KR100878912B1 - 포토닉스 회절 메모리로부터 정보를 판독하기 위한 고상 ｍｏｅｍｓ - Google Patents

포토닉스 회절 메모리로부터 정보를 판독하기 위한 고상 ｍｏｅｍｓ Download PDF

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요시따떼 다까꾸라
요엘 폰타인
로물다 가르자멜라
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Abstract

본 발명은 포토닉스 회절 메모리(photonics diffractive memory)로부터 정보를 판독하기 위한 고상 시스템을 포함한다. 음향 광 편향기(acousto-optic deflector)는 소정의 지점 및 각도에서 이 포토닉스 회절 메모리 상으로 광빔을 반사시키는 마이크로미러 어레리 상에 수렴 광빔을 편향시켜 정보 패킷에 액세스한다. 본 발명에 따른 이 회절 광학 시스템의 간단한 구조는, 음향 광 편향기 및 그 소자들이 상기 음향 광 편향기의 주파수와 동기하도록 된 동기화된 주파수로 발진하는 MOEMS(microoptoelectromechanical system) 미러 어레이를 포함하는, 다수의 콤포넌트들을 간소한 패키지로 결합시킨다. 이 구조는 포토닉스 회절 메모리를 위한 판독 시스템의 어드레싱 콤포넌트를 성냥갑 크기로 줄인다.
포토닉스 회절 메모리, 판독, 어드레싱, 음향 광 편향기, 마이크로미러

Description

포토닉스 회절 메모리로부터 정보를 판독하기 위한 고상 ＭＯＥＭＳ{A SOLID STATE MICROOPTOELECTROMECHANICAL SYSTEM(MOEMS) FOR READING A PHOTONICS DIFFRACTIVE MEMORY}
본 발명은 일반적으로 포토닉스 회절 메모리(photonics diffractive memory)에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 포토닉스 회절 메모리로부터 정보를 판독하는 장치에 관한 것이다.
CD-ROM과 DVD의 대저장용량과 상대적으로 낮은 가격으로 보다 대용량이고 보다 저렴한 광 저장 매체에 대한 더욱 큰 요구가 형성되고 있다. 홀로그래픽 메모리(holographic memory)가 고용량 디지탈 저장 매체로서 광 디스크를 대체하는 것이 제안되고 있다. 홀로그래픽 메모리의 높은 밀도와 속도는 3차원적 기록과 전체 데이타 패킷을 한 번에 동시에 판독하는 것에서 나온다. 홀로그래픽 메모리의 주된 장점은 보다 높은 정보 밀도(1011 이상의 bits/㎠), 짧은 랜덤 액세스 시간(~100 microseconds 이하), 및 높은 정보 전송 레이트(109 bit/sec)이다.
홀로그래픽 기록에 있어서, 단색의 코히어런트 광원(예컨대, 레이저)에서 나오는 광 빔은 기준 빔(reference beam)과 물체 빔(object beam)으로 분리된다. 이 물체 빔은 공간 광 변조기(SLM: spatial light modulator)를 통과한 다음 저장 매체로 들어간다. SLM은 2진 데이타의 패킷을 나타내는 셔터들의 매트릭스를 형성한다. 물체 빔은 SLM을 통과하는데, SLM은 SLM에 디스플레이되는 2진 정보를 가지고 물체 빔을 변조하도록 동작한다. 변조된 물체 빔은 그 다음 기준 빔과 교차하는 어드레싱 메카니즘에 의해 저장 매체 상의 한 지점(point)으로 조사되어 데이타 패킷을 나타내는 홀로그램을 형성한다.
데이타 패킷으로 인코딩된 이 광 빔을 저장 매체의 특정 어드레싱된 영역으로 정확히 조사하는데에 렌즈와 미러로 구성되는 광학 시스템이 이용된다. 두꺼운 저장 매체의 용량을 최적으로 사용하는 것은 공간 및 각도 방식의 다중화(spatial and angular multiplexing)에 의해 실현된다. 공간 다중화에서는, 한 세트의 패킷은 평면에서 x축과 y축 방향으로 빔을 변화시킴으로써 공간적으로 분리되고 규칙적으로 배열된 서브홀로그램들의 어레이로서 평면으로 형성된 저장 매체 내에 저장된다. 저장 매체에 기록된 대로 각각의 패킷 주소를 나타내는 직교 좌표를 갖는 저장 매체의 한 지점에서 각 서브홀로그램이 형성된다. 각도 다중화에서는, x좌표와 y좌표를 동일하게 유지하면서 저장 매체 내의 기준 빔의 조사 각도(irradiation angle)를 변경시킴으로써 기록이 수행된다. 반복적으로 조사 각도를 증가시킴으로써, 복수의 정보 패킷이 동일한 x 및 y 공간적 위치에 서브홀로그램의 세트로서 기록된다.
