KR102426789B1 - 각도-시프트 멀티플렉싱 기반의 홀로그래픽 저장 방법 및 장치 - Google Patents

각도-시프트 멀티플렉싱 기반의 홀로그래픽 저장 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 홀로그래픽 멀티플렉싱 기록 방법을 개시하며, 상기 방법은 각도 멀티플렉싱과 시프트 멀티플렉싱 기술의 장점을 결합하여, 시스템의 용량 및 안정성을 향상시켰다. 환경 온도 변화로 인한 매체의 수축 및 팽창은 브래그 조건을 파괴할 수 있으므로, 각도 멀티플렉싱 기록의 장점은 기준빔의 입사각과 레이저 장치의 출사 파장을 제어함으로써 매체 수축 및 팽창으로 인한 브래그 조건 파괴를 보정할 수 있다는 데에 있으며, 이를 통해 환경 온도 변화로 인해 재생 신호가 약해지는 문제를 해결한다. 한편, 시프트 멀티플렉싱 기록의 장점은 크로스 라이팅(cross writing) 노이즈가 축적되지 않으며, 크로스 시프트 멀티플렉싱 방법을 사용하여 멀티플렉싱 횟수를 늘릴 수 있다는 것이다. 본 발명은 두 가지를 결합하여 대용량의 안정성이 높은 기록 장치를 구현하였다.

Description

각도-시프트 멀티플렉싱 기반의 홀로그래픽 저장 방법 및 장치 {HOLOGRAPHIC STORAGE METHOD AND DEVICE BASED ON ANGLE MULTIPLEX AND SHIFT MULTIPLEX}
본 발명은 광학 홀로그래픽 저장 기술 분야에 속하며, 더욱 상세하게는 각도-시프트 멀티플렉싱 기반의 홀로그래픽 저장 방법 및 장치에 관한 것이다.
각도 멀티플렉싱 기록 방법에 사용되는 기준광파는 평면파이며, 기준광의 입사각을 변경함으로써 멀티플렉싱/기록을 구현한다. 상기 방법에서, 기준광 입사각을 0.1°만 바꾸어도 원래 홀로그램을 재생할 수 없으므로 상기 각도에서 새로운 홀로그램을 기록할 수 있고, 이렇게 여러 번 작업을 반복하여 약 100회의 멀티플렉싱 기록을 구현할 수 있다. 상기 방법에서 각도 선택성은 브래그 조건에 의해 결정되며, 후막 매체를 사용하기 때문에 재생광의 강도가 각도 변화에 매우 민감하고, 각도 변화가 0.1°일 때 재생광 강도가 크게 낮아진다. 그러나 상기 방법 중 신호광의 입사 위치가 바뀌지 않으며, 크로스 라이팅(cross writing) 노이즈가 멀티플렉싱 과정과 함께 계속 누적되어 신호 잡음비가 낮아진다. 또한 입사각의 범위가 제한적이기 때문에, 멀티플렉싱의 횟수를 무한정 늘릴 수 없다. 따라서 노이즈의 축적과 각도 변경 범위는 모두 매체의 저장 용량을 제한한다. 이와 반대로 시프트 멀티플렉싱 기록에는 이러한 제한이 적용되지 않으므로 매체 용량이 크게 증가할 수 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 결함 중 적어도 하나를 극복하기 위하여, 홀로그래픽 저장 방법과 장치 및 저장 매체를 제공함으로써, 저장 매체의 저장 용량을 향상시키는 데에 그 목적이 있다.
본 발명은 먼저 각도-시프트 멀티플렉싱 기반의 홀로그래픽 저장 방법을 제공하며, 이는 기준광 입사 각도와 기준광 위치가 일대일로 대응하는 것을 특징으로 한다.
기록 영역 블록 내에서 중첩되는 홀로그램 사이에서 기준광의 입사각이 다르다.
기록/재생 위치는 매체의 병진 및 회전에 의해 액세스된다.
매회 크로스 시프트 멀티플렉싱 기록의 홀로그램 서열 사이는 45°이상의 협각으로 기록된다.
가이드 홈 상의 마크를 검출함으로써 크로스 시프트 멀티플렉싱 기록/재생 시 홀로그램의 위치와 크로스 각도를 결정한다.
신호광 파수 벡터, 기준광 파수 벡터 및 격자 벡터에 의해 형성되는 브래그 조건이 파괴되는 경우, 기준광의 입사각과 입사파장을 제어함으로써 보정할 수 있다.
본 발명은 상기 방법에 적합한 각도 멀티플렉싱과 시프트 멀티플렉싱을 결합한 홀로그래픽 기록/재생 장치를 더 제공한다.
본 발명은 상술한 방법 및 장치에 적합한 각도-시프트 멀티플렉싱 기반의 홀로그래픽 저장 매체를 더 제공한다. 홀로그래픽 정보는 유닛의 방식으로 저장 매체에 저장되며, 각 유닛에는 복수의 규칙적으로 시프트 멀티플렉싱되는 홀로그래픽 이미지 정보가 포함되고, 동일한 유닛에서 상이한 위치상의 홀로그래픽 이미지 정보는 저장 시 대응하는 격자 벡터 각도가 다르다.
저장 매체에는 복수의 서로 중첩되는 유닛이 포함되며, 서로 중첩되는 2개의 상이한 유닛에서 동일한 격자 벡터 각도에 대응하는 두 홀로그래픽 이미지 정보는 서로 엇갈리며 중첩되지 않는다.
