KR19990028317A - 멀티플렉스된 홀로그램 복사 시스템 및 방법 - Google Patents

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파이 에이취. 모크
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간 조우
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모크 파이
홀로플렉스
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Abstract

하나의 마스터 매체(100, 300, 400, 500, 600, 720)에서 다른 복제 매체(200, 310, 410, 510, 610, 730)로 멀티플렉스된 홀로그래픽 정보를 재생하는 시스템은 상기 마스터 매체내의 모든 멀티플렉스된 마스크 홀로그램으로부터 정보를 판독해내고, 상기 복제 매체로 그것을 기록한다. 이와 같은 복제는 상기 복제 및 상기 마스터가 본래의 물체와 동일한 홀로그래픽 정보를 포함하더라도 복수의 멀티플렉스된 홀로그램(420, 520)을 포함한 마스터 매체와는 다른 위상 및 진폭 분포를 갖는다.

Description

멀티플렉스된 홀로그램 복사 시스템 및 방법
정보 기술은 주로 세가지 요소: 정보 통신, 정보 처리 및 정보 저장을 포함한다. 과거에, 정보 기술은 주 정보 캐리어로써 전자에 그리고 통신, 처리 및 저장을 위한 주요 수단으로써 전자 장치에 의존하였다. 그러나, 광자와 광학 장치는 데이터 전송과 처리에서의 고속, 전자기 간섭에 민감하지 않다는 것, 그리고 대용량 병렬 처리 능력으로 인해 정보 기술과 관련된 응용분야에 그 영역이 확장되고 있다. 통신 시스템에서, 광 섬유는 국부 및 광역 통신망 및 원거리 통신에 널리 사용되고 있다.
반도체 웨이퍼 기술과 다이오드 레이저 기술에 기초한 집적된 광학 전자 장치가 광 통신 및 광 데이터 처리에 이용되고 있다. 광자 기술은 또한 화상 처리와 머신 비젼(machine vision)에서와 같은 대용량 데이터 조작을 필요로 하는 응용분야에 사용된다. 정보 기억장치에서, 광 콤팩트 디스크는 디지탈 데이터 기억장치를 위해 저비용의 고밀도 및 편의성을 제공한다.
비록 여러 가지 면에서 전자 장치보다 뛰어나지만, 광 콤팩트 디스크는 많은 응용을 위해서는 그 데이터 액세스 속도와 저장 용량에 한계가 있다. 보다 높은 밀도의 저장과 고속 데이터 액세스 능력에 대한 요구는 데이터 저장 기술에서 많은 연구와 개발을 촉진시키고 있다. 광 기억장치에서의 이와 같은 노력의 예는 콤팩트한 디스크 시스템을 위한 보다 짧은 파장의 다이오드 레이저, 보다 우수한 디지탈 데이터 압축 알고리즘, 및 다층 콤팩트 디스크 시스템을 포함한다. 그러나, 이와 같은 것에 의해 이루어진 발전은 정보 기술에서 미래의 응용분야를 위한 데이터 기억장치의 요구조건을 충족시키지 못할 것이다. CD 크기의 디스크에서 데이터의 수 천억 바이트를 저장하기 위해서는, 근본적으로 다른 접근방법을 필요로 할 것이다. 광 홀로그래피는 이와 같은 한 가지 접근 방법중 하나이다. 본 발명은 정보 기억장치용 광 디바이스의 이용 및 멀티플렉스된 홀로그램에 저장된 많은 양의 정보를 편리하고 신뢰성있게 재생하는 것에 관한 것이다.
홀로그래피에 근거한 광 메모리는 광의 진폭과 위상 형태로 정보를 저장하기 위해 코히어런트한 광의 간섭을 이용한다. 홀로그래픽 메모리는 수천억 바이트의 데이터를 저장하고, 이를 단위초당 수십억 이상의 바이트로 전송하고 100㎲미만에 랜덤하게 선택된 데이터 엘리먼트를 선택할 수 있다. 다른 메모리 기술은 이와 같은 세가지 장점 모두를 거의 제공하지 못한다.
도 1은 기술분야에 공지된 홀로그램의 형성과 재구성을 도시한다. 홀로그래픽 매체(100)는 광감 재료이다. 물체(110)은 그 정보가 홀로그램 매체(100)에 기록될 물체이다. 두 개의 상호 코히어런트한 빔이 사용되어 홀로그래픽 매체(100)에 홀로그램을 형성한다. 물체 빔(120)은 홀로그래픽 매체(100)에 있는 기준 빔(130)과 교차하도록 물체(100)에 있는 정보를 운반한다. 기준 빔(130)은 정보를 운반하지 않고 통상적으로 평면파이다. 물체 빔(120)과 기준 빔(130)의 간섭은 홀로그래픽 매체(100) 안쪽에 간섭 패턴을 형성한다. 그 세기 편차 패턴은 광감 매체(100)에 의해 기록된다. 따라서, 물체(110)의 정보를 포함하고 있는 홀로그램이 홀로그래픽 매체(100)안쪽에 형성된다. 홀로그래픽 매체(100)의 홀로그램안쪽에 있는 정보를 판독하기 위해서는, 판독 빔이 필요하다. 도 1b는 홀로그램의 재구성을 도시한다. 본래의 기준 빔(130)과 동일한 파장과 파장 벡터를 갖는 판독 빔(140)이 홀로그래픽 매체(100)에 충돌한다. 빔(140)의 상호작용과 홀로그래픽 매체(100)에 기록된 홀로그래픽 그레이팅(holographic grating)은 회절 빔(150)을 생성한다. 물체(110)의 정보를 운반하는 회절 빔은 본래 물체 빔(120)의 방향으로 전파한다. 본래의 물체(110)와 동일한 재구성된 가상 화상이, 물체(110)가 놓여 있고 회절 빔(150)에서 투시될 수 있는 장소에 나타난다. 홀로그램(100)에 있는 정보는 2차원 또는 3차원일 수 있다.
홀로그래픽 매체에 있는 정보를 판독하기 위해서는, 흔히 브래그 상태(Bragg condition)라고 하는 위상 정합 상태가 필요하다. 이 브래그 상태는 최대 회절 효율과 최적의 충실성을 갖는 홀로그래픽 정보를 판독하기 위해 판독 빔이 특정 각도로 홀로그래픽 매체(100)에 충돌할 것을 필요로 한다. 특정 홀로그램을 위한 적당한 브래그 각도와의 편차는 결국 감소된 회절 효율을 포함하여 재구성의 질을 저하시키게 된다. 그 두께가 기록된 홀로그램에 있는 간섭 프린지의 공간미만인 얇은 홀로그래픽 매체의 경우, 판독 빔의 방향에서 이와 같은 구비조건은 엄격하지 않다. 얇은 매체에서 홀로그램에 포함된 그레이팅은 2차원인 것으로 알려지고 있다. 그러나, 홀로그래픽 매체의 두께가 홀로그램에서의 프린지 공간보다 훨씬 큰 양까지 증가함에 따라, 홀로그래픽 그레이팅이 모든 방향으로 형성되고, 3차원 볼륨 홀로그래픽 그레이팅이 두꺼운 매체내에 형성된다. 특수한 홀로그램을 위판 판독 빔의 방향에서 각형 선택도는 두꺼운 매체에서 보다 민감하게 된다. 두꺼운 홀로그래픽 매체의 브래그 상태는 홀로그래픽 매체에서 동일한 볼륨으로 복수의 화상을 기록하는 것을 가능하게 한다. 특수한 홀로그래픽 정보를 검색하는 것은, 적당한 브래그 각도로 판독 빔을 홀로그래픽 그레이팅에 조사함으로써 달성된다.
매체에 복수의 화상을 기록하기 위해 두꺼운 홀로그램의 각형 선택도를 이용하는 상기 방법을 각형 멀티플렉싱(angular multiplexing)이라고 한다. 두꺼운 홀로그래픽 매체의 정보 저장 용량을 증가시키기 위해 다른 많은 멀티플렉싱 기술이 이용될 수 있다. 입사 기준 빔의 각도를 변경시키는 것에 기초한 멀티플렉싱 기법은 프렉털(fractal) 멀티플렉싱 및 패리스트로픽 멀티플렉싱(peristrohpic multiplexing)을 포함한다. 다른 멀티플렉싱 방법의 예는 쉬프트 멀티플렉싱, 위상-코드 멀티플렉싱 및 파장 멀티플렉싱을 포함한다. 상기 멀티플렉싱 기법중 임의의 하나 또는 그 조합이 사용될 수 있다. 고려중인 홀로그래픽 매체의 성질과 특정 응용을 위한 특수한 구비조건에 따라 멀티플렉싱 방법을 선택한다. 설명의 편의상, 상술된 멀티플렉싱 방법중 임의의 하나 및 그 조합을 포함하는 다른 유사한 멀티플렉싱 방법을 본 명세서에서는 "볼륨 멀티플렉싱(volume multiplexing)" 또는 간단히 "멀티플렉싱"이라고 한다.