정보를 고다중화된 크기의 홀로그래픽 메모리에 기록하고, 그 정보를 판독하기 위한 종래의 홀로그래픽 장치들은 크기가 큰 콤포넌트와 치수를 필요로 하는데, 이는 이러한 시스템들의 소형화에 제약이 된다. 종래의 홀로그래픽 장치들은 모터와 미러나 렌즈와 같은 크기가 큰 콤포넌트를 사용하기 때문에, 이러한 종래의 장 치들의 어드레싱 시스템은 느리다. 또한, 이러한 종래의 장치들의 기계적 콤포넌트들은 예컨대, 마모와 마찰(즉, 마찰 효과(tribology effect))로 인한 오류나 기능 장애를 자주 보수해 줄 필요가 있다. 또한, 종래의 어드레싱 시스템들은 복잡한 제어 시스템들을 사용하기 때문에 고가이다. 따라서, 시스템의 가격이 대량 생산으로 낮아질 수 없다. 더욱이, 종래의 장치들은 에너지 소비측면에서 경제적이지 않다. 종래의 어드레싱 장치들은 새 것일 때에는 정밀할지라도, 상대적인 움직임이 있는 상호작용 표면의 마모와 마찰로 인해 시간에 따라 그 정밀성이 낮아진다.
이러한 관점에서, 이상 기술된 상기 제안한 해결안들의 부적합성이나 단점들을 극복하는 하나 이상의 기술들을 제공하는 것이 바람직할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 마이크로 미러 어셈블리(micro-mirror assembly)를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 마이크로 미러 어셈블리의 사시도이다.
도 2a는 본 발명에 따른 마이크로 미러 어셈블리의 액츄에이터의 확대도이다.
도 3a는 본 발명에 따른 MEMS 제조 공정의 일부로서 웨이퍼에 에피택셜 층을 부가하는 단계를 도시한다.
도 3b는 본 발명에 따른 MEMS 제조 공정의 일부로서 시작 전극(starting electrode)의 형성과 메탈층의 성막을 도시한다.
도 3c는 본 발명에 따른 MEMS 제조 공정의 일부로서 고안된 미러 플레이트 아래의 기판을 제거하는 이방성 에칭(anisotropical etch)을 도시한다.
도 3d는 본 발명에 따른 마이크로미러 칩(micro-mirror chip)의 단면을 도시한다.
도 4a는 본 발명에 따른 마이크로미러 어셈블리의 시작 전극을 도시한다.
도 4b는 본 발명에 따라 톱니 신호에 의해 구동되는 마이크로미터의 동작을 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 고상 판독 시스템을 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 음향 광 편향기(acousto-optic deflector)를 도시한다.
도 7은 회절 광학 기록 절차를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 저장 매체를 형성하는 지점들의 매트릭스를 도시한다.
도 9는 본 발명에 따른 고상 판독 시스템의 미러의 동기화를 도시한다.
이러한 관점에서, 본 발명의 목적은 보다 고속이고 소형인 포토닉스 회절 메모리 판독 시스템의 개선을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 포토닉스 회절 메모리 판독 시스템을 소형화하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 포토닉스 회절 메모리 판독 시스템의 어드레싱 시스템을 성냥갑 크기로 줄이는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 기존의 자원에서 저가 및 대량으로 생산될 수 있는 고상 판독 시스템을 설계하는 것이다.
<요약>
이상의 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명은 회절 메모리로부터 정보를 판독하기 위한 고상 시스템을 포함한다. 코히어런트 광원은 수렴 광빔을 생성하고 이는 그 다음 음향 광 편향기에 의해 편향된다. 복수의 마이크로미러가 마이크로미러들 중 하나에서 이 음향 광 편향기로부터 나오는 편향된 광빔을 수신한다.
복수의 지점을 갖는 포토닉스 회절 메모리는 마이크로미러로부터 반사되는 반사 광빔을 상기 지점들 중 하나에서 수신한다. 검출기는 복수의 광 검출 셀을 갖는다. 적어도 하나의 셀이 이 지점을 통해 전달된 반사 광빔의 일부를 수신한다.
본 발명의 다른 측면에 있어서, 이 마이크로미러들은 매트릭스로 구성된다.
본 발명의 또다른 측면에 있어서, 광원으로부터 나오는 수렴 광빔을 형성하는 렌즈가 존재한다.
본 발명의 또다른 측면에 있어서, 저전력 레이저와 LED(light-emitting diode)를 포함하는 그룹으로부터 수렴 광원이 선택된다.
본 발명의 또다른 측면에 있어서, 검출기는 CCD 검출기 어레이이다.
본 발명의 또다른 측면에 있어서, 복수의 지점 각각은 하나 이상의 회절 패턴을 저장한다.
본 발명의 또다른 측면에 있어서, 이 포토닉스 회절 메모리는 복수의 메모리 지점에서, 그리고 한 지점 각각에서 복수의 각도로 위치하는 정보를 내부에 저장하여 한 지점 각각에서 복수의 정보 패킷을 형성한다.
본 발명의 다른 측면에 있어서, 각 마이크로미러는 발진 스캐닝 마이크로미러(oscillatory scanning micro-mirror)이다.
