KR101593232B1 - 데이터 저장 장치 및 데이터 저장 방법 - Google Patents
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Abstract
데이터 저장 장치는 수직으로 적층되고 횡방향으로 확장되는 복수의 층(4110) 내의 트랙들을 따라 배치된 복수의 볼륨(4510, 4520)을 가진 플라스틱 기판과, 볼륨들 중 대응하는 볼륨 내에 각각 포함된 복수의 마이크로홀로그램(4202, 4204)을 포함하되, 각각의 볼륨 내의 상기 마이크로홀로그램의 존재 또는 부재는 저장된 데이터의 대응하는 부분을 나타낸다.
Description
본 발명은 일반적으로 데이터 저장 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 광학 기반 데이터 저장 시스템과 방법 및 홀로그래픽(holographic) 데이터 저장 시스템과 방법에 관한 것이다.
데이터 저장 시스템 및 방법은 유용하다고 알려져 있다. 볼륨 홀로그래픽 기록 시스템은 일반적으로 간섭 패턴을 형성하도록 감광성 홀로그래픽 매체 내에서 수렴하는 2 개의 역 전파 레이저 또는 광빔(light beam)을 사용한다. 이 간섭 패턴은 홀로그래픽 매체의 굴절률(refractive index)의 변화 또는 변조를 발생시킨다. 광빔 중 하나가 인코딩되는 데이터에 응답하여 변조되는 경우에, 결과적인 간섭 패턴은 변조 데이터를 강도와 위상 양자 모두로 인코딩한다. 기록된 강도 및 위상 정보는 변조되지 않은, 또는 기준 광빔(reference light beam)의 재입력에 반응하여 나중에 검출될 수 있으며, 이로써 인코딩된 데이터를 반사(reflection)로서 복구한다.
종래의 "페이지 기반" 홀로그래픽 메모리는 홀로그래픽 매체에서 2 차원 어레이 또는 "페이지들" 상에 병렬식으로 기록된 데이터를 갖는다.
비교적 간단하고, 저렴하며, 강건한 홀로그래픽 메모리 시스템을 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 비트 지향 홀로그래픽 메모리 시스템이 바람직하다.
데이터 저장 장치는 수직으로 적층되고 횡방향으로 확장되는 복수의 층 내의 트랙들을 따라 배치된 복수의 볼륨을 가진 플라스틱 기판과, 볼륨들 중 대응하는 볼륨 내에 각각 포함된 복수의 마이크로홀로그램을 포함하되, 각각의 볼륨 내의 마이크로홀로그램의 존재 또는 부재는 저장된 데이터의 대응하는 부분을 나타낸다.
본 발명은 유사한 부분이 유사한 참조 부호로서 지칭되는 첨부한 도면과 연계하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 후속하는 상세한 설명을 읽음으로써 용이하게 이해될 것이다.
본 발명의 명료한 이해와 관련된 요소들을 예시하도록 본 발명의 도면 및 설명은 간략화되었고, 그와 동시에 명료한 설명을 위해, 전형적인 홀로그래픽 방법 및 시스템에서 발견되는 다수의 다른 요소들은 생략되었음을 이해해야 한다. 그러 나, 이러한 요소들은 당업계에 잘 알려져 있고, 또한 본 발명의 보다 나은 이해를 도모하지 못하기 때문에, 이러한 요소들에 대한 설명은 본 명세서에서 제공되지 않는다. 본 명세서의 개시물은 당업자에게 알려져 있는 그러한 모든 변형 및 수정에 관한 것이다.
개요
볼륨 광학 저장 시스템(volumetric optical storage system)은 고용량 데이터 저장의 요구를 만족시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 디지털 정보가 단일(또는 최대 2개의) 반사 층(들)에 저장되는 콤팩트 디스크(CD) 및 디지털 다기능 디스크(DVD) 포맷과 같은 전통적인 광 디스크 저장 포맷과는 달리, 본 발명의 일 측면에 따르면, 저장 매체에서 수직으로 적층되고, 외측 지향의 트랙(vertically stacked, laterally directed tracks) 내에 정렬된 다수의 볼륨 내에 국소화된 굴절률 변화로서 디지털 콘텐츠가 저장된다. 각 트랙은 대응하는 외측 지향성, 예를 들어 방사 지향성의 층을 정의할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 데이터의 단일 비트들, 또는 비트들의 그룹은 각각이 사실상 볼륨들 중 대응하는 볼륨 내에 포함되는 개별 마이크로홀로그램으로서 인코딩될 수 있다. 일 실시예에서, 매체 또는 매체들은 사출 성형가능 열가소성 디스크의 형태를 취하고, 하나 이상의 비선형 함수 특성(non-linear functional characteristics)을 나타낸다. 비선형 함수 특성은 입사 광 세기 또는 에너지 또는 가열과 같은 경험 에너지(experienced energy)의 비선형 함수인 굴절률 변화로서 구현될 수 있다. 이러한 실시예에서, 매체의 주어진 볼륨 내에서 간섭 무늬(interference fringes)를 생성함으로써, 데이터의 하나 이상의 비트는 그 볼륨 내에서 이후 검출가능한 굴절률 변화로서 선택적으로 인코딩될 수 있다. 따라서, 굴절률 변화의 3차원, 분자식, 광반응성 매트릭스가 데이터를 저장하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 비선형 함수 특성은 임계 에너지 반응 조건을 설정할 수 있는데, 이 조건 아래에서는 굴절률의 실질적 변화는 발생하고 않고 이 조건 위에서는 굴절률의 측정가능한 변화가 야기된다. 이러한 방식으로, 선택된 볼륨은 임계값보다 적은 전달 에너지를 갖는 광 빔을 충돌시킴으로써 판독 또는 재생될 수 있고 임계값 이상의 전달 에너지를 갖는 광 빔을 사용하여 기록 또는 소거된다. 따라서, 각각이 내부에 실질적으로 포함된 마이크로홀로그램을 가질 수 있거나 또는 가지지 않을 수 있는 볼륨들의 밀집된 매트릭스가 구성될 수 있다. 각 마이크로홀로그램은 마이크로홀로그램을 기록하는데 사용되는 역-전파 광 빔(counter-propagating light beam)의 간섭 무늬에 대응하는, 상이한 굴절률을 갖는 서브-영역의 교번하는 패턴으로서 구현된다. 굴절률 변조가 인코딩되는 비트 센터와 같은 목표 볼륨으로부터의 거리의 함수로서 급속히 쇠퇴하는 경우, 볼륨들은 보다 밀접하게 패키징될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 특정 볼륨 내에서의 굴절률 변화는 국소적인 가열 패턴(볼륨을 통과하는 역-전파 레이저 빔의 간섭 무늬에 대응함)에 의해 야기될 수 있다. 일 실시예에서, 굴절률 변화는 열가소성 매체의 비결정 상태와 결정 상태 사이의 밀도 차이로 인해 발생된다. 일 상태에서 다른 상태로의 천이는 간섭 무늬에서 목표 볼륨의 서브-볼륨을 열로 활성화시킴으로써 매체의 목표 볼륨에서 선택적으로 야기될 수 있다. 이와 달리, 굴절률 변화는 목표 볼륨 내에 위치하는, 염료 또는 염료 내의 다른 촉매에서 발생하는 화학적 변화와 같은 매체의 목표 볼륨의 서브-볼륨 내에서의 화학적 변화에 의해 발생될 수 있다. 이와 같은 화학적 변화는 또한 열 활성화를 이용하여 선택적으로 유도될 수 있다.
비선형적으로 반응하는 매체를 사용하는 구성은 조밀하게 포커싱된 단일 광 빔, 포커싱된, 약간 포커싱된 또는 포커싱되지 않은 반사된 광 빔을 사용하는 (페이지 기반에 대립되는) 비트 지향 마이크로홀로그래피 매체 및 시스템을 제공하는데 사용하기에 매우 적합하다. 이러한 구성은 기록 광학장치의 오정렬에 대한 개선된 허용오차와 보다 간단하고, 보다 저비용의 마이크로홀로그래피 시스템을 포함하는 장점들을 제공한다. 따라서, 본 발명의 일 측면에 따르면 마이크로홀로그래피 시스템에 약간의 곡률 또는 곡률을 갖지 않는 반사 소자가 사용될 수 있다. 데이터 기록 디스크의 일 표면은 (반사 코팅을 갖거나 또는 갖지 않는) 반사 소자로서 사용될 수 있다.
예를 들어, 낮은 곡률의 특징(feature)을 갖는 사출 성형가능 열가소성 매체는 매체 표면 내로 몰딩될 수 있고 금속화될 수 있으며 반사를 생성하고 트래킹하는데 사용될 수 있다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 열가소성 매체는 약간 곡선형의 소자를 디스크 내로 합체하도록 몰딩될 수 있으며, 그런 다음 이 소자는 보다 높은 전력 밀도로 반사를 생성하는데 사용될 수 있다. 이들 특징은 DVD 상의 그루 브와 같이 트래킹에 매우 적합할 수 있다. 더 나아가, 반사된 광 빔을 교정하는데 하나 이상의 소자가 사용될 수 있다. 예를 들어, 시준된 광 빔을 생성하는데 곡선형의 미러가 사용될 수 있고 상이한 층으로 이동함으로써 생성된 경로 길이 차이를 벌충하기 위해 액정 셀이 사용될 수 있다. 또는, 회절 소자처럼 동작하는 홀로그래피 층이 매체의 표면 근처에 배치되어, 광 빔에 대한 교정을 제공한다. 외부 미러 또는 디스크 표면이 반사를 생성하도록 사용될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상이한 층에서 판독되는 데이터는 상이할 수 있다. 반사는 상이한 층에서 상이한 수차(aberrations)를 가지기 때문에, 이 수차는 포커싱 프로세스에서 층 인덱싱(layer indexing)에 사용될 수 있다. 디스크의 이면(backside)에서의 설계는 유효 격자 강도(effective grating strength)를 증가시키기 위해 반사된 광 빔의 보다 양호한 제어를 제공하는데 사용될 수 있다. 다층 코팅 및/또는 표면 구조(디스플레이 필름 구조와 유사함)는 사용하기에 적절하다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 사선의 입사 광 빔을 흡수하고 수직 광 빔을 반사하는 설계가 또한 잡음을 감소시키고 마이크로홀로그램의 배향을 제어하는데 사용될 수 있다. 더 나아가, 마이크로홀로그램의 격자 강도는 상이한 층에 대해 동일할 필요는 없다. 상이한 측에서의 기록을 위해 전력 스케쥴링이 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 하나의 포커싱된 광 빔과 하나의 평면파 광 빔을 사용하여 마이크로홀로그램을 임계 물질 내에 기록하는 것이 실행될 수 있다. 이러한 방법은 두 개의 입력 광 빔을 이용할 수 있지만, 정렬 요건은 종래의 방법 보다 덜 까다로우며, 마이크로홀로그램 배향 및 강도는 층들에 걸쳐 잘 제어되고 균일하게 유지된다. 판독 신호는 또한 잘 예측될 수 있다.
단일 비트 홀로그래피
단일 비트 마이크로홀로그래피는 다른 홀로그래픽 기법들에 비해 광학 데이터 저장에 있어서 여러 이점을 제공한다. 이제 도 1을 참조하면, 도 1에는 역전파 광빔(counter-propagating light beams)을 사용하여 매체 내에 홀로그램을 형성하는 예시적인 구성(100)이 도시되어 있다. 여기서, 마이크로홀로그래픽 기록은 2개의 역전파 광빔(110, 120)이 간섭하여 기록 매체(130)의 볼륨(140) 내에 무늬(fringe)를 형성함으로써 이루어진다. 간섭은 광빔(110, 120)을 기록 매체(140) 내의 거의 회절 제한된(nearly-diffraction-limited) 직경(약 1 마이크로미터(㎛) 또는 이하)에서의 목표 볼륨(target volume), 예컨대 원하는 위치에 포커싱함으로써 달성될 수 있다. 광빔(110, 120)은 광빔(110)용의 통상의 렌즈(115) 및 광빔(120)용의 렌즈(125)를 사용하여 포커싱될 수 있다. 간단한 렌즈구성을 도시하였지만, 물론 복합 렌즈 포맷도 사용가능하다.
도 2는 역전파 광빔을 사용하여 홀로그램 지원 매체 내에 홀로그램을 형성하는 다른 구성(200)을 도시한 것이다. 구성(200)에서는, 렌즈(125)가 곡면 미러(220)로 대체되었으며, 따라서 광빔(110)의 포커싱된 반사가 광빔(110) 그 자체와 간섭한다. 구성(100, 200)은 2개의 렌즈(115, 125) 또는 렌즈(115)와 미러(220)가 서로에 대해 매우 정확하게 정렬될 것을 요구한다. 따라서, 이러한 구 성을 채용한 마이크로홀로그래픽 기록 시스템은 통상의 고정밀 위치 지정 스테이지를 포함하는 환경과 같은 안정되며 진동이 없는 환경에 제한된다.
본 발명의 일측면에 따르면, (역전파 포커싱된 광빔에 대해) 포커싱되었거나, 약간 포커싱되었거나 포커싱되지 않은 반사된 광빔이 기록에 사용될 수도 있다. 도 3은 역전파 광빔을 사용하여 매체 내에 홀로그램을 형성하는 다른 구성(300)을 도시한 것이다. 구성(300)은 미러(320)로부터의 광빔(110)의 포커싱되지 않은 역전파 반사(310)를 이용한다. 도시된 실시예에서, 미러(320)는 실질적으로 평면 미러 형태를 취한다.
도 4는 역전파 광빔을 사용하여 매체 내에 홀로그램을 형성하는 다른 구성(400)을 도시한 것이다. 구성(400)은 미러(420)로부터의 광빔(110)의 약간 포커싱된(slightly-focused) 역전파 반사(410)를 이용한다. 도시된 실시예의 구성(400)은 또한 예컨대 액정 셀, 유리 웨지(glass wedge) 또는 웨지 쌍의 형태를 취할 수 있는 광학 경로 길이 보정 요소(425)를 포함한다.
도 5는 역전파 광빔을 사용하여 매체 내에 홀로그램을 형성하는 또 다른 구성(500)을 도시한 것이다. 구성(300)(도 3 참고)과 유사하게, 구성(500)은 실질적으로 평면인 반사면을 이용한다. 그러나, 구성(500)은 매체(130) 자체의 일부분(520)을 사용하여 광빔(110)의 반사(510)를 제공한다. 부분(520)은 매체(130)의 (금속 코팅된) 반사 후면, 매체(130) 내의 반사층 또는 기본적으로 매체(130) 내에 반사면을 형성하는 하나 이상의 홀로그램 형태를 취할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
구성(300, 400, 500)에서, 광빔(110)은 목표 볼륨 또는 영역에서 광빔(310, 410, 510)보다 작은 스폿 사이즈 및 보다 큰 전력 밀도를 가지며, 따라서 마이크로홀로그램 크기는 보다 작은 스폿 사이즈의 크기에 의해 결정될 것이다. 두 광빔 사이의 전력 밀도의 차에 대한 잠재적인 단점은 간섭 패턴에서의 결과적인 페데스탈(pedestal) 또는 DC 성분이다. 그러한 페데스탈 또는 DC 성분은 물질(130)의 기록 능력(동적 범위)의 상당한 부분을 사용하며, 여기서 물질(130)은 경험한 노출 세기(experienced exposure intensity)를 가진 굴절률의 선형적인 변화를 나타낸다.
도 6은 역전파 광빔으로부터의 경험한 광의 세기(experienced light intensity)가 위치에 따라 변하여 간섭 무늬를 형성하는 것을 도시하고 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 굴절률이 경험한 광 세기에 따라 nO에 대해 거의 선형으로 변하는 선형 반응 물질에서, (상대적으로) 포커싱되지 않은 광빔은 원하는 홀로그램에 대응하는 목표 볼륨보다 훨씬 더 큰 볼륨의 동적 범위를 소모할 수 있으며, 그에 따라 다른 볼륨 및 마이크로홀로그램의 가능한 반사력을 감소시킬 수 있다. 동적 범위는 또한 역전파 광빔이 정상 입사인 매체의 깊이 전체에 걸쳐 소모된다(도 1 및 2 참고).
본 발명의 일측면에 따르면, 홀로그램 형성 동안의 목표 볼륨 이외의 다른 영향을 받은 볼륨 내에서의 이러한 동적 범위의 소모는 경험한 전력 밀도(experienced power density)에 대한 비선형 반응을 나타내는 기록 물질을 사용 함으로써 완화된다. 즉, 비선형 기록 특성을 나타내는 매체가 마이크로홀로그래픽 방법과 함께 사용된다. 물질의 비선형 기록 특성은 광 세기에 대해 비선형인(예컨대, 정방형, 입방형 또는 임계형(threshold type)) 기록을 용이하게 하는데 사용되며, 따라서 실질적으로 소정의 광 세기 이상에서만 기록이 발생한다. 물질의 이러한 비선형 기록 특징은 어드레스되지 않은 볼륨에서의 동적 범위의 소모를 줄이거나 제거하고, 마이크로홀로그램 및 그에 따른 목표 볼륨의 크기를 용이하게 감소시킨다.
도 10(a), 10(b), 11(a) 및 11(b)는 선형 기록 매체의 기록 특징을 도시하는 반면에, 도 10(c), 10(d), 11(c) 및 11(d)는 임계형의 비선형 기록 매체의 기록 특징을 도시하고 있다. 보다 구체적으로, 도 10(a) 내지 10(d)는 도 1 및 2에 도시된 바와 같은 2개의 포커싱된 역전파 광빔의 간섭이 광 세기의 변조를 생성함을 보여주는데, 여기서 위치 0(-0.5와 0.5 사이의 중간)은 두 포커싱된 광빔의 중간 두께를 따른 초점에 대응한다. 선형 기록 특성을 나타내는 매체의 경우에, 도 10(b)에 도시된 것과 유사한 굴절률 변조는 도 10(a)에 도시된 세기 프로파일을 따를 것이다. 굴절률 변조는 궁극적으로 0 위치 근방에서 최대화될 수 있지만, 예컨대 도 10(b)의 위치(횡좌표) 값에 한정되지 않고 물질의 전체 두께에 걸쳐 실질적으로 연장될 수도 있으며, 따라서 결과의 마이크로홀로그램은 복수의 볼륨이 서로의 위에 적층되는 매체 내의 특정 볼륨 내에 실질적으로 포함되지 않을 수 있다. 한편 비선형 또는 임계 특성을 나타내는 기록 매체(도 10(d)에 도시되어 있는 임계 조건)에서는, 결과의 마이크로홀로그램이 복수의 볼륨이 서로의 위에 적층되는 특정 볼 륨 내에 실질적으로 포함되도록 임계 조건(1020)에 도달하는 볼륨에서만 임계 기록(1010)이 실질적으로 발생한다. 도 10(d)는 무늬를 유도하는 마이크로홀로그램이 약 3㎛에 걸쳐 연장된다는 것을 보여준다. 유사한 특징들이 도 11(a) 내지 11(d)에 도시된 마이크로홀로그램의 측면 크기로 나타난다. 따라서, 임계형의 비선형 물질을 사용함으로써, 매체의 목적하지 않는 볼륨의 동적 범위의 불필요한 소모가 완화된다.
설명을 위해 임계형 비선형 물질을 논의하였지만, 이는 1차 근사화로 이해해야 하며, 굴절률 변조의 진폭은 선형 반응 물질 내에서 광 세기에 따라 선형으로 변한다(도 10(a), 10(b), 11(a), 11(b) 참고). 따라서, 기록 임계를 갖는 물질이 특히 바람직한 것으로 증명될 수 있다 하더라도, 예컨대, 하나보다 많은 멱승(또는 멱승들의 조합)과 같이, 굴절률 변조의 진폭이 가변하는, 노출에 대하여 비선형 광학 반응을 나타내는 물질은 다른 영향을 받은 볼륨 내의 동적 범위 소모를 크게 완화시킬 것이다.
