KR100600295B1 - 기록/재생시 파장이 다른 레이저빔을 사용하는 ｈｄｄｓ웜 시스템 및 방법 - Google Patents

기록/재생시 파장이 다른 레이저빔을 사용하는 ｈｄｄｓ웜 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 HDDS 웜 시스템에서 기록/재생시 서로 다른 파장을 가지는 빔을 사용하여 동일빔의 간섭으로 인한 오류를 방지하고 저장매체내 홀로그래픽 데이터 저장밀도를 높이도록 한 HDDS 웜 시스템 및 홀로그래픽 데이터 재생 방법에 관한 것이다. 즉, 본 발명에서는 HDDS 웜 시스템에서 홀로그래픽 데이터의 기록 및 재생시 서로 다른 파장의 레이저빔을 사용함에 따라 동일한 재생빔 사용으로인한 저장매체내 새로운 간섭무늬 형성을 방지하므로써, 간섭무늬로 인한 저장매체의 다이나믹 레인지 감소를 예방하여 저장매체의 저장밀도를 증가시킨다. 또한 동일빔으로 인한 간섭무늬에 의해 기록된 홀로그래픽 데이터에 에러가 발생하는 것을 방지하여 시스템의 신뢰도를 증가시킬 수 있게 된다.

Description

기록/재생시 파장이 다른 레이저빔을 사용하는 ＨＤＤＳ 웜 시스템 및 방법{HDDS WORM SYSTEM FOR USING TWO LASER BEAMS DIFFERENT IN WAVE LENGTH FOR RECORDING/REPRODUCING AND METHOD THEREOF}
도 1은 종래 HDDS 웜 시스템의 개략적인 블록 구성도,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 HDDS 웜 시스템의 블록 구성도,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 서로 다른 파장의 레이저빔들간 빔폭 예시도,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 레이점빔의 저장매체내 입사각 예시도.
본 발명은 HDDS(holographic digital data storage system) 시스템에 관한 것으로, 특히 HDDS 웜(worm) 시스템에서 기록/재생시 서로 다른 파장을 가지는 빔을 사용하여 동일빔의 간섭으로 인한 오류를 방지하고 저장매체내 홀로그래픽 데이터 저장밀도를 높이도록 한 HDDS 웜 시스템 및 홀로그래픽 데이터 재생 방법에 관한 것이다.
도 1은 기록 및 재생시 동일한 레이저빔을 사용하는 종래 HDDS 웜 시스템의 블록 구성을 도시한 것이다. 이하 상기 도 1을 참조하여 종래 HDDS 웜 시스템에서의 동일 레이저빔을 사용하여 기록 및 재생을 수행하는 동작을 설명하면,
먼저 광분리기(beam splitter)(102)에서는 광원(light source)(100)으로부터 입사되는 레이저빔(laser beam)을 레퍼런스광(reference beam)과 신호광(signal beam)으로 분기하는데, 여기에서 분기된 수직 편광의 레퍼런스광은 레퍼런스광 처리 경로(s1)로 제공되고 분기된 신호광은 신호광 처리경로(s2)로 제공된다. 이때 레퍼런스광 경로(s1)로 분기된 레퍼런스광은 미러(mirror)(104,106)에 의해 형성된 광경로를 통해 홀로그램 데이터의 기록 또는 재생에 필요한 소정의 편향각으로 반사되어 렌즈(lens)(108)를 통해 저장매체(media)(114)로 입사된다.
한편, 신호광 경로(s2)로 분기된 신호광은 공간광 변조기(spatial light modulator: SLM)(110)를 통해 데이터 코딩부(도시하지 않음)로부터 제공되는 입력 데이터에 따라 픽셀들이 이루는 명암으로된 2진 데이터의 한 페이지 단위로 변조된 후, 레퍼런스광 처리 경로(s1)의 미러(106)에서 입사되는 레퍼런스광과 동기를 맞추어 저장 매체(114)로 입사된다. 따라서 저장매체(114)에서는 기록모드 시에는 공간 광 변조기(110)로부터 제공되는 2진 데이터의 페이지 단위로 변조된 신호광과 이에 대응하는 소정 편향각도를 가지고 미러(106)로부터 입사되는 기록용 레퍼런스광간의 간섭을 통해 생성되는 간섭 무늬가 기록된다. 즉, 변조된 신호광과 레퍼런스광간의 간섭에 의해 얻어지는 간섭 무늬의 강도에 따라 저장매체 내부에서 운동 전하의 광 유도 현상이 발생하는데, 이러한 과정을 통해 저장매체(114)에 3차원 상 홀로그래픽 데이터의 간섭 무늬가 기록된다.