본 발명의 또다른 측면에 있어서, 컴퓨터는 음향 광 편향기 및 발진 마이크로미러의 동기화를 조절하여 한 지점으로부터 정보를 검색하는데 충분한 시간동안 특정 각도로 반사된 광빔이 그 지점으로 향하도록 구성된다.
본 발명의 또다른 측면에 있어서, 각 마이크로미러는 발진 마이크로미러이고 이 마이크로미러의 발진 주기는 음향 광 편향기의 스캐닝과 함께 조정되어 상기 반사 광빔을 저장 매체의 한 지점으로 향하게 한다.
본 발명을 보다 완벽히 이해하기 쉽게 하도록, 이제 첨부 도면을 참조한다. 이 도면들은 본 발명을 제한하는 것으로 생각되어서는 안되며, 예시적인 것으로만 취급되어야 한다.
본 발명에 따른 회절 광학 시스템의 소형 아키텍쳐는 많은 콤포넌트들을, 음향 광 편향기 및 포토닉스 회절 메모리를 위한 판독 시스템의 어드레싱 콤포넌트를 성냥갑 크기로 줄이는 MOEMS(microoptoelectromechanical system) 장치를 포함하는, 소형 패키지 내로 통합한다. 이 판독 시스템은 고상 콤포넌트들로 만들어진다. CMOS 기술로 미러들이 장착되므로 판독 시스템이 저가로 대량 생산될 수 있는 이점이 있다.
다양한 회절 기록/판독 절차들이 이 기술분야에서 개발되고 있는데, 이들의 보다 상세한 사항들은 H. J. Coufal, D. Psaltis, G. T. Sincerbox의 Holographic Data Storage, Springer(2000)라는 책에 기술되어 있다. 본 명세서에서, "회절"이라는 용어는 통틀어, 저장 매체의 생성에 필요한 회절 기술로부터 3-D 화상을 생성하는데 사용되는 종래의 홀로그래픽 기술과 차별화해서 사용된다. 예를 들어, 회절 효율은 회절 저장 매체로서 사용될 임의의 재료의 실행 가능성(viability)에 결정적인 것이다. 3D-홀로그램을 구성하는 간섭의 품질은 저장 매체를 실현하는데 필요한 품질과 비교할 때 간단히 얻어진다. 더욱이, 저장 회절 패턴은, 재료 상에 전자빔(e-beam) 에칭을 사용하여 회절 패턴을 생성하는 것과 같이, 기준 빔과 물체 빔의 간섭이 아닌 다른 기술들을 사용하여 구현될 수도 있다. 이러한 모든 이유로 인하여, 본 명세서에서는 보다 방대한 회절 광학 기술을 도입한다.
도 1은 미러 플레이트(102)를 각각 지지부(anchors)(120a, 120b)에 결합시키는 두 개 또는 네 개의 비틀림 용수철(torsional springs; 122a, 122b)에 의해 지지되는 미러 플레이트(102)를 포함하는 스캐닝 마이크로미터 소자(100)의 상면도이다. 지지부(120a, 120b)는 기판(110)에 부착된다. 두 개의 빗모양의 구동 전극(105a, 105b)이 미러 플레이트(102)를 움직이는 토크를 생성한다. 도 1의 미러 플레이트(102)는 MOEMS의 예이다. MOEMS는 광학적 콤포넌트들을 포함하여, 전기적 및 기계적 콤포넌트들을 물리적으로 작은 크기로 결합하는 시스템이다.
도 2는 반사막, 특히 보통 약 50㎚ 두께를 갖는 알루미늄막이 그 위에 성막되는 실리콘 기판에 미러 플레이트(102) 컷을 갖는 마이크로미러 소자(100)의 사시도이다. 이 플레이트(102)는 두 개 또는 네 개의 트위스트 지점(120a, 120b)으로부터 지지되고, 미러가 한 방향 또는 두 방향으로 회전하는 것이 바람직한지에 따라 두 개 또는 네 개의 전극(105a, 105b)에 의해 작동된다. 편향각은 이론적으로는 무제한적이지만, 실레로는 약 60도이다.
미러 플레이트(102)와 빗모양의 구동 전극(105a, 105b) 간의 커패시턴스 C(125)의 변화(C는 각도에 따라 변함)는 플레이트의 비틀림 움직임을 생성하는데 사용된다. 에너지원(도시되지 않음)에 의해 전압 U가 구동 전극(105a, 105b)에 공급되면, 생성된 정전기적 토크 M은 다음과 같다.
Figure 112004024288091-pct00001
여기서 φ는 플레이트의 편향각이다.
미러 플레이트(102)는 .5 x .5 mm에서 3 x 3 mm까지의 크기를 가질 수 있다. 액츄에이터(미러 플레이트(102)와 전극(105) 간의 움직임은 상기 에너지원에 의해 유도됨)는 공진, 즉, 계속해서 발진한다.
스캔 주파수는 미러 플레이트의 크기에 의존하며(0.14KHz에서 20KHz) ±15도의 기계적 스캔 각도는 20V의 구동 전압에서만 얻을 수 있다.