다시 비선형 물질의 임계형으로 돌아가서, 도 10(c), 10(d), 11(c), 11(d)를 참고하면, 그러한 경우에 임계 반응 매체는 입사 에너지 밀도 또는 전력 밀도(1015)가 임계(1020)보다 높을 때에만 광학적으로 유도된 굴절률 변화(1010)를 실질적으로 경험함으로써 동작한다. 임계(1020) 아래에서는, 매체가 어떠한 굴절률 변화도 실질적으로 경험하지 않는다. 기록에 사용된 역전파 광빔들 중 하나, 예컨대 반사된 광빔은 포커싱될 수도 있고(도 1 및 2), 약간 포커싱될 수도 있고(도 4), 또는 전혀 포커싱되지 않을 수도 있다(도 3 및 5). 그럼에도 불구하고, 이러한 임계 반응 물질을 사용하면, 포커싱 허용오차 요건을 감소시키는 영향을 갖는다. 다른 이점은 도 5에 도시된 바와 같이, 반사 디바이스가 전류 표면 기술의 광학 저장 디바이스와 유사한 디스크와 같은 매체에 통합될 수 있다는 것이다.
이제 도 8 및 도 9를 참조하면, 보다 큰 페이지 기반 홀로그램과 반대로 보다 작은 마이크로홀로그램을 사용하면, 온도 변동 및 각 부정합(angular misalignment)에 대한 개선된 시스템 허용오차를 제공할 수 있다. 도 8은 홀로그램의 예상 브래그 디튜닝(expected Bragg detuning)(∝ 1/L, L은 홀로그램 길이)을 기록 온도와 판독 온도 간의 차의 함수로서 도시한 것이다. 참조번호(810)는 마이크로홀로그램의 예상 성능(expected performance)에 대응하는 한편, 참조번호(820)는 페이지 기반의 홀로그램의 예상 성능에 대응한다. 도 9는 홀로그램의 예상 브래그 디튜닝(∝ 1/L, L은 홀로그램 길이)을 각 변화의 함수로서 도시한 것이다. 참조번호(910)는 마이크로홀로그램의 예상 성능에 대응하는 한편, 참조번호(920)는 페이지 기반 홀로그램의 예상 성능에 대응한다.
제한적이지 않은 추가적인 설명으로서, 거의 회절 제한된(nearly-diffraction-limited) 사이즈에 포커싱된 인입 광빔이 약간 포커싱되거나 또는 전혀 포커싱되지 않은 채로 반사될 수도 있으며, 따라서 반사된 광빔은 역전파 포커싱된 인입 광빔에 비해 포커싱되지 않는다(또는 약간 포커싱된다). 반사 소자가 디스크 표면 상에 위치할 수 있고, 예컨대 평면 미러 형태를 취할 수도 있으며, 또는 약간 곡면 미러 형태를 취할 수도 있다. 포커싱된 광빔과 반사 광빔 사이에 일부 부정합이 발생하면, 반사된 광빔이 그 동위상 파면(phase front)의 비교적 큰 곡률을 갖는 포커싱된 광빔의 위치만큼 간섭 패턴이 이동할 것이다. 큰 곡률은 포커싱된 스폿이 반사된 광빔에 대해 이동할 때 작은 전력 밀도 변화를 생성한다.
비선형 반응 물질 예 1
홀로그래픽 저장 시스템에 대한 매체 후보로서 포토폴리머(photopolymer)가 제안되어 왔다. 포토폴리머 기반 매체는 적절한 굴절률 변화 및 유리 기판들 사이에 끼워진 겔과 유사한(gel-like) 상태로 기록된 감도를 갖는다. 그러나, 몰딩된 디스크와 같은 단순화된 구조를 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 포토폴리머 시스템은 환경 상태, 즉, 주변 조명에 민감하며, 흔히 기록 과정 전, 기록 과정 동안 및 심지어 기록 후에도 특별한 처리를 요구한다. 이들 단점 또한 제거하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 광빔에 노출되어 굴절률 변조가 일어나는 폴리머 상 변화 물질(polymer phase-change material)이 홀로그래픽 데이터 저장 매체로서 사용된다. 일실시예에서, 검출가능한 굴절률 변화는 그 물질의 비정질 요소 및 결정 요소 간의 열적으로 유도된 국부 변화에 기인한다. 이것은 적은 에너지를 사용하여 잠재적으로 큰 굴절률 변조를 제공한다. 이러한 물질은 또한 임계 조건을 제공할 수 있는데, 여기서 임계값 아래의 노광 에너지는 물질의 굴절률에 대한 영향이 적거나 거의 없고, 임계값보다 높은 노광 에너지가 검출가능한 굴절률 변화를 일으킨다.
보다 구체적으로는, 상 변화를 일으킬 수 있는 폴리머 물질은 사출성형 가능 한, 환경적으로 안정된 열가소성 기판에서 양호한 감도(S > 500 이상 cm/J)로 큰 굴절률 변화(Δn > 0.01)를 제공할 수 있다. 또한, 이러한 물질은 실질적으로 임계 반응 기록 프로세스를 사용할 수 있게 하여, 판독 및 기록 모두에 동일한 파장의 레이저가 사용될 수 있게 하는 한편, 주변 광 노출로 인해 저장된 데이터가 실질적으로 저하되지 않게 한다. 일실시예에서, 검출가능한 굴절률 변화는 코폴리머 열가소성 기판의 요소들 중 하나의 비정질 상태와 결정 상태 사이의 굴절률 차에 대응한다. 이러한 기판은, 코폴리머를 용융 온도(Tm)보다 높이고 그 물질을 급냉시켜 물질의 이전 결정 성분이 비정질 상태에서 냉각되게 함으로써, 마련할 수 있다.
도 14(a) 및 14(b)를 참고하면, 광빔들이 물질의 목표 볼륨 내에서 간섭되어 에너지 흡수로 인한 간섭 무늬에 대응하는 서브볼륨을 국부적으로 가열한다. 국부 온도가 임계 온도, 예컨대 유리 전이 온도(Tg)(도 14(a))보다 높게 상승하면, 물질의 결정 요소가 용융되고 이어서 비정질 상태로 냉각되어, 물질 내의 다른 결정 상태 볼륨들에 대해 굴절률 차가 발생한다. 임계 온도는 나노 도메인 요소 물질의 용융 온도(Tm) 근방에 있을 수도 있다. 그럼에도 불구하고 입사 광빔의 에너지가 물질의 온도를 임계 온도보다 높게 상승시키기에 충분하지 않으면, 실질적으로 아무런 변화도 일어나지 않는다. 이것은 도 14(b)에 도시되어 있는데, 여기서 임계값(Fcrit)보다 높은 광학 에너지(optical fluence)로 인해 홀로그램이 기록되고, 임계값(Fcrit)보다 작은 광학 에너지는 실질적으로 이러한 변화를 일으키지 않으며 따라서 기록된 홀로그램을 판독하고 기록된 데이터를 복원하는데 적합하다.
추가적인 설명을 위해, 임계값은 F CRIT =L×ρ× c p ×ΔT로 주어지는데, 여기서 L은 마이크로홀로그램의 길이 또는 깊이이고, ρ는 물질의 밀도이며, cp는 물질의 특정 열(heat)이고, ΔT는 경험한 온도 변화이다(즉, Tg-T0, 여기서 Tg는 유리 전이 온도이고, T0는 물질의 주변 온도이다). 일례로서, 1.2 g/㎤의 밀도 및 1.2 J/(K·g)의 특정 열을 갖는 폴리카보네이트가 사용되는 경우, 마이크로홀로그램의 길이는 5×10-4 ㎝이고, 온도 변화는 125℃(K)이며, FCRIT=90 mj/㎠이다. 에너지 항으로 변환하면, 임계 에너지(FCRIT)에 도달하는데 필요한 에너지(FCRIT)는 
인데, 여기서 A는 홀로그램의 횡 영역(transverse area)이고 W0은 광빔 웨이스트(light beam waist)이다. ECRIT를 제공하는데 필요한 초점에서의 에너지(EF)는 
인데, 여기서 e-αL은 전송(transmission)이고, α=α0+αNLF이며, α0은 물질의 선형 흡수율이고, αNL은 물질의 비선형 흡수율이며, F는 최대 입사 광학 에너지이고, L은 마이크로홀로그램의 길이이다. 초점에서 필요한 에너지(EF)를 제공하기 위해 물질에 전달된 입사 에너지(EIN)는 
인데, 여기서 e-αL은 전송(transmission)이고, α=α0+αNLF이며, α0은 물질의 선형 흡수율이고, αNL은 물질의 비선형 흡수율이며, F는 최대 입사 광학 에너지이고, L은 마이 크로홀로그램의 길이이며, D는 물질의 깊이(또는 길이)이다(예컨대, 매체 디스크의 두께). 이제 도 15(a) 내지 15(c)를 참조하면, 0.6×10-4㎝의 광빔 손실(W0)을 가정할 때, 홀로그램의 횡 영역(A)은 5.65×10-9㎠이다. 또한 마이크로홀로그램의 깊이(L)가 5×10-4㎝이고, 물질의 깊이(D)(예를 들어, 전체 매체 디스크)가 1㎜라고 가정하여, 입사 에너지(EIN)와 α 사이의 예상 관계가 도 15(a)에 도시되어 있다. 또한 0.018 1/㎝의 물질의 선형 흡수율(α0) 및 1000 ㎝/J의 물질의 비선형 흡수율(αNL)(및 .1 ㎝의 물질 길이)을 가정하여, 전송과 에너지 간의 예상 관계가 도 15(b)에 도시되어 있다. 이와 동일한 가정을 이용하여, 광빔 웨이스트와 거리 간의 관계 및 정규화된 흡수율과 거리 간의 예상 관계가 도 15(c)에 도시되어 있다.
일관되게, 그리고 도 16a 및 16b에 도시되어 있는 바와 같이, 이러한 코폴리머 물질의 매체의 역전파 광빔 노출은 결정 폴리머의 나노 영역의 형성 또는 파괴로 인해 역전파 광빔 간섭 무늬에 대응하는 고정된 인덱스(index) 변조의 형태로 마이크로홀로그램을 기록할 것으로 예상된다. 즉, 위상 변화/분리 메커니즘은 사용되는 광의 파장보다 훨씬 더 작은 결정 나노 영역의 형성 또는 파괴에 기초하여 굴절률 변조를 생성한다. 도 16b의 값은 75 mW의 입사 단일 빔 전력(P1=P2), α=20㎝-1 및 1 ms의 노출 시간(T)을 각각 갖는 2개의 역전파 빔을 사용하여 예측된다. 마이크로홀로그램을 형성하는 예상 결과의 굴절률 변화(Δn=0.4)가 도 16c에 도시되어 있다. 여기서 알 수 있듯이, 역전파 광빔의 간섭 무늬에 대응하는 일련의 굴절률 변화로서 구현된 마이크로홀로그램은 실질적으로 국부 가열이 임계 조건을 넘어서는 경우(예를 들면, 온도가 150℃를 초과하는 경우)에만 발생한다.
사용하기에 적절한 폴리머는, 제한적이지 않은 예로서, 부분 결정을 보여주는 호모폴리머(homopolymer), 비정질 및 결정 폴리머로 이루어진 호모폴리머들의 혼합물, 랜덤 및 블록 코폴리머를 포함하는 다양한 코폴리머 합성물 및 호모폴리머를 구비하거나 구비하지 않은 코폴리머 혼합물을 포함한다. 이러한 물질은 예컨대 3 마이크로미터(마이크론) 깊이의 홀로그램을 저장하기에 적합하다. 물질의 선형 흡수율이 높아 물질을 불투명하게 하여 감도를 제한할 수도 있다.
광학적 흡수 염료에 반응하는 열적으로 유도된 반응이 광반응 메커니즘으로부터 인덱스 변화 메커니즘을 분리시키는데 적합하며, 잠재적으로 큰 감도를 가능하게 한다. 본 발명의 다른 측면에 따르면, 열적으로 유도된 프로세스는 광학적으로 유도된 굴절률 변화에 대한 비선형 반응 메커니즘을 제공할 수도 있다. 이 메커니즘 또는 임계 조건은 데이터 판독 및 기록을 위해 동일 파장의 광빔이 저전력 및 고전력에서 각각 사용될 수 있게 한다. 이 특징은 또한 주변 광이 저장된 데이터를 실질적으로 열화시키지 않도록 방지한다. 흡수율이 에너지의 함수이고 에너지 증가에 따라 증가하는 RSA(reverse saturable absorption) 특성을 갖는 염료가 유용하다. 그 결과, 흡수율은 광빔 초점에서 최고인데, 이는 배경 선형 흡수율이 작아서, 결국은 거의 투명한 물질을 낳는다는 것을 의미한다. 이러한 염료의 예로는 포르피린 및 프탈로시아닌이 있다.
또한, 디스크와 같은 성형사출 가능한 열가소성 기판에 원하는 특성을 제공하는데 비정질/결정질 코폴리머가 적합하다. 열가소성을 이용하면 많은 후처리 요구 없이도 안정된 기판에 데이터가 기록될 수 있게 하여, 굴절률 변화, 감도, 안정성 및 "픽싱(fixing)"이 단일 코폴리머 물질 자체에 의해 제공된다. 그리고, 코폴리머 요소들의 선택을 통해 종래의 포토폴리머보다 큰 인덱스 변조가 가능할 수 있다. 물질의 감도는 사용된 염료의 광 흡수 특성에 의존할 수 있다. 공지되어 있는 역 포화가능 흡수 염료의 경우에, 종래의 홀로그래픽 포토폴리머보다 2 내지 3배 높은 감도가 달성될 수 있다. 임계 조건은 또한 데이터가 기록된 후에 요구된 후처리가 적거나 거의 없이 동일한 파장으로 데이터를 판독 및 기록하는 능력을 제공한다. 이것은 시스템을 완전히 치유하기 위해 데이터 기록 후에 통상 전체 기판 노출을 요구하는 포토폴리머와 대조적이다. 마지막으로, 코폴리머 기판은 데이터 기록 전의 포토폴리머의 겔과 유사한 상태와 반대로 열가소성 상태일 수 있다. 열가소성 상태 물질이 자체 사출성형될 수 있고 예컨대 컨테이너 또는 캐리어 내부에 포함될 필요가 없기 때문에, 이것은 포토폴리머에 비해 매체의 물리적 구조를 단순화하는 이점을 갖는다.
따라서, 본 발명의 일측면에 따르면, 비정질/결정질 코폴리머는 광학적으로 유도된 상 변화 및 결과의 인덱스 변조를 지원하는데 사용될 수 있다. 선형 흡수 염료는 비정질/결정질 상 변화 물질과 함께 사용되어 온도 상승에 따라 광학 에너지를 변화시킬 수 있다. 역 포화가능한 흡수 염료를 사용하여 효과적으로 온도 상승을 일으킬 수도 있다. 광학 활성화는 임계 조건을 인덱스 변화로 인에이블링하 는 상 변화/분리 물질 및 염료를 통해 인덱스 변화 유도와 분리될 수 있다.
추가적인 설명을 통해, 소정의 블록 코폴리머 합성물에서, 개별 폴리머들의 상이 코폴리머의 성질 때문에, 거시적으로 유사한 폴리머 혼합물을 성장시키지 않는 규칙적으로 정렬된 도메인 구조로 저절로 분리된다. 이 현상은 1995년 판 Sakurai의 TRIP지 제3권 90페이지 이하에서 논의되어 있다. 코폴리머를 구성하는 개별 폴리머는 온도에 따라 비정질 및/또는 결정 동작을 디스플레이할 수 있다. 개별 폴리머들의 중량비는, 분리되어 있는 마이크로 상들이 구, 원통 또는 판(lamellae)을 형성하는 지의 여부를 나타내는 경향이 있을 수 있다. 유리 전이 온도(Tg) 및 개별 블록의 용융 온도(Tm)보다 약간 높게(또는 보다 오래) 가열 시에 두 상이 모두 비정질인 코폴리머 시스템이 사용될 수도 있다. 낮은 온도로 냉각시에, 상들 중 하나가 결정화되는 한편, 원래의 마이크로 상들의 형상은 유지한다. 이 현상의 일례가 2001년 판 Hung 등의 Macromolecules 34 6649 페이지 이하에 보고된 바와 같이 폴리(에틸렌 산화물)/폴리스티렌 블록 코폴리머에 예시되어 있다. 본 발명의 일측면에 따르면, 폴리(에틸렌 산화물)/폴리스티렌 블록 코폴리머가 예컨대 75%/25% 비로 사용될 수 있다.
구리 프탈로시아닌, 납 프탈로시아닌, 아연 프탈로시아닌, 인듐 프탈로시아닌, 인듐 테트라-부틸 프탈로시아닌, 갈륨 프탈로시아닌, 코발트 프탈로시아닌, 백금 프탈로시아닌, 니켈 프탈로시아닌, 테트라-4-설포네이토페닐포르필리네이토-구리(II)(tetra-4-sulfonatophenylporphyrinato-copper(II)) 또는 테트라-4-설포네이토페닐포르필리네이토-아연(II)과 같은 프탈로시아닌 염료와 같은 광화학적으 로(photo-chemically) 그리고 열적으로 안정된 염료가 그러한 코폴리머에 첨가되어 120㎜ 직경의 디스크로 사출성형될 수 있다. 몰딩은 코폴리머의 온도를 폴리스티렌의 유리 전이 온도(Tg) 및 폴리(에틸렌 산화물)의 용융 온도(Tm)보다 높게 하며, 따라서 마이크로 상 분리를 갖는 비정질 물질을 생성한다. 디스크를 약 30℃로 냉각시키면, 폴리(에틸렌 산화물) 상이 물질 전체에 걸쳐 결정화된다. 결정 영역의 도메인 크기가 100 나노미터보다 작은 정도로(<100nm) 충분히 작은 경우에, 광은 매체에 의해 산란되지 않고 매체는 두꺼운 기판에서도 투명성을 유지할 것이다. 데이터는 2개의 레이저 빔(또는 광빔 및 그 반사빔)을 예를 들면 디스크의 목표 볼륨 내의 특정 영역에서 간섭함으로써 물질에 기록될 수 있다.
하나 이상의 기록 광 빔(고출력 레이저 빔)에 노출되는 경우, 염료는 간섭 무늬에서 강한 광을 흡수하여, 일시적으로 디스크의 대응하는 볼륨 또는 영역에서의 온도를 폴리(에틸렌 산화물) 위상의 용융 온도(Tm) 위의 지점까지 상승시킨다. 이로 인해 상기 영역은 실질적으로 비결정질이 되어, 주변 물질 내의 결정 영역과 다른 굴절률을 생성한다. 기록된 마이크로홀로그램을 판독하고 대응하는 데이터를 마이크로홀로그램 반사로서 재생시키기 위해 낮은 에너지의 레이저 빔에 후속 노출되더라도, 폴리머를 각 개별 폴리머의 Tg 또는 Tm을 초과하여 가열시키지 않는 레이저 전력이 사용되는 경우 물질 내에 어떠한 실질적 변화도 발생하지 않는다. 따라서, 임계 반응과 같은 비선형의 광학적 반응 홀로그래피 데이터 저장 매체가 제공되는데, 이는 장기간 동안 그리고 여러 번의 판독에 걸쳐 사실상 안정적이다.
구형(spheres), 원통형 및 층상형(lamellas)이 공통적인 구조이지만, 다른 치환(permutations)이 형성될 수 있고 동일하게 동작할 수 있다. 폴리카보네이트/폴리에스테르 블록 코폴리머(copolymers)를 포함한 다양한 블록 코폴리머가 택일적으로 사용될 수 있고 결정 영역의 상이한 형성 온도와 그들이 파괴되는 온도를 허용할 수 있다. 방사선을 흡수하고 열을 생성하는데 사용된 염료가 역포화 흡수재(reverse saturable absorber)의 형태를 취하는 경우, 가열이 발생되는 곳에 대한 정밀 지적을 잘 제어할 수 있다. 마이크로홀로그램의 외측으로의 확장은 포커싱된 레이저 빔(들)의 웨이스트(waist)의 직경보다 상당히 작을 수 있다. 기록된 마이크로홀로그램 밖의 기록 물질의 동적 범위를 제한 또는 제거함으로써 각 마이크로홀로그램의 반사력을 증가시키는 것은 본 발명의 일 측면에 따른 비선형 기록 매체를 사용함으로써 실현될 수 있다.
