KR19990006569A - 홀로그래픽 시스템에 기억된 정보를 처리하는 방법 - Google Patents

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케빈 리챠드 서티스
마이클 씨 태킷
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에스. 리트만
루센트 테크놀러지스 인코포레이티드
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Abstract

홀로그래픽 시스템의 기억 매체에 재구성 기준빔을 교차하는 단계를 구비하며, 상기 기억 매체는 정보의 간섭적 기억으로 인하여 적어도 부분적으로 복굴절을 나타내는, 홀로그래픽 시스템에 기억된 정보를 처리하는 방법으로, 재구성 기준빔은 기억 매체에 정보를 기억하는 동안 기억 기준빔에 의해 나타난 분극과 적어도 5。 다른 분극을 갖는다.

Description

홀로그래픽 시스템에 기억된 정보를 처리하는 방법
본 발명은 홀로그래픽 시스템과 관련하며, 특히 그러한 시스템에 기억된 정보 검색에 관한 것이다.
정보 기억 소자 및 방법의 개발자는 기억 용량을 증가시키는데 노력을 기울이고 있다. 이러한 개발의 부분으로서, 페이지-와이즈 메모리 시스템, 특히 홀로그래픽 시스템이 종래 메모리 장치에 대안으로서 제안되었다. 홀로그래픽 시스템은 일반적으로 정보의 전체 페이지의 기억 및 판독을 포함하며, 이들 페이지는 정보를 나타내는 어레이 패턴으로 구성된다. 일반적으로, 홀로그래픽 시스템은 기억 매체에 임프린트된 흡수 및/또는 굴절률을 변화하는 패턴으로서 페이지의 홀로그래픽 표현을 3차원으로 기억한다. 홀로그래픽 시스템은 1995년 11월, Scientific American, D. Psaltis 등의 홀로그래픽 메모리에서 기술되고 있으며, 본 명세서에 참고로 부가되어 있다.
홀로그래픽 시스템은 그 고밀도 기억 포텐셜과 기억된 정보가 임의로 액세스되고 검색되는 포텐셜 속도를 특징으로 한다. 실제로, 정보는 통상 페이지 단위로 처리, 즉 기억 및 검색되기 때문에, 기억 및 검색 속도는 종래 자기 디스크 및 컴팩트 디스크 기억 시스템에 적절하게 비교된다. 하지만 홀로그래픽 시스템의 중요한 이점은 기억 용량이 된다. 홀로그래픽 영상으로서 기억된 각각의 페이지는 수천 또는 수백만의 성분까지도 포함할 수 있다. 이론적으로, 현재 대략 1.0cm3의 호로그래픽 기억 매체에 1014비트의 정보까지 기억될 수 있는 것으로 믿어진다.
불행하게도, 홀로그래픽 시스템에 내재하는 문제로 인하여 기억된 정보의 검색과 재생이 복잡하게 된다. 한가지의 그러한 문제는, 기억 매체로 향하는 기준 빔의 에너지에 대한 기억 매체로부터 전송되는 재구성 빔의 에너지의 비율이 되는 회절 효율이 된다. 일반적으로, 기억 매체에 기억되는 정보가 많아짐에 따라, 회절 효율은 보다 나빠지게 된다. 하지만, 회절 효율은 그 상당한 부분에 있어서 정보가 전송되는 속도는 물론, 홀로그래픽 시스템으로부터 검색되고 재생되는 정보의 정확성과 신뢰성을 결정한다. 따라서, 기억 매체의 기억 용량을 증가시키는 목적은 시스템의 전송율을 개선하는 목적과 근본적으로 모순된다. 따라서, 특히 회절 효율을 개선시키는 것과 관련하여 홀로그래픽 시스템으로부터 정보를 검색하는데 대한 개선이 바람직하다.
본 발명은 홀로그래픽 시스템에서 밝혀진 문제에 대한 인식과 그에 대한 해결책으로 구성된다. 일부 홀로그래픽 기억 매체, 특히 두 기판 사이에 위치된 포토폴리머로 형성된 기억 매체는 내부 압력을 격게 된다. 이들 압력은 매체 물질들중 한 물질의 축소에 의하거나 다른 물리적 요인에 의해 야기될 수 있다. 매체에 정보를 기억하는 동안에 기억 처리에 의해 야기된 매체의 변화와 함께 이들 압력들은 때때로 기억 매체내에 복굴절을 야기한다. 이러한 복굴절은 차례로 회절 효율을 감소시킨다. 본 발명은 회절 효율에 불리한 복굴절 효과를 감소시키는 처리를 제공한다. 본 발명의 처리에 따라, 그러한 복굴절이 유입되는 기억 매체로부터 정보를 검색하고 재구성하는데 이용되는 기준 빔이 매체에 정보를 기억하는데 이용되었던 기준 빔의 분극과는 다른 (그로부터 적어도 약 5°변화)분극을 갖는다. 재구성 동안 다른 분극을 사용하는 것은 매체에 복굴절을 보상하고, 그에 따라 회절 효율을 개선한다.