액츄에이터가 동기화 모드로 동작할 때, 미러 플레이트(102)의 각도 위치를 최대 편향 진폭 및 발진 주기를 제어함으로써 제어하는 것이 가능하다. 이 미러들의 장점은 편향 진폭이 구동 전압 U와 함께 모니터링될 수 있다는 것이다. 스캔 각도가 큰 경우, 편향각은 여기 전압에 따라 직선적으로 변화한다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 미러 플레이트(102)와 구동 전극(105a, 105b) 간에 놓이는 공간은 가변 캐패시터를 형성한다. 따라서, 전압을 가하면 플레이트에 가해지는 정전기적 토크를 생성하고 플레이트를 회전 및/또는 발진시킨다. 한편으로는 특히 작은 크기의 이러한 마이크로미러들과, 다른 한편으로는 그 동작 모드가 주어지면, 판독 장치(400)(도 5 참조)의 크기를 상당히 줄이고 따라서 매우 높은 수준의 집적을 하는 것이 가능해진다.
도 3a-3d는 기판(230)에 마이크로미러 소자(200)를 시작 전극(210a, 210b)과 함께 제조하는 절차를 도시한다. 이 제조 공정은 CMOS 호환 기술을 이용하여 달성된다. 도 3a를 참조하면 웨이퍼(230)은 기부(base) 재료로 기능한다. BOX(buried oxide)층(221)이 SIMOX(Separation by Implantation of Oxygen) 공정에서 생성된다. BOX(221)위의 200nm 두께의 실리콘층(205)은 20um 두께의 에피택셜층으로 강화된다. 도 3b를 참조하면, 산화물과 메탈층이 성막되고 패터닝되어 시작 전극(210a, 210b)을 형성한다. 메탈층은 추가의 산화물로 보호된다. 다음 단계는 50nm 두께의 Al층(206)이 성막되어 미러 영역에 반사 코팅을 형성하는 것이다. 도 3c를 참조하면, 고안된 비틀림 용수철 및 미러 플레이트(205) 아래의 기판이 TMAH(tetramethylammonium hydroxide) 용액으로 이방성 에칭을 하여 잔여 부분들(230)을 남기고 제거된다. TMAH는 마이크로미러가 에칭되는 웨이퍼 기판을 이방성 에칭하는데 사용되는 화학 용액이다. BOX층이 제거되고 에피택셜층이 Advanced Silicon EtchTM-공정을 이용하여 패터닝된 후, 트렌치(207)가 형성된다. 이 절차의 마지막에서 마이크로미러 칩(200)의 단면이 도 3d에 도시된다.
도 4a는 이 마이크로미러 소자(100)의 동작을 도시한다. 도 4a는 미러 플레이트(205)의 동작을 개시하는데 사용되는 시작 전극(210a)을 도시한다. 고정 주파수의 전압이 시작 전극(210a)에 인가되고 이는 비대칭을 가져온다. 액츄에이터가 완전한 대칭을 이룬다고 가정하면 외부에서 가해지는 힘 없이 발진을 시작하는 것은 불가능하다. 따라서, 각 구동 전극(221)의 상부에 위치하고 산화물(209)에 의해 분리되는 추가의 시작 전극(210a, 210b)이 있게 된다. 이 전극들(210a, 210b)은 분리되어 접속될 수 있어 구조의 대칭성을 깰 수 있다. 일단 발진이 시작되면, 미러 작동은 동기화된 모드로 동작하는데, 여기서 미러 플레이트(205)는 에너지원에 의해 생성되는 구동 여기 전압 U와 같은 위상으로 발진한다.
도 4b는 톱니 신호(300)로 구동되는 미러 플레이트(102)의 동기화를 도시한다. 이 톱니 신호(300)는 소정의 초당 주파수로 인가되는 전압 U를 포함한다. 구동 전극(105a, 105b)에 걸쳐 인가되는 톱니파(300)에 의해 미러 플레이트(102)가 구동됨에 따른 다섯개의 다른 위치(301-305)에서의 미러 플레이트(102)의 동작이 도시된다(도 1 참조). 양의 각도에서 0도, 음의 각도로 움직이는 것을 포함하는 전체 주기에서, 미러 소자(102)는 위치 301에서 304로(전체 주기) 이동하고 그 다음에 위치 305에서 다시 주기를 시작한다.
표 1은 마이크로미러 소자(100)의 고유 주파수(eigenfrequency; 공명 주파수)를 미러 크기의 함수로 보여주는 것이다. 고유 주파수는 마이크로미러 소자(100)의 기계적 및 전기적 특정들에 달려 있다. 동기화된 모드에서, 미러는 이 고유 주파수의 두배로 발진한다.
1D 미러 크기 (mm) 0.5 1 1.5 2 3
공진 주파수(Khz) 2.32 0.4-7.5 .25-2.5 .14-1.5 .2
도 5는 음향 광 편향기(430), MOEMS 매트릭스(440), 매트릭스 메모리(450), CCD (charge-coupled device) 감지 시스템이나 기타의 이러한 화상 감지 시스템과 같은 이미지 센서(460)를 지지하는 플랫폼(470) 상의 별도의 유닛을 포함하는 판독 시스템(400)을 도시한다. 이 플랫폼(470) 상에 혹은 그에 떨어져서 위치하는 추가의 장치들에는 광원(410)(예컨대, 레이저, 레이저 다이오드)과 수렴 렌즈(420)가 포함된다.