임계 물질은 또한 선형 물질보다 기록에 더 민감하다는 추가의 이점을 제공할 수 있다. 이 장점은 마이크로홀로그래피 시스템에 대해 달성가능한 보다 높은 기록 데이터 레이트로 해석될 수 있다. 더 나아가, 매체의 임계 특성으로부터 야기되는 계단식 굴절률 변조는 선형 물질을 사용할 때보다 덜 반사적인 마이크로홀로그램을 생성할 수 있다. 그러나, 반사력은 데이터 저장 애플리케이션에 대해 충분히 높게 유지될 수 있다. 이제 도 12를 참조하면, 굴절률 변조가 증가함에 따라 반사력이 증가할 것으로 예상된다. 열 확산은 부당한 문제를 제공해서는 안될 것으로 예상된다. 홀로그램 형성 동안의 열 확산이 또한 고려되었고, 온도 패턴은 역 전파 광 빔의 간섭 무늬, 즉 노출 패턴을 따를 것으로 예상된다. 인덱스 패턴의 무늬를 유지하기 위해, 역 확산은 실질적으로 상 변화 온도에 도달하는 무늬 사 이의 영역에 국한될 수 있다. 도 12의 곡선(1210)은 선형 반응 물질에 대응하고, 도 12의 곡선(1220)은 임계 반응 물질에 대응한다. 이제 도 13(a) 및 도 13(b)를 참조하면, 위치의 함수로서 예상 온도 상승 프로파일이 도시되어 있다. 따라서, 목표 볼륨으로부터 주변 볼륨으로의 열 누설은 주변 볼륨을 임계 온도(102)까지 상승시켜서는 안 된다는 것이 예상된다.
비선형 물질 예 2
또 다른 구성에 따르면, 폴리머 매트릭스 내에 유기 염료가 사용되어 홀로그래피 데이터 저장을 실행하기 위한 굴절률 변화(△n)를 지원할 수 있으며, 이 경우, 유기 염료는 폴리머 매트릭스에 비해 큰 공진의 개선된 굴절률을 갖는다. 이러한 경우, 특정 영역 또는 목표 볼륨 내에서 염료의 표백(bleach)이 사용되어 홀로그래피를 위한 굴절률 기울기를 생성할 수 있다. 매체 내에서 광 빔을 간섭하여 특정 영역을 표백함으로써 데이터가 기록될 수 있다. (특정 영역만이 표백될 지라도) 간섭 광이 전체 매체를 통과하고 (광 빔 강도가 포커싱된 영역에서 최고이고 최대 표백 위협을 야기할 지라도) 표백 방사선에 대한 선형 반응이 존재하는 경우, 보다 낮은 레벨의 염료가 충돌된 매체 전체에 걸쳐 표백될 것으로 예상된다. 따라서, 데이터가 다수의 레벨로 기록된 이후, 선형 기록 매체에서 원치 않는 추가의 표백이 발생할 것으로 예상된다. 이것은 궁극적으로 매체 내로 기록될 수 있는 데이터의 층의 개수를 제한할 수 있으며, 그에 따라 선형 기록 매체의 전체 저장 용량을 제한할 수 있다.
상업적 애플리케이션에 유용한 민감도를 달성하기 위해 기록 매체는 높은 양자 효율(QE)를 가질 필요가 있다는 인식으로부터 또 다른 관심사가 발생한다. QE는 광 반응성 소자에 부딪혀 전자-홀 쌍을 생성하게 될 광자의 백분율을 지칭하며, 이 광자의 백분율은 장치의 민감도의 척도이다. 낮은 전력의 판독 레이저를 사용하는 경우라도 높은 QE를 갖는 물질은 전형적으로 저장된 홀로그램 및 그에 따른 데이터의 급속한 표백을 겪게 된다. 그에 따라, 데이터가 본질적으로 비선형 반응 매체에서 판독가능하지 않게 되기 전에 데이터는 한정된 횟수로 판독될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 이러한 단점을 해결하기 위해 비선형 광학 반응 매체가 사용된다. 또 다시, 포토폴리머 대신 열가소성 물질에 기초한 물질 해법이 사용되어 데이터 저장 및 검색을 제공하는 홀로그래피 시스템에 사용될 수 있다. 이것은 프로세스, 핸들링 및 저장과, 다양한 홀로그래피 기법과의 호환성에 있어서의 장점을 입증할 수 있다.
추가적으로 더 설명하면, 홀로그래피 광학 데이터 저장을 위해 열가소성 물질 내에 협대역 흡수 염료가 사용될 수 있다. 강직성 폴리머 네트워크는 소정의 광화학 반응에 대해 양자 효율(QE)을 방해하는 것으로 여겨진다. 따라서, 본 발명의 일 측면에 따르면, 예를 들어 열가소성 물질의 Tg에 가깝거나 또는 그 위의 온도로 폴리머 네트워크를 국소 가열하는 것은 예를 들어 팩터>100만큼 물질의 국부 QE를 증가시키는데 유용하다. 이러한 개선은 홀로그래피 광학 데이터 저장에 유용한 방식으로 물질의 민감도를 직접적으로 강화시킨다. 더 나아가, 그것은 게이팅 프로세스 또는 임계 프로세스를 제공하는데, 이 경우 매체의 이산적인 용융 영역(discrete molten regions)은 주변 비결정질의 물질에서보다 빠른 광화학 반응을 겪게되어, 다른 층에 많은 영향을 미치는 일 없이 매체의 다수의 가상 층에의 기록을 용이하게 한다. 다시 말해, 다른 볼륨을 해롭게 상당히 표백하는 일 없이 기록 및 판독이 가능하다.
이제 도 17a 내지 도 17c를 참조하면, 폴리머 매트릭스를 포함하는 오소-니트로스틸벤스(ortho-nitrostilbenes)가 홀로그래피 데이터 저장을 위해 사용될 수 있다. 오소-니트로스틸벤스의 표백을 야기하는 광화학 반응은 잘 알려져 있고 예를 들어 스플리터 및 칼빈, JOC, 1995, vol. 20의 페이지 1086-1115에 개시되어 있다. 맥컬로치(McCulloch)는 이후에 이러한 부류의 화합물을 이용하여 클래딩 물질을 형성하는 염료를 표백함으로써 박막 애플리케이션 내의 도파관을 생성하였다(Macromolecules, 1994, vol. 27, 페이지 1697-1702를 참조). 맥컬로치는 PMMA (polymethylmethacrylate) 매트릭스에서 특정 오소-니트로스틸벤의 QE가 0.000404인 것으로 보고하였다. 그러나, 맥컬로치는 희석한 헥산 용액 내에서 동일한 염료는 동일한 표백 파장에서 0.11의 QE를 갖는다고 언급하였다. 이러한 차이는 얇은 폴리머 막으로부터 헥산 용액으로 이동하는 경우 람다 매트릭스에서 단파장으로의 이동에 기인한 것이라고 맥컬로치는 더 설명하였다. 그것은 이동 효과에 관련될 수 있는데, 그 이유는 강직성 폴리머 네트워크에서 오소-니트로스틸벤의 안정적인 구조는 초기 협동 반응으로 인해 적절히 정렬될 수 없다. 도 17a는 25℃ 및 160℃에서 100 mW 532nm 레이저를 이용한 표백을 나타내는 데이터를 도시한다. 향상은 증가된 이동성 또는 간단히 말해 보다 높은 온도로 인한 보다 빠른 반응 운동성에 의한 것일 수 있다. 도 17a에 이어, 도 17b는 기술한 매트릭스의 강화된 QE는 약 65℃ 위에서 예상됨을 나타낸다. 따라서, 일 실시예에서, 오소-니트로스틸벤 염료는 폴리카보네이트 매트릭스와 연계하여 사용되어 PMMA 물질에 필적하는 성능을 제공하지만, 약간 더 높은 QE가 가능할 수 있다.
그러나, 본 발명은 이러한 부류의 염료에 제한되지 않음을 이해해야 한다. 오히려, 본 발명은 실온에서 또는 그 근처에서 고체 폴리머 매트릭스의 충분히 낮은 QE를 가지며 가열시 QE의 지수적 증가와 같은 QE의 증가를 나타내는 임의의 광반응 염료 물질의 사용을 고려한다. 이것은 비선형 기록 메카니즘을 제공한다. QE가 상당히 높아지는 한, 가열은 온도를 유리 전이 온도(Tg)보다 높게 상승시킬 필요가 없거나 또는 온도를 Tg보다 훨씬 높게 상승시킬 수 있음을 이해해야 한다. 이러한 광활성 염료의 QE는 염료의 실질적으로 균일한 분포를 포함하는 폴리머 매트릭스의 특정 영역 내에서 상승될 수 있다. 폴리카보네이트 매트릭스의 경우, 광활성 염료를 포함하는 폴리카보네이트 매트릭스를 그의 Tg 위로 가열함으로써, 표백률 증가가 달성될 수 있다. 표백률의 증가는 >100 배 정도될 수 있다.
선택에 따라, 오소-니트로스틸벤과 같은 폴리카보네이트 매트릭스에 광 반응성 염료를 첨가하는 것 이외에, 제 2의 열 및 광 화학적 안정적인 염료가 또한 매트릭스에 첨가되어 광 흡수재로서 기능을 하며, 그에 따라 역 전파 레이저 빔의 초점에서 간섭 무늬에서의 국부 가열이 발생하게 된다. 포커싱 지점에서의 염료 농축, 레이저 전력 및 시간은 예상 온도를 예를 들어 매트릭스의 Tg에 가깝거나 그 위의 원하는 범위로 조정하는데 사용될 수 있다. 이와 같은 실시예에서, 광 표백을 위한 광의 제 1 및 제 2 파장은 매트릭스의 대략 동일한 영역에서 동시에 포커싱된다. 물질의 가열된 영역에서의 민감도는 주변의 냉한 강직성 폴리머 영역보다 약 100 배 정도 클 것으로 예상되기 때문에(도 17a 참조), 정보는 주변 영역에 대해 상당히 적은 표백 효과를 갖는 비교적 낮은 전력의 광 빔을 사용하여 목표의 가열된 볼륨에 신속하게 기록될 수 있다. 따라서, 앞서 기록된 영역 또는 아직 데이터가 기록되지 않은 영역은 최소의 표백을 겪게 되어, 원치 않는 동적 범위의 소모 위협을 완화시키며 보다 많은 데이터 층이 전체적으로 매체 내에 기록될 수 있게 한다. 또한, 기록을 위해 특정 영역을 가열하는데 사용된 레이저 파장을 갖는 비교적 낮은 전력에서 판독함으로써, 판독 동안의 의도하지 않은 염료 표백이 또한 완화된다. 이와 달리, 가열 및 표백을 위해 광의 단일 파장 또는 파장들의 범위가 사용되어 광의 하나의 파장(또는 파장들의 범위)만이 두 개의 상이한 파장 대신 사용된다.
국부 가열 목적을 위해 열적으로 또한 광 화학적으로 안정적인 염료로서 동작하는 다양한 염료가 적절할 수 있지만, 비 선형성을 나타내는 염료가 특히 적합한 것으로 입증될 수 있다. 역포화 흡수재(Reverse Saturable Absorbers)(RSA)로서 알려져 있고, 또한 여기 상태 흡수재로도 알려져 있는 염료의 하나의 부류는 특히 매력적이다. 이들은 다양한 MPcs(metallophthalocyanines) 및 플러렌(fullerene) 염료를 포함하며, 이들 염료는 전형적으로 염료의 다른 강한 흡수로부터 충분히 분리되어 있는 스펙트럼의 부분에서 매우 약한 흡수를 가지지만, 그럼 에도 불구하고 광의 강도가 임계 레벨을 능가하는 경우 강한 과도 삼중항-삼중항 흡수(strong transient triplet-triplet absorption)를 형성한다. 확장된 디메틸라미노 디니트로스틸벤을 사용하는 비제한적 예시에 대응하는 데이터는 도 17c에 도시되어 있다. 그에 따르면, 디메틸라미노 디니트로스틸벤을 포함하는 매체 내에서 역 전파 광 빔의 간섭 무늬에서의 광의 강도가 임계 레벨을 능가하게 되면, 염료는 포커싱된 지점에서 강하게 흡수하고 물질의 대응하는 볼륨을 고온으로 신속하게 가열시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 측면에 따르면, 열 게이팅 이벤트가 사용되어 비교적 낮은 에너지가 매체의 목표 볼륨 내로 데이터를 기록할 수 있도록 해주며(따라서, 증가된 민감도를 나타냄), 그와 동시에, 매체의 다른 볼륨에서의 원치 않는 노출에 의해 야기되는 반응을 최소화한다.
트래킹
및
포커싱
일 실시예에서, 마이크로홀로그램은 볼륨 매체에서 수직으로 적층된 다수의 층 내에서 방사상으로 확장되는 나선형 트랙을 따라 저장되며, 이 매체는 회전하는 디스크의 형태를 갖는다(예를 들어, 도 28 및 30을 참조). 광학 시스템은 이전에 저장된 데이터를 재생 또는 판독하거나 또는 간섭 무늬 위협을 생성하여 마이크로홀로그램을 생성하기 위해, 광 빔을 매체 내의 특정 목표 볼륨 내로 포커싱하여 마이크로홀로그램 위협의 유무를 검출한다. 따라서, 데이터 기록 및 재생 광 빔 조명을 위해 목표 볼륨이 정확히 목표 지정되어야 하는 것이 중요하다.
일 실시예에서, 충돌 광 빔의 반사의 공간 특성은 마이크로홀로그램 어레이 포함 매체의 선택된 볼륨의 정확한 목표 지정을 돕는데 사용된다. 목표 볼륨, 예를 들어 마이크로홀로그램이 초점 또는 트랙을 벗어난 경우, 반사되는 이미지는 예측가능한 방식으로 초점 또는 트랙 상에 있는 마이크로홀로그램으로부터의 반사와는 다르다. 이것은 후속적으로 모니터링될 수 있고 특정 볼륨을 정확히 목표지정하도록 액추에이터를 제어하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 초점을 벗어난 마이크로홀로그램으로부터의 반사의 크기는 초점 내에 있는 마이크로홀로그램의 크기로부터 변경된다. 더 나아가, 오정렬된 마이크로홀로그램으로부터의 반사는 적절히 정렬된 마이크로홀로그램으로부터의 반사와 비교해 길게 늘어지는데, 예를 들어 특성상 보다 타원형이다.
더 설명하면, (종래의 CD 및 DVD 기술과는 다른) 전술한 물질 시스템에서, 비-금속화 층이 사용되어 입사 판독 광 빔을 반사한다. 도 18에 도시되어 있는 바와 같이, 매체(1820)에 포함된 마이크로홀로그램(1810)은 판독 광 빔(1830)을 하나 이상의 광학 소자(예를 들어, 렌즈)(1850) 주변에 위치한 링 검출기(1840)로 반사한다. 광학 소자(1850)는 광 빔(1830)을 마이크로홀로그램(1810)에 대응하는 목표 볼륨 내로 포커싱하여, 마이크로홀로그램(1810)은 광학 소자(1850) 및 링 검출기(1840)에 입사하는 반사를 생성한다. 예시적인 실시예에서, 광학 소자(1850)는 이 반사를 데이터 복원 검출기(미도시)로 전달한다. 단일 마이크로홀로그램(1810)만이 도시되어 있지만, 실제에 있어서는, 매체(1820)는 다양한 위치(예를 들어, X,Y 좌표 또는 트랙을 따라)에 또한 다수의 층(예를 들어, Z 좌표 또는 깊이 평면 또는 의사-평면)에 위치한 마이크로홀로그램의 어레이를 포함하는 것으로 예상된 다. 액추에이터(들)를 사용하면, 광학 소자(1850)는 대응하는 상이한 목표 볼륨으로 선택적으로 목표 지정되어 마이크로홀로그램을 선택할 수 있다.
마이크로홀로그램(1810)이 판독 광 빔(1830)의 초점에 있는 경우, 판독 레이저 빔(1830)은 반사되어, 데이터 복원 검출기에 전달된 광학 소자(1850)에서의 반사 신호를 생성한다. 데이터 복원 검출기는 예를 들어 광 빔(1830) 반사를 검출하도록 배치된 광-다이오드의 형태를 취할 수 있다. 초점에 있는 마이크로홀로그램(1810)이 존재하지 않는 경우, 데이터 복원 검출기에 의해 어떠한 대응 신호도 생성되지 않는다. 디지털 데이터 시스템에서, 검출된 신호는 "1"로서 해석될 수 있고 검출되는 신호의 부재는 "0"으로 해석될 수 있거나, 또는 그 반대로 해석될 수도 있다. 도 19(a) 내지 도 19(c)를 참조하면, 0.5 ㎛의 입사 파장, D/2=0.5㎛의 레이저 스팟 크기, 좌원편광(left circular polarization), 공초점 광 빔 파라미터:z/2=2.5㎛, 및 θ/2=11.55°(필드) 또는 θ/2=8.17°(전력)의 원거리장 절반 회절 각도를 갖는 판독 광 빔을 사용한 경우, 초점 또는 트랙 상의 원형 마이크로홀로그램에 대응하는 시뮬레이팅된 반사 데이터가 도시되어 있다.
이제 도 20을 참조하면, 판독 레이저 빔이 마이크로홀로그램에 의해 정확히 반사되도록 하기 위해, 레이저 빔은 정확히 포커싱되어야 하고 마이크로홀로그램 상에서 측방향으로 중심을 두어야 한다. 도 20에서, 입사 광 빔은 중앙 부분(2030)의 전파 광학 축(2020)에 수직인 파면(2010)을 갖는 것으로 관측된다. 마이크로홀로그램은 실질적으로 소정의 방향에 일치하는 파 벡터(즉, k 벡터)의 광만을 반사한다. 도 20에 도시되어 있는 것과 같이 포커싱된 가우시안 광 빔은 다양 한 파 벡터를 갖는 다수의 웨이브릿(wavelets)의 오버랩이다. 파 벡터의 최대 각도는 포커싱 대물 렌즈의 수치 개구에 의해 결정된다. 따라서, 모든 파 벡터들이 마이크로홀로그램에 의해 반사되는 것이 아니며, 그에 따라 마이크로홀로그램은 소정의 파 벡터를 갖는 입사 광만을 반사시키는 필터와 같이 동작한다. 초점으로부터 멀어지는 경우, 입사 광의 중앙 부분만이 마이크로홀로그램과 오버래핑한다. 따라서, 중앙 부분은 반사된다. 이러한 경우, 반사 효율의 변동이 감소된다.
포커싱된 광 빔이 트랙 내에서 마이크로홀로그램과 적절히 정렬되지 않는 경우, 트랙에 수직인 방향을 따른 파 벡터는 트랙을 따른 방향에서의 반사만큼이나 강한 반사를 가지지 않는다. 이러한 경우, 광 빔은 근거리장에서 트랙에 수직인 방향에서 길게 늘어지는 한편, 광 빔은 원거리장에서의 이 방향에서 압착된다. 따라서, 별개의 트래킹 홀로그램이 제공될 수 있다.