도 1은 홀로그래픽 시스템의 기본 구성 성분들을 도시하는 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 홀로그래픽 시스템 12 : 변조 소자
14 : 기억 매체 16 : 센서
20 : 신호 빔 22 : 기준 빔
30 : 렌즈
기억 매체에 정보를 기억하는 처리는 정보가 기억되는 영역에서 매체의 변화를 야기한다. 이들 변화는 이들 영역에 복굴절을 야기할 수 있다. 대체적으로 매체내의 복굴절은 회절 효율을 감소시키며, 본 발명은 이러한 문제에 대한 해결책을 제공한다. 본 발명의 처리에 따라, 정보를 검색하기 위하여 그러한 복굴절이 유입되는 매체로 가로지르는 기준 빔은 정보를 기억하는데 이용되는 기준 빔에 의해 나타나는 분극과는 다른(즉, 그로부터 적어도 약 5°만큼 변화) 분극을 갖거나 갖도록 조절된다. 이러한 분극의 차이는 복굴절을 보상함으로써 회절 효율을 개선한다.
도 1은 홀로그래픽 시스템(10)의 기본 구성을 도시하며, 시스템(10)은 정보의 기억과 검색을 모두 할 수 있다. 시스템(10)은 변조 장치(12), 기억 매체(14), 및 센서(16)를 포함한다. 본 발명의 시스템은 기억 시스템(센서(16)가 필요치 않음), 검색 시스템(변조 장치(12)가 필요치 않음), 또는 기억 및 감지 시스템(시스템(10)과 같음)이 될 수 있다. 용어 홀로그래픽 시스템은 적어도 이들 가능성 모두를 포함하는 것으로 의도된다. 변조 장치(12)는 정보의 2차원 페이지를 광학적으로 나타낼 수 있는 어떠한 장치가 될 수 있다. 통상적으로 장치(12)는 정보 페이지를 변조기상에 인코딩하는 인코딩 유닛에 부착된 공간 광 변조기가 된다. 인코딩에 근거하여, 장치(12)는 장치(12)를 통과하는 신호 빔(20) 부분을 선택적으로 통과하거나 차단시킨다. 이러한 방법에 있어서, 빔(20)은 정보 페이지 영상으로 인코딩된다. 페이지 영상은 기억 매체(14)내에 또는 기억 매체상의 위치에 기준 빔(22)으로 인코딩된 신호 빔(20)을 간섭함으로써 기억된다. 간섭은 실례로 굴절률 및/또는 흡수을 변화하는 패턴으로서 기억 매체(14)내에 포획된 간섭 패턴(또는 홀로그램)을 발생시킨다. 단일 위치에 기억될 하나의 홀로그래픽 영상 보다는 많은 영상 또는 홀로그램은 실례로 기준 빔(22)의 각도 또는 파장을 변화함으로써 중복 위치에 기억될 수 있다. 신호 빔(20) 및 기준 빔(22)은 홀로그램을 기억할 때 분극화되어 동일한 분극을 갖는다. 심호 빔(20)은 대체로 기억 매체(14)에 기준 빔(22)이 교차되기 전에 렌즈(30)를 통과하게 된다. 이러한 교차 이전에 기준 빔(22)은 렌즈(32)를 통과할 수 있다. 신호 빔(22)은 대체로 임의의 중간 평면상에서 장치(12)로부터 변형 영상이 된다. 정보를 기억하는 이러한 처리는 그에 따라서 간섭성 광 빔으로 실행되고, 여기에서는 간섭성 기억으로 언급된다. 기억 매체(14)는 일반적으로 리튬 니오베이트 크리스탈, 포토그래픽 필름, 감광성 폴리머, 또는 포토크로매틱 또는 다른 방사선 감지 매체와 같은 광굴절 물질을 포함한다.
