KR100436226B1 - 홀로그래픽 디지털 데이터 저장 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 위상 변조기(phase modulator)로 HOE(Holographic Optical Element)를 사용하는 홀로그래픽 디지털 데이터 저장 시스템에 관한 것이다. 종래의 기술에 있어서 기준 빔의 위상을 변화시켜 멀티플렉싱 위상을 변조시키기 위해 사용되는 위상 공간 광 변조기나 위상 마스크는 제조시 별도의 반도체 제조 공정이 필요하고 고가이다. 또한, 홀로그래픽 확산기를 사용하는 경우 홀로그래픽 확산기는 레이저 빔의 편광(polarization)을 바꾸어 빔을 손실시키거나 노이즈(noise)를 발생시킨다. 본 발명은, 변조후 굴절률을 조절하는 HOE를 위상 변조기로 사용한다. 따라서, 위상 변조기의 제조가 용이하고 위상의 정밀제어가 가능하다.

Description

홀로그래픽 디지털 데이터 저장 시스템{HOLOGRAPHIC DIGITAL DATA STORAGE SYSTEM}
본 발명은 홀로그래픽 디지털 데이터 저장 시스템(holographic digital data storage system)에 관한 것으로, 특히, 위상 변조기(phase modulator)로 HOE(Holographic Optical Element)를 사용하는 홀로그래픽 디지털 데이터 저장 시스템에 관한 것이다.
종래 홀로그래픽 디지털 데이터 저장 시스템에 있어서, 기준 빔(reference beam)의 위상을 변화시켜 멀티플렉싱 위상(multiplexing phase)을 변조시키기 위해 위상 공간 광 변조기(phase spatial light modulator)나 위상 마스크(phase mask), 홀로그래픽 확산기(holographic diffuser) 등를 사용한다. 상술한 위상 마스크의 경우 공기와 유리(glass) 사이의 굴절률차를 이용하여 빔의 위상을 조절한다.
도 1은 두께가 서로 다른 유리를 빔이 각기 통과할 때 광의 위상이 차이나는 현상을 설명하기 위한 개략도로, 얇은 유리 부위를 통과하는 빔은 L의 길이에서 공기를 통과하고 두꺼운 유리 부분을 통과하는 빔은 L의 길이에서 유리를 통과한다.
이 경우 광 경로의 차이는 L(n1-n2)로 주어지며, 이 광 경로의 차이는 위상의 차이를 나타낸다. 예로, 파장이 532nm인 Nd-YAG 레이저를 사용하고 λ/2의 위상차를 주고자 하는 경우 길이 L은 수학식 1과 같다. 이때, 공기의 굴절률은 1, 유리의 굴절률은 1.5로 가정한다.
그러나, 이와 같은 종래의 기술에 있어서 기준 빔의 위상을 변화시켜 멀티플렉싱 위상을 변조시키기 위해 사용되는 위상 공간 광 변조기나 위상 마스크는 제조시 별도의 반도체 제조 공정이 필요하고 고가이다. 또한, 홀로그래픽 확산기를 사용하여 스페클 테이즈를 형성하여 사용하는 경우 홀로그래픽 확산기는 레이저 빔의 편광(polarization)을 바꾸어 빔을 손실시키거나 노이즈(noise)를 발생시킨다.
이와 같은 결점을 해결하기 위한 본 발명은, 변조후 굴절률을 조절하는 HOE를 위상 변조기로 사용하는 홀로그래픽 디지털 데이터 저장 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 광원(light source)으로부터 입사되는 빔을 시그널 빔과 기준 빔으로 분리시키는 광 분리기(beam splitter)를 구비한 홀로그래픽 디지털 데이터 저장 시스템에 있어서, 상기 광 분리기로부터 제공되는 시그널 빔에 따라서 픽셀들이 이루는 명암의 2진 데이터의 한 페이지 단위로 변조하는 공간 광 변조기와, 상기 공간 광 변조기로부터 제공되는 공간 광 변조된 시그널 빔을 기설정된 저장 매체로 입사시키는 제 2 렌즈와, 상기 광 분리기로부터 제공되는 기준 빔을 특정 방향으로 반사시키는 반사 거울과, 상기 반사 거울로부터 제공되는 기준 빔을 멀티플렉싱하면서 상기 기준 빔의 위상을 변조시키기 위해 별도의 공간 광 변조기의 온 픽셀(On-pixel)을 통해 상기 기준 빔이 입사되는 영역에서 굴절률 변조를 일으키게 하는 HOE와, 상기 HOE로부터 제공되는 위상 변조된 기준 빔을 상기 저장 매체로 입사시켜서 상기 시그널 빔과 상기 기준 빔이 상호 간섭을 일으켜 발생되는 간섭 무늬가 상기 저장 매체에 기록되도록 하는 제 1 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 두께가 서로 다른 유리를 빔이 각기 통과할 때 광의 위상이 차이나는 현상을 설명하기 위한 개략도,
도 2는 위상 변조기용 HOE를 나타낸 개략도,
도 3은 HOE의 제조를 나타낸 개략도,
도 4는 본 발명에 따른 홀로그래픽 디지털 데이터 저장 시스템을 설명하기 위한 홀로그래픽 디지털 데이터 저장/복원 시스템의 일 실시예를 나타낸 개략도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
2, 22 : 공간 광 변조기 4 : 머티리얼
10 : 광원 12 : 광 분리기
14, 16 : 제 1, 제 2 반사 거울
18, 24, 28 : 제 1, 제 2, 제 3 렌즈
20 : HOE 26 : 저장 매체
30 : 고체 촬상 소자
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명한다.
도 2는 위상 변조기용 HOE를 나타낸 개략도로, 머티리얼(material)의 두께를 L, 변조전 굴절률을 n1, 변조후 굴절률을 n2라고 할 때 광 파장은 n1과 n2에만 의존하게 된다.
광 파장 L(n2-n1)은 홀로그래픽 소자만을 이용하여 위상 변조가 가능한 것을 나타낸다. 홀로그래피 제조용 포토폴리머(photopolymer)의 경우 변조 전후의 리프랙티브 인덱스(refractive index)의 차이는 0.01에 까지 이르고 이는 가해진 에너지에 따라 조절이 가능하다.
변조하고자 하는 위상이 결정 즉, 광 파장이 결정되면 L과 n1은 일정하므로 n2의 조절에 의해 위상 변조기로 사용 가능한 HOE를 제조할 수 있으며 머티리얼의 두께가 얇아짐에 따라 위상을 보다 정밀하게 조절할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 HOE의 제조 과정을 설명하기 위한 도면으로서, 공간 광 변조기(2)와 한 개의 빔을 사용하여 HOE가 제조된다.
도시한 바와 같이, 공간 광 변조기(2)로 빔이 제공되는 경우, 공간 광 변조기(2) 상의 온 픽셀(On-pixel)은 빔을 통과시키고, 공간 광 변조기(2) 상의 오프 픽셀(Off-pixel)은 빔을 차단시킨다. 이때, 빔이 통과되어 머티리얼(4)에 입사되는 영역, 즉 빔이 쪼여지는 부분에서는 광굴절 반응이 일어나 굴절률 변조가 발생하게 된다. 원하는 굴절률 변조를 실시한 후, 공간 광 변조기(2)를 제거하고 머티리얼(4)을 포스트-엑스포우저(post-exposure)시켜 머티리얼(4)을 픽싱(fixing)한다.
도 4는 본 발명에 따른 홀로그래픽 디지털 데이터 저장 시스템을 설명하기 위한 홀로그래픽 디지털 데이터 저장/복원 시스템의 일 실시예를 나타낸 개략도로, 광원(10), 광 분리기(12), 제 1, 제 2 반사 거울(14, 16), 제 1, 제 2, 제 3 렌즈(18, 24, 28), HOE(20), 공간 광 변조기(22), 저장 매체(26), 및 고체 촬상 소자(Charge Coupled Device : CCD)(30)로 구성된다.
동 도면에 있어서, 광 분리기(12)는 광원(10)으로부터 입사되는 빔을 시그널 빔과 기준 빔으로 각기 분리시켜 공간 광 변조기(22) 및 제 1 반사 거울(14)로 각기 입사시킨다.
공간 광 변조기(22)는 광 분리기(12)로부터 제공되는 시그널 빔에 따라서 픽셀들이 이루는 명암의 2진 데이터의 한 페이지 단위로 변조하여 저장 매체(26)로 제 2 렌즈(24)를 통해 입사시킨다.
제 1, 제 2 반사 거울(14, 16)은 광 분리기(12)로부터 제공되는 기준 빔을 저장 매체(26)로 HOE(20) 및 제 1 렌즈(18)를 통해 반사시켜 시그널 빔과 기준 빔이 상호 간섭을 일으켜 발생되는 간섭 무늬가 저장 매체(26)에 기록되도록 한다. 이때, HOE(20)는 제 2 반사 거울(16)로부터 제공되는 기준 빔을 멀티플렉싱하면서 기준 빔의 위상을 변조시킨다.
상술한 저장 매체(26)에 기록된 데이터를 읽기 위해 먼저, 시그널 암에 설치된 셔터(shutter)(도면 중에 도시되지 않음)를 작동시켜 시그널 빔이 저장매체(26)에 도달하지 않도록 한다. 이후, 기준 빔을 저장 매체(26)에 조사하면 저장 매체(26)에 기록된 간섭 무늬는 조사된 기준 빔을 회절시켜 원래의 픽셀의 명암으로 구성되는 바둑판 무늬로 복원되어 제 3 렌즈(28)를 통해 고체 촬상 소자(30)에 비추어져 원래의 데이터로 복원된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은, 변조후 굴절률을 조절하는 HOE를 위상 변조기로 사용한다. 따라서, 위상 변조기의 제조가 용이하고 위상의 정밀제어가 가능하다.

