KR100578184B1 - 편광형 데이터 마스크를 이용한 홀로그래픽 롬의 기록 장치 - Google Patents

편광형 데이터 마스크를 이용한 홀로그래픽 롬의 기록 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 편광형 데이터 마스크를 이용한 홀로그래픽 롬의 기록 장치에 관한 것으로서, 광원으로부터 입사된 레이저광에서 신호광과 기준광을 분리하는 빔 스플리터와, 빔 스플리터의 기준광을 기록 매체로 전달하는 기준광 경로와, 빔 스플리터의 신호광을 기록 매체로 전달하는 신호광 경로와, 기준광을 기록 매체의 하부면에 조사하는 코니컬 미러와, 비등방성 매질층으로 이루어지며 비등방성 매질층 상부 표면이 랜드와 그루브 형태의 비트 패턴으로 형성되고, 랜드와 그루브를 통해 입사되는 신호광의 편광차를 발생하여 기록 매체의 상부면에 조사하는 편광형 데이터 마스크를 포함한다. 그러므로 본 발명은 데이터 마스크를 비등방성 매질로 형성하며 데이터 마스크의 비트 패턴을 랜드와 그루브 형태를 갖도록 형성함으로써 데이터 마스크의 비트 패턴을 통해 그대로 투과되거나 또는 편광이 변환된 신호광과 이에 동일한 편광을 갖는 기준광을 서로 간섭시켜 홀로그램 데이터를 정확하게 기록할 수 있다.
데이터 마스크, 비등방성 매질층, 랜드, 그루브, 편광

Description

편광형 데이터 마스크를 이용한 홀로그래픽 롬의 기록 장치{RECODING DEVICE OF THE HOLOGRAPHIC ROM BY USING A POLARIZED LIGHT DATA MASK}
도 1은 일반적인 홀로그래픽 롬의 기록 방식을 개략적으로 나타낸 도면,
도 2는 종래 기술에 의한 홀로그래픽 롬의 기록 장치를 나타낸 회로 블록도,
도 3a 및 도 3b는 종래 기술에 의한 홀로그래픽 롬의 기록시 정상적인 광 기록예와 비정상적인 광 기록 예를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 따른 편광형 데이터 마스크를 이용한 홀로그래픽 롬의 기록 방식을 개략적으로 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 편광형 데이터 마스크에 적용된 비등방성 매질층을 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 편광형 데이터 마스크의 랜드 및 그루브 구조를 나타낸 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 편광형 데이터 마스크를 이용한 홀로그래픽 롬의 기록 장치를 나나낸 회로 블록도,
도 8은 본 발명에 따른 편광형 데이터 마스크를 이용한 홀로그래픽 롬의 광 기록예를 나타낸 도면.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
138 : 편광형 데이터 마스크 1382 : 랜드 부분
1384 : 그루브 부분 140 : 광 기록매체(디스크)
본 발명은 홀로그래픽 메모리에 관한 것으로서, 특히 광 기록매체인 디스크에 홀로그램 데이터를 기록할 때 마스크 표면에 반사되는 기준광으로 인한 비정상적인 데이터 기록을 방지할 수 있는 편광형 데이터 마스크를 이용한 홀로그래픽 롬의 기록 장치에 관한 것이다.
정보 산업이 발달함에 따라 정보를 저장하는 장치의 대용량화, 처리 속도의 고속화가 요구된다. 현재 데이터 저장용 메모리의 대용량 및 고속 처리를 위해 광 디스크 등의 광 기록매체로 수∼ 수백 Gbytes를 저장할 수 있는 홀로그래픽 메모리, 그 중에서도 홀로그래픽 롬(HROM: Holographic ROM)에 대한 연구 및 개발이 활발히 진행 중에 있다. 이러한 홀로그래픽 롬은 CD, DVD 등과 같은 광 디스크의 한 비트에 대량의 정보를 저장할 수 있으며 저장된 데이터를 병렬로 처리하기 때문에 데이터 입출력 속도가 빠르다. 이러한 이점 때문에 홀로그래픽 롬은 차세대 대용량 정보 저장장치로 각광을 받고 있다.
