KR100672834B1 - 근접장 홀로그래픽 메모리 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

근접장 홀로그래픽 메모리 시스템에서는 나노 크기의 복수의 아퍼쳐를 가지고 있는 아퍼쳐 어레이에 광원으로부터 변조된 빔을 입사시켜 기록 매질에 기록할 복수의 신호빔을 발생시키고, 발생된 복수의 신호빔을 광원으로부터 분리된 참조빔을 사용해 기록 매질에 기록한다. 이때, 아퍼쳐 어레이를 사용함으로써, 복수의 데이터를 한 번에 기록할 수 있기 때문에 자료 전송 속도가 빨라지는 효과가 있다.

홀로그램, 근접장, 아퍼쳐(aperture) 어레이, 근접장 홀로그램

Description

근접장 홀로그래픽 메모리 시스템 및 그 방법{near-field holographic memory system and method thereof}

도 1은 신호빔의 세가지 종류(n는 기록 매질의 굴절률, ω는 빛의 각주파수, c는 빛의 속도, k _|| 는 진행방향에 수직인 평면상에서의 빛의 파수 벡터)를 나타내는 개념도이고,

도 2는 기존의 근접장 주사 현미경을 이용한 근접장 홀로그램의 기록 및 재생 방법을 나타내는 개념도이고,

도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 아퍼쳐 어레이의 단면도이고,

도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 아퍼쳐 어레이의 평면도이고,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 아퍼쳐 어레이의 제작 방법을 나타내는 흐름도이고,

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 아퍼쳐 어레이를 이용한 근접장 홀로그램의 기록 및 재생방법을 나타내는 개념도이고,

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 아퍼쳐 어레이를 이용하여 기록된 근접장 홀로그램을 근접장 주사 현미경을 사용하여 재생하는 방법을 나타내는 개념도이다.

본 발명은 근접장 홀로그래픽 메모리 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 나노 크기의 아퍼쳐 어레이를 이용한 근접장 홀로그래픽 메모리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
홀로그램은 1) 저장 신호원의 크기가 크고 2) 사용하는 빛의 파장에 비해 신호원과 기록 매질 사이의 거리가 멀어서 신호빔 중 근접장 성분이 차지하는 비율이 낮고, 또한 있더라도 기록할 수 없어 진행파 성분만 저장하고 재생한다. 도 1에 도시되어 있듯이, 신호빔에는 세 가지 종류가 있다. 1) 공기와 기록 매질 모두에서 진행하는 파, 2) 공기 중에서는 에바네슨트 파의 형태를 갖지만 기록 매질 내부에서는 진행 광으로 바뀌어 진행하는 파, 3) 공기와 기록 매질 모두에서 에바네슨트 파의 형태를 갖는 파가 그것이다. 홀로그램은 이중 1)번만 기록해서 저장한다. 따라서 신호원의 크기가 빛의 회절 한계보다 작더라도 재생되는 빔은 진행 광만으로 이루어져 있으므로 재생되는 신호원의 크기는 빛의 회절 한계보다 작을 수가 없다. 이는 이진 홀로그램의 경우 저장 용량의 근본적인 한계를 주는 것이고 아날로그 홀로그램의 경우 저장할 수 있는 물체의 크기가 제한되어 있다는 것을 의미한다.
이 문제를 해결하기 위해 일반적으로 보다 짧은 파장을 갖는 광원을 쓰는 방법을 사용하지만, 최근에 보다 근본적인 해결책으로 회절 한계가 있는 진행 광이 아닌 근접장을 사용하는 홀로그래피 기술이 제안되고 연구되고 있다. 근접장 홀로그램은 위의 신호빔 중 2)를 기록할 수 있으며, 근접장 홀로그램은 재생되는 신호빔도 근접장 성분을 포함하기 때문에 회절 한계를 갖지 않아서 회절 한계보다 작은 물체도 아날로그 방식으로 저장할 수 있다.

