KR19980085981A - 볼륨 홀로그래픽 디지탈 데이터 저장 시스템의 릴리프 홀로그램 저장매체 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 볼륨 홀로그래픽 디지탈 데이터 저장 시스템(Volume Holographic Digital Data Storage System)의 저장매체(Storage Material)에 관한 것으로, 기판상에 광원의 파장에서 흡수특성이 우수한 베이스층(Base Layer)을 형성하고, 그 위에 광기록 물질을 형성한 다음, 상기 광기록 물질에 기준광과 공간 광변조기에 의해 변조된 물체광을 조사하여 발생되는 간섭무늬에 따라 결정화된 지역과 비결정화된 지역을 형성한 후, 식각공정에 의해 결정화된 부분 또는 비결정화된 부분 중 어느 한 지역을 제거하여 표면 릴리프(Surface Relief)가 형성된 광기록 물질을 얻은 후, 노출된 베이스층을 제거하여 릴리프 홀로그램 저장매체를 제조하는 것을 특징으로 한다.

이와같은 본 발명의 VHDDSS의 릴리프 홀로그램 저장매체는 베이스층이 개재된 지역에서의 특정 파장에 대한 흡수율이 향상되어 간섭무늬에 의해 조사된 지역과 조사되지 않은 지역의 투과되는 빛의 상대적인 강도차가 커지게 하므로 재생효율이 향상된다.

Description

볼륨 홀로그래픽 디지탈 데이터 저장 시스템의 릴리프 홀로그램 저장매체 제조방법

본 발명은 볼륨 홀로그래픽 디지탈 데이터 저장 시스템(Volume Holographic Digital Data Storage System)의 저장매체(Storage Material)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판과 광기록 물질 사이에 광원의 파장에 대한 흡수율이 우수한 베이스층(Base Layer)을 형성하여 저장 매체의 재생효율을 향상시킬 수 있는 릴리프 홀로그램 저장매체에 관한 것이다.

최근들어 볼륨 홀로그래픽 디지탈 데이터 저장을 이용한 기술분야는 최근 반도체 레이저, CCD, LCD 등 구성 부품의 눈부신 발전에 힘입어 활발한 연구가 진행되고 있으며, 이미 지문을 저장하고 재생하는 지문 인식 시스템으로 실용화되고 있을 뿐만 아니라 대용량의 저장 능력과 초고속 데이터 전송속도의 장점을 응용할 수 있는 여러분야로 확대되어가고 있는 추세에 있다.

도 1은 일반적인 볼륨 홀로그래피를 이용한 디지탈 데이터 스토리지 시스템( 이하, VHDDSS 라 약칭함.)을 도시한 모식도이다.

도시된 바와 같이, 일반적인 VHDDSS는 광원(1), 광분리기(2), 회전거울(3), 공간 광변조기(SLM ; Spatial Light Modulator, 4), 저장매체(5), 및 CCD(charge coupled device, 6)로 구성되는 광학 시스템을 포함하며, 이들 소자는 단일 장치를 구성한다.

광원(1)은 홀로그래피에 요구되는 평행광(Coherent Beam)을 발생시킬 수 있는 레이저 광원으로 구성된다.

상기 평행광을 기준광(Reference Beam)과 물체광(Object Beam)으로 분리시키기 위한 광분리기(Beam Splitter, 2)가 레이저 광원에 상응하는 위치에 구성된다.

입력된 데이터에 따라서 픽셀이 이루는 명암의 2 진 데이터의 한 페이지 단위로 변조하기 위한 공간 광변조기(4)가 물체광의 광로상에 구성된다.

한편, 기준광의 광로상에 기준광의 각도를 조금씩 변환하기 위한 회전거울(3)이 설치된다.

저장매체(5)는 물체광과 기준광의 간섭에 의해 형성된 간섭무늬의 강도에 따라 기록될 수 있도록 상기 기준광과 물체광이 서로 교차되는 광로상에 설치된다.

CCD(6)는 저장매체(5)에 기록된 데이터를 복원하기 위한 것으로, 저장매체(5)에 기준광이 조사될 때 발생되는 간섭무늬의 광로상에 설치된다.