도 21(a) 내지 도 21(c)는 도 19(a) 내지 도 19(c)의 원형 마이크로홀로그램의 시뮬레이션에 대응하는 근거리장 분포(z=-2㎛)를 나타낸다. 도 21(a)는 x=y=0 및 z=0.01에서 매체 내로 진행하는 데이터 복원 광 빔을 나타낸다. 도 21(b)는 x=0.5의 시프트에 의해 야기된 오프-트랙 상태 반사를 나타낸다. 도 21(c)는 z=1.01의 시프트에 의해 야기된 아웃 또는 오프-포커스 상태 반사를 나타낸다. 따라서, 아웃 포커스 상태에서 광 빔 효율은 감소하는 한편, 오프 트랙 상태에 반사는 공간적으로 왜곡된다. 이제 도 22(a) 내지 도 22(c)를 참조하면, 도 21(a) 내지 도 21(c)의 근거리장 분포에 각각 대응하는 원거리장 분포가 도시되어 있다. 도 22(a)는 x=y=0 및 z=0.01에서 매체 내로 진행하는 데이터 복원 광 빔은 X 및 Y 방향에서 유사한 원거리장 발산 각도(전체(full))를 제공하는데, 예시되어 있는 경우, X 및 Y 방향 모두에서 11.88°를 제공한다는 것을 나타낸다. 도 22(b)는 x=0.5의 시프트에 의해 야기되는 오프-트랙 상태 반사는 X 및 Y에서 상이한 원거리장 분포 각도를 야기하는데, 예시되어 있는 경우, X 방향에서는 4.6°를 야기하고 Y 방향에서는 6.6°를 야기한다는 것을 나타낸다. 끝으로, 도 22(c)는 z=1.01의 시프트에 의해 야기되는 아웃 또는 오프 포커스 상태 반사는 X 및 Y 방향에서 유사한 원거리장 발산 각도(전체)를 야기하는데, 예시되어 있는 경우, X 및 Y 방향 모두에서 9.94°를 야기한다는 것을 나타낸다. 따라서, 마이크로홀로그램은 k-공간 필터로서 동작하여, 원거리장 스폿은 오프 트랙 상태에서 타원형이될 것이고 원거리장 스폿은 아웃 포커스 상태에서 보다 작을 것이다.
마이크로홀로그램은 원형일 필요가 없음을 이해해야 한다. 예를 들어, 직사각형 마이크로홀로그램이 사용될 수 있다. 이제 도 23(a) 내지 도 23(c)를 참조하면, 도 19(a) 내지 도 19(c)의 시뮬레이션과 유사하게, 0.5 ㎛의 입사 파장, D/2=0.5㎛의 레이저 스팟 크기, 좌원편광, z/2=2.5㎛의 레일리(Rayleigh) 범위, 및 θ/2=11.55°(필드) 또는 θ/2=8.17°(전력)의 원거리장 절반 회절 각도를 갖는 판독 광 빔을 사용한 경우, 온-포커스, 온-트랙 직사각형 마이크로홀로그램에 대응하는 시뮬레이션이 도시되어 있다. 도 24(a) 내지 도 24(c)는 도 23(a) 내지 도 23(c)의 직사각형 마이크로홀로그램의 시뮬레이션에 대응하는 근거리장 분포(z=-2㎛)를 나타낸다. 도 24(a)는 x=y=0 및 z=0.01에서 매체 내로 진행하는 데이터 복원 광 빔을 나타낸다. 도 24(b)는 x=0.5의 시프트에 의해 야기된 오프-트랙 상태 반사를 나타낸다. 도 24(c)는 z=1.01의 시프트에 의해 야기된 아웃 또는 오프-포커스 상태 반사를 나타낸다. 따라서, 아웃 포커스 상태에서 광 빔 효율은 감소하는 한편, 오프 트랙 상태에 반사는 공간적으로 왜곡된다. 이제 도 25(a) 내지 도 25(c)를 참조하면, 도 24(a) 내지 도 24(c)의 근거리장 분포에 각각 대응하는 원거리장 분포가 도시되어 있다. 도 25(a)는 x=y=0 및 z=0.01에서 매체 내로 진행하는 데이터 복원 광 빔은 마이크로홀로그램의 직사각형 정도에 따라 원거리장 발산을 제공하는데, 예시되어 있는 경우, X 방향에서는 8.23°를 제공하고 Y 방향에서는 6.17°를 제공한다는 것을 나타낸다. 도 25(b)는 x=0.5의 시프트에 의해 야기되는 오프-트랙 상태 반사는 X 및 Y에서 상이한 원거리장 분포 각도를 야기하는데, 예시되어 있는 경우, X 방향에서는 4.33°를 야기하고 Y 방향에서는 5.08°를 야기한다는 것을 나타낸다. 끝으로, 도 25(c)는 z=1.01의 시프트에 의해 야기되는 아웃 또는 오프 포커스 상태 반사는 X 및 Y 방향에서 상이한 원거리장 발산 각도(전체)를 야기하는데, 예시되어 있는 경우, X 방향에서는 5.88°를 야기하고 Y 방향에서는 5.00°를 야기한다는 것을 나타낸다.
따라서, 직사각형 마이크로홀로그램은 k-공간 필터로서 동작하고, 직사각형 마이크로홀로그램이 타원형의 원거리장 스폿 공간 프로파일을 야기하는 경우, 오프 트랙 상태에서 늘어진 방향은 다를 수 있고, 원거리장 스폿은 아웃 포커스 상태에서 보다 작을 것이다.
본 발명은 단지 비제한적 설명을 위한 것으로 원형 마이크로홀로그램에 관련하여 더 설명될 것이다. 오프 트랙 방향에서의 광 빔 형상 변화, 및 광 빔 공간 강도는 도 26에 도시되어 있는 것과 같은 4극(quadropole) 검출기를 사용하여 결정될 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 마이크로홀로그램 반사의 공간적 프로파일은 판독 광 빔이 초점 내에 있는 지 및/또는 트랙 상에 있는지 여부를 결정하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 이 신호는 또한 두 개의 광 빔 포커싱 시나리오, 즉 초점을 벗어난 시나리오와 트랙을 벗어난 시나리오를 분리할 수 있고, 피드백 신호를 구동 서보(drive servo)에 제공하여 레이저 광학장치가 향하는 위치를 교정할 수 있다. 예를 들어, 마이크로홀로그램 반사를 전기 신호로 변환하는 하나 이상의 검출기는 마이크로홀로그램의 반사된 이미지의 변화를 검출하는데 사용될 수 있고, 따라서 광학 소자 위치 선정 액추에이터에 포커스 및 트래킹 피드백을 제공하는데 사용될 수 있다. 다양한 광검출기가 사용되어 마이크로홀로그램 반사를 검출할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 광다이오드가 사용되어 마이크로홀로그램으로부터의 반사를 종래의 방식으로 검출할 수 있다. 광다이오드의 제조 및 사용은 당업자에게 잘 알려져 있다. 이들 검출기에 의해 제공되는 정보는 정확한 데이터 트랙에 초점을 맞추고 그를 유지하기 위해 광학 시스템에서 액추에이터의 실시간 제어를 수행하는데 사용된다.
따라서, 이러한 서보 제어 시스템은 주로 초점 상태를 벗어난 레이저 빔에 발생할 수 있는 두 개의 시나리오를 해결할 수 있는데, 제 1 시나리오는 레이저 빔이 정확한 층 상으로 포커싱되지 않는 경우이고, 제 2 시나리오는 레이저 빔이 판독될 마이크로홀로그램으로부터 측방향으로 오정렬되나, 또한 잡음이 있는 경우에도 트래킹 및 포커싱 성능을 최적화도록 구성된 경우이다. 칼만 필터와 같은 평가 기법은 실시간 에러를 줄이고 판독 및 기록 에러를 감소시키기 위해 시스템의 과거, 현재 또는 미래의 최적의 평가치를 추론하는데 사용될 수 있다.
도 26(a) 내지 도 26(d)는 시스템이 초점 내에 있는지 또는 트랙 상에 있는지 여부를 결정하기 위한 검출기 구성 또는 어레이(도 26(a))와 다양한 검출된 상태(도 26(b)-26(d))를 나타낸다. 일 실시예에서, 네 개의 4분면 검출기 어레이(2600)는 광학 시스템이 초점을 벗어나 있는지 또는 트랙을 벗어나 있는지 여부를 결정하는데 사용될 수 있다. 검출기 어레이(2600)의 각 4분면 검출기(2600A, 2600B, 2600C, 2600D)는 각 검출기 상에 반사된 에너지의 양에 비례하는 전압을 생성한다. 검출기 어레이(2600)는 각각이 예를 들어 4극 검출기의 형태를 갖는 4분면들 중 하나에 대응하는 광다이오드의 어레이를 포함한다. 예시되어 있는 실시예에서, 검출기 어레이(2600)는 볼륨 저장 매체 내로의 광 빔 및 그로부터의 반사를 중계(예를 들어, 포커싱)하는데 사용되는 포커싱 광학장치(예를 들어, 렌즈(2620))보다 큰 영역에 걸쳐 전파하는 광학 에너지에 반응한다. 예를 들어, 4극 검출기(2600)는 목표 볼륨에 충돌을 가하고 그로부터의 반사를 수신하는데 사용되는 대물 렌즈 뒤에 배치되어 광 빔 형상 변화를 검출할 수 있다. 원형 마이크로홀로그램의 경우, 검출된 광 빔 형상이 타원형인 경우, 광 빔은 트랙을 벗어났으며, 그에 따라 트랙을 벗어난 방향은 타원형 광 빔의 단축(short axis)임이 추론될 수 있다. 검출된 광 빔이 예상한 경우보다 작으나(보다 작은 수치적 개구를 가짐), 변화가 사실상 대칭적인 경우, 광 빔은 초점을 벗어난 것으로 추론될 수 있다. 볼륨 매체로부터의 반사된 판독 광 빔의 공간적 프로파일의 이들 검출된 변화는 구동 포커싱 및/또는 트래킹 제어를 위한 피드백으로서 사용된다. 선택에 따라, 대물 렌즈 주변에 보다 작은 렌즈 어레이가 사용되어 왜곡된 반사 신호를 포커싱할 수 있다. 더 나아가, 반사된 광 빔의 전파의 각도 변화는 또한 오정렬의 방향을 나타내는데 유용하다.
4분면 링 검출기(2600a-2600D)에 의해 생성된 신호의 총 양은 α에 의해 표현된다. 도 26(b)에 도시되어 있는 바와 같이, 시스템이 초점 내에 있는 경우, 포커싱된 스폿은 최소 크기의 원형일 것이며 최소량의 신호(αmin)를 생성할 것이다. 도 26(c)에 도시되어 있는 바와 같이,α>αmin인 경우, 광 빔 스폿은 초점을 벗어난 것으로 결정될 수 있다. 렌즈(2620)는 검출기 어레이(2600)의 중앙에 위치하여 판독 광 빔을 마이크로홀로그램 상에 전달 및 포커싱할 수 있다. α를 최소화시키는 종래의 피드백 제어 메카니즘은 마이크로홀로그램의 초점을 유지시키는데 사용될 수 있다. 이제 도 26(d)를 참조하면, 센서 헤드가 트랙을 벗어나 이동하는 경우 비대칭적 패턴이 검출된다. 트랙 상에 있는 경우, 모든 네 개의 4분면 검출기(2600A, 2600B, 2600C, 2600D)는 동일한 에너지를 수신함으로써, β=(1800B+1800D)-(1800A+1800C)=0이다. 따라서, β≠0라는 조건은 트랙을 벗어난 상태를 나타낸다. 더 예를 들면, 센서 헤드가 트랙을 벗어나고 변수(β)(마주보고 있는 4분면 사이의 차이)가 보다 큰 양의 값 또는 보다 큰 음의 값을 갖게 되는 경우, 반사된 신호는 길게 늘어지게 된다. 종래의 피드백 제어 메카니즘은 트래킹 서보와 연계하여 사용되어 β의 절대 값을 최소화함으로써 트래킹 에러를 감소시킬 수 있다. 일 실시예에서, 시간 기준이 설정될 수 있고 그에 따라 α 및 β는 적절한 시간에 샘플링된다. 위상 고정 루프(PLL)가 사용되어 이 기준을 설정하고 샘플링된 트래킹 및 포커싱 제어 시스템을 형성한다. 디스크의 회전률 및 현재의 판독 헤드 위치로부터의 정보는 또한 시스템에 대한 마스터 기준 시간을 생성하는데 사용될 수 있다.
오프 센터 디스크, 디스크 래핑 및/또는 분실 데이터와 같은 에러 소스는 보상될 수 있다. 칼만 필터는 에러 소스를 고려하고 과거 정보에 기초하여 기록된 마이크로홀로그램의 향후 경로를 예측할 수 있다. 나선형 경로 궤도의 정상 진행이 또한 평가될 수 있고 트래킹 서보에 전달될 수 있다. 이 정보는 트래킹 및 포커싱 서보의 성능을 개선하고 트래킹 및 포커싱 서보 에러를 감소시키는데 유용하다. 도 27은 포커싱 및 트래킹 제어를 구현하는데 적합한 서보 시스템(2700)의 블록도를 나타낸다. 시스템(2700)은 일 실시예에서 종래의 칼만 필터의 형태를 취하는 포커스 및 트랙 경로 추정기(2710, 2720)를 포함한다. 포커스 경로 칼만 필터(2720)는 서보 타이밍 펄스(τ), 매체의 회전 속도, 포커스 에러 값(ε)(원하는 트랙 경로와 실제 트랙 경로 간의 차이), 및 현재의 스타일러스(stylus)(예를 들어, 판독 헤드) 위치를 사용하여 추정된 포커스 궤도를 매체가 회전함에 따라 제공한다. 트랙 경로 칼만 필터(2720)는 서보 타이밍 펄스(τ), 매체의 회전 속도, 트랙 에러 값(ε) 및 현재의 스타일러스 위치를 사용하여 추정된 트랙 궤도를 제공한다. 시스템(2700)은 또한 홀로그램 검출, 에지 검출, 서보 타이밍 펄스(τ) 제공 위상 고정 루프(PLL)(2730)를 포함하는데, 이 루프는 검출된 전체 신호(α)에 응답 하여 서보 타이밍 펄스(τ), 즉 모터의 속도와 현재의 스타일러스 위치에 직접적으로 관련된 모터 타이밍 신호를 제공한다. 예를 들어 미분 증폭기를 포함하는 종래의 조절 회로(2740)는 4분면 검출기(2600A, 2600B, 2600C, 2600D)(도 26(a))에 응답하여 전체 신호(α) 및 전술한 신호(β)를 제공한다.
포커스 서보(2750)는 포커스 경로 칼만 필터(2710)로부터 추정된 포커스 궤도 뿐만 아니라, 서보 타이밍 펄스(τ), 전체 신호(α), 및 종래의 층 및 트랙 탐색 로직(미도시)으로부터의 층 탐색 명령에 응답하여 포커스 액추에이터(들)(2760)를 제어한다. 트래킹 서보(2770)는 트랙 경로 칼만 필터(2720)로부터 추정된 트랙 궤도 뿐만 아니라, 서보 타이밍 펄스(τ), 신호(β) 및 종래의 층 및 트랙 탐색 로직(미도시)으로부터의 트랙 탐색 명령에 응답하여 트래킹 액추에이터(들)(2780)를 제어한다. 본질적으로, 액추에이터(2760,2780)는 종래의 층 및 트랙 탐색 로직(미도시)으로부터 대응하는 층 및 트랙 탐색 명령에 응답하여 판독 및/또는 기록 광 빔을 매체 내의 헤드의 목표 볼륨으로 위치이동 및 포커싱한다.
염료 분자의 변환에 의해 형성된 홀로그램은 각 홀로그램이 1 비트보다 많은 데이터를 저장할 수 있도록 하기 위해 이진 양자화 레벨보다 높은 양자화 레벨에 대응하는 판독 복귀 전력의 범위(a range of reading return power)를 제공하도록 기록될 수 있다. 일 구성에서, 이것은 변환되는 염료 분자의 백분율을 제어하는 기록 전력을 조정함으로써 달성될 수 있다. 또 다른 구성에서, 이것은 격자(grating)가 공통 축을 공유할 수 있도록 근접하게 배치된 적층형 격자의 쌍을 이용하여 두 개보다 많은 양자화 레벨을 제공함으로써 달성될 수 있다. 격자 엔벨로프 중심 사이의 고정된 거리에서, 기록시 두 개의 무늬 패턴 사이의 상대적 위상을 변경시킴으로써, 판독 빔으로 스캔되는 경우 검출기쪽으로 전파하는 회절된 빔에 대해 건설적인 또는 파괴적인 간섭을 야기할 구조를 생성할 수 있다. 이 구성에서, 굴절률 변화는 임계 인덱스-변화 물질(threshold index-change materials)에서와 같이 이산적(예를 들어, 계단형)일 수 있고, 단일 소자(예를 들어, 이 예에서 격자 쌍)의 크기가 약간 증가하더라도 다수의 반사 레벨을 여전히 생성할 수 있다. 또한, 임계 물질이 사용되어 인덱스 변화를 야기하는 경우, 격자의 깊이(예를 들어, 기록/판독 빔을 따른 치수)는 빔의 초점 영역의 주변에서의 임계 컷-오프에 때문에 감소되고, 따라서 두 개의 격자는 서로 인접하게 배치되어 단일(멀티레벨) 소자가 차지하는 유효 볼륨은 감소된다.
또 다른 측면에서, 마이크로홀로그램을 판독할 때 복귀 전력 변화의 제어는 검출된 마이크로홀로그램의 동적 범위를 감소시킬 수 있고 마이크로홀로그램의 선언된 검출에 대해 보다 엄밀한 임계를 가능하게 한다. 이것은 또한 홀로그래피 매체의 비트 에러 레이트를 개선시킬 수 있다. 도 45에 도시되어 있는 예시적인 구성(400)을 참조하면, 판독될 층에 기초하여 판독 전력을 조정함으로써, 복귀 전력의 변화가 감소된다. 예시적인 실시예에서, 디스크 판독 장치(400)는 디스크 제어기(460)로부터 층(n)을 판독하라는 명령을 수신한다. 이 명령은 두 개의 동작을 야기한다. 첫째, 판독 레이저(410) 전력은 전력 조절 모듈(450)에 의해 조정되어 층(n)의 깊이에서 홀로그램의 판독으로부터 예상되는 복귀 광학 전력이 임의의 다른 층의 깊이에서 홀로그램의 판독으로부터 예상되는 복귀 광학 전력과 실질적으로 동일하게 될 것이다. 두 번째로, 깊이 조절 광학장치(430)는 판독 레이저(410)에 의해 제공되는 판독 에너지를 층(n)에서의 홀로그램 상에 포커싱하도록 조정된다. 전력 조정 및 포커싱된 레이저 빔(425)은 디스크(160)의 상단 표면 상에 부딪치도록 반사 광학장치(440)에 의해 안내된다. 따라서, 마이크로홀로그램은 전력이 조정가능한 레이저를 사용하여 판독되며, 이 경우, 레이저 전력은 레이저에 의해 조명되는 디스크의 표면 아래의 마이크로홀로그램의 깊이에 따라 조정된다.
따라서, 공간 저장 매체에서 마이크로홀로그램을 포커싱 및 트래킹하는 방법이 개시된다. 샘플링된 트래킹 및 포커싱을 위한 마스터 시스템 타이밍 기준이 생성된다. 트랙을 벗어난 상태로부터 야기되는 홀로그램 반사 비대칭성 및/또는 초점을 벗어난 상태로부터 야기되는 팽창에 기초하여 에러 신호가 생성된다. 마이크로홀로그램을 위한 트래킹 제어 서보에서 트래킹 경로 에러를 추정하고 교정하는데 칼만 필터가 사용된다. 칼만 필터는 마이크로홀로그램을 위한 포커스 제어 서보에서 포커스 경로 에러를 교정하는데 사용된다. 서보 제어는 데이터가 상이한 층 또는 층 간의 변화에 기초한 경우 사용될 수 있다.
본 명세서에서 개시되어 있는 트래킹 및 포커싱 시스템은 비선형 및/또는 임계 반응 물질을 사용하는 볼륨 저장 매체 및 방법에 국한되지 않고, 그보다 본 명세서에 참조로서 인용되는 미국 특허 공개 번호 제20050136333호에 개시되어 있는 것과 같은 선형 반응 물질을 사용하는 것을 포함하여, 일반적으로 볼륨 저장 시스템 및 방법에 광범위하게 적용될 수 있음을 이해해야 한다.