홀로그램에서 저장된 정보를 검색하는데 있어서 고 충실성을 유지하기 위해서는, 홀로그래픽 매체내의 동일한 위치에 저장될 수 있는 화상의 최대 수는 제한되어 있다. 이와 같은 제한의 이유는 홀로그래픽 매체의 제한된 동적 범위이다. 보다 많은 홀로그램이 동일한 기록 볼륨을 공유함에 따라 각 홀로그램의 세기는 감소한다. 특히, 각각의 홀로그램에 의해 편향된 광의 퍼센트, 즉 홀로그래픽 그레이팅의 효율은 상기 위치에 중첩된 홀로그램의 수의 제곱에 역 비례한다. 그 판독 처리 동안 중첩된 홀로그램에 의한 크로스토크, 코히어런트한 광원의 변동, 홀로그래픽 매체의 산란, 검출기 노이즈와 같은 다른 요인이 중첩될 수 있는 홀로그램의 최대 수를 제한하는 역할을 할 수 있다.
홀로그래픽 매체의 저장 용량의 더욱 증가시키는 한 가지 방법은, 볼륨 멀티플렉싱 방법과 결합하여 공간 멀티플렉싱 기술을 이용하는 것이다. 각각의 위치가 볼륨 멀티플렉스된 홀로그램을 갖는 홀로그램 매체내의 복수의 공간적으로 분리 또는 부분적으로 중첩된 위치에 복수의 홀로그램이 기록된다. 이와 같은 이중의 멀티플렉스된 홀로그래픽 메모리 시스템은 다른 많은 비-홀로그래픽 기술에 의해서는 달성될 수 없는 높은 저장 용량을 달성할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 발명자들은 10,000 데이터 페이지가 총 160,000 홀로그램의 경우 16 위치 각각에 저장되어 있는 시스템을 증명하였다.
광 볼륨 홀로그래픽 기억장치의 장점중 한가지는 비기계적 수단에 의한 신속한 램덤 액세스이다. 예를 들어, 고체에서 고주파수 음향파는 수십 ㎲로 데이터의 선택된 페이지를 선택하고 판독해내기 위해 기준 광 빔을 편향시키는데 사용된다. 이는 오늘날의 광학 및 자기 디스크에서 기계적 판독 헤드에 전형적인 수십 ㎳의 액세스 시간보다 훨씬 빠르다. 확실히, 광 볼륨 홀로그래픽 메모리는 기억 용량 및 랜덤 액세스 시간의 면에서 다른 메모리 기술에 비해 장점을 갖는다. 그러나, 콤팩트 디스크 기술과 자기 메모리의 한가지 중요한 장점은 매우 싼 비용으로 임의의 복잡한 시스템의 필요없이 정보가 복사될 수 있다는 것이다. 예를 들어, CR-ROM과 콤팩트 오디오 디스크는 주입 몰딩에 의해 제조될 수 있어, 재상하는 것이 값이 싸다. 이와 대조적으로, 복사 멀티플렉스된 홀로그램은 흔히 복잡한 광 시스템을 필요로 하고, 재생처리 동안 정확한 위상과 진폭 정보의 보존하기 위해 주의하여야 한다.
이와 같은 한 가지 홀로그래픽 복사 시스템은 Optics Letters에서 데이비드 브래디와 공동 저자에 의한 논문 "주기적으로 리프레쉬된 다중 노출 광회절 홀로그램"(1990, Vol. 15, pp. 817)에 기술되어 있다. 이 시스템은 하나의 마스터 매체에서 복제 매체로 하나씩 광학적으로 각형 멀티플렉스된 홀로그램을 복사한다. 복잡한 4f 광학 시스템으로, 마스터 매체를 기록하는데 정확한 상태가 복제 시스템에 재생성된다.
이와 같은 다른 시스템은 미국특허 제5,339,177호에 개시되어 있다. 상기 '177 미국특허의 도 7과 8에 도시된 바와 같이, 마스터와 복제 홀로그래픽 매체는 극히 복잡한 화상 시스템의 공액 화상 평면에 놓인다. 이 화상 시스템의 목적은마스터 매체의 기록시 기록 빔 모두, 즉 대물 빔과 기준 빔의 정확한 진폭과 위상 분포를 보존하고 이것을 복제 홀로그램을 기록하는데 있어 빔을 복제하도록 중계하는 것이다. 이와 같이, 복제 홀로그램은 위상 정보와 진폭 정보 모두에서 본래의 마스터 매체와 동일하다.
상기 두 개의 홀로그래픽 복사 시스템의 단점중 하나는, 복사될 수 있는 최대 정보의 양이 화상 광학 시스템의 공간 대역폭 제품에 한정된다는 것이다. 또한, 이와 같은 홀로그램 복사 시스템은 광학 정렬에 민감하고, 따라서 그 성능 안정성이 문제가 된다. 또한 이와 같은 복사 시스템의 성능의 감소는 복잡한 광학 화상 시스템에서 복수의 광학 소자들을 이용하는 것에 기인한다. 화상 시스템에서 각 광학 소자로부터의 에러는 홀로그램 복사 시스템에 존재하는 전체적인 에러에 부수적으로 기여한다. 결국, 이들 시스템의 실용성이 제한된다.
이전에 서술된 시스템에서 상기 문제를 감안하여, 본 발명은 향상된 성능, 간단한 광학 셋업 및 저비용을 갖는 멀티플렉스된 볼륨 홀로그램을 위한 홀로그램 복사 시스템 및 방법을 개시한다. 본 발명의 발명자들은 홀로그램 복사 시스템에서 광학 셋업의 단순성의 중요성을 인식하였다. 본 발명자들은 특히 복제 홀로그램은 내부에 있는 본래 물체의 화상 및 정보를 충실히 재생하여야 한다는 것과, 복제 홀로그램은 본래의 홀로그램과 동일한 위상과 진폭 정보를 포함하여야 한다는 것을 인식하였다. 본 발명자들은 각각의 홀로그래픽 공간 유닛이 복수의 볼륨 멀티플렉스된 홀로그램을 갖는 동시에 복사하는 공간적으로 멀티플렉스된 홀로그램의 능력의 중요성을 인식하였다.
그 간단한 형태로, 본 발명은 마스터 매체를 복제 매체로 복제하기 위해 단지 하나의 코히어런트한 판독 빔을 이용한다. 복제를 위한 이 빔은 파장, 파장 벡터, 및 위상 값과 같은 빔 파라메타의 면에서 마스트 매체를 생성하는데 사용된 본래의 기준 빔과 실질적으로 동일하다. 판독 빔의 전송된 빔은 영역에서 마스터 매체로부터의 회절 빔과 중첩하고 간섭할 것이고, 복제 홀로그램은 내부에 놓인 복제된 매체로 형성된다.
본 발명에서, 마스터 매체는 볼륨 멀티플렉스된 홀로그램을 가지며, 하나의 판독 빔 또는 복수의 상호 코히어런트하지만 재구성 및 따라서 마스터 매체를 복제 매체로 복제하기 위한 브래그 위상 정합 상태를 충족시키는 개별적으로 코히어런트한 판독 빔을 필요로 한다. 볼륨 멀티플렉스된 홀로그램을 재구성하는데 있어, 동일한 위치에서 중첩된 그레이팅 간의 크로스토크를 없애기 위해서는 상호 코히어런트한 빔들이 필요하다.
본 발명에서 충실한 복제를 위해, 복제 판독 빔 또는 판독 빔들은 본래의 홀로그램과, 복제 홀로그래픽 매체에서 회절된 물체 빔 전체를 커버하기에 충분한 크기인 직경을 가져야 한다. 이는 또한 본 발명이 인용된 종래기술의 시스템에 가능하지 않은 복수의 홀로그램을 동시에 복사할 수 있게 한다. 따라서, 요구되는 판독 빔이 폭을 제한하고 따라서 레이저 원에 대한 전력 구비조건을 감소시키기 위해 복제 홀로그래픽 매체를 본래의 마스터 매체에 근접하여 놓는 것이 바람직하다. 마스터 매체에 근접하여 복제 매체를 위치시는 다른 장점은 단순화된 시스템 및 보다 신뢰성이 있는 성능이다.