이와같이 구성된 일반적인 VHDDSS의 동작을 설명하면 다음과 같다.

광원(1)에서 조사되는 평행광은 광 분리기(2)에 의해 기준광과 물체광으로 나누어 지고 물체광은 입력된 데이터에 따라서 픽셀들이 이루는 명암의 2진 데이터의 한 페이지 단위로 공간 광변조기(4)에 의해서 변조된다.

이후 물체광과 기준광은 홀로그램을 기록하기 위한 저장매체(5) 내부에서 간섭을 일으키고 이때 발생하는 간섭무늬의 강도에 따라서 저장 매체(5) 내부의 운동 전하의 광 유도 현상(light-induced generation of mobile charge)이 발생하고 이러한 과정을 통하여 간섭무늬가 기록된다.

한편, 각각의 페이지에는 회전거울(3)의 각도를 조금씩 달리하는 기준광이 상응하게 적용되는데 데이터의 첫 페이지를 저장매체에 기록한 후, 기준광의 각도를 첫 번째 홀로그램의 재생 복원상이 완전히 사라질 때 까지 증가시키고, 이때 다시 다른 각도의 기준광으로 새로운 데이터 페이지를 입력시켜 저장매체(5)에 기록하는 이른바, 각 기록시 마다 기준광의 각도를 변화시키는 엥글 멀티플렉싱(Angle Multiplexing)과정을 반복하여 데이터를 저장매체 내부에 중첩 기록하게 되는 것이다.

이와같이 2 진 데이터의 페이지 단위로 구성되는 수백에서 수천개의 홀로그램을 작은 입방체 내부의 동일 장소에 기록 저장할 수 있으므로써 높은 저장 밀도 및 빠른 데이터 전달율을 갖게 된다.

한편, 저장매체(5)에 기록된 데이터를 읽어 내기 위해서는 기록시 각각의 페이지에 상응하게 적용된 기준광을 저장매체에 조사하면 간섭무늬가 기준광을 회절시켜 원래의 픽셀의 명암으로 구성되는 무늬로 복원되고 이후 읽어진 상(Image)을 CCD(6) 위에 비추어 원래의 데이터로 복원하게 된다.

이와같은 홀로그래픽 디지탈 데이터 스토리지의 장점은 데이터를 비트의 2차원 배열인 페이지 단위로 기록/재생하므로 페이지 단위의 패러럴 억세스가 가능하여 높은 데이터 전송율과 짧은 억세스 타임( 1 ms 이하)의 실현이 가능하다.

또한, 데이터가 기존의 광학 및 자기 기록방법과 같이 얇은 필름이나 디스크의 면 상에 저장되지 않고 저장 매체의 체적 속에 중첩되어 분포하게 되므로 매우 높은 데이터 밀도를 구현하는 것이 가능하다.

또한, 기존의 테이프나 디스크의 경우 저장매체 상에 결함이 발생할 경우 중요한 데이터의 복구할 수 없는 손실이 발생하나, 홀로그래픽 저장 매체에 결함이 발생하는 경우에는 데이터가 완전히 소실되지 않고 단지 홀로그램을 조금 어둡게 하므로 원 데이터의 복구가 가능하므로 높은 신뢰도의 구현이 가능하다.

또한, 홀로그램을 저장하는 저장 매체의 위치가 어떤 이유로 변경되어도 기록시와 동일한 회전 거울의 각도만 유지된다면 홀로그램 상에 맺히는 기준광의 촛첨의 위치에는 크게 영향 받지 않으므로 홀로그래픽 스토리지 시스템은 광 디스크 등의 광 기록 시스템에 비하여 진동문제에 대하여 유리하다.

도 2는 종래의 저장매체를 도시한 단면도로서, 기판(7)위에 광기록 물질(8)이 표면 릴리프(Surface Relief) 형상으로 패터닝되어 형성된다.

통상적으로 광기록 물질(Photographic Material)은 반복적으로 기록 가능한 광굴절 물질(phtorefractive materials)과, 오로지 1 회 기록 가능한 포토 폴리머(Photopolymer)가 있다.