상기 규칙은 특정 방향인 x 방향을 따르는 시프트 멀티플렉싱과 x 방향에 수직인 y 방향을 따르는 시프트 멀티플렉싱이며, 상기 x 방향의 시프트 스텝 길이 dx는 y 방향의 시프트 스텝 길이 dy와 다르다. 홀로그래픽 이미지 정보의 x 방향 크기 폭은 Rx, y 방향 치수 폭은 Ry로 정의하며, dx=Rx/n, dy=Ry/m이고, 상기 n 및 m은 각각 x 방향 및 y 방향에서의 홀로그래픽 이미지 정보의 시프트 멀티플렉싱 횟수이며, 상기 유닛의 크기는 2Rx×2Ry이다.
저장 매체에는 복수의 서로 중첩되는 유닛이 포함되며, 중첩 방향은 x 방향 및/또는 y 방향을 따르며, 서로 중첩되는 2개의 상이한 유닛의 중첩 영역 크기는 Rx 및/또는 Ry 이상이다.
상기 홀로그래픽 이미지 정보는 원형 홀로그래픽 이미지이고, Rx=Ry=D이고, D는 원형 홀로그래픽 이미지의 직경이고, 동일한 유닛에서 상기 x 방향은 시프트 멀티플렉싱의 방향이며, 상기 y 방향은 x 방향과 수직이고, 상기 dy>dx이다.
상기 유닛의 크기는 2D×2D이고, 저장 매체에는 x 방향 및/또는 y 방향을 따라 서로 중첩되는 복수의 유닛이 포함되며, 중첩되는 폭은 D이다.
상기 유닛은 x 방향을 따라 중첩 폭 D로 연속적으로 중첩되어 하나의 유닛 행을 형성한다.
상기 저장 매체는 직사각형 형상을 가지며 복수 행의 평행하게 분포된 유닛 행이 저장된다.
상기 저장 매체는 원형이고 동심으로 분포된 복수의 저장 링을 구비하며, 상기 각각의 저장 링에는 반경 방향을 따라 분포된 적어도 복수의 유닛 행이 포함되고, 이러한 유닛 행은 반경 방향으로 분포한 x 방향을 x1로 정의한다.
상기 저장 링에는 복수의 x 방향과 x1이 일정 각도를 형성하는 유닛 행이 더 포함되어, 각도 크로스 멀티플렉싱을 구현하며, 이러한 유닛 행은 반경 방향을 따라 분포된 x 방향을 xi로 정의하고, i=2, 3, 4...이다.
상기 일정 각도는 45°보다 크다.
상기 저장 매체는 원형이며 적어도 하나의 저장 링을 구비하고, 상기 저장 링은 6개의 x 방향으로 상이한 유닛 행이 포함되며, x 방향은 x1, x2 ... x6으로 정의되고 둘씩 60°가 차이난다.
상기 각도-시프트 멀티플렉싱 기반의 홀로그래픽 저장 방법은 구체적인 과정에 있어서, 라이팅 과정에서 기준광의 입사 각도는 저장 매체 상에서 기준광의 라이팅 위치와 일대일 대응하며, 기준광의 입사 각도와 저장 매체 상에서 기준광의 라이팅 위치를 동시에 변경함으로써 상기 일대일 대응을 구현한다.
기준광을 복수의 등각도 Δθ 변화의 서브 빔으로 분할하고, 저장 매체 상에서 상기 서브 빔의 라이팅 위치를 동일한 거리 dx로 변경하거나, 저장 매체를 이동시켜 저장 매체 상에서 상기 서브 빔의 라이팅 위치를 동일한 거리 dx로 변경하고, 매회 라이팅에 하나의 서브 빔만 저장 매체에 조사되도록 제어하며, dx는 시프트 멀티플렉싱의 시프트 스텝 길이이다.
상기 시프트 멀티플렉싱의 x 방향 상에서 n회 시프트 멀티플렉싱을 수행하여 크기 폭이 2Rx인 행을 형성하고, x 방향에 수직인 y 방향을 따라 m회 행의 시프트 멀티플렉싱을 수행하고, 스텝 길이 dy를 시프트하여 크기가 2Rx×2Ry인 유닛을 형성한다. 상기 유닛 중 상이한 라이팅 위치의 기준광의 입사각은 다르다.
기준광을 복수의 등각도 Δθ 변화의 서브 빔으로 분할하고, 상기 서브 빔은 매트릭스로 배열된다. 상기 서브 빔은 저장 매체 상에서 2개의 서로 수직인 x 및 y 방향으로 동일한 거리 dx 및 dy 변화를 보이거나, 저장 매체를 이동하여 상기 서브 빔이 저장 매체에서 2개의 서로 수직인 방향으로 동일한 거리 dx와 dy 변화를 보이며, 매회 라이팅에 하나의 서브 빔만 저장 매체에 조사되도록 제어하며, dx와 dy는 각각 횡방향과 종방향 시프트 멀티플렉싱의 시프트 스텝 길이이다.
상기 기준광은 갈바노미터(galvanometer)를 통해 등각도 Δθ 변화와 저장 매체 상에서의 라이팅 위치의 동일한 거리 dx 변화의 선형 스캔형 조사를 구현한다.
상기 기준광은 이중 갈바노미터를 통해 등각도 Δθ 변화와 저장 매체 상에서 두 개의 서로 수직하는 x와 y 방향 상에서 동일한 거리 dx와 dy 변화를 나타내는 매트릭스 스캔형 조사를 구현한다.
