KR100311021B1

KR100311021B1 - 홀로그래픽 광메모리장치

Info

Publication number: KR100311021B1
Application number: KR1019980035845A
Authority: KR
Inventors: 김지덕; 송석호; 원종화; 김수형; 고병천
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1998-09-01
Filing date: 1998-09-01
Publication date: 2001-12-12
Also published as: KR20000018310A

Abstract

위상형 공간 광변조기를 이용한 3차원 홀로그래픽 광메모리장치가 개시되어 있다.

이 개시된 장치는, 레이저 광을 생성 조사하는 광원과; 광원에서 조사된 광을 분기시키는 광분기수단과; 광분기수단에서 분기되어 일 경로로 진행하는 광의 위상을 변조시켜 2차원 배열의 화소들로 구성된 정보를 입력하는 위상형 공간광변조기와; 위상형 공간광변조기를 제어하는 콘트롤러와; 광분기수단에서 분기되어 다른 경로로 진행하는 광을 편향시키는 회전경과; 위상형 공간광변조기와 회전경을 경유하여 입사된 광으로부터 정보가 기록되는 광기록매질과; 광기록매질에서 재생된 위상형 패턴을 광세기형 패턴으로 변환하는 위상-광세기 변환기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

홀로그래픽 광메모리장치

본 발명은 홀로그래픽 광메모리장치에 관한 것으로서, 상세하게는 위상형 공간 광변조기를 이용한 3차원 홀로그래픽 광메모리장치에 관한 것이다.

일반적으로 홀로그래픽 광메모리장치는 3차원 홀로그래픽 기법을 이용하여, 광정보 기록용 광굴절결정 및 광감성 고분자 물질에 기가비트급 이상의 정보의 기록 및/또는 재생이 가능한 광메모리장치이다. 이 광메모리장치는 채용된 공간광 변조기가 광세기 변조형인지, 광위상 변조형인지에 따라 구분될 수 있다.

도 1을 참조하면, 종래의 홀로그래픽 광메모리장치는 광세기변조형 공간광 변조기를 채용하였다. 이 광메모리장치는 광원(11)과, 입사광을 분기시켜 제1 및 제2경로(Ⅰ)(Ⅱ)로 진행하도록 하는 빔스프리터(13)와, 상기 빔스프리터(13)에서 분기되어 제1경로(Ⅰ)로 진행하는 광의 세기를 변조시키는 광세기변조형 공간광변조기(17)와, 이 공간광변조기(17)를 제어하는 콘트롤러(31)와, 상기 빔스프리터(13)에서 분기되어 제2경로(Ⅱ)로 진행하는 광을 편향시키도록 회전가능하게 설치된 회전경(22) 및, 상기 공간광변조기(17)와 회전경(22)을 경유하여 입사된 광정보가 기록되는 광기록매질(25)을 포함하여 구성된다. 또한, 상기한 광메모리장치는 제1경로(Ⅰ)를 통해 진행하는 광을 선택적으로 차단/투과시키는 제1셔터(15)와, 제2경로(Ⅱ)를 통해 진행하는 광을 선택적으로 차단/투과시키는 제2셔터(21)를 포함한다. 또한, 상기 광세기변조형 공간광변조기(17)를 통해 형성된 2차원 배열을 이루는 각 화소들을 푸리에 변환시기키 위한 렌즈(19)(27)와, 카메라(29)를 포함한다.

여기서, 상기 공세기변조형 공간광 변조기(17)는 그 화소들로 입사되는 광을 콘트롤러(31)를 통하여 차단 또는 투과시킴에 의해 조절되므로 차단되는 광만큼 광손실이 발생한다. 따라서, 상기 광세기변조형 공간광 변조기(17)를 채용한 광메모리장치는 높은 광손실과 낮은 정보저장 효율을 가진다.

그리고, 이와 같은 광세기로 변조된 입력상은 광기록매질에 저장되기 전에 렌즈에 의해 푸리에변환되면, 어떠한 정보도 갖고 있지 않은 직류(DC)항의 광세기가 대부분을 차지하게 되며, 입력 정보를 갖고 있는 1차 이상의 회절정보를 나타내는 광세기는 매우 미약하게 된다. 따라서, 상기한 종래의 방식에서는 입력되는 총 광세기의 대략 10% 내외로 사용하게 되어, 대략 90% 정도가 광손실 되게 되며, 직류 항에 비해 1차 이상의 회절정보가 매우 미약하므로 저장특성효율이 크게 떨어지게 되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 극복하기 위하여 안출된 것으로서, 광손실이 적고, 정보저장 및 재생특성효율이 뛰어나 기가비트급 이상의 광정보를 저장할 수 있도록 된 홀로그래픽 광메모리장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 홀로그래픽 광메모리장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면.

