KR100309796B1 - 홀로그램데이터스페셜멀티플레싱스토리지방법및시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 홀로그램 데이터 스페셜 멀티플렉싱 스토리지 방법 및 시스템에 관한 것으로, 레이저에서 레이저 빔을 발진시키고, 광변위 광학소자를 가열하는 제1단계와; 온도 감지요소에 의해 상기 광변위 광학소자의 내부 온도를 측정하여 광변위 광학소자의 온도변화를 판단하는 제2단계와; 상기 광변위 광학소자의 온도가 변화되고 있으면 셔터를 개방시켜 레이저에서 발생된 레이저 빔이 상기 광변위 광학소자를 통과하도록 하여 온도변화에 따른 상기 광변위 광학소자의 굴절율 변화에 따라 레이저 빔의 진행각이 연속적으로 변화되도록 하는 제3단계와; 상기 광변위 광학소자를 통과한 레이저 빔을 기준광과 물체광으로 분리하는 제4단계와; 상기 물체광을 공간 광변조기에 의해 공간 광변조시키는 제5단계와; 상기 공간 광변조된 물체광과 기준광의 간섭으로 홀로그램 기록매체에 이미지를 기록하는 제6단계를 수행하여 스페셜 멀티플렉싱을 행함을 특징으로 한다.
이러한 본 발명은 온도 변화에 의해 광범위 광학소자의 굴절율을 변화시켜 레이저 빔의 진행각을 연속적으로 변화시킴으로써 스페셜 멀티플렉싱을 구현할 수 있고, 큰 폭으로 변화를 줄 수 있는 광변위 광학소자로 변위를 제어하므로 미세 스페셜 멀티플렉싱이 가능하게 되어 저장밀도가 향상된다.

Description

홀로그램 데이터 스페셜 멀티플렉싱 스토리지 방법 및 시스템(HOLOGRAM DATA SPATIAL MULTIPLEXING STORAGE METHHOD AND SYSTEM)
본 발명은 홀로그램 데이터 스페셜 멀티플렉싱 스토리지 방법 및 시스템에 관한 것으로, 특히 온도 변화에 의해 광학소자의 굴절율을 변화시켜 레이저 빔의 진행각을 연속적으로 변화시킴으로써 스페셜 멀티플렉싱을 구현할 수 있도록 한 홀로그램 데이터 스페셜 멀티플렉싱 스토리지 방법 및 시스템에 관한 것이다.
홀로그래픽 메모리(Holographic Memory)는 멀티미디어 시대의 도래와 함께 많은 정보를 기록하고, 빠른 데이터 전달이 요구되는 시스템에 대한 필요가 증가함에 따라서 관심이 고조되고 있다.
이러한 홀로그래픽 레코딩은 대상 물체로 부터 반사된 물체광의 강도 뿐만 아니라 위상도 기록하고, 대상 물체의 빛의 강도와 위상은 물체광과 기준광의 간섭에 의해서 구성된다. 물체광과 기준광은 간섭무늬를 만들고, 이렇게 형성된 간섭무늬는 간섭무늬의 강도에 반응하는 물질 속에 기록되며, 기록된 간섭무늬에 기준광을 조사 함으로써 대상 물체의 3차원 상인 홀로그램을 재현하게 된다.
홀로그램은 입방체 속에 저장되면 기록 과정에서 사용된 기준광 만이 입방체 안에 기록된 홀로그램을 읽어 낼 수 있고, 기록시에 사용된 기준광과 파장, 위상이 다른 기준광은 아무런 효과없이 입방체 안에 기록된 홀로그램을 통과하게 된다.