도 1은 일반적인 홀로그래픽 롬의 기록 방식을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 홀로그래픽의 광 기록매체인 디스크(50) 상부에 데이터 마스크(data mask)(48)가 있으며 디스크 하부에 코니컬 미러(conical mirror)(32) 가 있다. 기록시, 데이터 마스크(48) 상부에 신호광(signal beam)이 투사되면, 이 신호광은 데이터 마스크(48)의 홀 형태의 비트 패턴(bit pattern)(미도시함)을 통과하여 디스크(50)에 조사된다. 이와 동시에 디스크(50) 하부에 기준광(reference beam)이 투사되면, 코니컬 미러(32)의 경사면을 통해 모두 일정한 각도로 반사되어 디스크(50)의 반지름 방향으로 조사된다. 이 신호광과 기준광이 디스크(50)내 기록 물질층에서 만나서 데이터 마스크(48)의 비트 패턴에 따른 홀로그램 데이터가 기록된다.
이와 같은 홀로그래픽 롬은 데이터 마스크(48)와 경사 각도가 다른 코니컬 미러를 사용하여 디스크(50)에 새로운 홀로그램 데이터를 중첩 기록할 수 있다.
도 2는 종래 기술에 의한 홀로그래픽 롬의 기록 장치를 나타낸 회로 블록도이다. 도 2를 참조하면, 종래 홀로그래픽 롬의 기록 장치는 광원(10), 미러들(14, 28, 34, 40), 빔 스플리터(beam spliter)(22), 코니컬 미러(32), 데이터 마스크(48), 광 기록매체인 디스크(50)로 구성된다. 여기서 12는 셔터, 16은 HWP(Half Wave Plate), 18은 공간 필터, 20은 확대 렌즈를 나타낸다. 24, 36은 HWP, 26, 38은 편광기, 30, 42는 공간 필터, 그리고 44는 확대 렌즈를 나타낸다.
광원(10)의 레이저광은 한 가지 타입의 선형 편광(linear polarization)으로서, 예를 들면 P형이나 S형의 편광 특성을 갖으며 빔 스플리터(22)를 통해 두 개의 광 경로(S1, S2)로 분리된다. S1의 신호광 경로는 미러(34)를 통해 반사된 신호광이 HWP(36) 및 편광기(38)를 순차적으로 경유하여 다른 미러(40)에 전달된 후에 다시 공간 필터(42)에 반사된다. 공간 필터(42)는 신호광의 불완전한 편광 성분을 제 거하고 순수한 편광 성분만을 투과시키도록 한다. 공간 필터(42)를 투과한 신호광은 확대 렌즈(44)를 통해 기설정된 크기로 확대되고 데이터 마스크(48)의 비트 패턴을 통해 광 기록매체인 디스크(50)에 조사된다. 그리고 S2의 기준광 경로는 HWP(24) 및 편광기(26)를 순차적으로 경유한 기준광은 미러(28)를 통해 반사되고 공간 필터(30)를 통해 반사되며, 공간 필터(30)는 기준광의 불완전한 편광 성분을 제거하고 순수하게 편광 성분만을 투과시키도록 한다. 공간 필터(30)를 투과한 기준광은 코니컬 미러(32)에 조사되고 코니컬 미러(32)의 경사면을 통해 일정한 각도로 반사되어 디스크(50)에 조사된다. 이때 디스크(50)에 조사되는 신호광 및 기준광은 동일한 편광 타입이어야만 간섭을 일으킨다. 예를 들어, 신호광이 S형 편광일 경우 기준광도 S형 편광이어야만 한다.
도 3a 및 도 3b는 종래 기술에 의한 홀로그래픽 롬의 기록시 정상적인 광 기록예와 비정상적인 광 기록 예를 나타낸 도면이다. 도 3a를 참조하면, 신호광은 데이터 마스크(48)의 홀 형태의 비트 패턴을 통과하여 디스크(50) 상부에 조사되고, 기준광은 디스크(50) 하부에서 조사된다. 그러면 디스크(50)내 기록 물질층에서 신호광과 기준광의 S형 편광이 서로 간섭을 일으켜 홀로그램 데이터가 기록된다.