도 2는 본 발명에 따른 홀로그래픽 광메모리장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면.

도 3은 본 발명에 따른 홀로그래픽 광메모리장치의 위상지연판의 일 실시예를 보인 평면도.

도 4는 본 발명에 따른 홀로그래픽 광메모리장치의 위상지연판의 다른 실시예를 보인 평면도.

도 5는 도 3 및 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

41...광원 43...광분기수단 44...제1셔터

45...위상형 공간광변조기 47...제1렌즈

49...제2셔터 51...회전경 53...제2렌즈

55...광기록매질 57...제3렌즈

60...위상-광세기 변환기 61...제1푸리에 변환용 렌즈

63...위상지연판 65...제2푸리에 변환용 렌즈

71...카메라 75...콘트롤러

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 홀로그램픽 광메모리장치는, 레이저 광을 생성 조사하는 광원과; 상기 광원에서 조사된 광을 분기시키는 광분기수단과; 상기 광분기수단에서 분기되어 일 경로로 진행하는 광의 위상을 변조시켜 2차원 배열의 화소들로 구성된 정보를 입력하는 위상형 공간광변조기와; 상기 위상형 공간광변조기를 제어하는 콘트롤러와; 상기 광분기수단에서 분기되어 다른 경로로 진행하는 광을 편향시키는 회전경과; 상기 위상형 공간광변조기와 회전경을 경유하여 입사된 광으로부터 정보가 기록되는 광기록매질과; 상기 광기록매질에서 재생된 위상형 패턴을 광세기형 패턴으로 변환하는 위상-광세기 변환기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 홀로그래픽 광메모리장치의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 홀로그래픽 광메모리장치는 단일파장의 레이저 광을 생성 조사하는 광원(41)과, 입사광을 분기시키는 광분기수단(43)와, 입사광의 위상을 변조시키는 위상형 공간광변조기(45)와, 이 위상형 공간광변조기(45)를 제어하는 콘트롤러(75)와, 입사광을 편향시키는 회전경(51)과, 정보가 기록되는 광기록매질(55) 및, 위상-광세기 변환기(60)를 포함하여 구성된다.

상기 광분기수단(43)은 상기 광원(41)에서 조사되어 입사된 광을 제1 및 제2경로(Ⅰ')(Ⅱ')로 분기시킨다. 이를 위하여 상기 광분기수단(43)는 입사광을 소정 광량비로 분할하여 투과시키는 빔스프리터인 것이 바람직하다.

상기 위상형 공간광변조기(45)는 상기 제1경로(Ⅰ') 상에 배치되며, 상기 광분기수단(43)에서 분기되어 제1경로(Ⅰ')로 진행하는 광의 위상을 변조시켜 2차원 배열 즉, 평면 배열의 화소들로 구성된 화상정보를 상기 광기록매질(55)에 입력한다. 이 위상형 공간광변조기(45)는 상기 광기록매질(55)에 기록된 각 화소에 해당하는 신호 세기에 따라 각 화소의 위상값이

2πx

가 되도록 변환해주는 2차원 배열의 위상 변조형 화소들을 포함한다. 여기서,

x

는 화소신호 세기의 최대값에 대한 각 화소의 신호 세기값의 비를 의미한다. 상기 제1경로(Ⅰ')의 상기 광분기수단(43)과 상기 위상형 공간광변조기(45) 사이에는 제1셔터(44)가 배치되어, 상기 위상형 공간광변조기(45)를 향하는 광을 선택적으로 차단한다.

상기 콘트롤러(75)는 상기 위상형 공간광변조기(45)를 제어하여, 상기 위상형 공간광변조기(45)에서 위상변조에 따른 화상정보를 생성할 수 있도록 한다. 또한,상기 콘트롤러(75)는 후술하는 카메라(71)를 제어한다.

상기 회전경(51)은 상기 제2경로(Ⅱ') 상에 회전가능하게 배치되어, 상기 광원(41)에서 입사된 광을 상기 광기록매질(55)에 편향시킨다. 즉, 상기 회전경(51)의 편향각에 따라서, 상기 제2경로(Ⅱ')를 통해 상기 광기록매질(55)에 입사된 광의 입사위치가 결정되며, 그 입사위치에 정보신호의 기록/재생이 수행된다. 상기 제2경로(Ⅱ')의 상기 광분기수단(43)과 상기 회전경(51) 사이에는 제2셔터(49)가 배치되어, 상기 회전경(51)을 향하는 광을 선택적으로 차단한다. 상기 광기록매질(55)은 상기 위상형 공간광변조기(45)와 회전경(51)을 경유하여 입사된 광으로부터 정보가 기록된다.