이러한 광 굴절성 물질에서 기록은 표류(drift)와 확산(Diffusion)에 의해서 간섭무늬의 밝은 영역에서 어두운 영역으로 움직이는 운동 전하의 광유도 현상(light-induced generation of mobile charge)에 의해서 가능하게 되며, 이러한 전하의 분리는 전기장을 발생하며 선형 광전효과에 의해서 굴절율의 변화를 발생시킨다.

한편, 본 발명과 관련된 포토 폴리머는 빛에 노출되었을 때에 광굴절성 변화를 하지 않고 대신에 광화학 반응(Photochemistry)을 하게 된다. 즉, 빛에 노출되었을 때 광화학적으로 영구적인 변화가 일어나게 되므로 한 번 저장된 정보는 지울 수 없으며 다시 기록하는 것도 불가능하게 된다.

도 2 에 도시된 종래의 포토 폴리머는 감광성 원소인 은을 함유하는 실버 할라이드 젤라틴(Silver halide Gelatin) 또는 +6가의 크롬을 함유하는 다이크로메이티드 젤라틴(Dichromated Gelatin)으로 이루어져 있다.

이와같은 광기록 물질(8)은 VHDDSS의 기준광과 공간 광변조기(4)에 의해 변조된 물체광이 동시에 조사되면, 홀로그램을 기록하기 위한 간섭을 일으키고 이때 발생하는 간섭무늬의 강도에 따라서 은 또는 크롬이 아래의 화학반응에 의해 결정화된다.

Ag⁺+ e^-- Ag

Cr⁶⁺+ 4e^-- Cr²⁺

이후, 식각공정에 의해 결정화된 지역을 제거하거나 비결정화된 지역 중 어느 한 지역을 제거함으로써 간섭무늬가 기록된 릴리프 홀로그램(Relief Hologram)이 형성된다.

이와같은 릴리프 홀로그램의 재생은 기록시 사용된 기준광을 그 상면에 조사하면 기록된 간섭무늬에 따라 기준광이 굴절율의 변화에 의해 회절되어 투과 또는 반사되면서 재생된다.

그런데 종래의 릴리프 홀로그램 저장매체(5)에서 특히, 투과를 이용하는 릴리프 홀로그램인 경우 광기록 물질이 제거된 지역에서는 투과가 이루어지고 광기록 물질이 존재하는 지역에서는 흡수가 이루어져야 하는데 기판 및 광기록 물질의 투과 및 흡수특성이 우수하지 못해 간섭무늬에 따라 완벽한 반사 또는 흡수가 일어나지 못하고 반사해야할 지역에서 일부 흡수가 이루어지거나 흡수해야 할 지역에서 일부 반사가 이루어져 재생효율이 저하되는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명은 이와같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 릴리프 홀로그램 저장매체의 투과특성 및 흡수특성을 향상시킬 수 있도록 기판과 광기록 물질 사이에 광원의 파장에 대한 흡수율이 우수한 베이스층을 삽입하여 재생효율을 향상시킨 VHDDSS의 릴리프 홀로그램 저장매체를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와같은 목적을 실현하기 위한 본 발명의 VHDDSS의 릴리프 홀로그램 저장매체는 기판상에 광원의 파장에서 흡수특성이 우수한 베이스층을 형성하고, 그 위에 광기록 물질을 형성한 다음, 상기 광기록 물질에 기준광과 공간 광변조기에 의해 변조된 물체광을 조사하여 발생되는 간섭무늬에 따라 결정화된 지역과 비결정화된 지역을 형성한 후, 식각공정에 의해 결정화된 부분 또는 비결정화된 부분 중 어느 한 지역을 제거하여 표면 릴리프가 형성된 광기록 물질을 얻은 후, 노출된 베이스층을 제거하여 릴리프 홀로그램 저장매체를 제조하는 것을 특징으로 한다.

이와같은 본 발명의 VHDDSS의 투과를 이용하는 릴리프 홀로그램 저장매체는 베이스층이 개재된 지역에서의 흡수특성이 향상되어 광기록 물질 및 베이스층이 제거된 지역에서는 종래와 동일한 투과가 이루어지는 반면에, 광기록 물질 및 베이스층이 존재하는 지역에서는 종래보다도 향상된 흡수 효율로 흡수가 이루어져 결과적으로 간섭무늬에 의해 조사된 지역과 조사되지 않은 지역의 투과 되는 빛의 상대적인 강도차가 커지게 되므로 재생효율이 향상되는 효과를 가져오게 된다.