트래킹을
위한 데이터 표시 마이크로홀로그램을 사용하는 회전가능 볼륨 저장 디스크의 포맷
이제 도 41을 참조하면, 마이크로홀로그램(이들 중 하나는 도 41에서 4100으로 라벨링됨)이 다수의 수직 층(4110)을 사용하여 그리고 각 층 내의 방사상 지향된 트랙(n 내지 n+x)(도시된 경우에 n+5)을 따라 하나 이상의 회전가능 매체 디스크에 저장될 수 있다. 데이터 저장 매체의 포맷은 시스템 성능과 비용에 상당한 영향을 줄 수 있다. 예컨대, 인접 층에서 마이크로홀로그램의 인접 층의 근접성은 마이크로홀로그램들 간에 크로스토크(cross talk)를 발생시킬 수 있다. 이 문제는 디스크 내 층의 수가 증가함에 따라 강화된다.
이제 도 42를 참조하면, 홀로그래픽 저장 매체에서 인접 트랙(4210, 4220)에 나란히 배치된 2 개의 마이크로홀로그램(4202, 4204로 지정됨)의 단면도가 도시된다. 트랙의 주기 또는 간격은 트랙 피치로 지칭된다. 기록 동안 간섭 무늬에 대응하는 굴절률 변화의 개별 영역(4215)의 각각은 기록 빔 파장의 ½(λ/2)만큼 분리된다. 도 43에서 알 수 있듯이, 적합한 파장을 가진 가간섭성 광의 가우시안 빔(4310)이 마이크로홀로그램들 중 하나에 포커싱되는 경우에, 마이크로홀로그램은 브래그 격자(Bragg grating)로서 작용하고 에너지를 반사한다. 어떠한 마이크로홀로그램도 조사되지 않는 경우에, 반사는 발생하지 않는다. 따라서, 반사의 존재 또는 부재는 마이크로홀로그램의 존재 또는 부재를 나타내며, 그러므로 대응하는 데이터 상태를 나타낸다. 이제 도 44를 참조하면, 판독 빔(4310)이 트랙(4210, 4220) 사이에서 오정렬되면, 양 트랙으로부터의 에너지는 반사되어, 어떤 데이터 비트가 판독되고 있는지 판정하기가 어려울 수 있다. 다시 도 41을 참조하면, 라인(4130)은 검출기를 사용하여 최후로 검출되어 비트 상태를 결정할 수 있는 반사도를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 2 개의 트랙 사이에서, 약간의 신호 저하가 존재하지만, 거의 0이 되지는 않는다. 이것은 마이크로홀로그램 검출 및 데이터 복구를 복잡하게 한다.
이제 도 45를 참조하면, 공통 트랙(예컨대, 도 41의 n+1) 내의 2 개의 인접 데이터 비트(4510, 4520)가 도시된다. 도 44에 도시된 경우와 유사하게, 빔(4310)이 데이터 비트(4510, 4520) 사이에 포커싱되는 경우에, 양 비트로부터의 에너지가 반사된다. 이제 도 46을 참조하면, 공통 트랙 내의 인접 비트(4510, 4520) 사이에 크로스토크가 나타나는 방법이 도시된다. 라인(4610)은 검출기를 사용하여 최후로 검출되어 비트 상태를 결정할 수 있는 빔(4310)의 반사도를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 2 개의 비트 사이에, 약간의 신호 저하가 존재하지만, 거의 0이 되지는 않는다. 이것 또한 마이크로홀로그램 검출 및 데이터 복구를 복잡하게 한다.
(트랙 내부 및 트랙 간 양자 모두에 대한) 데이터 비트의 모호성을 제거하는 한가지 방안은 각각 비트와 트랙 사이의 간격을 증가시키는 것이다. 그러나 이것은 바람직하지 않게 저장된 데이터 밀도를 인위적으로 제한할 수 있다.
이와 달리 또는 이에 부가하여, 그리고 도 47을 참조하면, 인접 홀로그램(4510, 4520)이 약간 상이한 수직 위치(화살표(4705)로 지정됨)에 기록되는 포맷이 도시된다. 도시된 경우에, 마이크로홀로그램(4520)은 마이크로홀로그램(4510)에 대하여 수직으로(예컨대, 깊이 방향으로) 빔(4310)의 파장의 ¼(λ/4)만큼 오프셋된다. 이는 마이크로홀로그램(4510)으로부터 반사된 광에 대하여 마이크로홀로그램(4520)으로부터 반사된 광의 ½ 파장(λ/2) 시프트를 산출한다. 빔(4310)이 가간섭성인 경우에, 2 개의 반사된 신호는 삭제될 것이며, 이는 라인(4710)의 점선 부분(4715)에 도시된 위상 반전을 야기한다. 저장된 데이터 상태를 복구하는 데 진폭 검출기가 사용되면, (라인(4710)으로 도시된 바와 같이) 반사된 신호가 양 비트 상의 포지티브 응답으로서 검출된다. 유리하게 위상 시프트가 도시되지만, 도 48에 도시된 바와 같이, 인접 비트(4510, 4520) 사이에서 검출기 신호는 0이 된다. 이는 마이크로홀로그램의 존재 및 대응하는 비트 상태를 정확히 검출하는 능력을 향상시킨다.
도 41을 다시 참조하면, 라인(4130)은 인접 트랙 사이의 유사한 효과를 도시한다. 라인(4130)은 마이크로홀로그램의 6 개의 인접 트랙(n 내지 n+5)을 통한 반사 빔 세기를 도시한다. 도 41에 도시된 바와 같이, 트랙들 사이의 신호가 현저하게 저하되지 않으므로, 한 트랙과 다음 트랙의 구별을 복잡하게 할 수 있다. 이제 도 49a를 참조하면, 라인(4910)은 수직 방향으로 ¼ 파장(λ/4)만큼 인접 트랙의 위치가 변한 결과를 도시한다. 이러한 포맷에서, (라인(4910)으로 도시된 바와 같이) 반사된 신호는 트랙들 사이에서 다시 0이 되며, 이는 마이크로홀로그램 트랙에 걸쳐 검출 광학장치를 적절히 배치하기 쉽게 한다. 이러한 포맷은 도 49b에 더 도시된다. 여기서, 홀로그래픽 매체 디스크(4950)는 수직 적층되고 방사상 확장되는 복수의 층(단일 층이 도시됨)의 각각 내의 복수의 트랙(4920, 4930)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 다른 모든 트랙은 동일한 상대 수직 위치결정을 가지도록 변조 된다. 예컨대, 트랙(4920)은 도 49a의 트랙(n+1 및 n+3)에 대응하지만, 트랙(4930)은 도 49b의 트랙(n 및 n+2)에 대응한다. 도 49b를 더 참조하면, 예컨대, 각 트랙의 시작 및/또는 끝에 가까운 디스크(4950)의 공통 영역(4940) 내에서 트랙 사이의 변조 변화가 발생한다. 다수의 도면 전체에서 2 개의 레벨의 변조가 도시되지만, 다른 개수가 사용될 수 있다는 것도 알아야 한다.
도 50a 내지 도 52c는 시뮬레이팅 결과를 도시한다. 도 50a는 단일 층 테스트 마이크로홀로그램 패턴의 정면도를 도시한다. 도시된 테스트 패턴은 0.6 ㎛의 트랙 피치 및 4 개의 상이한 마이크로홀로그램 함유 및 개재 영역(예컨대, 랜드(land) 및 피트(pit)) 크기를 가진 0.5 ㎛ 직경 마이크로홀로그램을 포함한다. 도 50b는 시뮬레이팅된 가우시안 판독 빔을 도시한다. 도 50b는 또한 도 50a의 테스트 패턴으로부터 도시된 가우시안 빔의 시뮬레이팅 반사를 도시한다.
이제 도 51a를 참조하면, 도 51a는 (도 50b에서 51a로 지정되는) 도 50b의 가우시안 빔이 도 50a의 테스트 패턴의 제 2 내부 트랙을 따라 센터링되는 경우에 그 빔의 시뮬레이팅된 반사 진폭을 도시한다. 도 51b는 (도 50b에서 51b로 지정되는) 도 50a의 테스트 패턴의 제 2 내부 트랙과 제 3 내부 트랙 사이에 센터링되는 경우에 도 50b의 가우시안 빔의 시뮬레이팅 반사 진폭을 도시한다.
도 52a 및 도 52b는 본 발명의 실시예에 따른 비트 및 트랙 위상 변조의 양상을 도시한다. 반사된 신호 진폭은 슬라이드의 아래의 우측 코너에 도시되는데, 도 52a는 위상 변조가 없는 시스템에 대한 테스트 패턴의 트랙에 걸친 신호 평균을 도시하고, 도 52b는 ¼ 파장 수직 트랙 투 트랙 오프셋이 이용되는 신호 평균을 도 시한다. 알 수 있듯이, 반사된 신호 진폭에서, 이러한 시프트는 트랙 구별을 강화한다. 도 52c는 +/- 45 도 수직 비트 투 비트 시트프의 시뮬레이팅 반사 및 ¼ 파장 수직 트랙 투 트랙 시프트를 도시한다. 도시된 바와 같이, 트랙 및 비트 투 비트 간격 양자 모두 도 52a에 도시된 것처럼, 변조되지 않은 상태 이상으로 향상될 것으로 예측된다.
이제 도 53을 참조하면, 마이크로홀로그램 데이터 저장 매체 기록/판독 시스템(5300)의 표현이 도시된다. 시스템(5300)은 편광 제어 ½ 파장판(5315)을 통해 광학적으로 결합된 펄싱 다이오드 레이저와 같은 빔 소스(5302), (전력 제어를 위해 총괄하여 제공하는) 분리 빔 분리기(5317) 및 빔 형성 광학장치(5319)를 포함한다. 이에 따라, 소스(5302) 빔(5305)은 ¼ 파장판(5321)을 횡단한 후에 빔 분리기(5309)에 부딪친다. 분리기(5309)는 기록 빔(5303) 및 판독/기준 빔(5307)과 같은 2 개의 출력 빔을 제공한다. 기록 빔(5303)은 셔텨(5312), 빔 분리기(5323), ¼ 파장판(5325) 및 대물 렌즈(OL2)를 통해 홀로그래픽 매체(5310)의 목표 볼륨으로 지향된다. 판독/기준 빔(5307)은 또한 빔 분리기(5327), ½ 파장판(5329), 빔 분리기(5331), ¼ 파장판(5333) 및 대물 렌즈(OL1)에 의해 매체(5310)의 목표 볼륨으로 포커싱된다. 판독/기준 빔(5307) 매체(5310) 마이크로홀로그램 반사는 빔 분리기(5331), 렌즈(5335) 및 핀홀(pinhole)(5336)에 의해 검출기(5337)로 지향된다. 매체(5310)를 통한 판독/기준 빔(5307) 전송은 포커싱 센서 어레이(5339)로 지향된다. 마이크로스테이지 배치형 반사기(5341)에 의해 (기록 빔(5303)과 일치시키는) 판독/기준 빔(5307)에 대한 광학 경로 길이 보정이 제공된다. 스핀 들(spindle)(5343)은 매체(5310)(도시된 경우에 회전가능 디스크의 형태를 취함)를 기계적으로 회전시키지만, 3 축 위치지정 스테이지(5345)는 빔(5303, 5307)을 홀로그래픽 매체(5310)의 상이한 목표 볼륨으로 포커싱하도록 렌즈(OL1, OL2)를 배치한다.
기록 프로세스에서, 빔(5305)은 편광 빔 분리기(5309)에 의해 기록 빔(5303) 및 기준 빔(5307)으로 분리된다. 편광 조정 후에, 대물 렌즈(OL1, OL2)에 의해 포커싱된 2 개의 역 전파 빔은 매체(5310)의 동일한 볼륨에서 오버랩된다. 집중된 간섭 무늬가 발생하고 마이크로홀로그램이 생성되게 한다. 판독 프로세스에서, 기록 빔(5303)은 셔터(5312)에 의해 차단된다. 판독 빔(5307)은 목표 볼륨으로 포커싱되고, 만일 그 목표 볼륨 내에 마이크로홀로그램이 존재하면, 판독 빔(5307)의 약 1 % 이하가 스팟으로부터 검출기(5337)로 회절/반사된다. 검출기(5337)가 검출한 반사의 존재 또는 부재에 기초하여 대응하는 데이터 상태가 결정된다. 기록 및 판독 동안에, 판독/기준 빔(5337) 에너지의 대부분은 매체를 통해 검출기 어레이(5339)로 전송된다. 마찬가지로, 기록 동안에 기록 빔(5303)의 대부분은 매체(5310)를 통과하고 검출기(5337)에 의해 감지될 수 있다.
시스템(5300)은 감쇠 요소(5350)도 포함한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 요소(5350)는 자기 또는 전기광학 변조기의 형태를 취할 수 있다. 이러한 경우에, 요소(5350)는 판독/기준 빔(5307)에 대하여 기록 빔(5303)으로 지연 또는 광학 경로 길이 조정을 도입하도록 선택적으로 활성화될 수 있다. 이러한 선택적인 변조는 비트마다 및/또는 트랙마다 감쇠 요소(5350)를 변조함으로써 비트마다 및/또는 트랙마다 매체(5310) 내에 형성된 마이크로홀로그램의 위치를 수직으로 또는 깊이 방향으로 시프트하는 데 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 감쇠 요소(5350)는 λ/2 지연을 도입할 수 있는데, λ는 빔(5305, 5307)의 중심 파장이다. 빔(5305, 5303, 5307)의 중심 파장은 예컨대, 약 405 nm 또는 532 nm일 수 있다.
도 28은 회전가능 디스크와 같은 매체에서 2 가지 방사 지향의 나선형으로 데이터를 저장함으로써 상이한 층들 사이의 데이터 불연속성을 극복하기 위한 포맷(2800)을 도시한다. 마이크로홀로그램은 예컨대, 안쪽으로 선회하는 나선형으로 하나의 층(2810) 상에 저장된다. 이 층(2810)의 끝에서, 데이터는 반대 방향으로 선회하는 나선형으로 디스크 내의 다른 층(2820)으로 포커싱함으로써 최소 중단을 계속한다. 인접층, 예컨대, 2830은 계속해서 시작 위치 및 방향을 교번시킬 수 있다. 이 방식으로, 센서 헤드가 이전 나선(2810)이 시작되었던 위치로 돌아가는 데 걸리는 시간이 삭제된다. 물론, 이전 나선과 동일한 시작 지점에서 시작하는 것이 바람직하다면, 데이터는 미리 저장되고, 검출기가 시작 지점으로 다시 이동하는 동안 원하는 시스템 레이트로 판독될 수 있다. 이와 달리, 상이한 그룹의 층이 하나의 시작 위치 및/또는 진행 방향을 가질 수 있지만, 다른 그룹의 층은 다른 시작 위치 및/또는 진행 방향을 가질 수 있다. 인접 층 내의 나선의 방향을 역으로 하는 것은 또한 동일한 방향으로 진행하는 나선들 사이의 분리를 제공함으로써 층들 사이의 크로스토크의 양을 감소시킬 수 있다.
이제 도 29를 참조하면, 각각의 나선의 페이징 또는 시작 지점을 변경함으로써 크로스토크가 더 감소될 수 있다. 도 29는 다수의 잠재하는 마이크로홀로그램 트랙 시작/종료 지점(2910a 내지 2910g)을 포함하는 포맷(2900)을 도시한다. 8 개의 트랙 시작/종료 지점이 도시되지만, 이보다 많거나 적은 임의의 적합한 개수가 사용될 수 있음을 알아야 한다. 본 발명의 양상에 따르면, 각 층의 위상 또는 시작/종료 지점은 교번될 수 있다. 상이한 층 상의 데이터 나선의 종료 지점을 변경함으로써 층들 사이의 크로스토크가 감소할 수 있다. 즉, 제 1 층이 지점(2910a)에서 시작하고 지점(2910h)까지 안으로 선회하는 경우에, 다음 층은 지점(2910h)에서 시작하고 지점(2910d)까지 밖으로 선회할 수 있는데, 예컨대, 다음 층은 안으로 선회한 후에 시작된다. 물론, 시작/종료 지점의 다른 특정 그룹이 사용될 수 있다.
따라서, 마이크로홀로그램은 판독/기록 검출기 헤드가 다음 나선, 예컨대, 다음 층에 대한 시작 지점으로 이동하는 데 필요한 시간을 감소시키기 위해 상이한 층 상에서 상이한 방향으로 선회하는 나선형 트랙으로 층 내에 저장될 수 있다. 검출기 헤드가 한 층에서 다른 층으로 이동하는 간격 동안에, 사용자 또는 시스템에 대해 일관된 데이터 스트림을 유지하는 데 하나 이상의 데이터 메모리가 사용될 수 있다. 이전 데이터 층으로부터 이 메모리에 저장된 데이터는 검출기 헤드가 다음 나선형 층으로 이동하는 동안 판독될 수 있다. 층들 사이의 크로스토크는 인접하거나 상이한 층들 상의 나선을 반전시킴으로써 감소할 수 있다. 층들 사이의 크로스토크는 또한 각 층의 위상 또는 시작 지점을 변경하거나 상이한 층 상의 데이터 나선의 종료 시점을 변경함으로써 감소할 수 있다. 연속적으로 판독될 상이한 층 상의 시작 및 종료 지점은 다음 연속하는 데이터 층 상에 포커싱하는 데 필요한 시간 동안에 불필요하거나 확장된 데이터의 중단을 방지하도록 이격될 수 있다.
일 실시예에서, 볼륨 데이터 저장 시스템에 대한 포맷으로서 타원형 마이크로홀로그램이 사용된다. 바꾸어 말하면, 셀프 트래킹 마이크로홀로그램이 제공된다. 유리하게, 타원형 마이크로홀로그램을 사용하는 것은 적어도 하나의 횡방향 치수면에서 복구 레이저 스팟 크기보다 작은 마이크로홀로그램 크기를 고려할 수 있다. 트래킹 목적을 위해, 반사 형태를 검출함으로써 트랙 방향을 결정하는 데 타원형 마이크로홀로그램이 사용된다. 반사된 광에 기초한 차동 신호는 시스템 강건성을 증가시키는 데 사용될 수 있다.
이제 도 30을 참조하면, 단일 비트 홀로그래픽 저장 매체에서, 데이터 홀로그램과 동일한 방식으로 주기적 구조에서 굴절률을 국부적으로 변경함으로써 포맷 마이크로홀로그램이 기록될 수 있다. 마이크로홀로그램은 판독 레이저 빔의 부분 반사를 생성한다. 어떠한 마이크로홀로그램도 없는 경우에, 판독 레이저는 로컬 영역을 통해 전송된다. 반사된 광을 검출함으로써, 드라이버는 콘텐츠가 1인지 0인지를 나타내는 신호를 생성한다. 도 30의 예시된 경우에, 비트는 실질적으로 원형 마이크로홀로그램(3010)이며, 기록 레이저 스팟 크기에 의해 결정된 크기를 갖는다. 마이크로홀로그램 기록 프로세스가 레이저의 가우시안 공간 프로파일을 따르므로, 마이크로홀로그래픽 비트도 공간 프로파일 내의 가우시안이다. 가우시안 프로파일은 광빔 웨이스트(waist)(또는 스팟 직경) 외부의 상당한 에너지를 가지는 경향이 있다. 이웃하는 비트(마이크로홀로그램 1, 2, 3, 4 및 5)로부터의 간섭을 감소시키기 위해, 비트 간격(2 개의 비트 사이의 거리(dt))은 레이저 스팟 크기의 3배이어야 할 수 있다. 이에 따라, 층 상의 콘텐츠 밀도는 실제로 CD 또는 DVD 층상의 콘텐츠 밀도보다 훨씬 작을 수 있다. 원형 포맷과 관련된 다른 가능한 단점은 매체 디스크가 방향(3020)으로 회전하는 트래킹과 관련된다. 도 30을 더 참조하면, 비트 1을 판독한 후에 레이저 스팟이 비트 2로 이동하는 것이 바람직하다. 그러나, 마이크로홀로그램 비트 1이 대칭적이므로, 드라이브는 비트 1 및 2를 포함하는 트랙(3030)의 방향을 나타내는 추가적인 정보를 가지지 않는다. 따라서, 드라이브는 레이저가 다른 트랙(3040, 3050), 예컨대, 비트 4 또는 5로 의도하지 않게 헤매게 할 수 있다.