그런데 데이터 마스크(48)의 비트 패턴은 대개 크롬(Cr) 등의 금속 물질을 사용하기 때문에 마스크 표면에서 기준광 반사를 일으켜 도 3b와 같이 다시 기준광을 디스크(50) 방향으로 조사하게 된다. 이 때문에 디스크(50) 하부면으로부터 조사된 기준광과 디스크(50) 상부면에서 조사된 신호광이 서로 간섭을 일으킬 뿐만 아니라 데이터 마스크(48) 표면에서 반사된 기준광과 신호광도 서로 간섭을 일으키게 된다. 이로 인해 디스크(50)내 기록 물질층에는 정상적인 홀로그램 데이터뿐만 아니라 비정상적인 간섭 데이터도 기록된다.
따라서 종래 기술에 의한 홀로그래픽 롬의 기록 장치는 데이터 마스크(48) 표면에서 반사된 기준광과 신호광의 간섭으로 인한 비정상적인 데이터가 기록되므로 디스크(50)내 기록 물질층의 다이내믹 레인지(dynamic range)를 감소시키고 이에 따라 홀로그래픽 롬내 데이터 중첩 기록의 특성을 저하시키는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 데이터 마스크의 비트 패턴을 통해 신호광의 편광차를 발생하도록 함으로써 데이터 마스크에 의한 기준광 반사를 미연에 방지할 수 있으며 마스크의 비트 패턴을 통해 그대로 투과되거나 또는 편광이 변환된 신호광과 이에 동일한 편광을 갖는 기준광을 서로 간섭시켜 홀로그램 데이터를 정확하게 기록할 수 있는 편광형 데이터 마스크를 이용한 홀로그래픽 롬의 기록 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 기록 매체에 홀로그램 데이터를 기록하는 홀로그래픽 롬의 기록 장치로서, 광원으로부터 입사된 레이저광에서 신호광과 기준광을 분리하는 빔 스플리터와, 빔 스플리터의 기준광을 기록 매체로 전달하는 기준광 경로와, 빔 스플리터의 신호광을 기록 매체로 전달하는 신호광 경로와, 기준광을 기록 매체의 하부면에 조사하는 코니컬 미러와, 신호광을 기록 매체의 상부면에 조사하되, 홀로그램 데이터의 비트 패턴에 따라 신호광이 그대로 투과되며 신호광의 편광이 90°변하는 편광형 데이터 마스크를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 장치는 기록 매체에 홀로그램 데이터를 기록하는 홀로그래픽 롬의 기록 장치로서, 광원으로부터 입사된 레이저광에서 신호광과 기준광을 분리하는 빔 스플리터와, 빔 스플리터의 기준광을 기록 매체로 전달하는 기준광 경로와, 빔 스플리터의 신호광을 기록 매체로 전달하는 신호광 경로와, 기준광을 기록 매체의 하부면에 조사하는 코니컬 미러와, 비등방성 매질층으로 이루어지며 비등방성 매질층 상부 표면이 랜드와 그루브 형태의 비트 패턴으로 형성되고, 랜드와 그루브를 통해 입사되는 신호광의 편광차를 발생하여 기록 매체의 상부면에 조사하는 편광형 데이터 마스크를 포함한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하고자 한다.