본 발명에 따르면, 복제 홀로그램의 진폭과 위상 분포는, 본래 물체 빔의 다른 슬라이드를 포획하기 때문에 마스터 매체의 그것과는 다르다. 마스터 매체의 정확한 복사가 복제 매체에 복제되는 종래 기술의 복제 시스템에서와는 달리, 본 발명은 본래 마스터 매체를 재생하는데 사용된 물체의 동일한 화상을 형성하는데 필요한 마스터 매체로부터 정보를 복제한다. 따라서, 본 발명은 멀티플렉스된 홀로그램을 위해 종래 기술의 복사 시스템에 필요한 복잡하고 많은 소자의 정확한 화상 시스템을 필요로 하지 않는다. 본 발명에서 훨씬 간단한 셋업은 시스템의 신뢰성과 견고성을 크게 향상시키고, 비용을 감소시킨다. 특히, 본 발명은 화상 시스템의 제한된 공간 대역폭 제품으로 인해 종래 기술의 시스템에서 달성하기 힘들었던 많은 정보량을 복제할 수 있다.
또한, 마스터 매체와 복제 매체 간의 간격은, 전송 모드를 이용하여 본 발명의 바람직한 실시예에서 홀로그램의 홀로그래픽 정보를 충실히 복사하는데 중요한 반면에 멀티플렉스된 홀로그램을 위한 종래 기술의 복사 시스템은 이와 같은 간격에 극히 민감하다.
상기 및 본 발명의 다른 장점 및 특징은 도면을 참조하여 설명될 것이다.
본 발명은 광 기억장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 멀티플렉스된 볼륨 홀로그래피(multiplexed volume holography)에 근거한 고밀도 및 고속 광 메모리용 복사 시스템에 관한 것이다.
도 1은 마스터 기록 매체 상에 기록하고 그로부터 판독해내기 위한 기본적인 시스템도.
도 2는 단일 빔 기록의 경우 본 발명에 사용된 단일 복사 시스템의 레이아웃도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예를 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 제2 실시예를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 제3 실시예를 도시하는 도면.
도 6은 본 발명의 제4 실시예를 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 변형을 도시하는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 복수의 홀로그램을 복사하기 위한 기본 구성 블록을 도시한다. 마스터 매체(100)가 도 1a에 도시된 바와 같이 기록된다. 도 1a의 본래 기준 빔(130)에 실질적을 유사한 복제 판독 빔(210)은 마스터 매체(100)를 복제 매체(200)로 복제하는데 사용된다. 복제 매체(200)는 바람직하게 그들 간의 간격이 본 발명의 구현에 중요하지 않더라도 마스터 매체(100)에 근접하여 배치된다. 빔(210)과 마스터 매체(100)의 상호작용은 도 1a에서 마스터 홀로그램(100)의 우측에 본래의 물체 빔(120)에 실질적으로 동일한 회절 빔(230)을 발생한다. 도 1a의 본래의 물체(110)에 동일한 가상 화상(240)이 마스터 매체의 기록시 본래 물체(110)가 놓이는 동일한 위치에 놓인다. 일부의 복제 판독 빔(210)은 전송된 빔(220)으로써 마스터 매체(100)를 통과한다. 전송된 빔(220)과 회절 빔(230) 간의 간섭은 상호 두 개의 빔들이 겹치는 영역에 간섭 광 필드를 형성한다. 감광 젤로 만들어진 복제 매체(200)는 간섭 패턴을 포획하고, 따라서 마스터 매체(100)의 복사가 달성된다.
사이 복사 방법 및 시스템의 한 가지 두드러진 특징은 그 단순함이다. 어떠한 복잡하고 다수 소자의 화상 시스템도 필요하지 않다. 복제 매체(200)의 일부는, 판독 빔(210)이 마스터 매체(220)와 복제 매체(200)에서의 본래의 홀로그래픽 그레이팅을 포괄하기에 충분히 넓은 한 유연성이 있다. 마스터 매체(100)와 복제 매체(200) 간에 어떠한 화상 광학 장치도 놓이지 않기 때문에 시스템의 공간 대역 곱은 크다. 특히, 복제 매체(200)에 기록된 홀로그래픽 그레이팅은 비록 두 개가 본래 물체(110)의 동일한 정보를 포함하더라도 마스터 매체(100)에 포함된 홀로그래픽 그레이팅과는 위상과 진폭 분포가 다르다. 따라서, 본 발명은 마스터 홀로그램의 위상과 진폭을 정확히 복사하지 않고 마스터 홀로그램에 홀로그래픽 정보를 복제한다.
본 발명은 시스템의 큰 공간 대역 곱으로 인해 넓은 단면적의 판독 빔으로써 마스터 매체에 있는 복수의 공간적으로 멀티플렉스된 홀로그램을 복제 매체로 복사할 수 있다. 기억 용량을 더욱 증가시키기 위해, 그 각각의 공간 유닛은 복수의 볼륨 멀티플렉스된 홀로그램을 포함한다. 이는 각각의 본래의 홀로그램을 생성하는데 사용된 대응하는 기준 빔에 실질적으로 동일한 복수의 복제 판독 빔을 필요로 한다. 본 발명의 한 가지 독특한 특징은 공간적으로 멀티플렉스되고 볼륨 멀티플렉스된 많은 양의 홀로그램을 동시에 복사할 수 있는 능력이다.
본 발명의 발명자들은 원형 복사 시스템으로 본 발명을 성공적으로 증명하였다. 본 발명의 하부 원리를 보다 잘 이해하기 위해서, 발명자들은 평면파의 조합으로 구성된 기준 빔으로 기록된 볼륨 멀티플렉스된 홀로그램의 임의의 집합이 본 발명에 개시된 다양한 기술을 이용하여 충실히 복제될 수 있다는 것을 증명하기 위해 본 발명의 이론적 설명을 선결조건으로 하고 있다. 가설의 증명은 실시예 및 본 발명의 그 결과에 국한되어서는 안된다. 가설의 세부적인 내용은 다음과 같이 설명된다.
M 물체 빔의 간섭 패턴, Sj(여기서, j=1, …, M 및 기준 빔)는 홀로그래픽 매체에 있는 각 위치 내의 N 마스터 홀로그램에 기록된다고 가정한다. j-번째 간섭 패턴은 다음 수학식 1식에 비례한다.
여기서, Rj는 유닛 진폭 평면파이고, Ci,j는 복소수 상수이다.
본 발명에서 마스터 홀로그램은 임의의 물체 빔으로 기록될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따르면, 공간적을 중첩된 홀로그램 간의 크로스토크를 최소화하기 위해 N평면 기준 빔 간의 관계에 대한 한가지 조건이 존재한다. N평면파의 각각은, 만일 Ri(i≠j)와는 다른 j-번째 기준 빔 Rj이 그 재구성을 위해 사용되면, 대응하는 i-번째 기준 빔 Ri에 의해 기록된 i-번째 홀로그램의 회절 효율이 그 최적의 회절 효율보다 실질적으로 작은 선정된 작은 임계값 미만이도록 선정된다. 더욱이, Rm및 Rn은 만일 M=n이면 동일한 공간 및 시간 특성을 갖는다.
수학식 1에 포함된 대응하는 홀로그램은 다음 수학식 2와 같이 표현될 수 있다 .
여기서, aj는 홀로그램의 진폭이다. 모든 M 홀로그램이 멀티플렉싱에 의해 기록된 후, 각 위치내에 있는 홀로그램의 집합은 다음 수학식 3과 같다.
본 발명에서 복제 처리 동안, 홀로그램 매체는 상호에 대해 상호 인코히어런트한 N평면파의 집합에 의해 조사된다. 이는 다음 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.
여기서, Un는 복소수 상수이다. 두 개의 파 Rm및 Rn의 상호 코히어런트 조건은 다음 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.
여기서, 시간 상수 T는 2π/(ωn-ωm)보다 훨씬 크다. 홀로그램의 재구성 빔은 다음 수학식 6과 같이 주어진다.
이는 다음 수학식 7과 같이 다시 쓰여질 수 있다.
수학식 7에 있는 두 번째 항은 브래그-비정합 평면파 Rn에 의한 그레이팅 SjRi*의 재구성이고, 따라서 대응하는 신호는 반드시 제로이다. 수학식 7에 있는 첫 번째 항은 브래그 조건을 만족하는 재구성 신호를 나타낸다. Ri가 단위 진폭을 갖기 때문에, 재구성 신호는 다음 수학식 8과 같다.
본래 홀로그램으로부터 약간 벗어나 위치된 제2 복제 홀로그래픽 매체에서, 재구성된 신호는 다음 수학식 9와 같이 표현될 수 있다.
여기서, 인수 D(Sj)는 본래의 홀로그램에서 복제 매체까지 빔이 주행함에 따라 위상 변화와 프레넬 회절을 포함한 전파 효과를 나타낸다. D(Sj)와 Sj는 진폭과 위상 분표 모두에서 상호 다르다. 전송된 기준 빔은 다음 수학식 10과 같이 표현된다.