이 판독 시스템의 동작은 수렴 렌즈(420)에 의해 평면파에서 구면파로(480b)집광되는 광빔(480a)을 발산하는 광원(410)으로 진행한다. 구면파(480b)는 수렴광이다. 수렴광(480b)은 음향 광 편향기(430)에 의해 편향되어 MEOMS 매트릭스(440)의 마이크로미러 소자들 중 하나에 도달하는 빔(480c)를 형성한다. MEOMS 미러 매트릭스(440)는 메모리 매트릭스 어드레싱 시스템의 요건에 맞는 크기를 갖는다. 이 마이크로미러 매트릭스(440)는 공간 및 각도 다중화에 의해 데이타가 기록되는 메모리(450)의 지점들의 매트릭스를 어드레싱하는데 사용된다. 음향 광 편향기(430)에서 나오는 빔(480c)은 MEOMS 매트릭스(440)의 미러 소자들 중 각각의 직경 내에 들어갈 수 있는 직경을 갖는 영역을 형성한다.
또한, 메모리 매트릭스(450)는 레이저빔(480d)의 크기가 메모리 매트릭스(450)의 모든 지점에서 정확히 맞도록 공간적으로 조절된다.
도 6은 음향 광 편향기(430)를 보다 상세히 도시한다. 음향 광 편향기(acousto-optic(AO) deflector)(430)는 레이저빔(480b)을 어떤 각도로 마이크로미러 어레이(440)로 보낸다. 음향 광 결정들에 스트레스가 인가될 때, 특히, 보통 압전 결정을 포함하는 변환기(transducer)에 의해 스트레스가 인가될 때, 결정들은 출사광(480c)의 회절각도의 값을 변경시키기 위해 광 및 일반적으로, 결정들을 통과하는 전자기파의 회절각을 변경시킨다. 따라서, 압전 변환기의 작동 주파수를 변경시킴으로써 광빔(480b)을 편향시켜 복수의 각도 중 하나로 광빔(480c)을 형성하게 한다.
따라서, 도 6에 도시된 바와 같이, 저전력 레이저(410)로부터 나오는 입사 판독빔(480b)을 두 음향 광 콤포넌트(121, 122)에 가하여 이 빔의 OX 및 OY(도 2의 직선 좌표를 참조)를 따른 방위의 변화를 얻는다. 결과적으로, 음향 광 콤포넌트(들)과 관련된 압전 결정의 발진 주파수를 변화시킴으로써, 데이타 전달 매트릭스(450)의 행과 열 내에서 격자의 원하는 방위를 매우 빠르게 변경시키는 것이 가능하게 된다. 그 다음에 제한 인자는 입사 판독빔의 각도에 작용하는 MEOMS 매트릭스(440)의 미러 소자들의 응답 시간이 된다.
도 7 및 도 8은 회절 저장 매체의 내용을 설명한다. 도 7을 참조하면, 회절 패턴, 또는 홀로그램을 형성함에 있어서, 기준 빔(1)이 물체 빔(4)과 교차하여 저장 매체(8)의 체적을 통해 연장되는 서브홀로그램(8a)(지점이라고도 함)을 형성한다. 기준 빔(1)의 각 각도 및 공간적 위치에 대해 체적을 통해 연장되는 별도의 서브홀로그램 또는 지점(8a)이 있다. 물체 빔(4)은 정보 패킷(6)에 의해 변조된다. 이 패킷(6)은 복수의 비트의 형태로 정보를 포함한다. 패킷(6)에 대한 정보원은 컴퓨터, 인터넷, 또는 임의의 다른 정보 생성원이 될 수 있다. 홀로그램은 저장 매체(8)의 표면(8a)에 도달하여 저장 매체(8)의 체적을 통해 연장된다. 패킷(6)에 대한 정보는 저장 매체(8) 상으로 공간 다중화 및 각도 다중화에 의해 변조된다. 각도 변조는 기준 빔(1)의 각도를 저장 매체(8)의 표면에 대해 변화시킴으로써 얻어진다. 별도의 정보 패킷(6)이 각 선택된 각도 α와 공간적 위치에 대한 서브홀로그램으로서 기록된다. 공간 다중화는 이 기준 빔(1)을 저장 매체(8)의 표면에 대해 이동시켜 지점(8a)이 다른 공간적 위치, 예컨대, 저장 매체(8)의 표면 상의 지점 8a'로 이동시킴으로써 얻어진다.