볼륨 홀로그램(Volume Hologram)의 본연의 성질을 이용하면, 각각 다른 기준광을 가지고 저장 물질의 같은 장소에 많은 홀로그램을 기록함으로써 작은 입방체 내부에 방대한 데이터를 저장하는 것이 가능하다. 다른 기준광을 만드는 한가지 방법으로는 각 기록시 마다 기준광의 각도를 변화시키는 앵귤러 멀티플렉싱(Angle Multiplexing) 방법이 있다. 이 방법을 이용하면 2진 데이터의 페이지 단위로 구성되는 수백에서 수천 개의 홀로그램을 같은 장소에 저장할 수 있다. 즉, 동일 장소에 많은 데이터를 페이지 단위로 기록 재생함으로써 높은 저장 밀도 및 빠른 데이터 전달율을 갖는 기록 및 재생이 가능하게 되어 홀로그래피를 이용한 디지탈 데이터 스토리지 시스템(Digital Data Storage System)을 구현할 수 있게 된다.
종래의 90°배치형 홀로그램 디지탈 데이터 스토리지 시스템(90°Geometry Digital Data Storage System)은 레이저 발진기에서 발생된 레이저 빔이 빔 스플리터에 입사되어 기준광과 물체광으로 나누어 지고 물체광은 입력된 데이터에 따라서 픽셀들이 이루는 명암의 2진 데이터의 한 페이지 단위로 공간 광변조기(SLM: Spatial Light Modulator)에 의해서 변조되고, 이때 각각의 페이지에는 회전 거울의 각도를 조금씩 달리하는 기준광이 상응하게 작성된다.
이후 물체광과 기준광은 홀로그램을 기록하기 위한 저장 매체 내부에서 간섭을 일으키고 이때 발생하는 간섭무늬의 강도에 따라서 저장 매체 내부의 운종전하의 광유도 현상이 발생하고 이러한 과정을 통하여 간섭무늬가 기록된다. 저장 매체에 기록된 데이터를 읽어 내기 위해서는 기준광 만을 저장 매체에 조사하면 간섭무늬는 기준광을 회절시켜 원래의 픽셀의 명암으로 구성되는 바둑판 무늬로 복원되고 이후 읽어진 상을 씨씨디(CCD;Charge Coupled Device)위에 비추어 원래의 데이터로 복원하게 된다.
이와 같은 종래의 90°배치형 홀로그램 데이터 스토리지 시스템으로 스페셜 멀티플렉싱을 하기 위해서는 홀로그램 기록매체를 x,z 혹은 y,z 방향으로 변위시켜 기록/재생하게 되나, 이와 같은 홀로그램 기록매체의 변위 이동은 기계적인 요소들로 구성된 변위장치에 의해 행하기 때문에 미소 변위 이동에 한계가 있고, 미소 변위 이동시 고정밀도의 부품이 요구되어 가격이 높아지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 결함 및 문제점을 해소하기 위하여 창안한 것으로, 온도 변화에 의해 광학소자의 굴절율을 변화시켜 레이저 빔의 진행각을 연속적으로 변화시킴으로써 스페셜 멀티플렉싱을 구현할 수 있는 홀로그램 데이터 스페셜 멀티플렉싱 스토리지 방법 및 시스템을 제공하기 위한 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 레이저에서 레이저 빔을 발진 시키고, 광변위 광학소자를 가열하는 제1단계와; 온도 감지요소에 의해 상기 광변위 광학소자의 내부 온도를 측정하여 광변위 광학소자의 온도변화를 판단하는 제2단계와; 상기 광변위 광학소자의 온도가 변화되고 있으면 셔터를 개방시켜 레이저에서 발생된 레이저 빔이 상기 광변위 광학소자를 통과하도록 하여 온도변화에 따른 상기 광변위 광학소자의 굴절율 변화에 따라 레이저 빔의 진행각이 연속적으로 변화되도록 하는 제3단계와; 상기 광변위 광학소자를 통과한 레이저 빔을 기준광과 물체광으로 분리하는 제4단계와; 상기 물체광을 공간 광변조기에 의해 공간 광변조시키는 제5단계와; 상기 공간 광변조된 물체광과 기준광의 간섭으로 홀로그램 기록매체에 이미지를 기록하는 제6단계를 수행하여 스페셜 멀티플렉싱을 행함을 특징으로 하는 홀로그램 데이터 스페셜 멀티플렉싱 스토리지 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 앵귤러 멀티플렉싱 홀로그램 데이터 스토리지 시스템에 있어서, 레이저에서 발진되는 레이저 빔의 진행각을 연속적으로 변경시키기 위한 광변위 광학소자와; 상기 광변위 광학소자를 통과한 레이저 빔을 기준광과 물체광으로 분리시키는 빔 스플리터와; 상기 레이저와 빔 스플리터 사이에 설치되어 광변위 광학소자의 온도가 변화되는 때 광로를 개방하는 셔터와; 상기 레이저, 광변위 광학소자 및 셔터를 제어하기 위한 마이크로 프로세서를 포함하여 스페셜 멀티플렉싱을 행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 홀로그램 데이터 스페셜 멀티플렉싱 스포리지 시스템을 제공한다.