기준광이 x 방향으로 한 행의 시프트 멀티플렉싱 라이팅을 완료한 후, 저장 매체를 이동시키고, 기준광 라이팅 위치가 x 방향 상에서 초기 위치로 돌아가며, y 방향 상에서 dy 시프트되고, 새 행을 라이팅한다. 이는 전체 매트릭스 스캔형 조사가 완료될 때까지 반복된다.
라이팅 과정에서 2Rx×2Ry 유닛은 저장 유닛으로 사용되며, 상기 유닛 중 횡방향과 종방향 시프트 멀티플렉싱의 시프트 스텝 길이는 각각 dx와 dy이고, 상기 유닛 중 상이한 라이팅 위치의 기준광의 입사 각도는 다르다.
상기 방법에서 홀로그래픽 이미지 정보의 x 방향의 크기 폭은 Rx이고, y 방향의 크기 폭은 Ry이고, dx=Rx/n, dy=Ry/m이고, 상기 n과 m은 각각 x 방향과 y 방향 상에서 홀로그래픽 이미지 정보의 시프트 멀티플렉싱 횟수이다.
상기 방법에서 사각형 저장 매체 중 x 및 y 방향을 따라 각각 유닛 중첩 멀티플렉싱이 수행되고, 상기 x 방향의 중첩 폭은 Rx이며, 상기 y 방향의 중첩 폭은 Ry이다.
상기 방법에서 원형 저장 매체 내에서 유닛 중첩 멀티플렉싱과 크로스 멀티플렉싱을 수행한다.
먼저, 유닛을 x 방향으로 중첩 멀티플렉싱을 수행하여 유닛 행을 형성하며, 중첩 폭을 Rx로 한 다음 원형 저장 매체를 회전시켜 유닛 행의 크로스 멀티플렉싱을 구현한다.
본 발명은 각도-시프트 멀티플렉싱 기반의 홀로그래픽 저장 장치를 제공한다. 여기에는 광원, 기준광 경로, 신호광 경로 및 매체 플랫폼이 포함되며, 상기 광원에서 방출되는 광은 분할된 후 기준광 경로를 따라 전송되는 기준광과 신호광 경로를 따라 전송되는 신호광을 형성하고, 기준광과 신호광은 매체 플랫폼에 의해 지원되는 저장 매체 상에서 간섭을 일으켜 홀로그래픽 저장 이미지 정보를 형성한다. 개선된 점은, 기준광의 입사 각도를 제어하여 기준광의 입사 각도와 저장 매체 상에서 기준광의 라이팅 위치를 일대일 대응시키는 제어 기구를 더 포함한다는 것이다.
상기 제어 기구는 기준광을 복수의 등각도 Δθ 변화의 서브 빔으로 분할하는 빔 스플리터이며, 빔 스플리터는 매회 라이팅에서 하나의 서브 빔만 저장 매체를 조사하도록 제어한다.
상기 제어 기구는 기준광을 복수의 등각도 Δθ 변화와 매트릭스 배열을 갖는 서브 빔으로 분할하는 빔 스플리터이며, 빔 스플리터는 매회 라이팅에서 하나의 서브 빔만 저장 매체를 조사하도록 제어한다.
상기 제어 기구는 등각도 Δθ 변화로 기준광을 반사하며, 기준광이 저장 매체 상에서 동일한 거리 dx 스캔의 갈바노미터 구조를 구현하도록 제어한다.
상기 제어 기구는 수직 방향 상에서 기준광의 시프트 멀티플렉싱을 구현하는 데 사용되는 다른 갈바노미터 구조를 더 포함한다.
상기 매체 플랫폼은 저장 매체가 병진하도록 구동하여 시프트 멀티플렉싱 및 크로스 멀티플렉싱을 구현하는 병진 기구를 더 포함한다.
상기 매체 플랫폼은 저장 매체가 회전하도록 구동하여 저장 매체 상에서 시프트 멀티플렉싱을 구현하는 회전 기구를 더 포함한다.
본 발명은 종래 기술에 비해 다음과 같은 유익한 효과가 있다. 즉, 본 발명은 홀로그래픽 멀티플렉싱 기록 방법을 개시하였으며, 상기 방법은 각도 멀티플렉싱과 시프트 멀티플렉싱 기술의 장점을 결합하여 시스템의 용량과 안정성을 향상시켰다. 환경 온도 변화로 인한 매체의 수축 및 팽창은 브래그 조건을 파괴할 수 있으므로, 각도 멀티플렉싱 기록의 장점은 기준빔의 입사각과 레이저 장치의 출사 파장을 제어함으로써 매체 수축 및 팽창으로 인한 브래그 조건 파괴를 보정할 수 있다는 데에 있으며, 이를 통해 환경 온도 변화로 인해 재생 신호가 약해지는 문제를 해결한다. 한편, 시프트 멀티플렉싱 기록의 장점은 크로스 라이팅 노이즈가 축적되지 않으며, 크로스 시프트 멀티플렉싱 방법을 사용하여 멀티플렉싱 횟수를 늘릴 수 있다는 것이다. 본 발명은 두 가지를 결합하여 대용량의 안정성이 높은 기록 장치를 구현하였다.
도 1은 각도 멀티플렉싱 기록의 원리도이다.
도 2는 각도 멀티플렉싱 기록 방식을 이용한 광 경로 시스템의 구조도이다.
도 3은 시프트 멀티플렉싱 기록의 원리도이다.
도 4는 크로스 시프트 멀티플렉싱 기록의 원리도이다.