저장 매체(8)는 전형적으로 물체 광빔(4)과 기준 광빔(1)의 간섭에 의해 생성된 광 에너지의 공간적 분포에 민감한 재료로 이루어지는 3차원적 물체이다. 홀로그램은 흡수 또는 위상 또는 둘 다의 변화로서 매체에 기록될 수 있다. 이 저장 매체는 광학적 특성들의 변화를 야기하는 입사광 패턴들에 응답해야 한다. 체적 홀로그램(volume hologram)에서는, 많은 수의 데이타 패킷들이 중첩되어, 모든 데이타 패킷이 왜곡없이 재구성될 수 있다. 체적(thick) 홀로그램은 각각이 브래그 법칙(Bragg law)(즉, 체적 위상 격자)를 만족시키는 기록 재료 층의 깊이에 기록된 3차원적 격자를 중첩시키는 것으로 생각된다. 체적 홀로그램 내의 이 격자 면들은 굴절 및/또는 흡수에 있어서 변화를 만든다.
몇몇 재료들이 그 고유의 장점들로 인하여 광 저장 시스템용 저장 재료로서 고려되어 왔다. 이러한 장점들은 자기 현상(self-developing) 능력, 건조 공정, 안정성, 두꺼운 에멀션(emulsion), 고감도, 및 불휘발성 저장장치를 포함한다. 체적 홀로그램으로 고려되어 온 몇가지 재료로는 광굴절(photorefractive) 결정, 광폴리머 재료, 및 폴리펩티드 재료가 있다.
도 8을 참조하면, 본 명세서에서 이하 매트릭스라고 하는 평판(flat sheet) 형태로 배열된 저장 매체(8)가 더욱 상세히 도시되어 있다. 이 예에서, 매트릭스는 1㎠이다. 복수의 지점들 각각은 수직 좌표(x, y)로 정의된다. 화상 형성 시스템(도시되지 않음)은 물체 빔(4)을 매트릭스의 x, y 지점 중 하나에서 최소한의 맞는 크기를 갖는 서브홀로그램(8a)으로 줄인다. 물리적 공간에서 한 지점은 복수의 패킷(8b)을 포함하는 수직 좌표에 의해 정의된다.
이 경우, 물체 빔(4)을 그 좌표에 중심을 둔 저장 매체(8)에 집광함으로써 1 ㎟의 화상(8a)이 얻어진다. 이러한 두 빔(1, 4) 간의 간섭으로 인해, 크기 1 ㎟의 회절 화상(8a)이 매트릭스의 그 좌표에 중심을 둔 저장 재료(8)에 기록된다. 수직 좌표를 계속 변화시킴으로써 공간 다중화가 수행된다. 물체 빔(4)는 저장 재료에 집광되어 별개의 화상(8a)가 좌표 (x, y)로 정의되는 면의 고유의 위치에 기록된다. 이 공간 다중화 결과, 회절 화상(8a)의 10x10 매트릭스가 얻어진다. 각도 다중화는 MEOMS 매트릭스(440)의 미러 소자들로 기준 빔(1)의 각도를 순차적으로 변경시킴으로서 수행된다. 각도 다중화는 기준 빔의 입사각의 15개의 불연속적인 변이에 대응하는 15-20개의 정보 패킷들(8b)을 생성하는데 사용된다. 또한, 단순 다중화로 20-25개의 패킷을, 그리고 이중의 대칭적 각도 다중화(double symmetrical angular multiplexing)로 40-50개의 패킷들을 만드는 것이 가능하다. 데이타 패킷은 데이타 패킷이 기록된 것과 동일한 각도와 공간적 위치에서 기준 빔(1)을 비춤으로써 재구성될 수 있다. 저장 재료(8)에 의해 회절된 기준 빔(1)의 부분은 보통 검출기 어레이로 검출되는 재구조를 형성한다. 저장 재료(8)는 다른 지점들에서 데이타 패킷들을 저장하기 위해 그의 좌표(x, y)만큼 기계적으로 이동될 수 있다.
도 9는 마이크로미러(440)의 동기화를 도시한다. 마이크로미러(440)는 연속적으로 발진하기 때문에, 메모리(450)의 데이타 패킷 어드레싱을 실현하기 위하여 음향 광 편향기(AOD)(430)과 마이크로미러(440)를 동기화할 필요가 있다. 편향 및 발진 주기와 같은 미러 파라미터들을 앎으로써, AOD(430)의 스위칭 시간을 제어하는 것이 가능하다. 이러한 방식으로, 메모리(450) 상의 원하는 위치에 어드레싱하는 마이크로미러들 중 하나가 액세스될 수 있다. AOD(430)는 레이저 빔을 주어진 시간에 선택된 미러로 다시 보낸다.