도 1은 일반적인 VHDDSS를 도시한 모식도,

도 2는 종래의 VHDDSS의 릴리프 홀로그램 저장매체를 도시한 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 VHDDSS의 릴리프 홀로그램 저장매체의 제조공정을 도시한 공정단면도,

도 4는 본 발명에 따른 베이스층의 90% 흡수율에 대한 파장의 범위를 나타내는 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 *

10 ; 기판 12 ; 베이스층

14 ; 광기록 물질(포토 폴리머)

20 ; 기록 매체(릴리프 홀로그램)

이하, 본 발명에 따른 VHDDSS의 릴리프 홀로그램 저장매체의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 릴리프 홀로그램 저장매체의 제조공정을 도시한 공정단면도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 기판(10)은 글래스 등과 같이 투명한 재질로 이루어진다. 이와같은 기판(10) 위에 광원의 파장에서 흡수특성이 우수한 베이스층(12)을 진공증착공정이나 전기도금공정으로 증착한다. 이어서 상기 베이스층(12) 위에 포토 폴리머(14) 등과 같은 광기록 물질(14)을 스핀 코팅 공정이나 스프레이 코팅 공정으로 균일하게 도포하여 저장매체(20)를 구성하여 준비한다.

상기 포토 폴리머(14)는 감광성 원소인 은을 함유하는 실버 할라이드 젤라틴(Silver halide Gelatin) 또는 +6가의 크롬을 함유하는 다이크로메이티드 젤라틴(Dichromated Gelatin)으로 이루어진다.

현재, VHDDSS에 이용되는 광원의 파장(λ)은 대략 0.5∼0.6 ㎛ 범위를 이용하고 있으며, 향후 기술 개발을 바탕으로하여 사용파장의 범위는 더욱 더 좁은 파장의 범위로 확대되어 갈 것이다.

한편, 본 발명의 베이스층으로 활용될 수 있는 흡수율이 우수한 재료는 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 베이스층의 90% 흡수율에 대한 파장의 범위를 나타내는 그래프이다.

도 4 에 사용된 재료의 시편은 동일하게 2 ㎜의 두께를 유지한 상태에서 측정한 것이다.

그래프에 도시된 바와 같이, 현재 광원으로 사용되는 0.5∼0.6 ㎛ 범위의 파장에 대해 90%의 대한 흡수율을 만족하는 재료는 BaF₂, CaF, As₂S₃, ZnS, Si, Ge, CdTe 등이 가능하다.

예를 들면, 2 ㎜ 두께의 BaF₂는 0.75∼12㎛ 파장(λ)의 범위에서 약 10% 이상의 투과특성을 나타내며 이외의 범위에서는 10%이하의 투과특성을 가지므로 이를 역으로 생각하면 90% 이상의 흡수특성을 갖는다고 볼 수 있다. 즉, 0.75 이하의 파장에서는 90% 이상의 흡수특성을 갖게 되므로 현재 VHDDSS 광원으로 이용되는 0.5∼0.6㎛ 파장에 대해서도 90%이상의 흡수특성을 갖지고 있어 흡수율이 우수한 베이스층(12)의 재료로 만족함을 알 수 있다.

상기 도 4의 그래프를 참조하면, 현재 통상적으로 VHDDSS에 사용되는 파장에 대하여 만족하지 못하는 재료중에서도 향후 기술개발을 통해 파장이 좁아지게 되면 베이스층(12)의 재료로 만족될 수 있는 재료의 범위가 넓어지게 됨을 알 수 있다.

이와같이 준비된 저장매체를 도 1에 도시된 VHDDSS의 물체광과 기준광의 간섭에 의해 형성된 간섭무늬의 강도에 따라 기록될 수 있도록 상기 기준광과 물체광이 서로 교차되는 광로상에 설치한다.