이제 도 31을 참조하면, 잠재적인 트랙 오정렬에 대한 정정을 지원하기 위해, 레이저 헤드가 트랙 방향을 결정할 수 있도록 마이크로홀로그램 스팟 형태는 비원형, 비대칭형이 될 수 있다. 적어도 하나의 횡방향 치수면에서 판독 레이저 스팟 크기(3110)보다 작은 비트 간격을 가지기 위해, 트랙(3130, 3140, 3150)을 따라 높은 반사성을 가진 타원형 마이크로홀로그램(3120)이 형성된다. 이와 달리, 단일 층 포맷, 예컨대, CD 및 DVD가 비교적 낮은 반사성의 영역을 초래하는 간섭을 생성하는 타원형 피트를 사용한다는 것은 가치가 없다. 도 31에 도시된 바와 같이 포맷을 기록하기 위해, 매체 디스크는 트랙(예컨대, 3130)을 따라 회전되고, 반사가 로컬 볼륨에서 바람직한지 아닌지 여부에 따라 기록 레이저가 턴온 및 턴오프된다. 바꾸어 말하면, 매체는 노출 동안에 레이저 스팟에 관하여 앞으로 나아가며, 이로써 매체의 연장된 부분이 노출된다. 타원형 마이크로홀로그램은 기록 레이저가 턴온되는 시간이 지남에 따라 제어된 길이 및 전진 또는 회전 레이트로 기록된 다. 이는 스팟마다 기록할 때 기록 레이저를 빠르게 펄싱하지 않도록 유리하게 기능한다. 판독 레이저가 타원형 마이크로홀로그램에 포커싱되면, 원형 가우시안 레이저 스팟은 트랙 방향에 대한 수직선보다 트랙 방향을 따라 보다 큰 반사 세기를 갖는다. 마이크로홀로그램에 의해 반사된 신호는 더 이상 완전히 원형이 아니며(예컨대, 도 25(a) 내지 도 25(c) 참조), 검출기, 예컨대, 4분원(quadrant) 검출기가 사용되어 반사된 광 빔 형태를 결정하고 따라서 트랙 방향을 결정할 수 있으며, 이는 이어서 트랙 상에 레이저 헤드를 유지하는 것을 돕는 피드백으로서 사용된다. 시스템 감도를 증가시키기 위해, 예컨대, 반사에 기초한 차동 신호를 사용함으로써, 종래의 CD/DVD 포맷 방법 또한 통합될 수 있다.
따라서, 일 실시예에서 볼륨 데이터 저장 물리적 포맷에 대한 매체 내부의 트랙을 따라 타원형 마이크로홀로그램이 제공된다. 포맷 마이크로홀로그램은 데이터 자체 또는 상이한 위치에 선택적으로 기록되거나, 1차 데이터 표시 마이크로홀로그램과 상이한 각도 및/또는 상이한 파장으로 이미 기록되어 같은 장소에 배치된 추가적인 데이터를 인코딩할 수 있다. 기록 매체가 비선형 광학 반응(즉, 임계 반응)을 제공하는 경우에, 타원형 마크의 폭(짧은 치수)은 더 감소할 수 있으며 이로써 층 용량도 증가시킬 수 있다.
본 명세서에 설명된 포맷 시스템 및 방법이 비선형 및/또는 임계 반응 물질을 사용하는 볼륨 저장 시스템 및 방법으로 제한되지 않으며, 그 대신에 일반적으로 그 전체 내용이 본 명세서에서 참조로써 인용되는 설명된 미국 특허 공개 번호 제20050136333호와 같은 선형 반응 요소를 사용하는 것을 포함하는 볼륨 저장 시스 템 및 방법에 대한 광범위한 응용을 가짐을 알아야 한다.
개별
홀로그래픽
구성요소를 사용하는 회전가능 볼륨 디스크에 대한 포맷
셀프 트래킹 데이터 표시 마이크로홀로그램과 달리 또는 이에 부가하여, 개별 트래킹 요소가 매체 내로 통합될 수 있다. 정확한 층에 포커싱된 레이저 스팟을 유지하고 레이저 헤드를 우측 트랙 상에 두기 위한 활성 포커싱이 없으면, 적어도 일부분 표면 거칠기와 스크래치를 포함하지만 이것으로 제한되지 않는 물리적 한계 때문에, 매체 디스크 내부에 마이크론 이하 크기의 특징부를 저장하는 것은 상업적으로 비실용적이 될 수 있다.
단일 층 저장 포맷(예컨대, CD, DVD)은 포커싱에 반사성 비대칭형 광빔을 사용하고, 트래킹에 3 광빔 메커니즘을 사용한다. 그러나, 볼륨 저장 매체는 매체 내의 데이터 기록 레벨에서 높은 반사성 층을 포함하지 않는다. CD 또는 DVD 포맷의 기록가능 또는 재기록가능 버전에서, 트랙 또는 그루브(groove)는 사전포맷되어, 디지털 콘텐츠를 기록할 때 레이저 헤드는 트랙을 따르게 된다. 본 명세서에서 그 전체가 설명되는 것처럼 각각 그 전체 내용이 본 명세서에서 참조로써 인용되는 미국 특허 공개 번호 제2001/0030934호와 제2004/0009406호 및 미국 특허 번호 제6,512,606호는 단일 비트 홀로그래픽 매체 내부에 트랙을 사전형성하여, 콘텐츠 기록 프로세스에서 레이저 헤드가 이를 따를 것을 제안한다. 판독 프로세스 동안에 레이저 헤드도 이 트랙을 따른다.
일 실시예에서, 트랙 사전형성 및/또는 오프축(off-axis) 마이크로홀로그램 이 트래킹 데이터(예컨대, 깊이 및 반경 위치 정보)를 인코딩하는 데 사용된다. 보다 구체적으로, 볼륨 저장 매체 내부에 마이크로홀로그래픽 비트를 저장하기 전에 오프축 마이크로홀로그래픽 격자로 인코딩된 트랙은 매체 내 다양한 깊이와 위치에서 사전기록된다. 이러한 트래킹 마이크로홀로그램은 부딪치는 레이저 빔의 수직선의 반사 오프를 생성하도록 지향될 수 있다. 지향 각도는 트래킹 마이크로홀로그램이 체크 지점으로서 기능하도록 트래킹 마이크로홀로그램 깊이와 반경과 상관될 수 있다. 핀독 또는 기록 프로세스에서, 트래킹 마이크로홀로그램은 입사광을 광학 수직 축으로부터 멀리 반사하는데, 이는 예컨대, 개별 검출기를 사용하여 검출될 수 있다. 디스크 내 현재 위치의 포커싱 깊이와 반경은 각을 이루는 오프축 반사의 검출에 기초하여 결정된다. 따라서 광학 헤드 위치에 관하여 드라이브에 피드백 신호를 제공하는 데 사전형성된 마이크로홀로그램이 사용될 수 있다.
정밀한 위치결정 스테이지 및 기록 레이저는 홀로그래픽 매체 내부의 트랙에 기록하는 데 적합하다. 각각의 트랙은 매체 내부의 다양한 반경 및/또는 깊이를 통하여 나선형일 수 있다. 물론, 원형 또는 실질적으로 동심인 트랙을 포함하는 다른 구성이 사용될 수 있다. 각 트랙을 따라 마이크로홀로그램을 형성함으로써 디지털 비트가 기록된다. 트랙은 예컨대, 매체의 굴절률을 국부적으로 교번시키도록 높은 전력 레이저를 포커싱함으로써 형성될 수 있다. 국부적인 굴절률 변조는 입사하는 포커싱 광으로부터 트래킹 검출기로 부분적인 반사를 생성하고, 트랙에 대한 정보를 제공한다. 이와 반대로, 본 명세에서 논의되는 바와 같이, 트랙은 홀로그래픽 마스터에 기록될 수 있고 매체 장치(예컨대, 디스크)에 광학적 복제될 수 있다.
도 32는 판독 또는 기록 헤드가 사전프로그래밍된 트랙을 따르게 하도록 회전될 수 있는 디스크의 형태로 매체(3200)를 도시한다. 매체에 실질적으로 인접한 레이저 헤드는 광빔(3210)을 로컬 영역으로 포커싱하여 매체 내 트랙의 기록을 용이하게 한다. 광빔(3210)은 매체에 수직이다. 형성된 마이크로홀로그램은 트랙 위치를 오프축 각도로서 인코딩하는 데 사용된다. 매체의 다른 측면으로부터 부딪치는 제 2 레이저 빔(3220)은 레이저 빔(3210)과 동일한 볼륨을 조사한다. 광빔(3220)은 디스크 수직 축으로부터의 오프축이다. 2 개의 광빔(3210, 3220)은 간섭하고, 매체 수직선으로부터 마이크로홀로그램(3230) 오프축을 형성한다. 이 오프축 각도는 트랙의 물리적 또는 논리적 위치, 즉, 깊이 또는 반경을 인코딩하는 데 사용될 수 있다. 당업자는 마이크로홀로그램(3230)의 오프축 각도(Φ)가 마이크로홀로그램(3220)의 오프축 각도(Φ)에 의존함을 알 것이며, 여기서 광빔(3210)은 매체(3200)에 수직이다. 따라서, 부딪치는 광빔(3220)의 각도를 변경함으로써, 형성된 홀로그램의 위치가 인코딩될 수 있다.
광빔(3210)은 연속 트랙을 기록하도록 연속파의 형태를 취하거나 펄싱될 수 있다. 펄싱되는 경우에, 펄스 반복 레이트는 콘텐츠 기록 및/또는 판독 동안에 얼마나 빈번히 트랙 위치가 체크될 수 있는지를 결정한다. 이와 달리 또는 이에 부가하여, 반복 레이트 및 펄스의 수가 변경된 마이크로홀로그램 버스트가 각도 의존 대신에 사용되어 트랙 위치 정보를 인코딩할 수 있다. 그러나, 펄스 반복 레이트 또는 펄스의 수가 트랙 위치를 나타내도록 마이크로홀로그램 기록 광빔의 펄싱이 사용되는 경우에, 유용한 위치확인 정보를 결정하기 위해 2 개 이상의 트래킹 마이크로홀로그램이 판독되어야 한다.
각도 의존성을 사용하는 것으로 다시 돌아가면, 콘텐츠 기록 및 판독 프로세스 동안에, 사전형성된 오프축 마이크로홀로그램(3230)은 매체 오프축에 수직인 입사 레이저 빔(3210')을 반사하여, 트랙에 대한 정보를 제공한다. 저작권 정보와 같은 다른 정보는 선택적으로 인코딩될 수 있다. 이러한 경우에, 오프축 광빔은 다른 데이터를 인코딩하기 위해 변조될 수 있고 매체 내의 위치를 나타내는 각도에 있을 수 있다. 이제 도 33을 참조하면, 매체 축에 수직인 입사 광빔(3210')이 국부적으로 사전기록된 트래킹 마이크로홀로그램(3230)에 포커싱될 때, 트래킹 마이크로홀로그램(3230)은 광을 마이크로홀로그램 기록 프로세스에서 사용된 제 2 레이저 빔(예컨대, 도 32의 광빔(3220))과 유사한 방향과 공간 프로파일을 가진 광빔(3310)으로서 부분적으로 반사한다. 오프축 센서 또는 센서 어레이는 반사된 각도의 광빔(3310)을 검출하는 데 사용될 수 있고, 입사 광빔(3210')의 포커싱된 스팟의 위치를 결정한다.
따라서, 트랙 및/또는 다른 정보는 사전형성된 오프축 마이크로홀로그램으로 인코딩될 수 있다. 오프축 각도의 광빔이 인코더로서 사용되는 경우에, 광학 드라이브는 단일 트래킹 마이크로홀로그램을 판독함으로써 포커싱된 입사 광빔의 위치를 결정할 수 있다. 수집된 정보는 포커싱 및 트래킹에 사용될 수 있는데, 예컨대, 도 27에 도시된 것과 유사한 포커스/트래킹 시스템에 제공될 수 있다. 예를 들어, 입사광이 적합한 깊이에 있는지 여부 및 깊이와 관련된 구형 수차(spherical aberration)를 정정하기 위해 적합한 렌즈가 사용되고 있는지 여부를 판정하는 데 오프축 신호가 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 하나 이상의 마이크로홀로그램은 오프축 및/또는 오프센터(off-center) 구성요소를 포함할 수 있다. 이제 도 34a를 참조하면, 위상 마스크 또는 격자와 같은 홀로그래픽 회절 유닛은 입사 광빔을 기록/판독을 위한 주요 광빔(3410)으로 분리시키고, 트래킹(3420)을 위한 적어도 하나의 오프축 광빔으로 분리시킨다. 오프축 광빔(3420)의 전파 각도(θ)는 매체(3400) 내의 오프축, 오프센터 트래킹 마이크로홀로그램(3430)과 일직선이므로, 반사된 광빔은 입사 오프축 광빔(3420)의 방향을 따라 다시 전파한다. 이 시나리오에서, 대물 렌즈가 아닌 다른 추가적인 수집 광학장치는 필요하지 않을 수도 있다. 그러나, 마이크로홀로그램(3430)의 오프축 각도(θ)는 고정되고, 트랙 위치를 나타내기 위해 마이크로홀로그램 펄스 반복 레이트 또는 펄스 수 변조의 사용이 필요할 수 있다.
도 32 내지 도 34a는 하나의 오프축 마이크로홀로그램을 도시한다. 이와 달리, 데이터 마이크로홀로그램은 각 측면 상에 있는 2 개의 오프축 마이크로홀로그램을 사용하여 포맷될 수 있다. 3 개의 중첩하는 마이크로홀로그램의 기록은 도 34b에 도시된다. 마이크로홀로그램 데이터는 기준 빔(3440) 및 기준 빔과 동일한 축을 따라 역 전파하고 있는 데이터 빔(3450)에 의해 기록된다. 2 개의 오프축 마이크로홀로그램은 동일한 기준 빔(3440)과 오프축 기록 빔(3460, 3470) 사이의 간섭에 의해 기록될 수 있다.
판독 프로세스(도 34c)에서, 기준 빔(3440')은 판독 빔으로서 기능한다. 3 개의 마이크로홀로그램은 하나의 위치에 이미 저장되어 있다. 따라서 기준 빔(3440')은 데이터 마이크로홀로그램으로부터의 후면 반사(3482) 및 2 개의 오프축 마이크로홀로그램으로부터의 측면 반사(3484, 3486)와 같은 3 개의 방향으로 회절될 것이다. 2 개의 측면 반사에 의해 형성된 평면이 마이크로홀로그램 데이터 방향에 수직인 경우에, 2 개의 측면 반사는 트래킹에 대한 표시자이다.
본 명세서에 설명된 트래킹 및 포커싱 시스템 및 방법이 비선형 및/또는 임계 반응 물질을 사용하는 볼륨 저장 시스템 및 방법으로 제한되지 않으며, 그 대신에 일반적으로 그 전체 내용이 본 명세서에서 참조로써 인용되는 설명된 미국 특허 공개 번호 제20050136333호와 같은 선형 반응 요소를 사용하는 것을 포함하는 볼륨 저장 시스템 및 방법에 대한 광범위한 응용을 가짐을 알아야 한다.
사전기록된 매체 일괄 복제
지원 매체에서 마이크로홀로그램으로서 기록된 디지털 정보의 대용량 볼륨을 분배하는 데 광학 복제가 상당히 적합하다. 페이지 기반 홀로그래픽과 반대로서 마이크로홀로그래픽을 사용하는 광학 복제에 대한 산업 프로세스 방안은 바람직한 것으로 보인다. 선형 물질을 사용하는 광학 복제가 가지는 하나의 문제점은 광학 복제 시스템 내의 임의의 바람직하지 않은 반사가 원치않는 홀로그램을 생성할 것이라는 점이다. 전형적으로 광학 복제에 높은 전력 레이저가 수반되므로, 원치않는 홀로그램은 데이터 표시 및/또는 포맷 홀로그램을 상당히 교란시킬 수 있다. 또한, 선형 물질에 기록된 홀로그램의 세기는 기록 레이저 빔의 전력 밀도의 비율 에 정비례할 것이다. 1과 상당히 다른 비율의 경우에, 홀로그램은 약할 것이고, 대용량 동적 범위(물질의 기록 능력)가 바람직하지 않게 소비될 것이다. 다시 한번, 이것은 비선형 광학 반응 매체를 사용하여 해결될 수 있다.
이제 도 35, 도 36 및 도 37을 참조하면, 비선형 광학 반응 매체와 함께 사용하기에 적합한 광학 복제 기술의 구현예가 도시된다. 도 35는 마스터 매체를 준비하는 시스템을 도시하고, 도 36은 결합 마스터 매체를 준비하는 시스템을 도시하며, 도 37은 예컨대, 배포할 복사 매체를 준비하는 시스템을 도시한다. 도 35를 참조하면, 마스터 매체(3510)를 기록하는 시스템(3500)이 도시된다. 도시된 실시예에서, 마스터 매체(3510)는 본 명세서에 설명된 것과 같은 광학적으로 비선형인 반응 물질 모델링 디스크의 형태를 취한다. 마스터 홀로그래픽 매체(3510)는 마이크로홀로그램(3520)의 어레이를 하나씩 형성함으로써 기록된다. 시스템(3500)은 빔분리기(3552)에 광학적으로 결합된 레이저(3550)를 포함한다. 레이저(3550)는 532 nm, 100 mW CW, 단일 종축 모드, 공동 내부 배가, 다이오드 펌핑 고체 상태 Nd:YAG 레이저의 형태를 취할 수 있는데, 여기서 빔 분리기(3552)는 예컨대, 편광 큐브 빔 분리기의 형태를 취한다. 분리된 광빔(3530, 3540)을 매체(3510) 내의 공통 볼륨에 포커싱하는 데 포커싱 광학장치(3532, 3542)가 사용되는데, 여기서 그들은 전술한 바와 같이 역 전파하고 간섭하며 마이크로홀로그램 형성을 포함하는 무늬 패턴을 형성한다. 포커싱 광학장치(3532, 3542)는 예컨대, 높은 수치의 개구부 비구면 렌즈의 형태를 취할 수 있다. 데이터를 인코딩하고/하거나 마이크로홀로그램(3520)의 규칙적인 형성을 용이하게 하도록 광빔(3530)을 매체(3510)로 선택적으 로 전달하는 데 셔터(3554)가 사용된다. 셔터(3554)는 예컨대, 약 2.5 ms의 윈도우 시간을 가진 기계적, 전기광학적 또는 음향 광학 셔터의 형태를 취할 수 있다.
마이크로홀로그램이 특정 목표 볼륨에 형성되는 것을 가능하게 하기 위해, 포커싱 광학 장치(3532, 3542)는 회전하는 매체, 예컨대, 디스크(3510)의 중심으로부터 상이한 반경에 선택적으로 포커싱하도록 작동된다. 즉, 포커싱 광학 장치는 회전하는 매체, 예컨대, 디스크(3510)의 중심으로부터 상이한 반경에서 포커스 영역을 횡방향으로 변환한다. 매체(3510)는 매체를 회전시키는 정교한 위치결정 스테이지(3556)에 의해 지탱되고, 매체(3520) 내의 상이한 수직 층에서 포커싱된 광빔(3530, 3540)의 수직 정렬을 고려한다. 각도 위치결정은 셔터(3554)를 적합한 시간에 선택적으로 개방함으로써 제어된다. 예컨대, 셔터가 회전하는 매체(3510)의 상이한 각도 위치에 대응하는 다양한 시간에 선택적으로 개방되고 닫힐 수 있도록, 스테퍼 모터(stepper motor) 또는 공기 베어링 스핀들(air bearing spindle)을 사용하여 매체(3510)를 회전시킬 수 있다.