도 1 내지 도 5는 본 발명에 관한 도면으로서,
도 1은 홀로그램 데이터 스토리지 시스템의 구성도.
도 2a,2b는 광변위 광학소자의 서로 다른 형태를 보인 사시도.
도 3은 도 2a 및 도 2b에 대한 종단면도.
도 4는 스페셜 멀티플렉싱의 작용 설명도.
도 5는 온도변화에 따른 유리와 필터액의 분산곡선도.
도 6은 온도변화에 따른 굴절율 변화선도.
도 7은 스페셜 멀티플렉싱 과정을 설명하기 위한 흐름도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 레이저 20 : 빔 스플리터
50 : 공간 광변조기 60 : 홀로그램 기록매체
70 : 광전변환소자 80 : 셔터
100 : 광변위 광학소자 110 : 투명체
120 : 가열요소 130 : 필터용액
140 : 온도 감지요소
이하, 이와 같은 본 발명을 첨부한 도면에 실시예를 들어 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1에는 본 발명이 적용된 홀로그램 데이터 스토리지 시스템의 구성도가 도시되어 있다. 이에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 홀로그램 데이터 스토리지 시스템은 레이저(10)에서 발생되는 레이저 빔의 광로 상에 레이저 빔을 기준광과 물체광으로 분리시키기 위한 광학소자, 예를들어 빔 스플리터(20)가 배치되고, 레이저(10)와 빔 스플리터(20)의 사이에는 광변위 광학소자(100)가 적어도 하나(이 실시예에는 2개로 도시됨) 배치되어 있다.
또, 기준광의 광로 상에는 거울(30)이 배치됨과 아울러 물체광이 광로 상에는 거울(40)이 각각 배치되고 예를 들어 엘씨디와 같은 공간 광변도기(SLM;Spatial Light Modulator)(50)가 배치되고, 기준광과 물체광의 광로 상에 홀로그램데이터를 기록하기 위한 예를 들어 Fe가 도핑(doping)된 리튬 니오베이트(Iron-Doped Lithium Niobate)크리스탈과 같은 홀로그램 기록매체(60)가 배치되며, 홀로그램 기록매체(60)와 인접하게 예를 들어 씨씨디(CCD;Charge Coupled Device)와 같은 광전변환소자(70)가 배치되어 있다.
그리고, 레이저(10)와 광변위 광학소자(100)의 사이에는 레이저 빔을 개폐하고 출력되는 시간을 조절하기 위한 셔터(80)가 배치되어 있다.
도 2a,2b는 광변위 광학소자의 서로 다른 형태를 보인 사시도이고, 도 3은 도2a,및 도 2b에 대한 종단면도로서, 이에 도시한 바와 같이, 상기 광변위 광학소자(100)는 예를 들어 유리와 같은 투명체(11)에 가열요소(120)가 결합되고, 투명체(110)의 내부 밀폐공간에 메칠벤조에이트(methylbenzoat), 글리세린(glyse rin)과 같은 필터용액(130)이 채워지고, 투명체(110)의 온도를 측정하기 위한 온도 감지요소(140)가 결합된 구성으로 되어 있다.
상기 가열요소(120)에는 투명체(110)의 외측으로 전열코일을 감아 이용하고, 상기 온도 감지요소(140)에는 투명체(110)의 열전대(thermocouple)를 삽입하여 이용할 수 있으나, 이에 한정된는 것은 아니다.