이어 저장매체(114)에 기록된 홀로그래픽 데이터를 재생하는 경우에는 광분리기(102)로부터 분기된 레퍼런스광은 미러(106)를 통해 반사되어 저장매체(114)로 조사되며, 그 결과 저장매체(114)에서는 재생용 레퍼런스광에 의해 기록된 간섭무늬가 입사된 레퍼런스광을 회절시켜 원래의 픽셀명암으로 구성되는 한 페이지의 2진 데이터로 복조되며, 복조된 재생신호는 CCD(charge-coupled device)(118)로 조사된다. 이에 따라 CCD(118)에서는 저장매체(114)로부터 조사되는 재생 이미지가 검지되어 원래의 데이터, 즉 전기신호로 복원된다.
그러나 상기한 종래 HDDS 웜 시스템에서는 일반적으로 홀로그램 데이터의 기록/재생 시 동일한 레이저빔으로 기록과 재생을 모두 수행하고 있는데, 동일한 레이저빔으로 재생을 수행하는 경우 재생 시 동일한 레이저빔의 간섭으로 인해 저장매체에 새로운 간섭무늬가 형성되어 노이즈(noise) 요인으로 작용하게 되는 문제점이 있었다.
즉, 동일한 레이저빔으로 재생을 수행하는 경우 재생 빔에 의해 기록 반응이 일어나고, 이는 저장매체의 다이나믹 레인지(dynamic range)를 소진시켜 기록용량이 제한되는 문제점이 있었으며, 기록 후 재생을 위해서는 모든 데이터의 기록을 완료하여 다이나믹 레인지를 완전히 소진 후에 사용하여야하는 등 불편함이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 HDDS 웜 시스템에서 기록/재생시 서로 다른 파장을 가지는 빔을 사용하여 동일빔의 간섭으로 인한 오류를 방지하고 저장매체내 홀 로그래픽 데이터 저장밀도를 높이도록 한 HDDS 웜 시스템 및 홀로그래픽 데이터 재생 방법을 제공함에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 기록/재생 시 서로 다른 파장의 레이저빔을 사용하는 HDDS 웜 시스템으로서, 홀로그래픽 데이터 기록을 위한 레이저빔을 출사시키는 제1광원과, 기록시 제1광원으로부터의 레이저빔을 광분리시키는 광분리기와, 제1광원으로부터의 신호광을 2진 데이터의 한 페이지 단위로 공간 광변조시켜 출력시키는 SLM과, SLM을 통해 변조된 신호광과 레퍼런스광이 회절된 간섭패턴을 홀로그래픽 데이터로 저장시키는 저장매체와, 저장매체에 저장된 홀로그래픽 데이터의 재생을 위한 레퍼런스 레이저빔을 출사시키는 제2광원과, 제2광원으로부터 출사된 레퍼런스광의 재생을 위한 저장매체로의 입사각이 기록시 사용된 상기 제1광원의 레퍼런스광의 저장매체 입사각과 동일하게 되도록 제2광원의 레퍼런스광의 빔폭을 조절시키는 아이리스를 포함한다.
또한 본 발명은 기록/재생 시 서로 다른 파장의 레이저빔을 사용하는 HDDS 웜 시스템에서 다른 파장의 레이저빔으로 홀로그래픽 데이터를 재생하는 방법으로서, (a)제1광원으로부터의 레퍼런스광에 의해 기록이 수행된 저장매체에 대한 재생 요구가 있는 경우 상기 제1광원의 레퍼런스광과 다른 파장을 가지는 제2광원으로부터의 레퍼런스광을 재생 레퍼런스광으로 출사시키는 단계와, (b)제2광원으로부터 출사된 레퍼런스광의 저장매체 입사각이 기록시 사용된 상기 제1광원 레퍼런스광의 저장매체 입사각과 동일하게 되도록 아이리스를 통해 제2광원 레퍼런스광의 빔폭을 조절시키는 단계와, (c)아이리스를 통해 빔폭이 조절된 재생용 제2광원의 레퍼런스 광을 미러를 통해 저장매체로 입사키겨 제1광원의 레퍼런스광에 의해 기록된 홀로그래픽 데이터를 재생시키는 단계를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예의 동작을 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기록 및 재생 시 서로 다른 레이저빔을 사용하는 HDDS 웜 시스템의 블록 구성을 도시한 것이다. 이하 상기 도 2를 참조하여 본 발명의 HDDS 웜 시스템에서의 서로 다른 파장의 레이저빔을 이용한 기록 및 재생 동작을 상세히 살펴보기로 한다.