여기서, Tn는 본래 매체의 전송 계수이고, ψn는 파장 전파로 인한 위상 변화이다.
수학식 9에서 재구성된 신호 빔에 의해 형성된 간섭 패턴과 복제 홀로그래픽 매체에서 수학식 10에서 전송된 기준 빔은 다음 식 11과 같다.
복제 매체는 간섭 패턴을 기록하고, 대응하는 홀로그램은 다음 수학식 12에 비례한다.
exp(-jωnt)exp(-jψn)
여기서 본 발명자들은 본래의 매체에 있는 홀로그램이 공통 볼륨을 공유하기 때문에 모든 평면파에 대해 Tn=T는 일정하다고 가정하였다.
수학식 12에 포함된 기록된 홀로그램은 수학식 12에서 n≠i를 갖는 항으로부터 시간에 따른 평균 분포가 제로가 되기 때문에 다음과 같이 표현될 수 있다.
수학식 13은 적당한 판독 빔에 의한 조사하에 본래 물체의 화상을 재구성할 수 있는 홀로그램을 나타낸다. ui가 단위 복소수인 특수한 경우, 수학식 13은 본래 물체가 존재하면 복사 매체에서의 기록을 표시한다. 수학식 3에서 본래 홀로그램과 비교하여, 수학식 13에서의 복제 홀로그램은 위상과 진폭 분포 모두에서의 본래 홀로그램과는 다르다. 그 적당한 다른 암시는, 본래 홀로그램에 대한 복제 매체의 정확한 위치는 중요하지 않으며, 다른 위치는 다른 진폭 분포 D(Sj)와 위상 ψi를 유입한다는 것이다.
상기 이론적인 모델은 본 발명의 동작 원리를 설명한다. 평면파의 조합으로 기록된 임의의 홀로그램이 본 발명을 이용하여 복사될 수 있다는 것을 도시한다. 특히, 본 발명은 복사 판독 빔이 역시 평면파이고 본래 기준 빔(즉, 각형 멀티플렉싱에서 그들 간의 임의의 각도 분리)과 동일한 관계를 유지한다면 평면 기준파로 기록된 멀티플렉스된 마스터 홀로그램의 충실한 복제를 가능하게 한다. 만일 본래의 기준 빔이 크로스토크 효과를 최소화시키기 위해 상호에 대해 관계를 가지면, 본 발명을 이용한 복제된 홀로그램도 역시 최소화된 크로스토크 효과를 가질 것이다. 그렇지 않으면, 마스터 홀로그램에 있는 크로스토크도 역시 본 발명에서 복제된 홀로그램에 복사될 것이다. 더욱이, 본 발명에서 복사된 홀로그램은 본래와는 다르지만 그 홀로그래픽 정보는 동일하게 복제되는 것을 나타낸다.
도 3은 볼륨 멀티플렉스된 홀로그램을 복제하기 위한 본 발명의 제1 실시예를 도시한다. 마스터 매체(300)는 복수의 볼륨 멀티플렉스된 홀로그램을 포함한다. 볼륨 멀티플렉싱 기술은 각형 멀티플렉싱, 프렉털 멀티플렉싱, 패리스트로픽 멀티플렉싱, 쉬프트 멀티플렉싱, 위상-코드 멀티플렉싱, 파장 멀티플렉싱, 및 임의의 그 조합을 포함한 그룹으로부터 선택된 임의의 하나일 수 있다. 이들 멀티플렉싱 기술들의 세부 설명은 다음 인용참증에 제시되어 있다.
각형 멀티플렉싱, F. H. Mok, M.C. Tackitt, 및 H. M. Stoll, "Storage of 500 high-resolution holograms in a LiNbO3 crystal," Optics Letters, Vol. 16, pp. 605, 1991;
Phase-code multiplexing, Y. Taketomi, J. Ford, H. Sasaki, J. Ma, Y. Faniman, 및 S. H. Lee, "Multimode operations of a holographic memory using otthogonal phase codes," in Technical Digest on Photorefractive Materials, Effects, and Devices, 1991 (Optical Society of America, Washington, D. C., 1991), Vol. 14, pp 126-129;
Wavelength multiplexing, G. A. Rakuljic, V. Leyva, 및 A. Yariv, "Optical data storage by using orthogonal wavelength-multiplexed volume holograms," Optics Letters, Vol. 17, pp. 1471, 1992;
Fractal multiplexing, F. H. Mol, "Angle-multiplexed storage of 5000 Holograms in lithium niobate", Optics Letters, Vol. 18(11), pp. 915-917, 1993;
Shift multiplexing, D. Psaltis, M. Levene, A. Pu, G. Barbastathis, 및 K. Curtis, "Holographic storage using shift multiplexing", Optics Letters, Vol. 20(7), pp. 1, 1995; 및
Peristrophic multiplexing, K. Curtis, A. Pu, 및 D. Psaltis, "Method for holographic storage using peristrophic multiplexing", Optics Letters, Vol. 19(13), pp. 993-994, 1994.
마스터 매체(300)에서, 물체 데이터 입력 모듈(302)은 서로 다른 기준 빔에 따라 물체 화상을 갱신하는데 사용된다. 두 개의 기준 빔(306 및 308)이 마스터 매체(300)를 기록하는데 상요된 복수의 기준 빔을 표현하기 위해 도 3a에 도시되어 있다. 마스터 매체(300)를 기록하거나 또는 복제(310)를 복사하기 위한 광 빔은 하나의 레이저 또는 다이오드 레이저, 레이저 다이오드 어레이, 및 다이오드-펌프 다이오드 레이저를 포함한 복수의 레이저에 의해 발생된다. 물체 입력 모듈(302)은 실제 물체 또는 공간 광 변조기일 수 있다.
제 1 홀로그램은 다음과 같이 기록된다. 물체 모듈(302)은 물체 빔(304)을 거쳐 제 1 물체 화상을 입력한다. 기록하는 위상-코드 멀티플렉스된 홀로그램을 제외한 다른 모든 기준 빔의 부재시, 물체 빔(304)에 코히어런트한 제 1 기준 빔(306)은 마스터 기록 매체(300)로 향한다. 마스터 매체(300)는 제 1 물체 화상과 제 1 기준 빔(306)이 인가된 물체 빔(304)의 간섭 패턴을 포획한다. 물체 모듈(302)은 물체 빔(304) 상에 인가된 제 2 물체 화상으로 제 1 물체 화상을 복제한다.
볼륨 멀티플렉싱 (즉, 입사각, 파장 등)의 면에서 제 1 기준 빔(306)과는 다른 관계를 갖는 제 2 기준 빔(308)은 임의의 다른 기준 빔의 존재없이 마스터 기록 매체(300)로 향한다. 각형으로 멀티플렉스된 홀로그램의 기록시, 예를 들어, 제 2 기준 빔(308)은 제 2 기준 빔(308)에 대해 제 1 홀로그램의 회절 효율이 실질적으로 감소되고 선정된 작은 임계값 미만인 각도록 입사한다. 파장 멀티플렉싱에서, 제 2 기준 빔(308)은 제 1 홀로그램 그레이팅으로부터 제 2 기준 빔(308)의 회절 효율이 실질적으로 감소되고 선정된 작은 임계값미만인 제 1 기준 빔(306)으로부터의 회절 효율이다. 따라서 제 2 물체의 홀로그램은 동일한 기록 볼륨으로 기록되거나 또는 제 1 홀로그램과 중첩된다. 따라서, 각각의 멀티플렉스된 홀로그램은 해당 멀티플렉스된 홀로그램에 독특한 특성을 갖는 기준 빔과 연관되어 있다. 상기 기록 절차는, 모든 볼륨 멀티플렉스된 홀로그램이 마스터 기록 매체내에 동일한 볼륨에 중첩될 때가지 반복된다. 다음에 마스터 매체(300)의 기록이 완료된다.
위상-코드 멀티플렉스된 마스터 홀로그램에서, 각각의 멀티플렉스된 홀로그램은 복수의 기준 빔으로 기록된다. 모든 기준 빔 세트의 위상-코드는 기록에 사용된 다른 세트에 대각선이다.