Claims (1)

  1. 광원으로부터 입사되는 빔을 시그널 빔과 기준 빔으로 분리시키는 광 분리기를 구비한 홀로그래픽 디지털 데이터 저장 시스템에 있어서,
    상기 광 분리기로부터 제공되는 시그널 빔에 따라서 픽셀들이 이루는 명암의 2진 데이터의 한 페이지 단위로 변조하는 공간 광 변조기와,
    상기 공간 광 변조기로부터 제공되는 공간 광 변조된 시그널 빔을 기설정된 저장 매체로 입사시키는 제 2 렌즈와,
    상기 광 분리기로부터 제공되는 기준 빔을 특정 방향으로 반사시키는 반사 거울과,
    상기 반사 거울로부터 제공되는 기준 빔을 멀티플렉싱하면서 상기 기준 빔의 위상을 변조시키기 위해 별도의 공간 광 변조기의 온 픽셀(On-pixel)을 통해 상기 기준 빔이 입사되는 영역에서 굴절률 변조를 일으키게 하는 HOE와,
    상기 HOE로부터 제공되는 위상 변조된 기준 빔을 상기 저장 매체로 입사시켜서 상기 시그널 빔과 상기 기준 빔이 상호 간섭을 일으켜 발생되는 간섭 무늬가 상기 저장 매체에 기록되도록 하는 제 1 렌즈
    를 포함하는 홀로그래픽 디지털 데이터 저장 시스템.
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