먼저 광분리기(202)에서는 제1광원(200)으로부터 입사되는 레이저빔을 레퍼런스광과 신호광으로 분기하는데, 여기에서 분기된 수직 편광의 레퍼런스광은 레퍼런스광 처리 경로(s1)로 제공되고 분기된 신호광은 신호광 처리경로(s2)로 제공된다. 이때 레퍼런스광 경로(s1)로 분기된 레퍼런스광은 미러(204,208)에 의해 형성된 광경로를 통해 홀로그래픽 데이터의 기록 또는 재생에 필요한 소정의 편향각으로 반사되어 렌즈(210)를 통해 저장매체(216)로 입사된다.
이어, 신호광 경로(s2)로 분기된 신호광은 공간광 변조기(SLM)(212)를 통해 데이터 코딩부로부터 제공되는 입력 데이터에 따라 픽셀들이 이루는 명암으로된 2진 데이터의 한 페이지 단위로 변조된 후, 레퍼런스광 처리 경로(s1)의 미러(208)에서 입사되는 레퍼런스광과 동기를 맞추어 저장 매체(216)로 입사된다. 따라서 저장매체(216)에서는 기록모드 시에는 공간 광 변조기(212)로부터 제공되는 2진 데이 터의 페이지 단위로 변조된 신호광과 이에 대응하는 소정 편향각도를 가지고 미러(210)로부터 입사되는 기록용 레퍼런스광간의 간섭을 통해 생성되는 간섭 무늬가 기록된다. 즉, 변조된 신호광과 레퍼런스광 간의 간섭에 의해 얻어지는 간섭 무늬의 강도에 따라 저장매체 내부에서 운동 전하의 광 유도 현상이 발생하는데, 이러한 과정을 통해 저장매체에 3차원 상 홀로그래픽 데이터의 간섭 무늬가 기록된다.
한편, 저장매체에 기록된 홀로그래픽 데이터를 재생하는 경우 본 발명에서는 종래와는 달리 기록 시 사용된 레이저빔과는 서로 다른 파장을 가지는 레퍼런스광을 이용하여 저장매체에 기록된 홀로그래픽 데이터를 재생시키게 된다. 이는 종래 동일한 재생 레이저빔을 사용하여 저장매체에 대한 홀로그래픽 데이터 재생 동작을 수행하는 경우, 동일한 레이저빔의 간섭으로 인해 저장매체에 새로운 간섭무늬가 형성되어 노이즈 요인으로 작용하게 되는 문제점을 해결하고자 한 것으로, 이를 위해 본 발명에서는 도 2에서 보여지는 바와 같이 홀로그래픽 데이터 재생 시 재생용 레퍼런스광을 출사시키게 되는 별도의 제2광원(220)을 구비하게 된다.
즉, 본 발명에서는 재생 시 광분리기(202)로부터 분기된 기록 시 사용된 제1광원(200)의 레퍼런스광을 사용하는 것이 아니라, 제2광원(220)으로부터 출사된 제1광원(200)의 레퍼런스광과는 파장을 달리하는 레퍼런스광을 미러(206,208)를 통해 반사시켜 저장매체(216)로 조사시키게 된다.
이때 상기와 같이 서로 파장이 다른 레퍼런스광을 재생용 레이저빔으로 사용하기 위해서는 상기 제2광원(220)으로부터 출사된 레퍼런스광의 저장매체로의 입사 각이 기록 시 사용된 상기 제1광원(200)의 레퍼런스광의 저장매체 입사각과 동일하게 조절되도록 제2광원(220)의 레퍼런스광 빔폭(beam size)을 조절하여야한다. 이는 파장이 다른 레이저빔으로 재생하는 경우 브래그 조건(bragg condition)을 벗어나기 때문이다.
도 3은 레퍼런스광이 저장매체에 입사되기 직전의 상태를 도시한 것으로, 이 경우 제1광원(200)으로부터의 레퍼런스광의 빔폭이 X1이라 하고, 렌즈 통과 후 저장매체(216)에 -a∼+a의 각을 가지고 입사된다고 가정할 때, 예를 들어 제2광원(220)의 레퍼런스광을 제1광원(200)의 레퍼런스광보다 파장이 큰 레이저빔을 사용하는 경우 제2광원(220)의 레퍼런스광의 빔폭은 X1보다 큰 X2로 형성되어 저장매체로의 입사각 또한 -b∼+b로 커지게 되는데, 이와 같이 저장매체로 입사되는 입사각이 달라지게 되는 경우 제1광원(200)의 레퍼런스광에 의해 형성된 그래이팅(grating)을 제대로 읽어낼 수 없기 때문이다.