도 3b는 복제 처리를 도시한다. 샘플 스테이지(320)는 마스터 매체(300)를 보유하고, 복제 매체(310)는 함께 닫아 기록 처리 동안 매체의 기계적 안정성을 확실히 한다. 본래의 기록 기준 빔에 대응하는 복수의 복제 판독 빔은 마스터 매체(300)를 복제 매체(310)로 복제하는데 사용된다. 두 개의 복제 판독 빔(316과 318)이 예로서 도시되어 있다. 복제 판독 빔들은 충실한 복사를 위해 모든 복제 매체(310)를 커버하기 위해 보다 큰 단면적을 갖는다는 것을 제외하고는 그 대응하는 기록 기준 빔과 실질적으로 동일하다. 특히, 복제 판독 빔들은 본래 기준 기록 빔들 간의 상대적 관계를 유지한다. 따라서, 각각의 복제 판독 빔은 마스터 매체(300)에 저장된 멀티플렉스된 홀로그램의 하나와 독특하게 연관된 특성을 처리한다. 이와 같은 빔 특성은 주파수, 파형 벡터, 상대적 위상, 및 복제 빔의 다른 파라메타 또는 그 임의의 다른 조합일 수 있다. 예를 들어, 복제 판독 빔에서 이와 같은 한 가지 특성은 특히 각형으로 멀티플렉스된 홀로그램과 연관된 입사각일 수 있다. 다른 예에서, 복제 판독 빔의 파장은 특정 파장으로 멀티플렉스된 홀로그램과 독특하게 연관된 이와 같은 한 가지 빔 특성일 수 있다. 특히, 복제 판독 빔의 파장 벡터와 파장이 각형으로 멀티플렉스된 마스터 홀로그램을 만드는데 있어 그 대응하는 기록 기준 빔과 동일하기 때문에 각형 멀티플렉스된 홀로그램에 대해, 브래그 위상 정합 상태가 충족된다.
상술된 바와 같이, 복제 매체(310)는 바람직하게 복제를 위해 마스터 매체(300)에 근접한다. 마스터 매체(300)와 복제 매체(310) 간의 작은 공간을 유지하고 샘플 보유 스테이지(320)와 결합하여 기계적 안정성을 보장하기 위한 선택적 스페이서(322)가 도 3b에 도시되어 있다. 더욱이, 복제 매체(310)는 선택적 스페이서(322)없이 샘플 스테이지 상의 마스터 매체(300)에 대해 보유될 수 있다.
복제 홀로그램은 복제 판독 빔(316, 318 등)에 대해 동시에 노출되지 않은 홀로그래픽 매체(310)을 노출시킴으로써 만들어진다. 회절 빔과 전송된 빔 간의 간섭 패턴이 기록되어 더욱 처리된다.
특히, 멀티플렉스된 마스터 홀로그램이 기록되는 정확한 순서는 본 발명에 기술된 복제 처리가 관련되어 있는 한 중요하지 않다. 본 발명의 홀로그램 복제 시스템과 방법은 평면 기준 기록 빔 간의 관계가 복제 빔에서 보존되기 때문에 임의의 멀티플렉싱 기술에 의해서 마스터 매체에 기록된 멀티플렉스된 홀로그램 세트와 잘 동작할 것이다.
상술된 바와 같이, 본 발명의 동일한 장점은 많은 홀로그래픽 정보를 동시에 복제하는 능력, 볼륨 홀로그램의 공간 및 볼륨의 능력, 간단한 광학 시스템, 및 용이한 조작을 포함한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 사용된 전송 복사 스킴은 마스터 매체(300)와 복제 매체(310) 간의 공간과 진동에 상대적으로 민감하지 않다. 복제 판독 빔(316, 318) 등에 유입된 임의의 위상 변화가 재구성 회절 빔의 위상으로 자동으로 전송된다. 결국, 복제 매체(310)에서 기록 빔들 간의 위상 회절은 일정하게 유지된다.
도 4는 공간적으로 멀티플렉스된 홀로그램을 복제하기 위한 본 발명에 따른 제2 실시예를 도시한다. 마스터 홀로그래픽 매체(400)는 두 개의 인접하는 유닛이 상호 부분적으로 중첩하지 않거나 중첩하는 복수의 공간 유닛을 포함한다. 각각의 공간 유닛은 물체 화상의 홀로그래픽 정보를 포함한 홀로그램으로 기록된다. 마스터(400)에 있는 모든 홀로그램은 파장, 파장 벡터 및 상대적 위상과 같은 동일한 빔 특성을 갖는 기준 기록 빔으로 기록된다. 마스터 매체(400)를 복제하는데 있어, 노출되지 않은 복제 홀로그래픽 매체(410)가 샘플 스테이지(320) 상에 놓인다. 복제 매체(410)는 바람직하게 복제를 위해 마스터 매체(400)에 근접한다. 마스터 매체(400)와 복제 매체(410) 간에 작은 공간을 유지하고 기계적 안정성을 보장하기 위한 선택적 스페이서(322)가 도 4에 도시되어 있다. 더욱이, 복제 매체(410)는 선택적 스페이서(322)없이 샘플 스테이지(320) 상의 마스터 매체(400)에 대해 유지될 수 있다.
파장, 파장 벡터, 및 상대적 위상과 같이 빔 특성에서 본래의 기준 빔에 실질적으로 동일한 복제 판독 빔(402)이 복제를 위해 사용된다. 그러나, 복제 판독 빔(402)은 마스터 매체(400)에서 모든 공간 홀로그래픽 유닛 및 회절 빔과 전송된 빔(403)에 의해 조사된 복제 매체(400)를 조사하는 본래의 기준 빔의 그것보다 넓은 단면을 갖는다. 이는 복제 매체(410)에서의 복사된 홀로그램이 마스터 매체(400)에 대해 높은 충실도를 갖는 것을 보장한다.
전송된 복제 빔(403)과, 각각의 공간 홀로그래픽 유닛(즉, 유닛(420))으로부터의 복수의 회절 빔(즉, 빔(421)) 간의 복수의 간섭 패턴이 복제 매체(410)에 동시에 기록된다. 복제 매체(410)에서 복제된 홀로그램의 위상과 진폭 분포는 마스터 매체(400)에서의 마스터 홀로그램과는 다르지만, 모두 본래 물체의 동일한 정보를 포함한다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예를 도시한다. 마스터 매체(500)는 두 개의 인접하는 유닛이 상호 부분적으로 중첩하거나 중첩하지 않는 복수의 공간 유닛을 포함한다. 각각의 공간 유닛은 볼륨 멀티플렉싱 기술 및 임의의 그 조합을 이용하여 복수의 홀로그램으로 기록된다. P 공간 유닛이 존재하고 각각의 유닛은 Q 볼륨 멀티플렉스된 홀로그램을 갖는다고 가정한다. 저장된 홀로그램의 총 수는 PQ로 주어진다. 본 발명에 사용된 이와 같은 "이중 멀티플렉싱"은 홀로그래픽 메모리의 기억 용량을 크게 증가시킨다.
마스터 매체(500)에서 멀티플렉스된 마스터 홀로그램을 생성하는데 있어, PQ 화상으로부터 P 화상의 제1 세트가 인가된 P 대물 빔은 각각 마스터 홀로그래픽 매체에서 P 공간 유닛을 조시하는데 사용된다. 이와 같은 제 1 세트의 P 화상의 경우, 동일한 볼륨 멀티플렉싱 기술이 대응하는 홀로그램을 기록하는데 있어 모든 P 공간 유닛에 사용된다. 모든 P 대물 빔에 코히어런트한 기준 빔은 P 대물 빔에 의해 조사된 마스터 홀로그래픽 매체의 일부를 조사하기 위해 큰 단면적을 갖는다. 넓은 기준 기록 빔과 P 대물 빔의 간섭은 P 공간 유닛에서 P 홀로그램을 형성한다. 선택적으로, 대물 빔에 코히어런트한 좁은 기준 빔은 각각의 공간 유닛에서 마스터 홀로그램을 하나씩 기록하는데 사용될 수 있다. 따라서, P 공간 유닛에서 제 1P 홀로그램의 기록이 완료된다.
나머지 P(Q-1) 화상으로부터 P 화상의 다른 세트를 운반하는 P 대물 빔의 제2 세트는 각각 P 공간 유닛으로 전송된다. 다시, 제 2 볼륨 멀티플렉싱 기술이 각각 P 공간 유닛에 있는 P 홀로그램을 기록하도록 인가된다. 그러나, 상기 제 2 볼륨 멀티플렉싱 기술은 제 1 세트의 P 홀로그램을 내부에 기록하는데 사용된 제1 볼륨 멀티플렉싱 기술과 반드시 동일하지는 않다. 제 2 넓은 단면 기준 기록 빔은 제2 세트의 P 대물 빔과 간섭하여 P 공간 유닛에서 P 홀로그램의 제 2 세트를 형성한다. 선택적으로, 제 2 좁은 단면 기준 기록 빔은 각각의 공간 유닛에서 제 2 세트의 P 홀로그램을 하나씩 기록하는데 사용될 수 있다. 제 2 기준 기록 빔은 사용된 제 2 볼륨 멀티플렉싱 기술에 따라 제 1 기준 기록 빔과는 다른 빔 특성(즉, 파장, 파장 벡터 등)을 가질 수 있다. 나머지 P(Q-2) 화상을 기록하기 위해 상기 처리를 반복한다.