도 5는 매체 수축 및 파장 변동의 보정 방법이다.
도 6은 기준광의 입사 각도 변경 방법의 모식도이다.
도 7은 각도-시프트 멀티플렉싱 기록 방법의 모식도이다.
도 8은 각도-시프트 멀티플렉싱의 2차원 기록 방법의 모식도이다.
도 9는 각도-시프트 멀티플렉싱 기록 방법의 개략도이다.
도 10은 홀로그래픽 멀티플렉싱 기록 흐름도이다.
도 11은 기준광 입사 각도 조정 시스템의 광 경로도이다.
도 12는 각도 멀티플렉싱 기록에서 멀티플렉싱 횟수 추정 방법의 모식도이다.
도 13은 광디스크 매체에서 크로스 시프트 멀티플렉싱 기록 방법의 모식도이다.
도 14는 격자 기반의 각도-시프트 멀티플렉싱 광 경로 시스템의 구조도이다.
본 발명의 첨부 도면은 예시적인 설명을 위해서만 사용되며 본 발명을 제한하는 것으로 이해될 수 없다. 이하의 실시예를 보다 잘 설명하기 위해 첨부 도면의 일부 구성요소는 생략, 확대 또는 축소될 수 있으며 이는 실제 제품의 크기를 나타내지 않는다. 본 발명이 속한 기술 분야의 당업자는 첨부 도면에서 공지된 구조 및 그 설명이 생략될 수 있음을 이해한다.
실시예
종래의 각도 멀티플렉싱 기록 방법은 평면파를 기준광으로 사용하여, 매체 상의 동일 위치에서 입사 각도를 변경하는 동시에 홀로그램의 멀티플렉싱 기록을 수행하며, 이는 도 1에 도시된 바와 같다. 홀로그램이 소정 횟수로 기록된 후, 상기 위치와 겹치지 않는 다른 지점에서 다음 라운드의 홀로그램 각도 멀티플렉싱 기록을 수행한다. 재생 시, 매체는 기준빔만 사용하여 조사되며, 필터를 사용하여 다른 위치 홀로그램의 누화를 차단한다. 하나의 전형적인 각도 멀티플렉싱 홀로그래픽 기록/재생 장치는 도 2에 도시된 바와 같으며, 여기에서 기준광의 입사각은 갈바노미터(90)에 의해 조정된다.
구면파를 기준광으로 사용하는 시프트 멀티플렉싱 기록의 원리는 도 3에 도시된 바와 같다. 이는 구면 기준파를 이용하여 시프트 멀티플렉싱 기록과 홀로그램 재생을 수행하는 방법이다. 홀로그램이 기록된 후 매체를 조금만 이동해도 해당 홀로그램을 재생할 수 없다. 즉, 새로운 홀로그램을 다시 기록할 수 있다. 구체적으로, 브래그 원리에 따르면 신호광(ks), 기준광(kr) 및 격자 벡터(kg)는 공동으로 삼각형을 구성하며, 매체가 몇 마이크로미터만 이동하면 원래의 삼각형이 파괴되어 홀로그램이 재생되지 않는다는 것을 알 수 있다. 상기 방법에서는 기준광 광축과 신호 광축이 위치한 평면과 매체 표면의 교차선을 축으로 사용하고, 매체가 상기 축방향을 따라 시프트 멀티플렉싱을 수행하며, 상기 축방향 상의 시프트 선택성은 브래그 조건에 의해 결정되고, 몇 마이크로미터의 시프트 거리는 조건을 충족시킬 수 있다. 상기 축방향에 수직으로 회절 강도가 시프트 거리에 민감하지 않아 저장 밀도를 높이기가 어렵다. 도 4는 본 특허와 관련된 크로스 시프트 멀티플렉싱 기록 방법을 도시하였다. 상기 방법은 축 방향 상에서 시프트 멀티플렉싱 기록을 수행하여 2차원 홀로그램 어레이를 획득한 다음, 매체를 매체 표면 중심 법선을 감싸며 일정 각도로 회전시킨 후 제2회 시프트 멀티플렉싱의 오버레이 기록을 진행한다. 이렇게 반복하는 것을 크로스 시프트 멀티플렉싱 기록이라고 부르며, 이는 구면파 시프트 멀티플렉싱 기록 방법의 멀티플렉싱 횟수 부족 문제를 해결해준다. 각도 멀티플렉싱 방법에 비해 구면파 기준광 시프트 멀티플렉싱 방법은 신호 잡음비가 더욱 높고 저장 용량이 더욱 크다.
실제 응용에서는 홀로그래픽 저장에서 환경 온도의 변화로 인해 매체가 수축 및 팽창되고 동시에 레이저 파장의 변동으로 인해 홀로그램의 재생이 어려워진다. 이는 모두 신호 품질 저하를 야기할 수 있으며, 여기에서 상기 두 방법을 비교하였다.
도 5는 매체 수축, 파장 변동 등에 대한 보정 방법을 설명하였다. 여기에서 kr은 기준광 파수 벡터, ks는 신호광 파수 벡터, kg는 격자 벡터를 나타내며, 원은 파장 변화로 인한 에발트 구면(Ewald sphere)의 변화를 나타낸다. 파장이 증가함에 따라 에발트 구면의 반경이 감소하므로, 홀로그램 재생에 가장 도움이 되는 kr 방향이 바뀌며, 홀로그램의 회절 효율이 낮아진다. 이와 반대로 평면파 기준빔을 이용한 각도 멀티플렉싱은 기준빔의 입사각 변경을 통해 다시 브래그 조건을 상당히 쉽게 충족시킬 수 있다. 반면, 구면파를 기준광으로 사용하는 시프트 멀티플렉싱에서 파면은 여러 방향으로 전파되는 서브 파면의 중첩이며, 기준광의 경사각이 바뀌더라도 부분적인 최적화만 수행할 수 있으며, 모든 kr 방향에 대한 최적화를 수행하기 어렵다. 따라서 기본적으로 저하된 신호를 복원하는 것은 불가능하며 신호 마진이 감소한다.