이제 도 36을 참조하면, 시스템(3600)의 블록도가 도시된다. 시스템(3600)은 광원(3610)을 포함한다. 광원(3610)은 예컨대, 상업적으로 입수가능한 코히런트 에볼루션 모델(Coherent Evolution model)(90)과 같은 532 nm, 90 W, 1 kHz 반복 레이트 펄싱 Nd:YAG 레이저의 형태를 취할 수 있다. 광원(3610)은 결합 마스터 매체(3620)를 통해 마스터 매체(3510)를 조사한다. 도시된 실시예에서, 결합 마스터 매체(3620)는 그 전체 내용이 본 명세서에서 참조로써 인용되는 미국 특허 공개 번호 제20050136333호에 설명된 것과 같은 광학적 선형 반응 물질 모델링 디스크의 형태를 취할 수 있다. 결합 마스터(3620)를 통해 광원(3610) 방사에 마스터(3510)를 빠르게 노출시키기 위해, 마스터(3510)로부터의 반사는 광원(3510)으로부터 직접 방사를 방해하여, 결합 마스터(3620)에 무늬 패턴을 형성할 수 있다. 결합 마스터(3620)에 형성된 홀로그래픽 패턴은 마스터(3510)에 형성된 것과 동일하지 않지만, 그 대신에 그로부터의 반사를 나타낸다. 본 발명의 양상에 따르면, 전체 마스터와 결합 마스터(3510, 3620) 쌍은 한번에 플래시 또는 일괄 노출될 수 있다. 이와 달리, 방사(3615)는 가로지르는 화살표(3618)로 나타낸 바와 같이 마스터/결합 마스터 쌍을 기계적으로 스캔할 수 있다.
도 37은 시스템(3700)을 도시한다. 시스템(3600)과 마찬가지로, 시스템(3700)은 광원(3710)을 포함한다. 광원(3710)은 예컨대, 상업적으로 입수가능한 코히런트 에볼루션 모델(90)과 같은 532 nm, 90 W, 1 kHz 반복 레이트 펄싱 Nd:YAG 레이저의 형태를 취할 수 있다. 광원(3710)은 배포 매체(3720)를 통해 결합 마스터(3620)를 조사한다. 도시된 실시예에서, 마스터 매체(3510) 및 결합 마스터 매체(3620)와 같이, 매체(3720)는 본 명세서에서 설명된 것과 같은 광학적 비선형 반응 물질 모델링 디스크의 형태를 취할 수 있다. 보다 구체적으로, 광원(3710)은 배포 매체(3720)를 통해 그리고 결합 마스터 매체(3620)로 방사(3715)를 방출한다. 마이크로홀로그램 어레이(3520)(도 35, 도 36)로부터의 반사에 대응하는 굴절률 변화는 반사를 발생시킨다. 이들 반사는 다시 배포 매체(3720)를 선회하는데, 여기서 이들 반사는 역 전파 방사(3715)를 방해하여 마이크로홀로그램 어레이(3730)를 나타내는 간섭 무늬 패턴을 형성한다. 광 방사(3715) 및 방사(3615)의 방향과 파 장이 실질적으로 동일한 경우에, 어레이(3730)는 어레이(3520)(도 35 및 도 36)에 대응하며, 이로써 마스터(3510)를 배포 매체(3720)로서 복제한다. 전체 결합 마스터 및 배포 매체(3620, 3720) 쌍은 한번에 플래시 또는 일괄 노출될 수 있다. 이와 달리, 방사(3715)는 가로지르는 화살표(3718)로 나타낸 바와 같이 결합 마스터/배포 매체 쌍을 스캔할 수 있다.
시스템(3500, 3600, 3700)이 예일 뿐이며 셋업시에 몇몇 변경이 유사한 결과를 야기할 것임을 알아야 한다. 또한, 마스터, 결합 마스터 및 배포 매체는 동일한 물질로 제조될 필요가 없으며, 선형 및 비선형 물질의 결합으로 제조될 수 있다. 이와 달리, 전부 예컨대, 임계 반응 물질로 형성될 수 있다.
이제 도 38을 참조하면, 상이한 구현예(3800)에서, 배포 매체(3810)가 최후로 생성되는 마스터가 개구부 또는 홀 또는 적어도 실질적으로 투명 영역을 가지는 테이프의 형태를 취할 수 있다. 이와 달리, 배포 매체(3810)가 최후로 생성되는 마스터는 2 차원 어레이의 픽셀 또는 개구부를 가지는 공간 광 변조기의 형태를 취할 수 있다. 어느 쪽이든, 시스템(3800)은 예컨대, 상업적으로 입수가능한 코히런트 에볼루션 모델(90)과 같은 532 nm, Q-스위칭, 고전력(예컨대, 90 W, 1 kHz 반복 레이트 펄싱) Nd:YAG 레이저의 형태를 취할 수 있는 레이저(3820)를 포함한다. 레이저(3820)는 예컨대, 편광 큐브 빔 분리기의 형태를 취할 수 있는 빔 분리기(3830)에 광학적으로 결합된다. 따라서 빔 분리기(3830)는 본 명세서에 설명된 바와 같이 저장된 데이터를 나타내는 마이크로홀로그램(3815)의 어레이를 형성하기에 적합한 방식으로 매체(3810)의 특정 볼륨 내에서 역 전파하는 제 1 및 제 2 광 빔(3830, 3840)을 생성한다. 보다 구체적으로, 광빔(3840)은 조정 광학장치(3845)를 통해 매체(3810)로 전달된다. 광빔(3850)은 조정 광학장치(3855)를 통해 매체(3810)로 전달된다.
조정 광학장치(3845, 3855)는 레이저 빔을 일련의 또는 2 차원 어레이의 포커싱 스팟으로 변형하기에 적합한 마이크로렌즈 어레이(들)의 형태를 취할 수 있다. 렌즈가 높은 수치의 개구부를 갖는 경우에, 노출이 인터레이싱된 어레이를 생성할 정도로 작은 증가량만큼 매체를 이동시킴으로써 조밀한 패킹이 구현될 수 있다. 따라서 조정 광학장치(3845, 3855)는 역 전파 광빔(3840, 3850)을 단층의 매체(3810) 내의 2 차원 어레이의 포커싱 지점에 포커싱한다. 본 발명의 양상에 따르면, 이 지점 어레이는 전체 층에 걸쳐 기록되는 디지털 0 또는 1의 어레이에 대응한다. 따라서, 레이저(3850)를 활성화함으로써, 모든 디지털 0 또는 1의 층은 내부에 마이크로홀로그램 어레이를 형성하는 스팟의 간섭 무늬에 의해 단층의 매체(3810)에 기록될 수 있다. 이것은 매체가 광학적 비선형 반응 물질 디스크의 형태를 취하는 특정 사용일 수 있다.
본 발명의 양상에 따르면, 단층의 매체(3810)에 기록되는 상이한 데이터를 제공하는 데 테이프 또는 공간 광 변조기(3860)가 사용될 수 있다. 테이프 또는 공간 광 변조기(3860)는 일련의 또는 어레이의 개구부 또는 홀을 포함할 수 있다. 개구부의 존재 또는 부재는 대응하는 디지털 데이터의 디지털 상태에 대응할 수 있다. 즉, 영역이 없는 개구부는 대응하는 데이터 상태에 따라 마이크로홀로그램이 기록되는지 여부에 따라서 광빔(3840)을 선택적으로 차단한다.
어떤 경우든, 하나의 데이터 층은 한번에 그리고 기록 매체의 한 영역에만 기록된다. 매체(3810)는 전 층을 기록하기 위해 예컨대, 위치결정 스테이지(3870)를 사용하여 몇 번 전진하거나 회전될 수 있다. 매체는 다른 층을 기록하기 위해 예컨대, 또한 위치결정 스테이지(3870)를 사용하여 위아래로 이동될 수 있다.
따라서, 매개 또는 결합 마스터를 기록하도록 마스터 매체의 다량의 조사가 사용될 수 있다. 배포 매체에 데이터를 기록하도록 마스터 또는 결합 마스터의 다량의 조사도 사용될 수 있다. 배포 매체를 기록하도록 마스터로서 테이프 또는 공간 광 변조기가 사용될 수 있다. 그리고, 기록된 홀로그램의 회절 효율(세기)은 기록 레이저 빔 전력 밀도의 비율과 무관할 수 있다.
사전
포맷된
매체
설명한 바와 같이, 홀로그래피 매체 디스크는 데이터 상태를 나타내는 마이크로홀로그램의 어레이로 기록될 수 있다. 이들 어레이는 광학적으로 비선형인 또는 임계 반응성의 기록 물질로 구성된 매체의 모든 볼륨에 걸쳐 확산될 수 있다. 일 실시예에서, 특정 데이터(예를 들어, 데이터의 교번 상태)는 마이크로홀로그램들 중 소정의 것을 삭제 또는 삭제하지 않음으로써 사전 포맷된 매체에 기록된다. 소거는 마이크로홀로그램의 볼륨을 임계 상태 위로 야기하도록 충분히 포커싱된 에너지를 갖는 단일 광 빔을 사용함으로써, 예를 들어 구성 폴리머 매트릭스(constituent polymer matrix)의 Tg에 접근하도록 가열함으로써 실행될 수 있다.
보다 구체적으로, 사전 포맷된 매체 내로의 데이터 기록(예를 들어, 광학적 으로 비선형인 반응 물질 내에 단일 데이터 상태, 예를 들어 모든 0 또는 모든 1을 나타내는 마이크로홀로그램의 어레이를 기록)은 사전 기록된 또는 사전 포맷된 마이크로홀로그램들 중 선택된 것을 소거 또는 소거하지 않음로써 달성될 수 있다. 마이크로홀로그램은 하나 이상의 레이저 빔을 그 상에 포커싱함으로써 효과적으로 소거될 수 있다. 굉 빔 전달된 에너지가 기록 임계 강도를 초과하는 경우, 본 명세서에 앞서 설명한 바와 같이, 마이크로홀로그램은 소거된다. 따라서, 임계 상태는 첫번째로 목표지정된 마이크로홀로그램을 형성하기 위해 만족될 필요가 있는 것과 동일할 수 있다. 광 빔은 CD 및 DVD 기법에서 통상적으로 사용되는 것과 유사한 종래의 다이오드 레이저로부터 발산될 수 있다. 도 39는 단일 레이터 빔에 의해, 사전 포맷된 어레이로 사전 제공된 마이크로홀로그램을 포커싱함으로써, 및 기록될 비트에 대응하는 마이크로홀로그램을 선택적으로 제거함으로써 데이터가 기록되는 시스템(3900)을 나타낸다.
보다 구체적으로, 레이저 빔(3910)은 사전 형성된 마이크로홀로그램(미도시)을 포함하는 매체(3930) 내의 목표 볼륨(3940)에 광학장치(3920)를 포커싱함으로써 포커싱된다. 목표지정된 홀로그램을 소거하는 실제 메카니즘은 이 홀로그램을 처음에 형성하기 위해 사용된 것과 유사하다. 예를 들어, 사전 형성된 홀로그램은 볼륨 요소의 임의의 미리 영향을 받지 않은 부분(즉, 최초 무늬 사이의 영역)이 무늬 패턴의 파괴를 야기하는 인덱스 변화를 경험하도록, 즉 연속적인 굴절률의 영역을 생성하도록 하는 단일 입사 빔을 사용하여 소거될 수 있다. 더 나아가, 간섭이 요구되지 않기 때문에, 레이저는 단일 종축 모드(single-longitudinal mode)일 필 요는 없고, 그에 따라 마이크로홀로그래피 데이터 장치의 판독 및 기록 레이저는 바람직하게 간단해지고 잠재적으로 비교적 저가이게 된다.
선택에 따라, 일련 번호가 매체 내에 광학적으로 기록될 수 있다. 이 일련 번호는 예를 들어 저작권 보호를 용이하게 하기 위해 기록가능 매체의 소유자를 추적하는데 사용될 수 있다. 일련 번호는 이의 광학적 검출을 용이하게 하는 방식으로 광학적으로 기록될 수 있다. 일련 번호는 공간 광 변조기를 사용하는 데이터 복제에 앞서, 실질적으로 동시에 또는 그 이후에 매체 내의 사전결정된 위치(들)에 광학적으로 기록될 수 있다.
마이크로홀로그래피 데이터 저장 구성에 대한 이러한 사전 포맷된 비선형 기록 포맷은 저가의 마이크로홀로그래피 기록 시스템이 구현되는 것을 용이하게 할 수 있다. 매체의 단일 측면 상에 광학장치를 이용하면, 간단한 광학 헤드가 또한 사용될 수 있다. 더 나아가, 데이터를 기록하는데 비 단일-종축 모드 레이저가 사용될 수 있다. 또한, 단일 광 빔만이 사용되기 때문에, 마이크로홀로그래피 시스템에 대해 진동 내성 기록 시스템이 또한 구현될 수 있다.
본 명세서에서 기술한 사전 포맷 시스템 및 방법은 비선형 및/또는 임계 반응 물질을 사용하는 볼륨 저장 매체 및 방법에 국한되지 않고, 그보다 본 명세서에 참조로서 인용되는 미국 특허 공개 번호 제20050136333호에 개시되어 있는 것과 같은 선형 반응성 물질을 사용하는 것을 포함하여, 일반적으로 볼륨 저장 시스템 및 방법에 광범위하게 적용될 수 있음을 이해해야 한다.
마이크로홀로그램 저장된 데이터의 복원
도 40은 시스템(4000)을 도시한다. 시스템(4000)은 회전하는 디스크 매체와 같은 매체 내의 특정 위치에 마이크로홀로그램의 유무를 검출하는데 적합하다. 시스템(400)은 본 명세서에서 기술한 트래킹 및 포커싱 메카니즘을 사용하여 볼륨을 선택하는 것을 그 목표로 할 수 있다. 예시되어 있는 실시예에서, 레이저 빔(4010)은 레이저 스플리터(4050)를 통과하여 매체 디스크(4040) 내의 목표 볼륨(4030)에 부딪히도록 포커싱 광학장치(4020)에 의해 포커싱된다. 광 빔(4010)은 CD 및 DVD 플레이어에 사용되는 것과 같은 종래의 레이저 다이오드로부터 발산될 수 있다. 이와 같은 레이저는 예를 들어 GaAs 또는 GaN 기반 다이오드 레이저의 형태를 취할 수 있다. 빔 스플리터(4050)는 예를 들어 편광 큐브 빔 스플리터의 형태를 취할 수 있다. 포커싱 광학장치(4020)는 예를 들어 높은 수치의 개구 포커싱 대물 렌즈의 형태를 취할 수 있다. 물론, 다른 구성도 가능하다.
마이크로홀로그램이 목표 볼륨(4030) 내에 존재한다는 특정사항과는 무관하게, 광 빔(4010)은 광학장치(4020)를 다시 지나 빔 스플리터(4050)로 반사된다. 빔 스플리터(4050)는 그 반사를, 반사의 유무를 검출하는 검출기(4060)로 다시 안내한다. 검출기(4060)는 4분면 검출기에 의해 둘러싸여지는 광 다이오드, 예를 들어 상업적으로 입수가능한 Hamamatsu Si Pin 광다이오드 모델 S6795의 형태를 취할 수 있다.
본 명세서에서 기술한 데이터 복원 시스템 및 방법은 비선형 및/또는 임계 반응 물질을 사용하는 볼륨 저장 매체 및 방법에 국한되지 않고, 그보다 본 명세서 에 참조로서 인용되는 미국 특허 공개 번호 제20050136333호에 개시되어 있는 것과 같은 선형 반응성 물질을 사용하는 것을 포함하여, 일반적으로 볼륨 저장 시스템 및 방법에 광범위하게 적용될 수 있음을 이해해야 한다.
수익 보호
사전 기록된 광학 매체의 표절 및 심지어 일상적인 복제는 오락 및 소프트웨어 산업에 대한 경제적 손실의 상당한 근원을 나타낸다. 고속(예를 들어, 177Mpbs) 데이터 전송률을 갖는 기록가능 매체의 유용성은 저작권이 있는 음악 또는 영화를 포함하는 CD 또는 DVD의 복제를 상당히 쉽게 한다. 소프트웨어 산업에서, 콘텐츠 제공자는 흔히 소프트웨어의 침해를 줄이기 위해 제품 활성화 코드를 사용한다. 그러나, 디스크 상의 제품 활성화 코드 및 데이터는 유일하게 연결되어 있지 않고 소프트웨어의 몇몇 복제품은 다수의 복제를 검출하거나 또는 동시적인 사용을 방지하기 위한 동작을 조금 또는 전혀 받지 않으면서 다수의 머신 상에 설치될 수 있다.
종래의 사전 기록된 광학 매체, 예를 들어, CD 또는 DVD에서, 사전 기록된 콘텐츠는 통상적으로 대응하는 데이터를 사출 성형 프로세스 동안 매체 내로 인쇄함으로써 복제된다. 이 프로세스는 단일 마스터로부터 수 천개의 디스크 상에 데이터를 재생성하는데 사용될 수 있는데, 이는 본래 개별 디스크를 유일하게 식별할 수 있는 능력을 제한다. 사출성형 프로세스에 뒤이어 각 디스크 상에 마킹하기 위한 추가의 장비 및 프로세스를 제공하기 위한 몇몇 시도가 이루어졌다. 그러나, 이들 프로세스는 전형적으로 디스크를 마킹하기 위해 사출성형된 디스크 상에 새로운 데이터를 기록하거나 또는 그로부터 데이터를 소거할 것을 요구한다. 예를 들어, 드라이브에 의해 판독될 수 있는 방식으로 디스크를 "마크"하기 위해 높은 전력의 레이저를 사용하는 시도가 이루어졌다. 그러나, 디스크 상의 데이터는 레이저 포커싱되는 스팟보다 상당히 작을 것이며, 그에 따라 이들 마크는 전형적으로 데이터보다 크고 드라이브에 의해 쉽게 해석되지 않는다.
더 나아가, 사전 기록된 콘텐츠를 분배하는데 사용되는 DVD와 같은 종래의 광학 데이터 저장 장치는 전형적으로 최대 2개의 장편 영화를 위한 충분한 용량을 갖는다. 흔히, 콘텐츠 제공자는 동일한 콘텐츠에 대한 두 개의 상이한 보기 포맷, 예를 들어 최신의 텔레비전 모델에서 인기 있는 16:9 포맷과 결합된 전통적인 4:3 포맷을 수용하는 용량을 사용한다.
본 발명에 따른 단일 비트 마이크로홀로그래피 시스템은 예를 들어 단일 CD 크기의 디스크 상에 다수의, 예를 들어 50개보다 많은 영화를 공급하는데 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 각 디스크는 데이터 내에 내장되고 홀로그래피 드라이브에 의해 판독하능한 개별 고유 식별 번호, 또는 실질적으로 유일한 식별 번호로 마킹된다. 이것은 홀로그래피 데이터가 광학 방식으로 복제될 수 있다는 사실에 의해 용이하게 된다. 큰 용량의 각 디스크를 유일하게 식별하는 능력은 콘텐츠를 전달하는 새로운 비즈니스 모델을 가능하게 하는데, 이 경우 각 디스크는 예를 들어 다양한 카테고리(예를 들어, 장르, 감독, 주연 배우 또는 여배우)에 의해 그룹핑되는 다수의 영향을 포함할 수 있다.
이러한 실시예에서, 소비자는 사전기록된 디스크를 구매함으로써 습득할 수 있다. 비용은 하나의 콘텐츠 특징, 예를 들어 하나의 영화에 대한 사용자 액세스를 제공하는 종래의 매체와 유사할 수 있다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 소비자는 뒤이어 예를 들 디스크 상에 포함된 추가의 콘텐츠, 예를 들어 추가의 영화를 구매함으로써 활성화될 수 있다. 이것은 특정 디스크 또는 디스크의 구별된 세트 상에 인코딩된 식별 번호와 연관된 개별 액세스 코드를 발행하는 콘텐츠 제공자에 의해 달성될 수 있다. 디스크 일련 번호가 복제불가능한 경우, 액세스 코드는 상이하게 일련화된 또 다른 디스크 상에서 침해 콘텐츠의 볼 수 있도록 하는데에는 적합하지 않다.