근접장 홀로그램은 신호원에서 발생하는 근접장 신호빔까지 기록하기 위해 기존의 홀로그래픽 기술과는 달리 신호원을 기록 매질에 파장 이하로 근접시켜야 한다. 이를 위해 근접장 주사 현미경을 사용한다.
도 2에 근접장 주사 현미경의 탐침을 사용한 근접장 홀로그램의 기록/재생도가 나타나 있다. 여기서, B1이 광원에서 근접장 주사 현미경의 광섬유 탐침을 통해 입사하는 빔이다. 그리고 근접장 주사 현미경의 탐침이 신호원으로 그 크기가 100 nm이하이므로 진행 신호빔 뿐만 아니라 많은 양의 근접장 신호빔이 존재하게 된다. 이들이 저장되는 신호빔(B21)을 구성한다. 참조빔으로는 기존의 홀로그램의 방식처럼 광원(레이저)에서 빔분리기등을 이용해 분리한 가우시안 빔을 사용한다. 재생시에는 공액위상 재생법을 사용하는데 이는 참조빔과 반대방향으로 진행하는 빔을 기록 매질에 가해주면 된다. 이렇게 공액위상 재생된 원래의 신호빔이 기록 매질 위에서 스캔하는 근접장 주사 현미경의 광섬유 탐침으로 커플링 된다. 이 경우 공액위상 재생빔이기 때문에 광섬유 탐침으로의 커플링 효율은 상당히 좋다.

그러나 근접장 주사 현미경의 탐침을 사용하는 경우, 한 번에 기록하거나 읽을 수 있는 데이터의 양이 1비트이기 때문에 그 자료 전송 속도가 많이 느려지고 대용량의 자료를 기록 및 재생할 경우에 문제가 발생할 수 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 한 번에 많은 데이터를 기록하고 재생할 수 있는 근접장 홀로그래픽 메모리 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 한 특징에 따른 근접장 홀로그래픽 메모리 시스템은, 광원으로부터 출력되는 빛을 변조시키는 광 변조기; 복수의 아퍼쳐(aperture)를 가지며, 상기 광 변조기로부터 변조된 빛이 상기 복수의 아퍼쳐로 입사되면서 각 아퍼쳐에 대응하는 신호빔을 발생시키는 아퍼쳐 어레이; 상기 각 아퍼쳐에 대응하는 신호빔이 기록되는 기록 매질을 포함한다. 이때, 상기 신호빔은 상기 광원으로부터 분리된 참조빔에 의해 상기 기록 매질에 기록된다.
본 발명의 다른 특징에 따른 근접장 홀로그래픽 메모리 방법은, 광원으로부터 변조된 빔을 복수의 아퍼쳐로 구성되는 아퍼쳐 어레이의 각 아퍼쳐로 입사시켜 복수의 신호빔을 발생시키는 단계; 상기 광원으로부터 상기 복수의 신호빔을 기록할 참조빔을 발생시키는 단계; 및 상기 참조빔을 이용하여 상기 복수의 신호빔을 기록 매질에 기록하는 단계를 포함한다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 근접장 홀로그래픽 메모리 시스템 및 방법에 대해서 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명의 실시 예에 따른 아퍼쳐 어레이의 단면도 및 평면도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 아퍼쳐 어레이의 제작 방법을 나타낸 흐름도이다.
먼저, 도 4에 나타낸 바와 같이, Si 웨이퍼에 에칭 방지층을 형성하고, 광 리소그래피에 의한 어레이 패턴을 형성하고, 비등방 식각 공정을 통해 아퍼쳐(aperture, 구멍)을 생성하고, 나노 크기의 아퍼쳐 어레이를 제작한다. 도 3a 및 도 3b에 도 4와 같이 하여 제작된 아퍼쳐 어레이가 도시되어 있다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 근접장 홀로그래픽 메모리 시스템을 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 아퍼쳐 어레이를 이용하여 기록된 근접장 홀로그램을 근접장 주사 현미경을 사용하여 재생하는 방법을 나타내는 개념도이다.
도 5에 나타낸 바와 같이, B1이 광원에서 공간 광 변조기 등을 통해 변조되어(on/off가 각각 1/0 상태로 생각할 수 있다) 아퍼쳐 어레이의 각 나노 크기의 아퍼쳐(aperture)로 입사하는 빛이고, 이 빛이 각각의 아퍼쳐(aperture)와 작용하여 기록 매질에 기록할 복수의 신호빔이 된다. 그리고 참조빔으로는 광원(레이저)에서 빔 분리기 등을 이용해 분리한 가우시안 빔을 사용한다. 참조빔은 빔 확대기 등을 사용해 한 번의 참조빔으로 기록 매질에 모든 신호빔을 동시에 기록한다.