특히, 멀티플렉스된 마스터 홀로그램이 기록되는 정확한 순서는 본 발명에 기술된 복제 처리가 관련되어 있는 한 중요하지 않다. 본 발명의 홀로그램 복제 시스템 및 방법은 평면 기준 기록 빔들 간의 관계가 복제 빔에 보존되는 한 임의의 멀티플렉싱 기술에 의해 마스터 매체에 기록된 멀티플렉스된 홀로그램 세트와 잘 동작할 것이다.
마스터 매체(500)에서 상기 이중-멀티플렉스된 홀로그램의 복제를 위해, P 상호 코히어런트하지만 개별적으로 코히어런트한 복제 판독 빔이 사용된다. 레이저 다이오드, 다이오드 레이저 어레이 및 다이오드-펌프 고체 레이저를 포함하는 하나 또는 복수의 코히어런트한 광원이 사용될 수 있다. 두 개의 복제 판독 빔(530 및 540)이 예로서 도 5에 도시되어 있다. 복제 빔은 각각 본래의 기준 빔에 대해 실질적으로 동일한 빔 특성(즉, 파장과 파장 벡터)을 갖는다. 따라서, 각각의 복제 판독 빔은 마스터 매체(300)에 저장된 멀티플렉스된 홀로그램의 하나와 독특하게 연관된 특성을 처리한다. 상술된 바와 같이, 예를 들어, 복제 판독 빔에서 이와 같은 한 가지 특성은 특히 각형으로 멀티플렉스된 홀로그램과 연관된 입사각일 수 있다. 다른 예에서, 복제 판독 빔의 파장은 특히 파장 멀티플렉스된 홀로그램과 독특하게 연관된 이와 같은 한 가지 빔 특성이다. 또한, 판독 빔의 단면은 이전에 상술된 바와 같이 충실한 복제를 위해 기준 빔의 그것보다 크다.
마스터 매체(500) 및 복제 매체(510)는 샘플 스테이지(320) 상에 상호 근접하여 보유된다. 선택적 스페이서(322)가 도 5에 도시된다. 특히, 본 발명의 구현은 마스터 매체(500)와 복제 매체(510) 간의 임의의 공간을 허용한다. 특히, 마스터 매체(500)는 선택적 스페이서(322)없이 샘플 스테이지(320) 상의 복제 매체(510)에 대해 보유될 수 있다.
복제 매체(510)에서 복제된 홀로그램을 형성하는데 있어, Q 전송된 복제 판독 빔의 각각 (즉, 빔(530)으로부터의 빔(531) 또는 빔(540)으로부터의 빔(541))은Q 상호 인코히어런트한 복제 판독 빔과 마스터 매체(500)에서의 전체 PQ 홀로그래픽 그레이팅의 상호 작용으로 인한 P 회절 빔과 간섭한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 마스터 매체(500)에 있는 공간 유닛(520)은 모든 Q 복제 판독 빔(530, 540 등)과 각각 동시에 상호작용하는 Q 볼륨 멀티플렉스된 홀로그램을 포함한다. 모든 P 공간 유닛은 동시에 동일한 처리를 겪는다. 여기서 전체 PQ 홀로그램이 복제된 매체(510)에 동시에 복제될 것이다. 마스터 매체(500)와 유사하게, 복제 매체(510)는 또한 각각이 Q 볼륨 멀티플렉스된 홀로그램을 갖는 P 공간 유닛을 가질 것이다. 마스터 매체(500)와는 달리, 복제 매체(510)에 있는 복제된 홀로그램은 상술된 바와 같이 대응하는 본래의 홀로그램과는 다른 위상와 진폭 분포를 갖는다.
본 발명의 제4 실시예가 도 6에 도시된다. 마스터 매체(600)를 생성하고 복제 홀로그램(610)을 재구성하는데 있어, 동일한 푸리에 렌즈가 사용된다. 도 6a는 마스터 홀로그램의 기록 처리를 도시한다. 공간 광 변조기(SLM)(604)는 실제 물체의 화상 또는 컴퓨터 생성 패턴을 코히어런트 빔으로 인쇄하는데 사용된다. 푸리에 렌즈(602)는 SLM(608)로부터의 초점 길이와 같은 거리에 놓인다. 마스터 홀로그램을 위한 기록 매체는 초점 길이의 거리에서 렌즈(602)의 다른 쪽 상에 있다. 이와 같은 셋업에서, SLM(604) 상의 입력 화상은 푸리에 평면으로 변환되고, 여기서 마스터 기록 매체가 놓인다.
특히, SLM(604)에서 입력 화상에 의해 방출된 물체 파의 각 공간 성분은 푸리에 렌즈(602)에 의해 평면파로 변환된다. 화상에서 미세한 피쳐의 정보를 포함하는 높은 공간 주파수 성분은 프레에 렌즈(602)의 광축에 대해 큰 각을 갖는 평면파로 변환된다. 기준 빔(606)은 모든 평면 물체 빔(즉, 빔(609))과 간섭하고 대응하는 간섭 패턴이 기록된다. 추가적인 처리후, 마스터 홀로그램(600)이 얻어진다. 기준 빔(606)은 임의의 파두를 가지지만, 평면파가 바람직하다. 기준 빔(606)을 위한 평면파를 이용하여, 마스터 매체(606)에 있는 푸리에 홀로그램은 평면파 그레이팅이다. 공간 멀티플렉싱, 볼륨 멀티플렉싱 기술 또는 임의의 그 조합이 다른 바람직한 실시예에서 서술된 바와 같이 마스터 매체(600)에 복수의 화상을 저장하는데 사용된다.
특히, 멀티플렉스된 마스터 홀로그램이 기록되는 정확한 순서는 본 발명에 기술된 복제 처리가 관련되어 있는 한 중요하지 않다. 본 발명의 홀로그램 복제 시스템 및 그 방법은 평면 기준 기록 빔들 간의 관계가 복제 빔에 보존되는 한 임의이 멀티플렉싱 기술에 의해 마스터 매체에 기록된 일단의 멀티플렉스된 홀로그램과 동작할 것이다.
도 6b는 다른 실시예에 기술된 시스템과 유사한 복제 처리를 도시한다. 샘플 스테이지(320)는 마스터 매체(600)와 복제 매체(610)를 함께 근접하여 보유한다. 선택적 스페이서(322)는 매체 간의 일정한 작은 공간을 유지하는 것으로 도시되어 있다. 상술된 바와 같이, 마스터 매체(600)와 복제 매체(610) 간의 임의의 공간이 본 발명에서 허용된다. 특히, 마스터 매체(600)는 선택적 스페이서(322)없이 샘플 스테이지(320) 상에 복제 매체(610)에 대해 보유될 수 있다. 본래의 기준 빔(즉, 빔(606))에 대응하는 적어도 하나의 복제 판독 빔(즉 빔(620))이 복제를 위해 사용된다. 노출되지 않은 복제 매체(610)는 마스터 매체(600)로부터 전송된 복제 빔과 회절 빔(즉, 빔(630)) 간에 간섭 패턴을 기록한다. 마스터 매체(600)에 있는 모든 멀티플렉스된 홀로그램은 복제 매체(610)로 동시에 복제된다.
복제 홀로그램(610)에서 멀티플렉스된 홀로그램을 판독하는데 있어, 렌즈(602)와 실질적으로 동일한 푸리에 렌즈(640)가 도 6c에 도시된 바와 같이 사용된다. 복제 홀로그램(610)은 렌즈(640)의 제 1 푸리에 평면에 놓이고, 광검출기 어레이(660)는 그 제 2 푸리에 평면에 놓인다. 도 6에 도시된 바와 같이, SLM(604)의 화상 픽셀(605)은 검출기 어레이(660) 상의 적당한 픽셀(691)에서 복제 홀로그램(610)을 이용하여 재구성된다.
비록 몇 가지 실시예만이 상세히 설명되었지만, 기술 분야의 숙련자는 본 발명의 바람직한 실시예는 본 발명의 정신을 예시적으로 나타내도록 의도되었으며 결코 상술된 특정 실시예에 본 발명을 한정하도록 의도된 것이 아니라는 것을 알 것이다. 그 가르침을 벗어나지 않고 바람직한 실시예에서 많은 변형이 가능하다.
예를 들어, 본 발명은 전송 모드 대신에 반사 모드를 이용하여 멀티플렉스된 홀로그램을 복제하는데 적용될 수 있다. 복제 매체는 반사 모드에서 마스터 홀로그램과 레이저 원 간에 놓인다. 그러나, 반사 홀로그램을 위해 본 발명을 구현하는데 있어, 마스터 매체와 복제 매체 간의 공간은 임의적으로 클 수 없으며, 복제 판독 빔을 생성하는 레이저 원의 코히어런트한 길이의 절반 내에 제한된다. 이는 복제 매체에 기록될 간섭 패턴의 안정성을 보장하는 것이다.