도 5는 온도변화에 따른 유리와 필터액의 분산곡선도를 보인 것이고, 도 6은 온도변화에 따른 굴절율 변화선도를 보인 것으로, 이에 도시한 바와 같이,상기 광변위 광학소자(100)를 가열요소(120)에 의해 가열하여 내장된 필터용액(130)의 온도가 증가하면 굴절율이 감소함을 나타내고 있다.
도 4는 스페셜 멀티플렉싱의 작용 설명도로서, 이를 참조하면, 레이저 빔이 투명체(110)의 내부에 입사되면,로서,는 일정하므로 n의 변화에 의해 θ가 변하게 되어 스페셜 멀티플렉싱이 가능하게 되며, 이때 변위는 다음 수학식 1과 같이 된다.
여기서,= 1이므로,
이다.
그리고, 이식에서 부호는 다음과 같다.
:
온도 T1에서의 굴절율,: 온도 T2에서의 굴절율,
: 온도 T1에서 굴절율를 이룰 때의 굴절각,
: 온도 T2에서 굴절율를 이룰 때의 굴절각,
도 7은 본 발명 홀로그램 데이터 스페셜 멀티플렉싱 방법을 설명하기 위한 흐름도로서, 이에 도시한 바와 같이, 레이저(10)에서 레이저 빔을 발진시키고, 광변위 광학소자(100)를 가열하는 단계(200)와; 온도 감지요소(140)에 의해 광변위 광학소자(100)의 내부 온도를 측정하는 단계(210)와; 온도 변화를 판단하는 단계(220)와; 온도가 변화되고 있으면 셔터(80)를 개방시켜 레이저(10)에서 발생된 레이저 빔이 광변위 광학소자(100)를 통과하도록 하는 단계(230)와; 빔 스플리터 (20)에 의해 기준광과 물체광으로 분리하는 단계(240)와; 물체광을 공간 광변조기 (50)에 의해 광변조시키는 단계(250)와; 홀로그램 기록매체(60)에 이미지를 기록하는 단계(260)를 행하여 기록을 행하는 것으로 되어 있다.
상기 레이저(10), 광변위 광학소자(100), 온도 감지요소(140) 및 공간 광변조기(50) 등은 도시하지 않은 마이크로 프로세서에 의해 상기 과정이 진행되도록 동작이 제어된다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명 홀로그램 데이터 스토리지 시스템은 레이저(10)에서 발생된 레이저 빔이 광변위 광학소자(100)를 통과하고, 이때 광변위 광학소자(100)의 가열요소(120)가 가열되어 내장된 필터용액(130)의 굴절율이 온도에 따라 변화됨에 따라 레지저 빔의 진행각이 연속적으로 변화되면서 빔 스플리터(20)에 입사되어 기준광과 물체광으로 나누어 지며 물체광은 광로 상에 배치된 거울(40)에서 반사된 후, 입력된 데이터에 따라서 픽셀들이 이루는 명암의 2진 데이터의 한 페이지 단위로 공간 광변조기(50)에 의해서 변조되어 홀로그램 기록매체(60)에 도달함과 아울러 기준광은 광로 상에 배치된 거울(30)에서 반사된 후, 홀로그램 기록매체(60)에 도달한다.
이후 물체광과 기준광은 홀로그램을 기록하기 위한 홀로그램 기록매체(60) 내부에서 간섭을 일으키고 이때 발생하는 간섭무늬의 강도에 따라서 홀로그램 기록매체(60) 내부의 운동전하의 광유도 현상이 발생하며, 이러한 과정을 통하여 공간 중첩기록이 행하여진다.