도 5의 마이크로미러 어레이(440) 중 두 개의 대표적인 마이크로미러(440a, 440b)가 각각 다른 위치에 있는 것으로 도시되어 있다. 마이크로미러(440a)에 대한 정지 위치(rest position; 441a)가 도시되어 있다. 마이크로미러(440b)에 대한 정지 위치(441b)가 도시되어 있다. AOD(430)에 의해 코히어런트 레이저 빔이 메모리(450)에 소정의 위치와 각도로 광빔을 반사시키는 마이크로미러들(440a, 440b) 중 하나에 상이한 시간에 조사된다. 렌즈(455)는 광 에너지를 CCD 어레이(460)로 집광한다. 컴퓨터, 마이크로컨트롤러, 또는 기타의 이러한 제어 장치와 같은 CPU(도시되지 않음)가 AOD(430), 마이크로미러(440), 및 CCD 검출기(460)를 제어한다. CPU(도시되지 않음)는 마이크로미러(440a, 440b)의 위치를 나타내는 센서들로부터의 입력들을 수신하고 AOD(430)의 상태에서 입력들을 수신한다. CPU(도시되지 않음)는 그 다음 마이크로미러(440)의 미러 위치 및 AOD(430)의 편향각을 제어한다. 최대의 편향 각도에 이르기 위해서는 마이크로미러(440)를 AOD(430)와 동기화시킬 필요가 있다. 최대 편향각은 처리된 빔에 의해 도달할 수 있는 최대의 각도이다. 이는 음향-광학 장치의 출력빔이 최대값에 도달할 수 있다는 것을 의미한다. 음향-광학 장치의 각도 범위는 이 최대값의 양의 값과 음의 값 사이에 놓일 것이다. 동기화의 다른 장점은 최대 편향이 구동 전압 제어에 의해 모니터링될 수 있다는 것이다. 즉, 편향은 구동 여기 전압 U에 따라 선형으로 변한다.
도 9는 마이크로미러들(440), AOD(430) 및 CCD 카메라(460) 간의 동기화를 도시한다. 이 동기화는 마이크로미러 어레이(440)의 두 마이크로미러들(440a, 440b)에 대하여 도시되어 있다. 마이크로미러들(440a, 440b)이 저주파수(즉, 200Hz)에서 계속 발진하기 때문에, 이 마이크로미러들(440a, 440b)은 AOD의 스위칭 시간(10에서 100ps)에 비하면 고정된 미러라고 생각할 수 있다. 스위칭 시간 T에서, 마이크로미러들의 위치들은 메모리(450)로부터 어떻게 특정 정보의 패킷에 액세스할 수 있는지를 결정하도록 모니터링될 수 있다. 본 발명에서, CPU(도시되지 않음)는 미러 동기화를 제어하고 주어진 메모리(450)의 패킷을 판독하기 위한 AOD(430)와 CCD(460)의 스위칭 시간을 계산한다. 메모리(450)의 모든 패킷을 어드레싱하기 위하여 마이크로미러들(440)의 위치가 계산된다. 시간 T1에서, AOD(430)가 마이크로미러(440a)를 어드레싱하도록 스위칭되어 메모리(450)의 패킷을 판독한 다. 다른 시간 T2에서, AOD(430)가 마이크로미러(440b)를 어드레싱하도록 스위칭되어 메모리(450)의 패킷을 판독한다. 마이크로미러(440a)는 정상적인 위치(441a)와 α1의 각도를 이루고 있는 것으로 도시되어 있다. 마이크로미러(440b)는 정상적인 위치(441b)와 α2의 각도를 이루고 있는 것으로 도시되어 있다. 렌즈(455)는 CCD 카메라(460)의 어레이로 데이타 패킷들을 전달하는 출력 파형을 집광한다.
본 발명은 본 명세서에 기술된 특정 실시예에 의해서 그 범위가 한정되는 것이 아니다. 그 대신, 이러한 기재에 더하여, 본 기술분야의 숙련자에게는 이상의 상세한 설명 및 첨부 도면들로부터 본 발명의 다양한 변형예들이 가능함이 명백할 것이다. 따라서, 이러한 변형예들은 첨부된 청구범위의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (23)

  1. 포토닉스 회절 메모리(photonics diffractive memory)로부터 정보를 판독하기 위한 고상(solid-state) 장치로서,
    수렴 광빔을 생성하도록 구성된 코히어런트(coherent) 광원;
    상기 수렴 광빔을 편향하도록 구성된 편향기(deflector);
    마이크로미러들 중 하나에서 상기 편향기로부터 상기 편향된 광빔을 수신하도록 구성된 마이크로미러들의 MOEMS(microoptoelectromechanical system) 매트릭스;
    상기 마이크로미러로부터 반사된 반사 광빔을 복수의 지점들 중 하나에서 수신하도록 구성되는 복수의 지점들을 갖는 포토닉스 회절 매트릭스 메모리; 및
    복수의 광 검출 셀(light-detecting cell)을 갖는 검출기
    를 포함하고,
    상기 광 검출 셀들 중 적어도 하나는 상기 지점을 통해 전달된 상기 반사 광빔의 일부를 수신하며,
    상기 편향기, MOEMS 매트릭스, 매트릭스 메모리 및 검출기는 플랫폼 상에 있고,
    상기 마이크로미러들 각각은 발진 스캐닝 마이크로미러(oscillatory scanning micro-mirror)인, 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광원으로부터 상기 수렴 광빔을 형성하는 렌즈를 더 포함하는 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 코히어런트 광원은 저전력 레이저 및 LED(light-emitting diode)를 포함하는 그룹에서 선택되는 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 검출기는 CCD 검출기 어레이인 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 지점들 각각은 하나 이상의 회절 패턴들을 저장하는 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 포토닉스 회절 메모리는 상기 메모리의 상기 복수의 지점에 위치하고 상기 지점들 각각에서 복수의 각도로 위치한 정보를 그 안에 저장하여 상기 지점들 각각에서 복수의 정보 패킷을 형성하는 장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 편향기 및 상기 발진 마이크로미러들의 동기화를 조절하여 상기 반사 광빔이 상기 지점으로부터 정보를 검색하기에 충분한 시간 동안 상기 지점들 중 하나로 향하도록 구성되는 컴퓨터를 더 포함하는 장치.
