 물질을 제조하기 위해서는 먼저, SiO2에 Na2O와 Al2O3가 소량 함유된 비정질 규산염유리(silcate-glass)를 형성한 다음 상기 규산염유리에 Fe 이온을 첨가하여 용융시킨다.Meanwhile, in order to manufacture the optical recording material, first, an amorphous silicate glass (silcate-glass) containing a small amount of Na 2 O and Al 2 O 3 in SiO 2 is formed, and then Fe ions are added to the silicate glass to be melted. .
특히, 상기 용융단계에서 산화 또는 환원 분위기를 조절하여 Fe2+와 Fe3+의 농도를 결정한다.In particular, the concentration of Fe 2+ and Fe 3+ by determining the oxidizing or reducing atmosphere in the melting step.
즉, 산화 분위기에서는 Fe2O3가 형성되어 Fe3+이온이 형성되며, 환원분위기에서는 FeO가 형성되어 Fe2+이온이 형성된다.That is, in an oxidizing atmosphere, Fe 2 O 3 is formed to form Fe 3+ ions, and in the reducing atmosphere, FeO is formed to form Fe 2+ ions.
이와같이 농도조절이 된 Fe2+와 Fe3+이온은 규산염 내부에 무질서하게 존재한다.The concentration-controlled Fe 2+ and Fe 3+ ions are disordered in the silicate.
이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다.The foregoing is merely illustrative of a preferred embodiment of the present invention and those skilled in the art to which the present invention pertains may make modifications and changes to the present invention without changing the subject matter of the present invention.
따라서 본 발명에 따르면, 저장매체로 비정질의 규산염유리를 이용함으로써 종래의 단결정을 성장시켜 제조하는 저장매체에 비해 손쉽게 제조할 수 있으며, 소망하는 크기의 저장매체를 제조할 수 있는 범위를 확대하는 효과를 가져올 수 있다.Therefore, according to the present invention, by using the amorphous silicate glass as a storage medium can be easily prepared compared to the storage medium to grow and produce conventional single crystals, the effect of expanding the range to produce a storage medium of the desired size Can be imported.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019970029532A KR100248744B1 (en) | 1997-06-30 | 1997-06-30 | Storage material of volume holographic digital data storage system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019970029532A KR100248744B1 (en) | 1997-06-30 | 1997-06-30 | Storage material of volume holographic digital data storage system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR19990005337A KR19990005337A (en) | 1999-01-25 |
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Family
ID=19512494
Family Applications (1)
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| KR1019970029532A KR100248744B1 (en) | 1997-06-30 | 1997-06-30 | Storage material of volume holographic digital data storage system |
Country Status (1)
| Country | Link |
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-
1997
- 1997-06-30 KR KR1019970029532A patent/KR100248744B1/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR19990005337A (en) | 1999-01-25 |
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