일단 정보가 매체(14)에 기억되면, 기준 빔(22)이 정보를 기억하는 동안 향하게 되었던 동일한 위치와 동일한 각도 또는 파장에서(또는 정보가 기억된 다른 방법으로) 기준 빔(22)을 매체(14)에 교차함으로써 정보를 검색할 수 있다. 여기에서, 기준 빔(22)은 정보를 기억 매체에 기억하는 처리 동안에는 기억 기준 빔으로, 정보 검색 및 재구성 처리 동안에는 재구성 기준 빔으로 언급된다. 재구성된 정보 페이지는 렌즈(34)를 통과하게 되고, 센서(16)에 의해 검출된다. 센서(16)는 실례로 전하 결합 소자 또는 활성 픽셀 센서가 된다. 센서(16)는 대체로 정보 페이지를 디코드하는 유닛에 부착된다.
기억 매체내의 복굴절은 분극 분석기에 의해 검출될 수 있다. 통상의 분석기는 그 축들로 서로 간에 90°각에서 배치된 두 편광자를 포함하며, 매체는 이들 편광자 사이에 위치된다. 매체가 복굴절을 나타내지 않는 곳에, 분석기에 향하는 광 빔은 제 2 편광기를 통과하지 않아야 한다. 만일 매체가 복굴절되고 광 빔의 편광을 회전시킨다면, 일부 광은 제 2 편광기를 통과하게 된다. 정보의 기억에 앞서 정보가 기억되지 않은 곳에서는 기억 매체는 비교적 적은 량의 회절을 나타낼 수 있으나, 정보가 간섭성 기억에 의해 기억된 위치에서는 5°보다 큰 복굴절을 나타낸다. 간섭성 기억 처리에 의해 야기된 변화는 이러한 복굴절의 증가를 유도한다.
두 기판 사이에 위치된 포토폴리머로부터 형성된 기억 매채는 정보의 간섭성 기억 처리에 의해 유도된 이러한 복굴절을 종종 나타낸다. 포토폴리머는 홀로그래픽 영상을 기억할 수 있는 빛에 민감한 폴리머이다. 홀로그래픽 시스템의 기억 매체에 적절한 폴리머는 관련 미국 특허 출원 일련 번호 08/698511(당사 관련번호 Colvin 2-8-3-19-11-10) 및 일련 번호 08/698143(당사 관련번호 Colvin 1-2-16-10)에 공개되어 있으며, 본 명세서에 참조되어 있다. 기억 매체가 그러한 포토홀리머를 포함하는 방법은 1997년 6월 2일 출원된 Method for Fabricating a Multilayer Optical Article and a System Having a Multilayer Optical Article 의 관련 미국 특허 출원(당사 관련 번호 Campbell 3-5-3)에 공개되어 있으며, 본 명에서에 참조되어 있다. 일반적으로, 포리머는 두 유리 기판 사이에 액체 형태로 놓여지며, 폴리머를 경화하고 기판에 대한 지지를 진척시키도록 비-간섭성 광으로 적어도 부분적으로 큐어링된다. 대부분의 포토 폴리머들은 이러한 큐어링 동안 수축되며, 수축은 복굴절에 기여하는 압축을 가능하게 한다. 대체로, 폴리머 매트릭스를 형성하는데 이용되는 비-간섭성 큐어링은 상당한(실례로, 〉5°) 복굴절을 도입하지 않고서 실행된다.
본 발명의 처리 본 명세서에 참조되는 미국 특허 출원 번호 08/435,705(당사 관련번호 Curtis 2-6)에 공개된 바와 같은 평면파, 구형파, 및 다른 복합 파면을 포함하는 다양한 형태의 기준 빔에 유용하다. 재구성 기준 빔은 기억 기준 빔의 것과는 다른 분극으로 발생될 수 있다. 또한 그 초기 분극으로부터 재구성 기준 빔을 회전하는 것이 가능하다. 만일 재구성 기준 빔이 회전한다면, 회전은 어떠한 적절한 방법에 의해 실행될 수 있다. 실례로 반파 플레이트, 직각파 플레이트, 통상의 복굴절 물질(실례로, 석영, 리튬 이노베이트), 및 페러데이 회전자의 사용을 포함한다. 특정 시스템의 회절 효율을 개선하는 조절 정도 및 도달되는 개선 수준 모두는 개별 시스템에 의존한다. 실례로, 신호의 입사각과 기억 기준 빔은 유용한 회전 및 개선 정도에 비교적 적은 효과를 갖는다. 매체의 벌크 인덱스 변화 및 스트레스 레벨은 회절 효율 개선 정도를 결정하는데 주요한 요인이 된다. 신호 빔과 기억 기준 빔의 분극은 아래의 이유로 중요하다.