재생 시에는 공액위상 재생법을 사용하는데 이는 참조빔과 반대방향으로 진행하는 빔을 신호빔이 기록된 기록 매질에 가해주면 된다. 이렇게 하면, 공액위상 재생된 원래의 신호빔이 동시에 기록 매질 위에 있는 아퍼쳐 어레이로 커플링되면서 복수의 신호빔이 재생될 수 있다. 이때, 근접장 주사 현미경을 이용하는 종래 기술처럼 신호빔이 아주 국소화 되어 있기 때문에 신호빔의 입장에서는 참조빔이 평면파로 근사시켜서 생각해도 무난하기 때문이다.

한편, 재생 시에는 아퍼쳐 어레이를 고정하는 방식과 스캔하는 방식이 모두 사용될 수 있다. 도 5에서와 달리, 도 6에 도시된 바와 같이, 아퍼쳐 어레이를 이용하여 기록 매질에 기록한 복수의 신호빔을 재생할 때, 근접장 주사 현미경을 사용하여 기록 매질에 기록된 복수의 신호빔을 읽을 수도 있다.

본 발명은 기존의 근접장 홀로그래피 기술이 갖고 있던 늦은 데이터 전송 및 접근 속도를 아퍼쳐 어레이를 통한 병렬적 기록 및 재생기술을 사용하여 해결한 기술이다.

기록시에 기존의 근접장 주사 현미경을 사용하는 방식은 한번에 1bit만 기록이 가능한데 반해 본 발명에는 아퍼쳐 어레이를 사용하여 임의의 많은 데이터(아퍼쳐의 개수에 의존)를 한꺼번에 기록이 가능해진다. 즉 기존 방식에서 1bit를 기록하는 시간 동안 본 발명에서는 수백~수천 bits를 기록할 수 있으므로 데이터 기록 시간을 매우 줄일 수 있다.

재생시에도 기존의 근접장 주사 현미경을 사용하는 방식은 한번에 1bit만 재생이 가능하고 또한 여러 데이터를 읽기 위해서는 기록 매질 위를 스캔하여야 하는데, 이때 shear-force 감지를 해야 하므로 많은 시간이 필요하다. 이에 반해 본 발명에서는 아퍼쳐 어레이를 사용하여 임의의 많은 데이터(아퍼쳐의 개수에 의존)를 한꺼번에 읽을 수 있고 어레이를 스캔하지 않는 방법도 가능하므로 재생 시간이 매우 빨라진다. 즉 기존 방식의 자료 전송 속도 및 접근 속도를 수백~수천배 빠르게 할 수 있는 기술이다.

Claims (4)

1. 광원으로부터 출력되는 빛을 변조시키는 광 변조기;

   복수의 아퍼쳐(aperture)를 가지며, 상기 광 변조기로부터 변조된 빛이 상기 복수의 아퍼쳐로 입사되면서 각 아퍼쳐에 대응하는 신호빔을 발생시키는 아퍼쳐 어레이;

   상기 각 아퍼쳐에 대응하는 신호빔이 기록되는 기록 매질

   을 포함하며,

   상기 신호빔은 상기 광원으로부터 분리된 참조빔에 의해 상기 기록 매질에 기록되는 근접장 홀로그래픽 메모리 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 참조빔과 반대 방향으로 진행하는 빔이 상기 신호빔이 저장된 기록 매질에 입사되어 상기 신호빔이 대응하는 아퍼쳐로 커플링되면서 상기 신호빔이 재생되는 근접장 홀로그래픽 메모리 시스템.
3. 근접장 홀로그래픽 메모리 시스템의 메모리 방법에 있어서,

   광원으로부터 변조된 빔을 복수의 아퍼쳐로 구성되는 아퍼쳐 어레이의 각 아퍼쳐로 입사시켜 복수의 신호빔을 발생시키는 단계;

   상기 광원으로부터 상기 복수의 신호빔을 기록할 참조빔을 발생시키는 단계; 및

   상기 참조빔을 이용하여 상기 복수의 신호빔을 기록 매질에 기록하는 단계

   를 포함하는 근접장 홀로그래픽 메모리 방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 광원으로부터 상기 참조빔의 방향과 반대 방향의 빔을 발생시키는 단계; 및

   상기 반대 방향의 빔을 상기 신호빔이 기록된 기록 매질에 입사시켜 상기 복수의 신호빔을 대응하는 아퍼쳐에 각각 커플링시켜 상기 복수의 신호빔을 재생시키는 단계

   를 포함하는 근접장 홀로그래픽 메모리 방법.

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