그리고, 홀로그램 기록매체(60)에 기록된 데이터를 읽어 내기 위해서는 기준광 만을 홀로그램 기록매체(60)에 조사하면 간섭무늬는 기준광을 회절시켜 원래의 픽셀의 명암으로 구성되는 바둑판 무늬로 복원되고 이후 읽어진 상을 광전변환소자(70) 위에 비추어 원래의 데이터로 복원하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 온도 변화에 의해 광변위 광학소자의굴절율을 변화시켜 레이저 빔의 진행각을 연속적으로 변화시킴으로써 스페셜 멀티플렉싱을 구현할 수 있고, 큰 폭으로 변화를 줄 수 있는 광변위 광학소자로 변위를 제어하므로 미세 스페셜 멀티플렉싱이 가능하게 되어 저장밀도가 향상된다.
지금까지 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며, 명세서에 기재되고 청구된 원리의 진정한 정신 및 범위 안에서 수정 및 변경할 수 있는 여러가지 실시형태는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것임을 이해하여야 할 것이다.

Claims (2)

  1. 레이저에서 발진되는 레이저 빔의 진행각을 연속적으로 변경시키기 위한 광변위 광학소자와; 상기 광변위 광학소자를 통과한 레이저 빔을 기준광과 물체광으로 분리시키는 빔 스플리터와; 상기 레이저와 빔 스플리터 사이에 설치되어 광변위 광학소자와 온도가 변화되는 때 광로를 개방하는 셔터와; 상기 레이저, 광변위 광학소자 및 셔터를 제어하기 위한 마이크로 프로세서를 포함하여 구성되되, 상기 광변위 광학소자는 투명체에 가열요소가 결합되고, 상기 투명체의 내부 밀폐공간에 온도변화에 따라 굴절율이 변하는 필터용액이 채워지고, 상기 투명체의 온도를 측정하기 위한 온도 감지요소가 결합되어 구성된 홀로그램 데이터 스토리지 시스템의 데이터 스토리지 방법에 있어서,
    상기 레이저에서 레이저 빔을 발진시키고, 상기 광변위 광학소자를 가열하는 제1단계와; 상기 온도 감지요소에 의해 상기 광변위 광학소자의 내부온도를 측정하여 광변위 광학소자의 온도변화를 판단하는 제2단계와; 상기 광변위 광학소자의 온도가 변화되고 있으면 상기 셔터를 개방시켜 레이저에서 발생된 레이저 빔이 상기 광변위 광학소자를 통과하도록 하여 온도변화에 따른 상기 광변위 광학소자의 굴절율 변화에 따라 레이저 빔의 진행각이 연속적으로 변화되도록 하는 제3단계와; 상기 광변위 광학소자를 통과한 레이저 빔을 상기 빔 스플리터에 의해 기준광과 물체광으로 분리하는 제4단계를 포함하여 스페셜 멀티플렉싱을 행함을 특징으로 하는 홀로그램 데이터 스페셜 멀티플렉싱 스토리지 방법.
  2. 홀로그램 데이터 스토리지 시스템에 있어서, 레이저에서 발진되는 레이저 빔의 진행각을 연속적으로 변경시키기 위한 광변위 광학소자와; 상기 광변위 광학소자를 통과한 레이저 빔을 기준광과 물체광으로 분리시키는 빔 스플리터와; 상기 레이저와 빔 스플리터 사이에 설치되어 광변위 광학소자의 온도가 변화될 때 광로를 개방하는 셔터와; 상기 레이저, 광변위 광학소자 및 셔터를 제어하기 위한 마이크로 프로세서를 포함하여 구성되고, 상기 광변위 광학소자는 투명체에 가열요소가 결합되고, 상기 투명체의 내부 밀폐공간에 온도변화에 따라 굴절율이 변하는 필터 용액이 채워지고, 상기 투명체의 온도를 측정하기 위한 온도 감지요소가 결합되어 구성되며, 상기 가열요소는 상기 투명체에 삽입되는 열전대이며, 상기 투명체는 유리로 형성되고, 상기 필터용액은 메칠벤조에이트 또는 글리세린인 것을 특징으로 하는 홀로그램 데이터 스페셜 멀티플렉싱 스토리지 시스템.
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KR870700148A (ko) * 1984-12-03 1987-03-14 에이. 더블유. 카람벨라스 연속 동작용 가변렌즈 및 복굴절 보상장치 및 방법

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