마스터 홀로그래픽 매체에서 멀티플렉스된 홀로그램을 복제하는데 있어, 콜리메이팅 광학이 각각의 레이저 원으로부터의 레이저 빔을 평면파로 변환하는데 사용될 수 있다. 콜리메이팅 광학은 렌즈 어레이를 포함한 하나 또는 복수의 렌즈 미러, 하나 또는 복수의 굴곡된 미러, 회절 광 소자의 어레이를 포함한 하나 또는 복수의 회절 광 소자, 또는 임의의 이들 소자의 조합일 수 있다.
더욱이, 본 발명을 위한 레이저 원은 특정 응용을 위한 적당한 파장 및 빔 특성에 맞는 다양한 레이저일 수 있다. 그 콤팩트함과 사용의 편의성 및 유지보수를 위해 다이오드 레이저, 다이오드 레이저 어레이, 다이오드 펌프 광섬유를 포함한 다이오드 펌프 고체 레이저, 및 임의의 그 조합을 포함한 레이저 다이오드에 근거한 레이저 시스템이 바람직하다. 도 7은 본 발명에 근거한 다이오드 레이저를 이용한 각형 및 페리스트로픽 멀티플렉스된 홀로그램을 위한 복제 시스템의 한가지 예를 도시한다. 레이저 다이오드(즉, 레이저 다이오드(700))는 그 방출이 하나의 렌즈(710)에 의해 마스터 매체(720)에 기록된 각으로 멀티플렉스된 홀로그램의 브래그 정합 조건을 충족시키는 평면파로 콜리메이트되도록 위치된다. 레이저 다이오드의 수는 마스터 매체(710)에 있는 멀티플렉스된 홀로그램의 수와 같다. 도 7의 시스템의 변형은, 단일 콜리메이팅 렌즈(710)이 제거된다는 것이다. 대신에, 복수의 콜리메이팅 광학 소자가 레이저 다이오드(700)의 전면에 배치된다. 각각의 콜리메이팅 광학 소자는 단일 패키지에 레이저 다이오드(700)와 통합될 수 있다.
상기 및 다른 변형 및 변화는 다음 특허청구의 범위내에 포괄되도록 의도되어 있다.

Claims (31)

  1. 마스터 매체(master medium)에 기록된 멀티플렉스된 마스터 홀로그램에서 복제 감광 매체로 정보를 복사하기 위한 시스템에 있어서,
    상기 마스터 매체와 상기 복제 감광 매체를 보유하도록 동작하는 보유 구조; 및
    상기 멀티플렉스된 마스터 홀로그램중의 하나에 유일한 빔 특성을 각각 갖는 개별적으로 코히어런트하지만 상호 인코히어런트한(individually coherent but mutuallty incoherent) 복수의 복제 광 빔을 구비하되,
    상기 복제 광 빔은 상기 마스터 매체에 있는 상기 멀티플렉스된 마스터 홀로그램과 상기 복제 감광 매체 상의 기록 영역 모두를 조사하기에 충분히 넓으며,
    상기 복제 광 빔은 그로부터 회절 빔을 만들기 위해 상기 멀티플렉스된 마스터 홀로그램과 상호작용하며,
    상기 회절 광 빔은 상기 복제 감광 매체에 간섭 패턴을 만들기 위해 상기 복제 광 빔의 일부와 간섭하며,
    상기 복제 감광 매체는 상기 간섭 패턴을 내부에 기록하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 마스터 매체에 있는 상기 멀티플렉스된 마스터 홀로그램은 각형 멀티플렉싱, 프렉털(fractal) 멀티플렉싱, 페리스트로픽 멀티플렉싱(peristrophic multiplexing), 쉬프트 멀티플렉싱, 위상-코드 멀티플렉싱, 파장 멀티플렉싱, 및 그 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된 멀티플렉싱 시스템에 의해 만들어지며,
    따라서, 상기 복제 판독 빔중의 각각의 하나에 있는 상기 유일한 빔 특성은 상기 멀티플렉스된 시스템중의 하나로부터의 구성요소인 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 개별적으로 코히어런트하고 상호 인코히어런트한 복수의 복제 판독 빔은 다이오드 레이저, 또는 다이오드 레이저 어레이, 또는 다이오드-펌프 고체 레이저, 또는 그 조합을 포함한 코히어런트한 광원중 적어도 하나에 의해 만들어지는 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 마스터 매체의 근방에 놓이고 상기 코히어런트 광원과 상기 마스터 매체 간에 배치된 콜리메이팅 렌즈(collimating lens)를 더 구비하되, 상기 콜리메이팅 렌즈는 상기 코히어런트한 광원에 의해 방출된 광 빔을 콜리메이트하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 코히어런트한 광원의 각각의 하나에 콜리메이팅 광학 소자를 더 구비하되, 상기 콜리메이팅 광학 소자는 상기 코히어런트한 광원으로부터 방출된 광 빔을 콜리메이트하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 멀티플렉스된 마스터 홀로그램은 복수의 평면파 기준 기록 빔으로 복수의 물체 화상의 푸리에 변환을 간섭함으로써 기록되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 마스터 매체에 있는 상기 멀티플렉스된 마스터 홀로그램은 각형 멀티플렉싱, 프렉털 멀티플렉싱, 페리스트로픽 멀티플렉싱(peristrophic multiplexing), 쉬프트 멀티플렉싱, 위상-코드 멀티플렉싱, 파장 멀티플렉싱, 및 그 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된 멀티플렉싱 시스템에 의해 만들어지며,
    따라서, 상기 복제 판독 빔중의 각각의 하나에 있는 상기 유일한 빔 특성은 상기 멀티플렉스된 시스템중의 하나로부터의 구성요소인 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 복제 광 빔의 상기 일부는 상기 마스터 매체를 통해 전송하고 상기 복제 매체에 충돌하는 상기 복제 광 빔의 일부인 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 마스터 매체에 있는 상기 멀티플렉스된 마스터 홀로그램은 각형 멀티플렉싱, 프렉털 멀티플렉싱, 페리스트로픽 멀티플렉싱(peristrophic multiplexing), 쉬프트멀티플렉싱, 위상-코드 멀티플렉싱, 파장 멀티플렉싱, 및 그 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된 멀티플렉싱 시스템에 의해 만들어지며,
    따라서, 상기 복제 판독 빔중의 각각의 하나에 있는 상기 유일한 빔 특성은상기 멀티플렉스된 시스템중의 하나로부터의 구성요소인 것을 특징으로 하는 시스템.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 복제 광 빔은 반사식으로 상기 멀티플렉스된 마스터 홀로그램으로부터 회절하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 마스터 매체에 있는 상기 멀티플렉스된 마스터 홀로그램은 각형 멀티플렉싱, 프렉털 멀티플렉싱, 페리스트로픽 멀티플렉싱(peristrophic multiplexing), 쉬프트멀티플렉싱, 위상-코드 멀티플렉싱, 파장 멀티플렉싱, 및 그 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된 멀티플렉싱 시스템에 의해 만들어지며,
    따라서, 상기 복제 판독 빔중의 각각의 하나에 있는 상기 유일한 빔 특성은상기 멀티플렉스된 시스템중의 하나로부터의 구성요소인 것을 특징으로 하는 시스템.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 보유 구조는 상기 복제 감광 매체에 대해 상기 마스터 매체를 보유하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  13. 마스터 매체(master medium)에 기록된 공간적으로 멀티플렉스된 마스터 홀로그램들(spatially multiplexed master holograms)에서 복제 감광 매체로 정보를 복사하기 위한 시스템에 있어서,
    상기 마스터 매체와 상기 복제 감광 매체를 보유하도록 동작하는 보유 구조; 및
    기준 기록 빔에 실질적으로 동일한 코히어런트한 복제 광 빔을 구비하되,
    상기 마스터 매체의 공간 유닛에 각각 위치된 상기 공간적으로 멀티플렉스된 마스터 홀로그램들은 인접하는 공간 유닛과 중접하지 않거나 또는 부분적으로 공간 중첩하고, 각각은 상호 실질적으로 동일한 기준 기록 빔을 이용하여 기록되며,
    상기 복제 광 빔은 상기 마스터 매체의 모든 공간 유닛과 상기 복제 감광 매체 상의 기록 영역을 조사하기에 충분히 넓으며,
    상기 복제 광 빔은 그로부터 회절 광 빔을 동시에 만들기 위해 상기 공간적으로 멀티플렉스된 마스터 홀로그램의 각각의 하나와 상호작용하며,
    상기 회절 광 빔은 상기 복제 감광 매체에 간섭 패턴을 만들기 위해 상기 복제 광 빔의 일부와 간섭하며,
    상기 복제 감광 매체는 상기 간섭 패턴을 내부에 복수의 공간 유닛에 각각 기록하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 멀티플렉스된 마스터 홀로그램은 상기 마스터 매체 내의 기록 볼륨에 기록되고 공간적으로 중첩되며, 따라서 상기 복제 매체에 있는 복제된 홀로그램은 공간적으로 중첩되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 멀티플렉스된 마스터 홀로그램은 각형 멀티플렉싱, 프렉털 멀티플렉싱, 페리스트로픽 멀티플렉싱(peristrophic multiplexing), 쉬프트 멀티플렉싱, 위상-코드 멀티플렉싱, 파장 멀티플렉싱, 및 그 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된 멀티플렉싱 시스템에 의해 만들어지며,
    따라서, 상기 복제 판독 빔중의 각각의 하나에 있는 상기 유일한 빔 특성은 상기 멀티플렉스된 시스템중의 하나로부터의 구성요소인 것을 특징으로 하는 시스템.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 멀티플렉스된 마스터 홀로그램은 복수의 평면파 기준 기록 빔으로 복수의 물체 화상의 푸리에 변환을 간섭함으로써 기록되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 복제 광 빔의 상기 일부는 상기 마스터 매체를 통해 전송하고 상기 복제 매체에 충돌하는 상기 복제 광 빔의 일부인 것을 특징으로 하는 시스템.