  9. 포토닉스 회절 메모리(photonics diffractive memory)로부터 정보를 판독하기 위한 고상(solid-state) 장치로서,
    수렴 광빔을 생성하도록 구성된 코히어런트(coherent) 광원;
    상기 수렴 광빔을 편향하도록 구성된 편향기(deflector);
    마이크로미러들 중 하나에서 상기 편향기로부터 상기 편향된 광빔을 수신하도록 구성된 마이크로미러들의 MOEMS(microoptoelectromechanical system) 매트릭스;
    상기 마이크로미러로부터 반사된 반사 광빔을 복수의 지점들 중 하나에서 수신하도록 구성되는 복수의 지점들을 갖는 포토닉스 회절 매트릭스 메모리; 및
    복수의 광 검출 셀(light-detecting cell)을 갖는 검출기
    를 포함하고,
    상기 광 검출 셀들 중 적어도 하나는 상기 지점을 통해 전달된 상기 반사 광빔의 일부를 수신하며,
    상기 편향기, MOEMS 매트릭스, 매트릭스 메모리 및 검출기는 플랫폼 상에 있고,
    상기 마이크로미러들 각각은 발진 마이크로미러이고 상기 마이크로미러의 발진 주기는 상기 편향기가 스캐닝을 하면서 조절되어 상기 반사 광빔을 상기 저장 매체의 상기 지점들 중 하나로 향하게 하는 장치.
  10. 제1-6항, 제8-9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 편향기는 음향 광 편향기(acousto-optic deflector)인 장치.
  11. 포토닉스 회절 메모리로부터 정보를 판독하기 위한 고상(solid-state) 방법으로서,
    광빔을 생성하는 단계;
    상기 광빔을 수렴하는 단계;
    편향기에 의해 상기 수렴 광빔을 마이크로미러들의 MOEMS 매트릭스로 편향시키는 단계;
    상기 편향기로부터 수신된 상기 수렴 광빔을 상기 마이크로미러들 중 하나로부터, 복수의 지점들을 포함하는 포토닉스 회절 메모리로 반사시키는 단계; 및
    상기 반사 광빔에 의해 조명된 상기 지점들 중 하나로부터 정보를 전달하는 상기 반사 광빔의 일부를 검출하는 단계
    를 포함하고,
    상기 마이크로미러들 각각은 발진 스캐닝 마이크로미러인, 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 광원으로부터 상기 수렴 광빔을 형성하는 렌즈를 더 포함하는 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 코히어런트 광원은 저전력 레이저 및 LED를 포함하는 그룹에서 선택되는 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 검출 단계는 CCD 검출기 어레이에 의해 달성되는 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 지점들 각각은 적어도 하나의 회절 패턴들을 저장하는 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 포토닉스 회절 메모리는 상기 메모리의 상기 복수의 지점에 위치하고 상기 지점들 각각에서 복수의 각도로 위치한 정보를 그 안에 저장하여 상기 지점들 각각에서 복수의 정보 패킷을 형성하는 방법.
  17. 삭제
  18. 제11항에 있어서,
    상기 편향기 및 상기 발진 마이크로미러들 각각의 동기화를 조절하여 상기 반사 광빔이 상기 지점으로부터 정보를 검색하기에 충분한 시간 동안 상기 지점들 중 하나로 향하도록 하는 단계를 더 포함하는 방법.
  19. 포토닉스 회절 메모리로부터 정보를 판독하기 위한 고상(solid-state) 방법으로서,
    광빔을 생성하는 단계;
    상기 광빔을 수렴하는 단계;
    편향기에 의해 상기 수렴 광빔을 마이크로미러들의 MOEMS 매트릭스로 편향시키는 단계;
    상기 편향기로부터 수신된 상기 수렴 광빔을 상기 마이크로미러들 중 하나로부터, 복수의 지점들을 포함하는 포토닉스 회절 메모리로 반사시키는 단계; 및
    상기 반사 광빔에 의해 조명된 상기 지점들 중 하나로부터 정보를 전달하는 상기 반사 광빔의 일부를 검출하는 단계
    를 포함하고,
    상기 마이크로미러들 각각은 발진 마이크로미러이고 상기 마이크로미러의 발진 주기는 상기 편향기가 스캐닝을 하면서 조절되어 상기 반사 광빔을 상기 메모리의 상기 지점들 중 하나로 향하도록 하는 방법.
  20. 제11-16항, 제18-19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 편향 단계는 음향 광 편향기를 이용하여 달성되는 방법.
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
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