도 6은 구면 기준빔 광축의 변경 방법을 설명하였으며, 렌즈를 모터 상에 장착하고 3차원적으로 광축을 변경한다. 그러나 상기 방법은 이론적으로 기준빔 중 모든 파수 벡터 kr의 방향을 보정하는 것은 불가능하다. 따라서 본 특허는 각도 멀티플렉싱과 시프트 멀티플렉싱 두 가지의 각 장점을 결합함으로써 상기 상황을 보정할 수 있는 대용량 저장 방법을 확립하였다.
본 특허는 기준빔 각도를 변경하여 시프트 멀티플렉싱 기록을 변경하는 방법을 개시한다. 도 7에 도시된 바와 같이 홀로그램은 도면에서 원으로 표시되며 직경은 500μm이다. 시스템 광원에는 짧은 펄스 레이저 장치가 사용되며 매체에서 왼쪽으로 이동하는 동시에 홀로그램을 기록한다. 본 특허에서 제안하는 방법에서는 800회 멀티플렉싱을 구현할 수 있다. 도면에서 상기 홀로그래픽 이미지 정보는 원형 홀로그래픽 이미지이며, 즉 Rx=Ry=D=500μm임을 알 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 기준각 0지점(제1 각도)에서 제1 홀로그램을 기록하며, 이어서 5μm씩 이동할 때마다 기준빔의 각도를 0.1°씩 변경하는 동시에 하나의 홀로그램을 기록한다. 이렇게 반복하여 총 10개의 홀로그램을 기록한다. 각 홀로그램은 기준광의 각도가 다르기 때문에 평면파를 기준광으로 사용하더라도 누화가 발생하지 않는다. 상기 기록 서열은 도 7에서 오른쪽으로 멀티플렉싱 기록을 수행한다. 상기 홀로그램 서열에서 기준빔 각도는 0°(제1 각도)에서 +9.9°까지 변화하며 홀로그램의 기록이 진행된다. 이러한 형식은 오른쪽으로 연속적으로 배열되는 것이다. 즉, 상기 x 방향의 시프트 스텝 길이는 dx=5μm이고, x 방향 상에서의 홀로그래픽 이미지 정보의 시프트 멀티플렉싱 횟수는 n=100회이고, 매회 멀티플렉싱에서 기준광 등각도는 Δθ= 0.1° 변화한다.
상기 방법의 2차원 기록 과정은 도 8에 도시된 바와 같으며, 도 7에 도시된 방법을 이용하여 오른쪽으로 연속적인 시프트 멀티플렉싱을 수행한 후, 저장 매체를 매체 이동 방향에 수직인 방향으로 이동한 다음, 계속해서 제2회 연속 시프트 멀티플렉싱을 반복하며, 이는 도 8에 도시된 바와 같다. 구체적으로, 제1 홀로그램 서열(실선)의 기준광 입사각은 0°내지 +9.9°이고, 제2 홀로그램 서열(점선)과 제1 홀로그램 서열의 중심 거리는 62.5μm이고, 제2 홀로그램 서열은 마찬가지로 100개의 홀로그램을 포함하며, 그 기준광 입사각 변화 범위는 +10°내지 +19.9°이다. 위의 과정을 반복함으로써 8개의 홀로그램 서열로 구성된 홀로그램 기록 유닛을 얻을 수 있으며 800회의 멀티플렉싱을 구현할 수 있다. 즉, y 방향으로의 시프트 스텝 길이는 dy=62.5μm이고, y 방향 상에서 홀로그래픽 이미지 정보의 시프트 멀티플렉싱 횟수는 m=8회이고, 마찬가지로 매번 횡방향 멀티플렉싱에서 기준광의 등각도는 Δθ=0.1°변화하며, 인접한 두 행의 홀로그램 서열의 기준광 시작 각도 차이는 10°이다.
시프트 멀티플렉싱은 시프트 방향 상에서 수행되어 서로 중첩되는 복수의 홀로그램 서열을 획득하며, 각 서열에는 100개의 홀로그램이 포함되고 그 배열은 도 9에 도시된 바와 같다. 멀티플렉싱 기록의 시프트 거리는 5마이크로미터이고, 인접한 두 서열의 제1 홀로그램 간격은 홀로그램의 직경인 500μm이므로, 이 두 홀로그램의 기준광 입사각이 동일하더라도 서로 중첩되지 않고 누화가 발생하지 않는다. 홀로그램 중첩 영역에서는 기준광의 입사각이 다르기 때문에 홀로그램 간에 누화가 발생하지 않는다. 따라서 본 특허에서 제안하는 각도-시프트 멀티플렉싱 방법으로 기록된 홀로그램은 모두 별도로 재생될 수 있으며, 상기 방법의 기록 과정은 도 10에 도시된 바와 같다. 즉, 상기 유닛의 크기는 2D × 2D = 1mm×1mm이고, 저장 매체에서 x 방향을 따라 서로 중첩되는 복수의 유닛은 중첩 폭이 D=0.5mm이다.