  18. 제 15항에 있어서,
    상기 복제 광 빔은 반사식으로 상기 멀티플렉스된 마스터 홀로그램으로부터 회절하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  19. 마스터 매체(master medium)에 있는 멀티플렉스된 마스터 홀로그램(multiplexed master holograms)에서 복제 감광 매체로 정보를 복사하기 위한 시스템에 있어서,
    상기 마스터 매체와 상기 복제 감광 매체를 보유하도록 동작하는 보유 구조; 및
    상기 멀티플렉스된 마스터 홀로그램의 하나에 유일한 특성을 각각 갖는 개별적으로 코히어런트하지만 상호 인코히어런트한 복수의 복제 광 빔을 구비하되,
    상기 마스터 매체는 상기 마스터 매체에서 공간적으로 분리 또는 부분적으로 중첩된 복수의 공간 유닛을 가지며, 상기 공간 유닛 각각은 내부에 공간적으로 중첩된 복수의 멀티플렉스된 마스터 홀로그램을 가지며,
    상기 복제 광 빔은 상기 마스터 매체의 상기 모든 공간 유닛과 상기 복제 감광 매체 상의 기록 영역을 조사하기에 충분히 넓으며,
    상기 복제 광 빔은 그로부터 회절 광 빔을 만들기 위해 상기 공간 공간 유닛 각각 및 모두에 있는 상기 멀티플렉스된 마스터 홀로그램과 상호작용하며,
    상기 회절 광 빔은 상기 복제 감광 매체에 간섭 패턴을 만들기 위해 상기 복제 광 빔의 일부와 간섭하며,
    상기 복제 감광 매체는 상기 간섭 패턴을 내부에 복수의 공간 유닛에 기록하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 마스터 매체에 있는 상기 멀티플렉스된 마스터 홀로그램은 각형 멀티플렉싱, 프렉털 멀티플렉싱, 페리스트로픽 멀티플렉싱(peristrophic multiplexing), 쉬프트 멀티플렉싱, 위상-코드 멀티플렉싱, 파장 멀티플렉싱, 및 그 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된 멀티플렉싱 시스템에 의해 만들어지며,
    따라서, 상기 복제 판독 빔중의 각각의 하나에 있는 상기 유일한 빔 특성은 상기 멀티플렉스된 시스템중의 하나로부터의 구성요소인 것을 특징으로 하는 시스템.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 멀티플렉스된 마스터 홀로그램은 복수의 평면파 기준 기록 빔으로 복수의 물체 화상의 푸리에 변환을 간섭함으로써 기록되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  22. 제 20항에 있어서,
    상기 복제 광 빔의 상기 일부는 상기 마스터 매체를 통해 전송하고 상기 복제 매체에 충돌하는 상기 복제 광 빔의 일부인 것을 특징으로 하는 시스템.
  23. 제 20항에 있어서,
    상기 복제 광 빔은 반사식으로 상기 멀티플렉스된 마스터 홀로그램으로부터 회절하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  24. 제 2항에 있어서,
    상기 멀티플렉스된 마스터 홀로그램은 복수의 평면파 기준 빔으로 기록되는것을 특징으로 하는 시스템.
  25. 제 24항에 있어서,
    상기 평면파 기준 빔은 상호에 대한 관계를 가지며, 상기 관계는 상기 멀티플렉스된 마스터 홀로그램 간의 크로스토크를 최소화시키도록 동작하며;
    상기 평면파 복제 빔은 상기 평면파 기준 빔의 상기 관계를 보존하고 상기 복제 매체에 복제된 홀로그램을 기록하도록 동작하며;
    이로 인해, 상기 복제된 홀로그램은 최소화된 크로스토크를 그 사이에 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
  26. 마스터 매체(master medium)에 기록된 멀티플렉스된 마스터 홀로그램(multiplexed master holograms)에서 복제된 감광 매체로 정보를 복사하는 방법에 있어서,
    상기 마스터 매체와 상기 복제 감광 매체를 상호에 대해 보유하도록 유지하는 단계;
    상기 멀티플렉스된 마스터 홀로그램의 하나에 유일한 빔 특성을 각각 가지며, 상기 마스터 매체에 있는 상기 멀티플렉스된 마스터 홀로그램과 상기 복제 감광 매체 상의 기록 영역 모두를 조사하기에 충분히 넓은 개별적으로 코히어런트하지만 상호 인코히어런트한 복수의 복제 광 빔을 만드는 단계;
    그로부터 회절 빔을 만들기 위해 상기 복제 광 빔으로 상기 멀티플렉스된 마스터 홀로그램을 조사하는 단계; 및
    상기 회절 광 빔 및 상기 복제 광 빔의 일부의 간섭 패턴을 상기 복제 감광 매체에 기록하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제 26항에 있어서,
    상기 마스터 매체에 있는 상기 멀티플렉스된 마스터 홀로그램은 각형 멀티플렉싱, 프렉털 멀티플렉싱, 페리스트로픽 멀티플렉싱(peristrophic multiplexing), 쉬프트 멀티플렉싱, 위상-코드 멀티플렉싱, 파장 멀티플렉싱, 및 그 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된 멀티플렉싱 시스템에 의해 만들어지며,
    따라서, 상기 복제 판독 빔중의 각각의 하나에 있는 상기 유일한 빔 특성은 상기 멀티플렉스된 시스템중의 하나로부터의 구성요소인 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제 26항에 있어서,
    상기 멀티플렉스된 마스터 홀로그램은 복수의 평면파 기준 기록 빔으로 복수의 물체 화상의 푸리에 변환을 간섭함으로써 기록되는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제 26항에 있어서,
    상기 복제 광 빔의 상기 일부는 상기 마스터 매체를 통해 전송하고 상기 복제 매체에 충돌하는 상기 복제 광 빔의 일부인 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제 26항에 있어서,
    상기 복제 광 빔은 반사식으로 상기 멀티플렉스된 마스터 홀로그램으로부터 회절하는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 마스터 매체(master medium)에 있는 멀티플렉스된 마스터 홀로그램(multiplexed master holograms)에서 복제 감광 매체로 정보를 복사하는 방법에서, 상기 마스터 매체는 상기 마스터 매체에서 상호 공간적으로 분리 또는 부분적으로 중첩된 복수의 공간 유닛을 가지며, 상기 각각의 공간 유닛은 내부에 공간적으로 중첩된 복수의 멀티플렉스된 마스터 홀로그램을 가지며, 상기 방법은
    상기 마스터 매체와 상기 복제 감광 매체를 상호에 대해 보유하도록 유지하는 단계;
    상기 멀티플렉스된 마스터 홀로그램중의 하나에 유일한 특성을 각각 가지며, 상기 마스터 매체에 있는 상기 공간 유닛과 상기 복제 감광 매체 상의 기록 영역 모두를 조사하기에 충분히 넓은 개별적으로 코히어런트하지만 상호 인코히어런트한 복수의 복제 광 빔을 만드는 단계;
    그로부터 회절 빔을 만들기 위해 상기 복제 광 빔으로 상기 마스터 매체에 있는 각각의 그리고 모든 상기 공간 유닛에 상기 멀티플렉스된 마스터 홀로그램을 조사하는 단계; 및
    상기 회절 광 빔 및 상기 복제 광 빔의 간섭 패턴을 상기 복제 감광 매체에 있는 복수의 공간 유닛들에 기록하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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