더 나아가, 예를 들어, 소비자는 디스크를 복제하고(예를 들어, 데이터를 복원하고 그것을 또 다른 유사한 매체 디스크 상에 재생성함으로써), 사전 포맷된 기록가능 미스크 상에 내장된 일련 번호에 기초하여 그들 자신의 액세스 코드를 수신하도록 장려될 수 있다. 이러한 식으로, 콘텐츠 제공자의 수익 흐름을 보조하면서, 사용자 대 사용자의 콘텐츠 전달이 실제로 장려될 수 있다.
일 실시예에서, 공디스크를 사출성형하고 뒤이어 본 명세서에 개시되어 있는 바와 같이 광학 복제, 예를 들어 플래시 노출을 통해 데이터를 디스크에 전달함으로써 대량 배포를 위한 단일 비트 마이크로홀로그래피 데이터가 재생성될 수 있다. 디스크 상의 몇몇 위치는 재생성될 데이터의 초기 노출 동안 고의적으로 공백으로 남겨질 수 있다. 이들 위치는 뒤이어 식별 번호에 대응하는 추가의 광학 노출를 통해 기록되는데, 각 식별 번호는 공간 광 변조기를 사용하는 각 디스크 또는 디스 크의 세트에 유일하다. 이들 위치는 또한 공백의 사전 포맷된 디스크 상의 번호를 식별하는데 사용될 수 있다.
예견된 저장 요건 및 저장 용량에 기초하여, 종래의 CD 크기인 콘텐츠 포함 마이크로홀로그래피 디스크는 예를 들어 최대 50 표준 해상도 장편 영화, 또는 10 고해상도(HD) 장편 영화를 포함할 수 있다. 콘텐츠는 여러 방식으로 그룹핑될 수 있다. 예를 들어, 콘텐츠 제공자는 주어진 시리즈의 영화, 또는 특정 주연 배우 또는 여배우가 출연한 영화, 또는 동일한 장르에 속하는 영화를 를 디스크 상에 제공할 수 있다. 디스크의 일련 번호는 소매 판매를 위해 준비하는 경우 디스크의 패키징 상 또는 그 내부에 표시될 수 있다. 소비자가 디스크를 구매하는 경우, 패키지는 디스크를 플레이할 때 입력하려는 액세스 코드를 포함할 수 있다. 액세스 코드는 연관된 일련화된 디스크에 대응하여 사용자가 디스크 상의 하나, 및 오직 하나의 특정 영화(또는 영화들의 이산 세트)를 볼 수 있게 해준다. 이와 달리, 디스크 플레이어에는 사용 권한자와 통신할 수 있도록 해주는 하드웨어/소프트웨어가 제공되는데, 이는 일련 번호, 및 가능하면 플레이어의 식별자 및 현재 허용되는 액세스 레벨에 응답하여 활성화 코드를 플레이어에 제공한다.
그럼에도 불구하고, 드라이브 또는 판독 장치는 고체 상태 또는 자기 메모리 장치와 같은 메모리를 포함하여, 액세스 코드가 입력되면 그 액세스 코드를 저장함으로써 영화의 후속 관람시 번호를 재입력하라는 것이 요구되지 않을 것이다.
사용자는 인터넷 같은 컴퓨터 네트워크, 또는 전화기(예를 들어, 무료 장거리 전화)와 콘텐츠 제공자, 또 그의 에이전트와 접촉하여 디스크에 포함되어 있는 다른 영화에 대응하는 추가의 활성화 코드를 획득할 수 있다. 이와 달리, 플레이어는 예를 들어 사용자의 디지털 콘텐츠의 시도한 선택에 기초하여 사용자가 추가의 콘텐츠를 구입하기를 원하는지를 사용자가 결정하도록 촉구할 수 있다. 사용자가 또 다른 활성화 코드를 입력하는 경우, 또는 그 코드가 예를 들어 사용 권한자에 의해 제공되는 경우, 플레이어는 디스크의 일련 번호에 대해 번호를 체크하고 코드 및 일련 번호가 대응 또는 연관된 경우에 영화가 재생되도록 할 수 있다. 따라서, 액세스 코드는 재생성가능하지 않은 특정 디스크 직렬 번호에 대해 키잉되고(keyed), 그에 따라 디스크 상의 영화에 대응하는 데이터가 복제될 수 있는 동안, 그 영화에 대한 액세스를 허용하는 액세스 코드는 본래의 디스크에 대해 특정적이고 다른 디스크 상의 복제본은 재생되지 않도록 할 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 콘텐츠 그 자체는 사전포맷된 공백의 매체 디스크 상에 재생성될 수 있다. 콘텐츠 제공자는 소비자가 디스크의 복제본을 다른 소비자에게 제공하도록 조장하여, 디스크의 콘텐츠에 대한 다운스트림 복제 사용자의 액세스를 제한할 수 있다. 각 디스크(사전포맷되고 사전기록됨)에는 유일한, 또는 실질적으로 유일한 식별자가 제공될 수 있다. 복제 동안 일련 번호는 전송되지 않을 것이다. 최초 매체의 복사본의 사용자는 최초 매체의 사용자와 유사하게 콘텐츠 제공자 또는 에이전트와 접촉할 수 있고 복제 매체 디스크의 일련 번호에 대응하거나 또는 그로부터 유도되는 액세스 코드를 요청할 수 있다. 이러한 식으로, 대응하는 디지털 권리를 관리하면서 콘텐츠는 전파된다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 마이크로홀로그래피 복제 시스템은 마이크로홀 로그래피 드라이브에 의해 판독가능한 방식으로 각 디스크를 (적어도 실질적으로) 유일하게 일련화하는 능력을 제공할 수 있다. 마이크로홀로그램은 예를 들어 2개의 역 전파 레이저 빔을 간섭시킴으로서 매체 디스크의 예약된 영역(들)에 기록될 수 있다. 매체 디스크는 예를 들어 개별적으로 구입함으로써 액세스될 수 있는 영화 또는 다른 콘텐츠와 같은 다수의 콘텐츠를 포함할 수 있다.
하드웨어 및/또는 소프트웨어는 디스크 상의 액세스 코드와 일련 번호를 비교하여 그들이 대응하는지 여부를 결정하는데 사용될 수 있다. 메모리는 액세스 코드를 저장하는데 사용될 수 있고, 그에 따라 콘텐츠의 향후 보기는 코드의 재입력을 요구하지 않는다. 디스크 상의 추가 콘텐츠에 대한 액세스를 획득하기 위해 새로운 코드가 구입될 수 있는 비즈니스 모델이 제공될 수 있다. 콘텐츠가 복제될 수 있고 또한 복제된 콘텐츠를 액세스하는데 새로운 액세스 코드가 사용될 수 있는 사전 일련화된 기록가능 디스크가 제공될 수 있다.
매체를 획득한 이후 구매될 수 있는 비즈니스 모델 인에이블링 콘텐츠 및 고유 일련 번호를 구비한 마이크로홀로그램 포함 디스크 및 판독 드라이브를 사용하게 되면 몇 가지 장점이 제공될 수 있다. 예를 들어, 사용자의 디스크 상에 이미 포함된 추가 콘텐츠의 구매를 용이하게 함으로써 수익이 생성될 수 있다. 디지털 권리 보호는 콘텐츠 포함 및 기록가능 디스크 모두에 일련 번호를 부여하고 일련 번호를 복제하는 것을 방지함으로써 강화될 수 있다. 콘텐츠 포함 디스크의 사용자 복제 및 이들 디스크의 후속 인증을 통한 콘텐츠 배포의 방식이 제공될 수 있다. 다수의 영화, 앨범 또는 다른 콘텐츠가 제공될 수 있고 단일 디스크 상에서 독립적으로 활성화될 수 있다.
본 명세서에서 기술한 수익 모델은 비선형 및/또는 임계 반응 물질을 사용하는 볼륨 저장 매체 및 방법에 국한되지 않고, 그보다 본 명세서에 참조로서 인용되는 미국 특허 공개 번호 제20050136333호에 개시되어 있는 것과 같은 선형 반응성 물질을 사용하는 것을 포함하여, 일반적으로 볼륨 저장 시스템 및 방법에 광범위하게 적용될 수 있음을 이해해야 한다.
본 발명의 사상 또는 범주 내에서 본 발명의 장치 및 프로세스에 대해 변경 및 변형이 이루어질 수 있음을 당업자라면 알 수 있을 것이다. 본 발명은 본 발명의 이러한 변경 및 변형과, 이들의 균등을 커버한다.
도 1은 역 전파 광 빔을 사용하여 매체 내에 홀로그램을 형성하는 구성을 도시한다.
도 2는 역 전파 광 빔을 사용하여 매체 내에 홀로그램을 형성하는 또 다른 구성을 도시한다.
도 3은 역 전파 광 빔을 사용하여 매체 내에 홀로그램을 형성하는 또 다른 구성을 도시한다.
도 4는 역 전파 광 빔을 사용하여 매체 내에 홀로그램을 형성하는 또 다른 구성을 도시한다.
도 5는 역 전파 광 빔을 사용하여 매체 내에 홀로그램을 형성하는 또 다른 구성을 도시한다.
도 6은 광 세기 패턴을 도시한다.
도 7은 도 6의 세기 패턴에 대응하는 선형 매체에서의 굴절률 변조를 도시한다.
도 8은 사실상 기록 온도와 판독 온도 간의 사이 차이의 함수인 회절로서 홀로그램의 예상 브래그 디튜닝(expected bragg detuning)을 도시한다.
도 9는 사실상 각도 변화의 함수인 회절로서 홀로그램의 예상 브래그 디튜닝을 도시한다.
도 10(a) 및 도 10(b)는 실질적으로 선형의 광학적 반응 매체 내에서의 광 세기 및 대응하는 굴절률 변화를 도시한다.
도 10(c) 및 도 10(d)는 실질적으로 비선형의 광학적 반응 매체 내에서의 광 세기 및 대응하는 굴절률 변화를 도시한다.
도 11(a) 및 도 11(b)는 실질적으로 선형의 광학적 반응 매체 내에서의 광 세기 및 대응하는 굴절률 변화를 도시한다.
도 11(c) 및 도 11(d)는 실질적으로 비선형의 광학적 반응 매체 내에서의 광 세기 및 대응하는 굴절률 변화를 도시한다.
도 12는 굴절률 변조의 함수로서 예상 마이크로홀로그램 반사를 도시한다.
도 13(a) 및 도 13(b)는 다양한 시간에서, 위치의 함수로서 예상 온도 상승 프로파일을 도시한다.
도 14(a) 및 도 14(b)는 온도 상승의 함수로서의 예상 굴절률 변화와, 대응하는 마이크로홀로그램 판독 및 기록 모드를 도시한다.
도 15(a) 내지 도 15(c)는 역포화가능 흡수재를 사용하는 대응하는 광학 영향력 및 표준화된 선형 흡수, 광 빔 웨이스트 및 거리와 역포화가능 흡수재를 사용하는 전달 및 영향력의 함수로서 물질 온도를 임계 온도까지 상승시키는 데 필요한 광 빔 입사 광 빔 에너지 간의 예상 관계를 도시한다.
도 16a 및 도 16b는 매체 내에서의 예상 역 전파 광 빔 노출과 대응하는 온도 상승을 도시한다.
도 16c는 도 16a 및 도 16b의 온도 상승에 대응하는 예상 굴절률 변화를 도시한다.
도 17a는 25℃ 및 160℃에서 오소-니트로스틸벤의 표준화된 전달 변화를 시 간의 함수로서 도시한다.
도 17b는 오소니트스틸벤의 양자 효율의 변화를 시간의 함수로서 도시한다.
도 17c는 디메틸라미노 디니트로스틸벤의 흡수력을 25℃ 및 160℃에서 파장의 함수로서 도시한다.
도 18은 트래킹 및 포커스 검출기 구성을 도시한다.
도 19(a) 내지 도 19(c)는 시뮬레이팅된 굴절률 프로파일의 외형을 도시한다.
도 20은 홀로그래피 기록된 매체의 영역에 부딪히는 입사 레이저 빔의 단면도를 도시한다.
도 21(a) 내지 도 21(c)는 도 19(a) 내지 도 19(c)의 원형 마이크로홀로그램의 시뮬레이션에 대응하는 근거리장 분포(z=-2㎛)를 도시한다.
도 22(a) 내지 도 22(c)는 도 21(a) 내지 도 21(c)의 근거리장 분포에 대응하는 원거리장 분포를 도시한다.
도 23(a) 내지 도 23(c)는 시뮬레이팅된 굴절률 프로파일의 외형을 도시한다.
도 24(a) 내지 도 24(c)는 도 23(a) 내지 도 23(c)의 원형 마이크로홀로그램의 시뮬레이션에 대응하는 근거리장 분포를 도시한다.
도 25(a) 내지 도 25(c)는 도 24(a) 내지 도 24(c)의 근거리장 분포에 대응하는 원거리장 분포를 도시한다.
도 26(a) 내지 도 26(d)는 트래킹 및 포커스 검출기 구성과 예시적인 감지된 상태를 도시한다.
도 27은 포커스 및 트래킹 서보 시스템을 도시한다.
도 28은 교번 방향 나선형 트랙을 갖는 포맷을 도시한다.
도 29는 종점을 출발하는 다양한 트랙을 도시한다.
도 30은 실질적으로 원형의 마이크로홀로그램을 포함하는 포맷을 도시한다.
도 31은 신장형 마이크로홀로그램을 포함하는 포맷을 도시한다.
도 32는 오프축 마이크로홀로그램 기록을 도시한다.
도 33은 오프축 마이크로홀로그램 반사를 도시한다.
도 34a 내지 도 34c는 오프축 마이크로홀로그램 기록 및 판독을 도시한다.
도 35는 마스터 마이크로홀로그래피 매체를 준비하는 구성을 도시한다.
도 36은 마스터 마이크로홀로그래피 매체로부터 결합 마스터 마이크로홀로그래피 매체를 준비하는 구성을 도시한다.
도 37은 결합 마스터 마이크로홀로그래피 매체로부터 분배 마이크로홀로그래피 매체를 준비하는 구성을 도시한다.
도 38은 마스터 마이크로홀로그래피 매체로부터 분배 마이크로홀로그래피 매체를 준비하는 구성을 도시한다.
도 39는 사전 포맷된 마이크로홀로그램 어레이를 변경함으로써 데이터를 기록하는 것을 도시한다.
도 40은 마이크로홀로그램 어레이 기반 메모리 장치를 판독하는 구성을 도시한다.
도 41은 홀로그래픽 매체에 저장된 하나의 마이크로홀로그램 층의 방사상 지향된 단면도를 도시한다.
도 42 내지 도 44는 도 41의 층의 일부를 도시한다.
도 45 내지 도 48은 홀로그래픽 매체 내의 트랙을 따라 저장된 마이크로홀로그램 층의 일부의 단면도를 도시하되, 트랙 내의 인접 비트는 서로에 대해 수직으로 오프셋된다.
도 49a 및 도 49b는 홀로그래픽 매체 내의 트랙을 따라 저장된 마이크로홀로그램 층의 방사도를 도시하되, 마이크로홀로그램의 인접 트랙은 서로에 대해 수직으로 오프셋된다.
도 50a 내지 도 52c는 다양한 비트 및 트랙 수직 오프셋의 시뮬레이션 결과를 도시한다.
도 53은 내부에 복수의 마이크로홀로그램이 저장된 홀로그래픽 매체를 기록 및/또는 판독하기에 적합한 시스템의 블록도를 도시한다.
도 54는 본 발명의 실시예에 따라 마이크로홀로그램을 판독하는 전력을 조정하는 프로세스 흐름을 도시한다.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
4310 : 광빔
4510, 4520 : 인접 데이터 비트
Claims (10)
- 수직으로 적층되고 횡방향으로 확장되는 복수의 층(4110) 내의 트랙들(n+1)을 따라 배치된 복수의 볼륨(4510, 4520)을 가진 플라스틱 기판 -상기 복수의 층 중 공통 층 내의 볼륨들 중 적어도 일부는 상기 복수의 층 중 상기 공통 층 내의 볼륨들 중 적어도 다른 볼륨에 대하여 수직으로 오프셋됨- 과,상기 복수의 볼륨 중 대응하는 볼륨 내에 각각 포함된 복수의 마이크로홀로그램(4202, 4204)을 포함하되,각각의 마이크로홀로그램은 교번하는 굴절률을 가진 복수의 영역을 포함하고, 굴절률이 동일한 인접 영역들은 λ/2의 간격을 가지며, λ는 교번하는 굴절률을 가진 영역들을 형성하는 데 사용되는 빔의 중심 파장이고,공통 층 내의 인접 트랙들 내의 각각의 제 1 마이크로홀로그램과 제 2 마이크로홀로그램은 λ/2 미만만큼 수직으로 오프셋되며,각각의 볼륨 내의 마이크로홀로그램의 존재 또는 부재는 저장된 데이터의 대응하는 부분을 나타내는데이터 저장 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 트랙들 중 주어진 트랙 내의 상기 복수의 볼륨(4510, 4520) 중 적어도 일부는 상기 트랙들 중 상기 주어진 트랙 내의 상기 복수의 볼륨 중 다른 볼륨에 대하여 수직으로 오프셋되는데이터 저장 장치.
- 제 1 항에 있어서,각각의 층은 복수의 트랙(n+1)을 포함하고, 공통 층 내의 상기 트랙들 중 적어도 하나의 트랙 내의 볼륨은 상기 공통 층 내의 상기 트랙들 중 적어도 하나의 다른 트랙 내의 볼륨에 대하여 수직으로 오프셋되는데이터 저장 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 마이크로홀로그램과 상기 제 2 마이크로홀로그램은 수직으로 오프셋되어 상기 제 1 마이크로홀로그램과 상기 제 2 마이크로홀로그램 사이에서 검출기 신호가 실질적으로 0이 되는데이터 저장 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 기판은 써모플라스틱(thermoplastic)을 포함하는데이터 저장 장치.
- 제 5 항에 있어서,상기 써모플라스틱은 비선형 함수 특성을 가지는데이터 저장 장치.
- 데이터를 저장하는 방법에 있어서,적층되고 확장되는 복수의 층(4110) 내의 트랙들(n+1)을 따라 배치된 복수의 볼륨(4510, 4520)을 가진 플라스틱 기판을 제공하는 단계와,복수의 광빔(4310)을 제공하는 단계와,상기 복수의 볼륨 중 적어도 일부를 목표 볼륨으로서 선택하는 단계와,상기 목표 볼륨의 각각에 대해,상기 선택된 목표 볼륨의 상대적 위치에 따라 상기 복수의 광빔(4310) 중 적어도 하나를 위상 변조하는 단계와,상기 선택된 목표 볼륨 내에서 상기 위상 변조된 광빔과 상기 복수의 광빔 중 적어도 하나의 다른 광빔을 간섭시킴으로써 상기 플라스틱 기판에 복수의 마이크로홀로그램(4202, 4204)을 형성하는 단계를 포함하되,각각의 마이크로홀로그램은 교번하는 굴절률을 가진 복수의 영역을 포함하고, 굴절률이 동일한 인접 영역들은 λ/2의 간격을 가지며, λ는 교번하는 굴절률을 가진 영역들을 형성하는 데 사용되는 빔의 중심 파장이고,공통 층 내의 인접 트랙들 내의 각각의 제 1 마이크로홀로그램과 제 2 마이크로홀로그램은 λ/2 미만만큼 수직으로 오프셋되며,상기 복수의 볼륨 중 대응하는 볼륨 내에 상기 복수의 마이크로홀로그램의 각각이 실질적으로 포함되고, 각각의 볼륨 내의 마이크로홀로그램의 존재 또는 부재는 상기 데이터의 대응하는 부분을 나타내는데이터 저장 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 복수의 마이크로홀로그램(4202, 4204)은 상기 데이터에 따라 선택적으로 형성되는데이터 저장 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 복수의 광빔(4310) 중 하나를 포커싱하는 단계를 더 포함하는데이터 저장 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 복수의 마이크로홀로그램 중 적어도 하나는 1 비트보다 많은 데이터를 저장하는데이터 저장 방법.
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