본 특허는 또한 기준광 입사 각도의 조절 방법 및 장치를 제안한다. 본 특허는 고속 각도 변환 기능이 필요하다는 점을 고려하여, 음향 광학 변조기(AOD)를 사용하여 각도 변환을 수행할 것을 제안한다. AOD는 사용 가능한 반송파의 진폭을 변조하여 반송파와 측파대로 구성된 스펙트럼을 생성하고 측파대에 대응하는 회절광, 즉 기준빔을 생성한다. 그런 다음 진폭 변조 신호의 주파수를 변경하여 각도를 변경한다.
측파대의 스펙트럼은 렌즈 L1의 수치 공경(NA)에 의해 결정되며 수십 MHz의 대역폭에 도달할 수 있다. 도 12는 AOD를 이용하여 각도 멀티플렉싱을 구현하는 방법에서 멀티플렉싱 횟수를 추정하는 것을 도시하였다. NA=0.85인 대물렌즈를 사용하면 멀티플렉싱 수는 800에 도달할 수 있다.
홀로그램의 기록 밀도를 더욱 향상시키기 위해, 본 특허에서는 크로스 시프트 멀티플렉싱 방법을 제안하였다. 도 13에 도시된 바와 같이, 저장 매체에는 가이드 홈이 설치되고, 가이드 홈에는 초기 위치 마크가 설치되어, 저장 매체가 초기 위치로 마크되며, 도 13의 화살표 ①, ②, ③ 방향을 따라 오른쪽으로 시프트 멀티플렉싱을 수행한다. 매체를 조금씩 회전시키고 각 회전 후 초기 위치 마크에 대해 위치결정을 수행하고 시프트 멀티플렉싱 기록을 수행한다. 저장 매체와 광헤드의 상대적인 위치를 변경하여, 기록 격자의 벡터 방향과 저장 매체 이동 방향의 협각을 변경할 수 있으며, ①, ②, ③ 위치에서 시프트 멀티플렉싱으로 획득한 홀로그램 서열의 교차각을 50°이상으로 설정할 수 있으며, 이러한 방식으로 전체 저장 매체 표면상에서 6회 크로스 시프트 멀티플렉싱을 구현할 수 있다. 즉, 멀티플렉싱의 횟수가 6배로 변경된다.
구체적으로 도 13에서 우측 확대도와 결합하면 도면에서 알 수 있듯이, 화살표 ①은 저장 링의 반경 방향을 따르며, 상기 방향은 제1 x 방향이고 x1로 위치가 결정되며, 저장 링 내측을 시작점으로 사용하고, 화살표 ①의 방향은 복수의 저장 유닛의 중첩 기록을 구현하고, 각 유닛의 크기는 1mm×1mm이고, 중첩 폭은 0.5mm이고, 각 유닛에는 100×8개 홀로그램이 포함되고, 800개 홀로그램은 100×8의 어레이로 배열되고, x1 방향의 시프트 스텝 길이는 dx=5μm이고, x1 방향에 수직인 y1 방향의 시프트 스텝 길이는 dy=62.5μm이고, 같은 행에서 인접한 두 홀로그램의 기록 기준광 등각도는 Δθ=0.1° 변화하고, 인접한 두 홀로그램 서열의 기준광 시작 각도 차이는 10°이다.
화살표 ①의 방향으로 저장 링의 안쪽에서 바깥쪽으로 다음 유닛 행을 기록한 후, 작은 각도로 회전하며, 동일 시작 위치에서 동일한 방향 화살표 ①을 따라 저장 링이 화살표 ①의 방향을 따라 완전히 기록될 때까지 시프트 멀티플렉싱 회전을 수행한다. 즉 1회 회전한다.
다음으로 저장 매체를 화살표 ② 시작 위치로 이동시키며, 상기 화살표 ②의 시작 위치와 화살표 ①의 시작 위치와 원 중심이 이루는 협각은 60°이고, 화살표 ②의 방향을 따라 복수 저장 유닛의 중첩 기록을 구현하고, 화살표 ②의 방향을 따라 저장 링의 안쪽에서 바깥쪽으로 기록된 유닛 행과 화살표 ①에 기록된 유닛 행은 크로스 멀티플렉싱의 각도가 60°이다. 마찬가지로 저장 매체를 작은 각도로 회전시키고, 계속해서 동일 시작 위치에서 동일 방향 화살표 ②를 따라 저장 링이 화살표 ②의 방향을 따라 완전히 기록될 때까지 시프트 멀티플렉싱을 수행한다. 즉 1회 회전하여 화살표 ②와 화살표 ① 두 방향의 크로스 멀티플렉싱을 완료한다.
같은 방법으로, 화살표 ③과 처음 두 방향 화살표 ②/화살표 ①의 크로스 멀티플렉싱을 구현할 수 있으며, 60°는 크로스 멀티플렉싱 협각이고, 이를 6회 반복한다.