한편, VHDDSS는 광원(1), 광분리기(2), 회전거울(3), 공간 광변조기(SLM ; Spatial Light Modulator, 4), 저장매체(20), 및 CCD(charge coupled device, 6)로 구성되는 광학 시스템을 포함하여 구성되며, 상세한 설명은 중복을 피하기 위해 생략한다.

VHDDSS는 광원(1)에서 조사되는 평행광이 광 분리기(2)에 의해 기준광과 물체광으로 나누어 지고 물체광은 입력된 데이터에 따라서 픽셀들이 이루는 명암의 2진 데이터의 한 페이지 단위로 공간 광변조기(4)에 의해서 변조되어 포트 폴리머 등과 같은 광기록 물질(14)이 형성된 저장매체(20)에 기준광과 함께 조사되면, 포트 폴리머(14) 내부에서 간섭이 발생된다.

이때 발생하는 간섭무늬의 강도에 따라서 포트 폴리머(14)는 조사되는 지역과 조사되지 않은 지역으로 구분된다.

즉, 감광성 원소인 은(Ag)을 함유하는 실버 할라이드 젤라틴(Silver halide Gelatin) 또는 +6가의 크롬(Cr⁶⁺)을 함유하는 다이크로메이티드 젤라틴(Dichromated Gelatin)으로 이루어진 포트 폴리머(14)는 간섭무늬의 강도에 따라서 은(Ag) 또는 크롬(Cr)이 화학반응을 일으켜 조사된 지역이 결정화된다.

이와같이 간섭무늬의 강도에 따라 결정화된 포토 폴리머(14)를 식각공정에 의해 결정화된 부분을 제거하거나 비결정화된 부분을 제거함으로써 간섭무늬가 기록된 릴리프 홀로그램(Relief Hologram, 20)를 얻는다.

이후, 노출된 베이스층(12)을 적절한 식각액을 사용하여 제거함으로써 제조공정을 완료한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 기록된 VHDDSS의 릴리프 홀로그램 저장매체의 재생시 작용효과를 설명한다.

릴리프 홀로그램 저장매체(20)에 기록된 데이터를 읽어 내기 위해서는 기록시 각각의 페이지에 상응하게 적용된 기준광을 릴리프 홀로그램(20)에 조사하면, 릴리프 홀로그램(20)에 기록된 간섭무늬에 의해 기준광이 회절되어 릴리프 홀로그램(20)의 베이스층(12)이 노출된 지역에서는 투과되고 노출되지 않은 지역에서는 베이스층(12)에 의해 흡수되여 원래의 픽셀의 명암으로 구성되는 무늬로 복원되고 이후 읽어진 상(Image)을 CCD(6) 위에 비추어 원래의 데이터로 복원하게 된다.

즉, 투과를 이용하는 릴리프 홀로그램(20)인 경우 베이스층(12)이 개재된 지역에서의 흡수특성이 향상되어 베이스층(12)을 통해 투과괴는 양을 감소시킴으로써 간섭무늬에 의해 조사된 지역과 조사되지 않은 지역의 투과 되는 빛의 상대적인 강도차는 커지게 되어 재생효율이 향상된다.

이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다.

따라서 본 발명에 따르면, 릴리프 홀로그램 저장매체의 기판과 광기록 물질 사이에 베이스층을 삽입하여 재생효율을 향상시켜 VHDDSS의 신뢰도를 향상시키는 효과를 가져올 수 있다.

Claims (1)

1. 기판상에 광원의 파장에 대한 흡수율이 우수한 재질로 이루어진 베이스층을 형성하는 단계와;

   상기 베이스층 위에 광기록 물질을 형성하는 단계와;

   상기 광기록 물질에 기준광과 공간 광변조기에 의해 변조된 물체광을 조사하여 발생되는 간섭무늬에 따라 결정화된 지역과 비결정화된 지역을 형성하는 단계와;

   상기 결정화된 지역 또는 비결정화된 지역 중 어느 한 지역을 제거하여 표면 릴리프를 형성하는 단계와;

   노출된 상기 베이스층을 제거하는 단계;를 포함하는 VHDDSS의 릴리프 홀로그램 저장매체 제조방법.