여기서, 상기 위상형 공간광변조기(45)와 광기록매질(55) 사이에 입사광을 공간주파수로 변환하는 제1렌즈(47)가 배치되고, 회전경(51)과 광기록매질(55) 사이에 입사광을 집속하기 위한 제2렌즈(53)가 배치되며, 위상-광세기 변환기(60)와 광기록매질(55) 사이에 입사광을 집속하기 위한 제3렌즈(57)가 배치되는 것이 바람직하다.

상기 위상-광세기 변환기(60)는 상기 광기록매질(55)에서 재생된 위상형 패턴을 광세기형 패턴으로 변환한다. 즉, 상기 위상-광세기 변환기(60)는 상기 카메라(71)를 통해 정보를 검출할 수 있도록, 위상 차이에 의해 기록된 정보를 밝기 차이에 따른 광세기분포로 변환한다.

이 위상-광세기 변환기(60)는 초점거리가 같은 제1 및 제2푸리에 변환용 렌즈(61)(65)와, 상기 제1 및 제2푸리에 변환용 렌즈(61)(65) 사이에 배치되어 입사광의 위상을 부분적으로 지연통과시키는 위상지연판(63)을 포함한다. 바람직하게는 상기 제1 및 제2푸리에 변환용 렌즈(61)(65)는 그 사이의 간격(2d)이 두 렌즈의 초점거리(d)의 두배 떨어지게 배치되며, 상기 위상지연판(63)은 상기 제1 및 제2푸리에 변환용 렌즈(61)(65) 사이의 간격(2d) 중앙에 배치된 것을 특징으로 한다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 상기 위상지연판(63)은 그 중심부(63'a)(63"a)를 지나는 광신호와 그 이외의 주변부를 지나는 광신호 사이에

π

또는

π/2

만큼 위상차가 나도록 상기 중심부(63'a)(63"a)가 상기 주변부에 대해 소정 깊이를 가지고, 가로×세로의 크기가 대략

ω × ω

μm²

인 사각형(63') 또는 직경이 대략

ω

μm

인 원형(63")의 평면형상을 가진다. 상기

ω

는 아래의 수학식 1로 정의된다.

여기서, λ는 사용하는 광원의 파장이고,

p

는 입력위상 픽셀 크기이고,

d

는 렌즈(61)(65)의 초점거리이다.

상기 위상-광세기 변환기(60)를 통해 광세기 정보로 변환된 신호는 카메라(71)를 통해 검출할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 홀로그래픽 광메모리장치의 동작을 광기록매질에 정보를 기록하는 경우와, 기록된 정보를 재생하는 경우로 나누어 설명한다.

<정보를 기록하는 경우>

우선, 제1 및 제2셔터(44)(49)를 닫힌 상태로 두어, 상기 광원(41)에서 조사된 광을 차단한다. 상기 콘트롤러(75)로부터 저장하고자 하는 정보를 상기 위상형 공간광변조기(45)에 입력한다. 이와 동시에 상기 회전경(51)을 소정 각도로 기울여 배치시켜, 입사광이 상기 광기록매질(55)의 소정 부분으로 향하도록 한다. 이후, 상기 제1 및 제2셔터(44)(49)를 일정 시간동안 열어 입사광이 상기 위상형 공간광 변조기(45)와 상기 회전경(51)으로 입사되도록 한다. 이때, 상기 위상형 공간광변조기(45)에 입력된 정보는 상기 제1렌즈(47)에 의해 공간주파수 정보로 변환되어, 상기 제2렌즈(53)를 통과한 광과 간섭한다. 이 간섭결과로 얻어진 홀로그램이 상기 광기록매질(55)에 기록된다. 여기서, 상기 위상형 공간광변조기(45)를 통과하는 광의 단면적은 상기 위상형 공간광변조기(45)의 2차원 배열을 갖는 총 광정보 표시부분의 면적보다는 넓고, 상기 제2렌즈(53)를 통과한 후 상기 광기록매질(55)에 조사된 광의 총단면적은 상기 제1렌즈(47)를 통과한 후 공간주파수로 변환된 입력정보가 차지하는 면적 보다 넓어야 한다.

다음의 정보는 상기 회전경(51)을 다른 각도로 소정 각도 편향시킨 후, 상기한 바와 동일한 과정을 통해 상기 광기록매질(55)에 기록된다. 즉, 순차적으로 저장하고자 하는 정보에 따라 상기 회전경(51)의 각도를 편향시키면서 상기 광기록매질(55)에 중첩하여 기록한다.