도 4는 본 발명에 따른 편광형 데이터 마스크를 이용한 홀로그래픽 롬의 기록 방식을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하면, 홀로그래픽의 광 기록매체인 디스크(140) 상부에 본 발명의 편광형 데이터 마스크(138)가 있으며 디스크(140) 하부에 코니컬 미러(122)가 있다. 여기서 본 발명의 편광형 데이터 마스크(138)는 비등방성 매질, 예를 들어 SiO2(quartz), CaCO3(calcite) 등으로 이루어진다. 그리고 편광형 데이터 마스크(138)인 비등방성 매질층은 일정 두께를 가지며 데이터를 기록하기 위한 비트 패턴을 랜드(1382)와 그루브(1384) 형태로 제작한다. 이때 랜드(1382)와 그루브(1384)는 각각의 영역(1382, 1384)을 투과한 광이 서로 직교하는 편광차, 즉 90°편광차를 갖도록 하기 위해 두께 차이를 두고 형성되는 것이 바람직하다.
그러므로 본 발명의 편광형 데이터 마스크(138)는 90°편광차가 발생하는 랜드(1382)와 그루브(1384)에 입사되는 신호광의 편광을 변화시키지 않고 그대로 투과시키거나 신호광의 편광을 90°만큼 변화시킨다.
도 5는 본 발명의 편광형 데이터 마스크에 적용된 비등방성 매질층을 나타낸 도면이다. 도 5를 참조하면, 마스크를 구성하는 비등방성 매질층은 다음과 같은 수학식 1에 의한 편광차(
Figure 112004024159278-pat00001
)를 갖는다.
Figure 112004024159278-pat00002
여기서,
Figure 112004024159278-pat00003
는 비정상 굴절률(extraordinary refractive index)이며
Figure 112004024159278-pat00004
는 정상 굴절률(ordinary refractive index), 그리고 d는 두께를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 편광형 데이터 마스크의 랜드 및 그루브 구조를 나타낸 도면이다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 마스크내 랜드(1382) 및 그루브(1384)는 90°의 편광차를 발생하는 d2, d1 두께를 갖는다고 하면, 랜드(1382) 부분으로 입사되는 S형 편광은 편광 변화를 일으키지 않고 그대로 S형 편광으로 투과된다. 하지만 그루브(1384) 부분으로 입사되는 S형 편광은 90°의 편광 변화를 일으켜 P형 편광으로 변화된다.
그러므로 본 발명은 데이터 비트가 1인 온(on) 데이터를 랜드(1382) 부분으로, 데이터 비트가 0인 오프(off) 데이터를 그루브(1384)로 설정하여 마스크내 비트 패턴을 제작한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 편광형 데이터 마스크를 이용한 홀로그래픽 롬의 기록 장치를 나나낸 회로 블록도이다. 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 홀로그래픽 롬의 기록 장치는 광원(100), 미러들(104, 118, 124, 130), 빔 스플리터(112), 코니컬 미러(122), 편광형 데이터 마스크(138), 광 기록매체인 디스크(140)로 구성된다. 여기서 102는 셔터, 106, 114, 126, 136은 HWP, 108, 120, 132는 공간 필터, 110, 134는 확대 렌즈를 나타낸다.
광원(100)의 레이저광은 한 가지 타입의 선형 편광으로서, 예를 들면 P형이나 S형의 편광 특성을 갖는다. 예를 들어 S형 편광의 레이저광은 셔터(102)의 개구부를 통해서 미러(104)에 전달된다. 미러(104)는 S형 편광을 HWP(106)에 반사시키고, HWP(106)는 S형 편광을 θ(바람직하게는 90°)만큼 회전시킨다. 공간 필터(108)는 회전된 P형 편광을 갖는 레이저광에 포함된 노이즈를 제거하고, 확대 렌즈(110)는 레이저광의 크기를 기설정된 크기까지 확대한다.
빔 스플리터(112)는 S2 경로를 따라 하나의 타입의 편광, 예를 들면 수평 편광, 즉 P형 편광의 레이저광을 통과시키고, S1 경로를 따라 다른 타입의 편광, 예를 들면 수직 편광, 즉 S형 편광의 레이저광을 반사시킨다. 이에 따라, 빔 스플리터(112)는 확대된 레이저광을 그대로 투과한 P형 편광의 레이저광인 기준광과, 그리고 반사한 S형 편광의 레이저광인 신호광으로 분리한다.