도 14는 본 특허에서 제안하는 각도-시프트 멀티플렉싱 시스템 구조의 예시를 도시한 것으로, 종래의 각도 멀티플렉싱 기록의 광학 시스템에서 구현될 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이 각도-시프트 멀티플렉싱 기반의 홀로그래픽 저장 장치는 셔터(20)와 변형 프리즘 그룹(40)을 통해 순차적으로 빛을 방출하는 레이저 장치(10)를 포함하며, 제1 편광 빔 스플리터(51)에 의해 기준광 경로와 신호광 경로로 나뉜다. 신호광은 제2 빔 확장 콜리메이터(102)를 지난 후 제2 편광 빔 스플리터(52)에 의해 공간광 변조기(110)로 반사되어 신호를 인가하고, 다시 제2 편광 빔 스플리터(52)를 지나 릴레이 렌즈 그룹(120)과 제1 푸리에 렌즈(131)를 순차적으로 지나 홀로그래픽 광디스크(140)에 도달한다. 기준광은 감쇠기(60)와 반파장판(70)을 순차적으로 지나 제1 반사 렌즈(81)에서 반사된 후, 음향 광학 변조기(AOM)(160) 또는 갈바노미터에 진입해 각도 변조를 수행한 후, 제2 반사 렌즈(82)와 제1 빔 확장 콜리메이터(101)에 의해 구성된 콜리메이팅 구조가 빔 확장 콜리메이팅을 수행하여 홀로그래픽 광디스크(140)에 도달한다. 기준광과 신호광은 매체 플랫폼이 지원하는 홀로그래픽 광디스크(140) 상에서 간섭을 일으켜 홀로그래픽 저장 이미지 정보를 형성한다. 상기 음향 광학 변조기(AOM)(160) 또는 갈바노미터는 기준광의 입사 각도를 제어하는 데 사용되며, 기준광의 입사 각도와 저장 매체 상에서 기준광의 라이팅 위치를 일대일 대응시킨다.
그 외, 격자와 광 게이트 스위치로 구성된 빔 스플리터도 채택할 수 있으며, 격자는 기준광을 복수의 빔 등각도 Δθ 변화의 서브 빔의 빔 스플리터로 분할하고, 광 게이트 스위치는 매회 라이팅에 하나의 서브 빔만 저장 매체를 조사하도록 만든다.
물론 본 발명의 상기 실시예는 본 발명의 기술적 해결책을 명확하게 설명하기 위한 예시일 뿐이며, 본 발명의 구체적인 실시방식을 제한하지 않는다. 본 발명 청구범위의 사상 및 원리 내에서 이루어진 모든 수정, 동등한 대체 및 개선 등은 본 발명 청구범위의 보호 범위에 포함되어야 한다.
10: 레이저 장치
20: 셔터(AOM)
30: 편광편
40: 변형 프리즘 그룹
50: 편광 빔 스플리터
51: 제1 편광 빔 스플리터
52: 제2 편광 빔 스플리터
60: 감쇠기
70: 반파장판
80: 반사 렌즈
81: 제1 반사 렌즈
82: 제2 반사 렌즈
90: 갈바노미터
100: 확장 콜리메이터
101: 제1 빔 확장 콜리메이터
102: 제2 빔 확장 콜리메이터
110: 공간광 변조기
120: 릴레이 렌즈 그룹
130: 푸리에 렌즈
131: 제1 푸리에 렌즈
132: 제2 푸리에 렌즈
140: 홀로그래픽 광디스크
150: 카메라
160: 음향 광학 변조기(AOM)

Claims (20)

  1. 각도-시프트 멀티플렉싱 기반의 홀로그래픽 저장 방법에 있어서,
    기준광 입사 각도와 기준광 위치가 일대일로 대응하고, 시프트 멀티플렉싱될 때 기준광의 입사각 변경을 통해 홀로그램의 기록 위치를 변경하도록 구비되고,
    브래그 조건이 파괴되는 경우 기준광의 입사각과 입사파장을 제어함으로써 브래그 조건 파괴를 보정하는 것을 특징으로 하는 각도-시프트 멀티플렉싱 기반의 홀로그래픽 저장 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    기록 영역 블록 내에서 중첩되는 홀로그램 사이에서 기준광의 입사각이 다른것을 특징으로 하는 홀로그래픽 저장 방법.
  3. 제1항 또는 제 2항 중 어느 한 항에 있어서,
    기록/재생 위치는 매체의 병진 및 회전에 의해 액세스되는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 저장 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    매회 크로스 시프트 멀티플렉싱 기록의 홀로그램 서열 사이는 45°이상의 협각으로 기록되는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 저장 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    가이드 홈 상의 마크를 검출함으로써 크로스 시프트 멀티플렉싱 기록/재생 시 홀로그램의 위치와 크로스 각도를 결정하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 저장 방법.