<정보를 재생하는 경우>

우선, 광원(41)에서 조사된 광의 출력을 낮추어 상기 광기록매질(55)에 기록된 정보가 지워지지 않도록 한다. 상기 제1셔터(44)는 항상 닫아놓아 제1경로(Ⅰ')를 통해 상기 위상형 공간광변조기(45)를 향하는 광을 차단한다. 그리고, 상기 회전경(51)을 조정하여 상기 광기록매질(55)로 향하는 광의 경로를 조정한 후, 제2셔터(49)를 소정 시간동안 열면, 상기 제2경로(Ⅱ')를 통해 입사된 광이 맺히는 광기록매질(55)의 위치에 저장된 정보가 재생된다. 이 재생된 정보는 제3렌즈(57)와 위상-광세기 변환기(60)를 경유한 후, 상기 카메라(71)에서 검출된다. 즉, 상기 제1푸리에 변환용 렌즈(61)에 의해 공간주파수 형태로 변환된 재생정보는 상기 위상지연판(63)의 중심부(63'a)(63"a)에 의해 중앙의 공간주파수 성분이 주변의 공간주파수 성분에 비해

π

또는

π/2

만큼의 위상차를 가진다. 이는 통상의 위상현미경에서 사용되는 기술과 동일하므로 그 자세한 설명은 생략한다. 따라서, 상기 위상지연판(63)을 통과한 광은 제2푸리에 변환용 렌즈(65)를 통과하여 광세기 분포를 갖는 재생정보로 변환된다.

상기한 바와 같이, 구성된 본 발명에 따른 위상형 공간광변조기를 채용한 홀로그래픽 광메모리장치는, 입력된 광 세기의 대략 90% 이상을 정보 저장에 이용할 수 있으므로, 종래의 광세기 변조형 공간광변조기를 채용한 장치에 비하여 광손실 정도를 대폭 줄일 수 있다.

또한, 공간주파수 정보가 상기 광기록매질(55)에 고루 퍼지므로, 대략 1/10배 정도로 정보기록시간을 단축할 수 있고 정보저장 및 재생 특성효율이 향상된다.

Claims

레이저 광을 생성 조사하는 광원과;

상기 광원에서 조사된 광을 분기시키는 광분기수단과;

상기 광분기수단에서 분기되어 일 경로로 진행하는 광의 위상을 변조시켜 2차원 배열의 화소들로 구성된 정보를 입력하는 위상형 공간광변조기와;

상기 위상형 공간광변조기를 제어하는 콘트롤러와;

상기 광분기수단에서 분기되어 다른 경로로 진행하는 광을 편향시키는 회전경과;

상기 위상형 공간광변조기와 회전경을 경유하여 입사된 광으로부터 정보가 기록되는 광기록매질과;

상기 광기록매질에 정보신호로 기록된 위상형 패턴을 광세기형 패턴으로 변환하는 위상-광세기 변환기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 광메모리장치.
제1항에 있어서, 상기 위상형 공간광변조기는,

상기 광기록매질에 기록된 각 화소에 해당하는 신호 세기에 따라 각 화소의 위상값이 2πx 가 되도록 변환해주는 2차원 배열의 위상 변조형 화소들을 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 광메모리장치.

여기서, x = 각 화소의 신호 세기값 / 화소신호 세기의 최대값
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 위상-광세기 변환기는,

초점거리가 같은 제1 및 제2 푸리에 변환용 렌즈와;

상기 제1 및 제2 푸리에 변환용 렌즈 사이에 배치되어 입사광의 위상을 부분적으로 지연통과시키는 위상지연판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 광메모리장치.
제3항에 있어서, 상기 제1 및 제2 푸리에 변환용 렌즈는 그 사이의 간격이 두 렌즈의 초점거리의 두배 떨어지게 배치되며,

상기 위상지연판은 상기 제1 및 제2 푸리에 변환용 렌즈 사이의 간격 중앙에 배치된 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 광메모리장치.
제3항에 있어서, 상기 위상지연판은,

그 중심부를 지나는 광신호와 그 이외의 주변부를 지나는 광신호 사이에 π 또는 π/2 만큼 위상차가 나도록 상기 중심부가 상기 주변부에 대해 소정 깊이를 가지고, 가로×세로의 크기가 대략 ω × ω μm² 인 사각형 또는 직경이 대략 ω μm 인 원형의 가지는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 광메모리장치.

여기서, 이고, λ는 사용하는 광원의 파장이고, p 는 입력위상 픽셀 크기이고, d 는 상기 제1 및 제2푸리에 변환용 렌즈의 초점거리이다.