S1의 신호광 경로를 참조하면, S형 편광의 신호광은 미러(124)에 의해 반사되고 HWP(126) 및 편광기(128)를 순차적으로 경유하여 다른 미러(130)에 전달된다. 즉, HWP(126)은 신호광의 S형 편광을 θ(바람직하게는 90°)만큼 회전시키고, 편광기(128)는 P형 편광된 신호광만을 통과시킨다. P형 편광의 신호광은 미러(130)에 의해 공간 필터(132)에 반사되어 전달된다. 공간 필터(132)는 신호광의 불완전한 편광 성분을 제거하고 순수하게 P형 편광된 성분만을 투과시킨다. 공간 필터(132)를 투과한 P형 편광의 신호광은 확대 렌즈(134)를 통해 기설정된 크기로 확대되고 HWP(136)를 통해 P형 편광을 θ'(바람직하게는 90°)만큼 회전시켜 S형 편광으로 변환한 후에 S형 편광의 신호광을 본 발명의 편광형 데이터 마스크(138)에 조사한다.
이와 동시에, S2의 기준광 경로를 참조하면, P형 편광의 기준광은 HWP(114) 및 편광기(116)를 순차적으로 경유하고 미러(118)를 통해 반사되고 공간 필터(120)에 의해 전달된다. HWP(114)는 기준광의 P형 편광을 θ"(바람직하게는 90°)만큼 회전시키고, 편광기(116)는 S형 편광된 기준만을 통과시킨다. 미러(118)는 S형 편광의 기준광을 공간 필터(120)에 반사시키고, 공간 필터(120)는 기준광의 불완전한 S형 편광 성분을 제거하고 순수한 S형 편광 성분만을 투과시키도록 한다. 공간 필터(120)를 투과한 S형 편광의 기준광은 코니컬 미러(122)에 조사되고 코니컬 미러(122)의 경사면에 의해 일정한 각도로 반사되어 디스크(140)에 조사된다.
그리고 본 발명의 편광형 데이터 마스크(138)에 조사된 S형 편광의 신호광은 도 8에 도시된 바와 같이, 90°의 편광차가 발생하는 랜드(1382)와 그루브(1384)로 이루어진 비트 패턴에 의해 신호광의 편광 방향의 변화 없이 그대로 투과되거나 90°만큼 신호광의 편광 방향이 변화되어 P형 편광으로 회전된다.
이러한 편광형 데이터 마스크(138)를 투과한 S형 편광의 신호광과 코니컬 미러(122)에서 반사된 S형 편광의 기준광은 디스크(140)내 기록 물질층에서 서로 간섭을 일으키고 이로 인해 홀로그램 데이터가 기록된다. 이때, 홀로그램 데이터는 편광형 데이터 마스크(138)의 랜드 및 그루브로 구성된 비트 패턴에 따라 그 값이 온(on) 또는 오프(off) 등의 비트 단위로 기록된다.
따라서 본 발명의 홀로그래픽 롬의 기록 장치는 편광형 데이터 마스크(138) 표면에 크롬 등과 같은 반사 물질이 없기 때문에 종래처럼 S형 편광의 기준광이 마스크 표면에서 반사되지 않는다. 이에 따라 신호광과 기준광의 동일한 S형 편광만이 서로 간섭을 일으켜 디스크내 기록 물질층에 홀로그램 데이터가 기록된다.
한편, 본 발명은 비등방성 매질층 물질로 사용하면서 랜드와 그루브 형태의 비트 패턴을 갖는 편광형 데이터 마스크에 대해서만 설명하였지만, 편광차를 발생하는 데이터 마스크를 다른 형태로 변형이 가능하다. 즉, 본 발명은 상술한 실시예에 국한되는 것이 아니라 후술되는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주내에서 당업자에 의해 여러 가지 변형이 가능하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 데이터 마스크를 비등방성 매질층으로 형성함으로써 비등방성 매질층의 마스크에 의해 기준광 반사를 미연에 방지할 수 있다.