이를 위해 본 발명에서는 제2광원(220)의 레퍼런스광 경로 상에 아이리스(iris)(222)를 설치하여 제1광원(200)의 레퍼런스광의 저장매체 입사각과 동일한 입사각을 형성하도록 제2광원(220)의 레퍼런스광의 빔폭을 조절하게 된다.
이하 아이리스(222)를 이용한 제2광원(220)의 레퍼런스광 빔폭 조절 동작을 상세히 살펴보기로 한다. 한편 본 발명의 설명에 있어서는 설명의 편의상 제1광원(200)의 레퍼런스광을 녹색 레이저빔(green laser beam)으로 제2광원(220)의 레퍼런스광은 적색 레이저빔(red laser beam)을 예를 들어 설명하기로 한다.
먼저 도 4에서 보여지는 바와 같이 제1광원의 레퍼런스광인 녹색 레이저빔이 저장매체(216)에 입사되는 입사각을 a1이라 하고 저장매체(216)에 입사된 후 굴절된 저장매체 내부에서의 레이저빔의 각도를 a2라 하면, 상기 입사각 a1과 굴절각 a2 사이에는 스넬(snell)의 법칙에 의해 아래의 [수학식 1]과 같은 관계가 성립하게 된다.
sin a1 = n sin a2
여기서 상기 녹색 레이저빔에 의해 형성되는 그래이팅은 a2의 각에 의해 재생되는 그래이팅이므로 녹색 레이저빔의 파장(λ1)은 아래의 [수학식 2]에서와 같이 나타낼 수 있다.
λ1 = 2d sin a2
위에서 d는 그래이팅 공간을 나타내며 이를 제2광원의 레퍼런스광인 적색 레이저빔으로 읽는 경우 적색 레이저빔의 파장(λ2)은 아래의 [수학식 3]에서와 같이 나타낼 수 있다.
λ2 = 2d sin b2
여기에서 b2는 적색 레이저빔의 저장매체 내부 각도이며, 상기 제1광원의 레 퍼런스광인 녹색 레이저빔과 마찬가지로, 적색 레이저빔 이 저장매체에 입사되는 입사각을 b1이라 하고, 저장매체에 입사된 후 굴절된 레이저빔의 저장매체 내부 각도를 b2라 하면, 상기 입사각 b1과 굴절각 b2 사이에는 상기 녹색 레이저빔과 동일하게 스넬(snell)의 법칙에 의해 아래의 [수학식 4]과 같은 관계가 성립하게 된다.
sin b1 = n sin b2
따라서 위 수학식들을 종합하면 제1광원의 레퍼런스광인 녹색 레이저빔과 제2광원의 레퍼런스광인 적색 레이저빔과의 관계는 아래의 [수학식 5]에서와 같이 나타내어질 수 있다.
Figure 112004015016102-pat00001
이때 상기 도 3에서 각도의 보정은 -a1∼+a1을 -b1∼+b1으로 보정하게 된다. 이는 상기 도 3에서 보여지는 바와 같이 아이리스를 통한 레이저빔의 빔폭을 조절하는 것에 의해 구할 수 있으며, 제2광원의 레퍼런스광인 적색 레이저빔의 빔폭은 아래의 [수학식 6]에서와 같이 구해진다.
Figure 112004015016102-pat00002
위에서 f는 렌즈의 초점 거리(focal length)이며, 이를 X2에 대해 풀면 아래의 [수학식 7]에서와 같이 제2광원의 레퍼런스광인 적색 레이저빔의 빔폭(X2)과 제1광원의 레퍼런스광인 녹색 레이저빔의 빔폭(X1)간 관계를 알 수 있게 된다.
Figure 112004015016102-pat00003
따라서 상기한 바와 같이 본 발명에서는 HDDS 웜 시스템에서 홀로그래픽 데이터의 기록 및 재생시 서로 다른 파장의 레이저빔을 사용함에 따라 동일한 재생빔 사용으로 인한 저장매체내 새로운 간섭무늬 형성을 방지하므로써, 간섭무늬로 인한 저장매체에서의 다이나믹 레인지 감소를 예방하여 저장매체의 저장밀도를 증가시키며, 또한 동일빔으로 인한 간섭무늬에 의해 기록된 홀로그래픽 데이터에 에러가 발생하는 것을 방지하여 시스템의 신뢰도를 증가시킬 수 있게 된다.