  6. 삭제
  7. 각도-시프트 멀티플렉싱 기반의 홀로그래픽 저장 방법에 있어서,
    라이팅 과정에서 기준광의 입사 각도는 저장 매체 상에서 기준광의 라이팅 위치와 일대일 대응하며, 기준광의 입사 각도와 저장 매체 상에서 기준광의 라이팅 위치를 동시에 변경함으로써 상기 일대일 대응을 구현하고,
    시프트 멀티플렉싱될 때 기준광의 입사각 변경을 통해 홀로그램의 기록 위치를 변경하도록 구비되고,
    브래그 조건이 파괴되는 경우 기준광의 입사각과 입사파장을 제어함으로써 브래그 조건 파괴를 보정하는 것을 특징으로 하는 각도-시프트 멀티플렉싱 기반의 홀로그래픽 저장 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    기준광을 복수의 등각도 Δθ 변화의 서브 빔으로 분할하고; 저장 매체 상에서 상기 서브 빔의 라이팅 위치를 동일한 거리 dx로 변경하거나, 저장 매체를 이동시켜 저장 매체 상에서 상기 서브 빔의 라이팅 위치를 동일한 거리 dx로 변경하고; 매회 라이팅에 하나의 서브 빔만 저장 매체에 조사되도록 제어하며, dx는 시프트 멀티플렉싱의 시프트 스텝 길이인 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 저장 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 각도-시프트 멀티플렉싱은
    상기 시프트 멀티플렉싱의 x 방향 상에서 n회 시프트 멀티플렉싱을 수행하여, 크기 폭이 2Rx인 행을 형성하고, x 방향에 수직인 y 방향을 따라 m회 행의 시프트 멀티플렉싱을 수행하고, 스텝 길이 dy를 시프트하여 크기가 2Rx×2Ry의 유닛을 형성하며, 상기 유닛 중 상이한 라이팅 위치의 기준광의 입사각은 다르고, Rx는 x 방향에서 홀로그래픽 이미지 정보의 크기 폭이고, Ry는 y 방향에서 홀로그래픽 이미지 정보의 크기 폭이며, dx=Rx/n, dy=Ry/m인 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 저장 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    기준광을 복수의 등각도 Δθ 변화의 서브 빔으로 분할하고, 상기 서브 빔은 매트릭스로 배열되고; 상기 서브 빔은 저장 매체 상에서 2개의 서로 수직인 x 및 y 방향으로 동일한 거리 dx 및 dy 변화를 보이거나, 저장 매체를 이동하여 상기 서브 빔이 저장 매체에서 2개의 서로 수직인 방향으로 동일한 거리 dx와 dy 변화를 보이며; 매회 라이팅에 하나의 서브 빔만 저장 매체에 조사되도록 제어하며, dx와 dy는 각각 횡방향과 종방향 시프트 멀티플렉싱의 시프트 스텝 길이인 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 저장 방법.
  11. 제8항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기준광은 갈바노미터(galvanometer)를 통해 등각도 Δθ 변화와 저장 매체 상에서의 라이팅 위치의 동일한 거리 dx 변화의 선형 스캔형 조사를 구현하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 저장 방법.
  12. 제8항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기준광은 이중 갈바노미터를 통해 등각도 Δθ 변화와 저장 매체 상에서 두 개의 서로 수직하는 x와 y 방향 상에서 동일한 거리 dx와 dy 변화를 나타내는 매트릭스 스캔형 조사를 구현하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 저장 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    기준광이 x 방향으로 한 행의 시프트 멀티플렉싱 라이팅을 완료한 후, 저장 매체를 이동시키고, 기준광 라이팅 위치가 x 방향 상에서 초기 위치로 돌아가며, y 방향 상에서 dy 시프트되고, 새 행을 라이팅하고, 이는 전체 매트릭스 스캔형 조사가 완료될 때까지 반복되는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 저장 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    원형 저장 매체 내에서 유닛 중첩 멀티플렉싱과 크로스 멀티플렉싱을 수행하고, 먼저, 유닛을 x 방향으로 중첩 멀티플렉싱을 수행하여 유닛 행을 형성하며, 중첩 폭을 Rx로 한 다음 원형 저장 매체를 회전시켜 유닛 행의 크로스 멀티플렉싱을 구현하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 저장 방법.
  15. 각도-시프트 멀티플렉싱 기반의 홀로그래픽 저장 장치에 있어서,
    광원, 기준광 경로, 신호광 경로 및 매체 플랫폼이 포함되며, 상기 광원에서 방출되는 광은 분할된 후 기준광 경로를 따라 전송되는 기준광과 신호광 경로를 따라 전송되는 신호광을 형성하고, 기준광과 신호광은 매체 플랫폼에 의해 지원되는 저장 매체 상에서 간섭을 일으켜 홀로그래픽 저장 이미지 정보를 형성하되, 기준광의 입사 각도를 제어하여 기준광의 입사 각도와 저장 매체 상에서 기준광의 라이팅 위치를 일대일 대응시키는 제어 기구를 더 포함하고,
    상기 제어 기구는,
    시프트 멀티플렉싱될 때 기준광의 입사각 변경을 통해 홀로그램의 기록 위치를 변경하도록 구비되고,
    브래그 조건이 파괴되는 경우 기준광의 입사각과 입사파장을 제어함으로써 브래그 조건 파괴를 보정하는 것을 특징으로 하는 각도-시프트 멀티플렉싱 기반의 홀로그래픽 저장 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제어 기구는 기준광을 복수의 등각도 Δθ 변화의 서브 빔으로 분할하는 빔 스플리터이며, 빔 스플리터는 매회 라이팅에서 하나의 서브 빔만 저장 매체를 조사하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 저장 장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제어 기구는 기준광을 복수의 등각도 Δθ 변화와 매트릭스 배열을 갖는 서브 빔으로 분할하는 빔 스플리터이며, 빔 스플리터는 매회 라이팅에서 하나의 서브 빔만 저장 매체를 조사하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 저장 장치.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 제어 기구는 갈바노미터 구조이고, 등각도 Δθ 변화로 기준광을 반사할 수 있고, 기준광이 저장 매체 상에서 동일한 거리 dx 스캐닝을 구현하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 저장 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제어 기구는 수직 방향 상에서 기준광의 시프트 멀티플렉싱을 구현하는 데 사용되는 다른 갈바노미터 구조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 저장 장치.
  20. 제15항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 매체 플랫폼은 저장 매체가 병진하여 시프트 멀티플렉싱 및 크로스 멀티플렉싱을 구현하도록 구동시키는 데 사용되는 병진 기구; 및 저장 매체가 회전하도록 구동하여 시프트 멀티플렉싱을 구현하는 회전 기구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 저장 장치.
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