본 발명의 처리가 회절 효율에 갖는 효과는 특정 기억 매체의 스트레스 및 복굴절 방향에 의존한다. 실례로, 상술된 포토폴리머 기억 매체의 수축 스트레스는 메체의 평면에 수직인 라인을 따라(즉, 도 1에 도시된 기억 매체의 z-축을 따라) 주로 발견된다. 그러한 매체에 대하여, 본 발명의 처리는 원하는 결과를 제공하며, 여기에서 적어도 분극된 기억 기준 빔의 성분이 정보 기억 동안 입사면에 있게 된다. 입사면은 신호 빔(20)과 기준 빔(22) 사이에 도시된 도 1의 점선 곡선으로 표시된 바와 같이, 홀로그래픽 시스템의 기억 기준 빔과 신호 빔에 의해 규정된 평면이다. 빔의 분극은 두 직교 성분으로 표현될 수 있다. 실례로 x-y-z 시스템에서, x-축을 따라 향하는 광 빔의 분극 벡터는 x-y 평면의 성분과 x-z 평면의 성분을 갖는다. z-방향 스트레스를 보상하기 위해, 입사면의 기억 기준 빔의 분극 성분은 (입사면에 놓인 그 전송 축을 갖는 분극기를 통해 빔을 통과시킴으로써 결정된 바와 같은) 전체 분극 벡터의 적어도 약 30％ 가 된다.
만일 기억 기준 빔과 신호 빔이 (정보 기억 동안) 입사면에 수직으로 분극화 된다면(즉, 입사면에 분극 성분을 갖지 않는 다면), 기억 매체의 z-방향 스트레스에 대한 성분은 발생되지 않는다. 이러한 보상의 결핍은 빔들이 간섭성 기억 처리에 의해 야기된 벌크 굴절률 변화와 스트레스에 의해 왜곡된 평면에 성분을 갖지 않는다는 사실에 기인한다. 이러한 것은 z-방향에 스트레스를 유사하게 나타내는 기억 메체의 다른 형태에 대해서도 마찬가지다. 하지만, 그러한 z-방향 스트레스의 경우에, 복굴절에 대한 보상은 재구성 기준 빔이 놓인 평면에 의존하지 않으므로, 재구성 기준 빔은 입사면에 비교적 작은 성분을 포함하는 분극을 가질 수 있다.
일부 기억 매체는 z-방향 스트레스 대신에 또는 그에 부가하여 z 및/또는 y 방향에 스트레스를 나타낸다. 그러한 매체에 대하여, 상기 원리에 따른 개선된 회절을 얻는 것이 가능하다. 특히, 기억 기준 빔은 매체의 스트레스에 기인한 왜곡을 격게되는 평면에 놓인 분극 성분을 갖게 된다.
본 발명은 단지 실례로서 설명된 다음의 예로부터 더욱 명확하게 이해될 것이다.
예 1
도 1에 도시된 바와 같은 시스템에 있어서, 신호 빔(20)은 공간 광 변조기(12)로부터의 랜덤 정보로 인코딩된 532 nm 복합 빔이다. 신호 빔은 렌즈(30)에 의해 퓨리에 변환되어 기억 매체(14)로 향하게 된다. 기준 빔(22)은 평면파가 된다. 신호 빔 및 기준 빔 모두는 분극화되어 입사면에 있게 된다. 기억 매체는 분산된 n-비닐카버졸을 갖는 아이소보닐 애크러레이트-폴리테트라하이드로푸란 다이우레탄 다이애크러레이트 매트릭스의 포토폴리머를 포함한다(미국 특허 번호 08/698511 및 08/698143). 특히, 전체 애크러레이트에 대한 n-비닐카보졸의 몰 퍼센트는 약 20％ 이다. 포토폴리머는 상술한 미국 특허 출원 Method for Fabricating a Multilayer Optical Article and a System Having a Multilayer Optical Article에 공개된 방법에 따라, 그 외부 표면에 비반사 코팅을 갖는 두 개의 1mm 두께의 유리 기판사이에 위치되며, 제조중에 대략 90％ 프리큐어된다. 제조이후 간섭성 기억 전에, 분극 분석기에 의한 시험시 매체에는 상당한 복굴절(실례로, 〉5°)은 없었다.
1mW 에서의 신호 빔 및 79mW 에서의 기준 빔은 3초 동안 기억 매체에 교차되어, 약 2mm2영역을 덮고있는 랜덤 정보으 홀로그램을 형성한다. 빔들 사이의 전체 각은 약 70°이 되며, 이러한 각은 기억 매체 면에 수직인 라인으로 양분된다. 샘플은 약 5 초 동안 약 560 nm 의 파장에서 가시 머큐리 램프에의해 큐어링된다.