한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위에 의해 정하여져야 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 HDDS 웜 시스템에서 홀로그래픽 데이터의 기록 및 재생시 서로 다른 파장의 레이저빔을 사용함에 따라 동일한 재생빔 사용으로 인한 저장매체 내 새로운 간섭무늬 형성을 방지하므로써, 간섭무늬로 인한 저장매체에서의 다이나믹 레인지 감소를 예방하여 저장매체의 저장밀도를 증가시키는 이점이 있다. 또한 동일빔으로 인한 간섭무늬에 의해 기록된 홀로그래픽 데이터에 에러가 발생하는 것을 방지하여 시스템의 신뢰도를 증가시킬 수 있게 되는 이점이 있다.

Claims (5)

  1. 기록/재생 시 서로 다른 파장의 레이저빔을 사용하는 HDDS 웜 시스템으로서,
    홀로그래픽 데이터 기록을 위한 레이저빔을 출사시키는 제1광원과,
    기록시 상기 제1광원으로부터의 레이저빔을 광분리시키는 광분리기와,
    상기 제1광원으로부터의 신호광을 2진 데이터의 한 페이지 단위로 공간 광변조시켜 출력시키는 SLM과
    상기 SLM을 통해 변조된 신호광과 레퍼런스광이 회절된 간섭패턴을 홀로그래픽 데이터로 저장시키는 저장매체와,
    상기 저장매체에 저장된 홀로그래픽 데이터의 재생을 위한 레퍼런스광을 출사시키는 제2광원과,
    상기 제2광원으로부터 출사된 레퍼런스광의 재생을 위한 저장매체로의 입사각이 기록시 사용된 상기 제1광원의 레퍼런스광의 저장매체 입사각과 동일하게 되도록 제2광원의 레퍼런스광의 빔폭을 조절시키는 아이리스
    를 포함하는 기록/재생시 파장이 다른 레이저빔을 사용하는 HDDS 웜 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2광원의 레퍼런스광 빔폭은, 상기 제1광원에 의해 기록된 저장매체 내 홀로그램 데이터를 재생시킬 수 있도록 아이리스에 의해 하기 수학식에서와 같이 조절되는 것을 특징으로 하는 기록/재생시 파장이 다른 레이저빔을 사용하는 HDDS 웜 시스템.
    [수학식]
    x2 = x1 tan b1/ tan a1
    x1 : 제1광원의 빔폭
    b1 : 제2광원의 저장매체 입사각
    a1 : 제1광원의 저장매체 입사각
  3. 삭제
  4. 기록/재생 시 서로 다른 파장의 레이저빔을 사용하는 HDDS 웜 시스템에서 다른 파장의 레이저빔으로 홀로그래픽 데이터를 재생하는 방법으로서,
    (a)제1광원으로부터의 레퍼런스광에 의해 기록이 수행된 저장매체에 대한 재생 요구가 있는 경우 상기 제1광원의 레퍼런스광과 다른 파장을 가지는 제2광원으로부터의 레퍼런스광을 재생 레퍼런스광으로 출사시키는 단계와,
    (b)상기 제2광원으로부터 출사된 레퍼런스광의 저장매체 입사각이 기록시 사용된 상기 제1광원 레퍼런스광의 저장매체 입사각과 동일하게 되도록 아이리스를 통해 제2광원 레퍼런스광의 빔폭을 조절시키는 단계와
    (c)상기 아이리스를 통해 빔폭이 조절된 재생용 제2광원의 레퍼런스광을 미러를 통해 저장매체로 입사키겨 제1광원의 레퍼런스광에 의해 기록된 홀로그래픽 데이터를 재생시키는 단계
    를 포함하는 서로 다른 파장의 레이저빔을 이용한 홀로그램 데이터 재생 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 (b)단계에서, 상기 제2광원의 레퍼런스광 빔폭은, 상기 제1광원에 의해 기록된 저장매체내 홀로그램 데이터를 재생시킬 수 있도록 아이리스에 의해 하기 수학식에서와 같이 조절되는 것을 특징으로 하는 서로 다른 파장의 레이저빔을 이용한 홀로그래픽 데이터 재생 방법.
    [수학식]
    x2 = x1 tan b1/ tan a1
    x1 : 제1광원의 빔폭
    b1 : 제2광원의 저장매체 입사각
    a1 : 제1광원의 저장매체 입사각
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