또한 본 발명은 데이터 비트의 온(on) 또는 오프(off)를 신호광 투과, 막는 기존의 데이터 마스크 대신에 신호광의 편광 방향을 변화시키지 않거나 변화시키는 편광형 데이터 마스크를 사용함으로써 기록 매체인 디스크에 정확한 홀로그램 데이터를 기록할 수 있다.
따라서 본 발명은 랜드 및 그루브 형태의 비등방성 매질층을 갖는 편광형 데이터 마스크에 의해 홀로그램 데이터 기록시 비정상적인 데이터 기록을 미연에 방지하여 디스크내 기록 물질층의 다이내믹 레인지를 증가시키고 이에 따라 홀로그래픽 롬내 데이터 중첩 기록의 특성을 향상시킬 수 있다.

Claims (6)

  1. 기록 매체에 홀로그램 데이터를 기록하는 홀로그래픽 롬의 기록 장치로서,
    광원으로부터 입사된 레이저광에서 신호광과 기준광을 분리하는 빔 스플리터와,
    상기 빔 스플리터의 기준광을 상기 기록 매체로 전달하는 기준광 경로와,
    상기 빔 스플리터의 신호광을 상기 기록 매체로 전달하는 신호광 경로와,
    상기 기준광을 상기 기록 매체의 하부면에 조사하는 코니컬 미러와,
    상기 신호광을 상기 기록 매체의 상부면에 조사하되, 상기 홀로그램 데이터의 비트 패턴에 따라 상기 신호광 경로를 통해 제공받은 신호광을 그대로 투과시켜 상기 기록매체에 제공하거나 편광을 90°변경시켜 상기 기록매체에 제공하는 편광형 데이터 마스크
    를 포함하는 편광형 데이터 마스크를 이용한 홀로그래픽 롬의 기록 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 편광형 데이터 마스크는 상기 비트 패턴에 따라 형성된 랜드와 그루브 형태를 갖는 비등방성 매질층으로 이루어지며, 상기 랜드와 그루브는 상기 랜드와 루브를 투과한 신호광들이 90°의 편광차를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 편광형 데이터 마스크를 이용한 홀로그래픽 롬의 기록 장치.
  3. 기록 매체에 홀로그램 데이터를 기록하는 홀로그래픽 롬의 기록 장치로서,
    광원으로부터 입사된 레이저광에서 신호광과 기준광을 분리하는 빔 스플리터 와,
    상기 빔 스플리터의 기준광을 상기 기록 매체로 전달하는 기준광 경로와,
    상기 빔 스플리터의 신호광을 상기 기록 매체로 전달하는 신호광 경로와,
    상기 기준광을 상기 기록 매체의 하부면에 조사하는 코니컬 미러와,
    비등방성 매질층으로 이루어지며 상기 비등방성 매질층 상부 표면이 랜드와 그루브 형태의 비트 패턴으로 형성되고, 상기 랜드와 그루브를 통해 입사되는 신호광의 편광차를 발생하여 상기 기록 매체의 상부면에 조사하는 편광형 데이터 마스크
    를 포함하는 편광형 데이터 마스크를 이용한 홀로그래픽 롬의 기록 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 랜드와 그루브의 두께 차이는 90°편광차가 발생하도록 한 편광형 데이터 마스크를 이용한 홀로그래픽 롬의 기록 장치.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 편광형 데이터 마스크는, 상기 랜드에 입사되는 신호광을 편광 변화없이 상기 기록매체에 제공하며, 상기 그루브에 입사되는 신호광의 편광을 90°만큼 변환시켜 상기 기록매체에 제공하는 것을 특징으로 하는 편광형 데이터 마스크를 이용한 홀로그래픽 롬의 기록 장치.
  6. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 편광형 데이터 마스크는, 상기 그루브에 입사되는 신호광을 편광 변화없이 상기 기록매체에 제공하며, 상기 랜드에 입사되는 신호광의 편광을 90°만큼 변환시켜 상기 기록매체에 제공하는 것을 특징으로 하는 편광형 데이터 마스크를 이용한 홀로그래픽 롬의 기록 장치.
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