대상 빔이 차단될 때, 기억 매체로부터 발산되는 재구성 빔의 세기는 0.2 mW 가 된다. 렌즈(34)는 퓨리에 변환하여 재구성 영상을 센서(16)에 투영한다.(공간 광 변조기와 센서 사이의 거리는 두 렌즈(30 및 34)의 초점 거리의 네배가 된다.) 532 nm 파장에 대한 반파 플레이트는 기준 빔과 기억 매체 사이에 위치된다. 반파 플레이트는 재구성 빔의 세기를 증가하기 위한 시도로 회전된다. 입사면에서 대략 20°의 분극 회전에서, 재구성 빔의 에너지는 바람직하게 높게 되고, 반파 플레이트로부터 발산하는 기준 빔의 세기는 71 mW 가 되며, 기억 매체로부터 발산하는 재구성 빔의 세기는 0.4 mW 가 된다.
따라서, 반파 플레이트의 사용을 통한 재구성 기준 빔의 분극의 회전은 2곱의 회절 효율 증가를 달성시킨다.
예 2
예 1과 동일한 방법을 사용하여, 위상 보정 멀티플렉스(상술된 미국 특허 번호 08/435,705에 기술된 바와 같이)에 유용한 기준 빔에 대한 처리가 평가되었다. 기준 빔은 변형 평면에 위치된 차단 필터를 갖는 기억 매체상에 4f 영상화된 2진 (0,π/2) 랜덤 위상 마스크의 평면파 조사에 의해 발생되었으며, 그에 따라, 필터는 빔의 전체 0번째 순서를 제거한다. 회절 효율의 대략 두곱의 증가는 약 20°재구성 기준 빔의 분극을 회전할 때 발견되었다.
당업자에게는 본 발명의 다른 실시예들도 공개된 본 발명의 명세서 및 실례로부터 명백하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 홀로그래픽 시스템에서 밝혀진 문제에 대한 인식과 그에 대한 해결책으로 구성된다. 일부 홀로그래픽 기억 매체, 특히 두 기판 사이에 위치된 포토폴리머로 형성된 기억 매체는 내부 압력을 격게 된다. 이들 압력은 매체 물질들중 한 물질의 축소에 의하거나 다른 물리적 요인에 의해 야기될 수 있다. 매체에 정보를 기억하는 동안에 기억 처리에 의해 야기된 매체의 변화와 함께 이들 압력들은 때때로 기억 매체내에 복굴절을 야기한다. 이러한 복굴절은 차례로 회절 효율을 감소시킨다. 본 발명은 회절 효율에 불리한 복굴절 효과를 감소시키는 처리를 제공한다. 본 발명의 처리에 따라, 그러한 복굴절이 유입되는 기억 매체로부터 정보를 검색하고 재구성하는데 이용되는 기준 빔이 매체에 정보를 기억하는데 이용되었던 기준 빔의 분극과는 다른 (그로부터 적어도 약 5°변화)분극을 갖는다. 재구성 동안 다른 분극을 사용하는 것은 매체에 복굴절을 보상하고, 그에 따라 회절 효율을 개선한다.

Claims (6)

  1. 홀로그래픽 시스템에 기억된 정보를 처리하는 방법에 있어서,
    기억 매체가 정보의 간섭적 기억으로 인하여 적어도 부분적으로 복굴절을 나타내게 되는, 홀로그래픽 시스템의 기억 매체에 재구성 기준 빔을 교차하는 단계를 구비하며, 재구성 기준 빔은 기억 매체의 정보 기억 동안 기억 기준 빔에 의해 나타난 분극과는 적어도 5°다른 분극을 갖는, 홀로그래픽 시스템에 기억된 정보 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 기억 매체에 정보를 기억하는 동안에, 기억 기준 빔의 분극 벡터 성분은 기억 기준 빔 및 신호 빔에 의해 규정된 평면에 존재하는, 홀로그래픽 시스템에 기억된 정보 처리 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 성분은 기억 기준 빔의 분극 벡터의 적어도 30％을 구성하는, 홀로그래픽 시스템에 기억된 정보 처리 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 기억 매체는 포토폴리머를 구비하는, 홀로그래픽 시스템에 기억된 정보 처리 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 포토폴리머는 두 기판 사이에 위치되는, 홀로그래픽 시스템에 기억된 정보 처리 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 재구성 기준 빔의 분극은 반파 플레이트, 직각파 플레이트, 복굴절 물질, 및 페러데이 로테이터로부터 선택된 것을 이용하여 변경되는, 홀로그래픽 시스템에 기억된 정보 처리 방법.
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