KR19990048116A - 홀로그래픽 저장장치 - Google Patents

Abstract

페이즈 마스크(phase mask)를 사용한 홀로그래픽 저장장치에 관한 것으로, 복수개의 셀들로 구성되고 참조광 및 물체광을 이용하여 정보를 기록하는 홀로그램 메모리부와, 일정 폭과 Y방향으로만의 길이를 가지며 표면으로부터 d = λ/(n-1)(여기서, d는 깊이, λ는 빛의 파장, n은 글래스의 굴절율)만큼 들어간 요철이 랜덤(random)하게 배열된 페이즈 마스크를 가지고 기록시 입사되는 물체광을 홀로그램 메모리부에 입사시키는 광변조부로 구성함으로써, 기록매질에 손상을 주지 않게 되며, 또한 종래 기술에서 발생한 다층기록시에 Y방향으로 푸리에 변환 패턴이 확산되는 단점도 해결할 수 있어 고용량의 정보 기록이 가능하게 된다.

Description

홀로그래픽 저장장치

본 발명은 홀로그래픽 저장장치에 관한 것으로, 특히 페이즈 마스크(phase mask)를 사용한 홀로그래픽 저장장치에 관한 것이다.

정보의 대용량화 기록, 재생이 요구됨에 따라 최근에는 CD, DVD 등의 광디스크 기록 매체 등을 이용한 이차원적인 기록/재생 장치외에 3차원적으로 정보를 기록 재생할 수 있는 홀로그래피 기술을 이용한 광정보 기록/재생 장치 기술이 개발되고 있다.

홀로그래피 기술을 이용한 정보의 기록 및 재생 장치의 구성은 도 1에 도시된 바와 같이, 광원으로 레이저(1)를 사용하고, 이 레이저(1)로부터 나오는 빔(2)을 빔분할기(beam splitter)(3)를 사용하여 참조광(reference beam)(4)과 물체광(object beam)(5)으로 분리한다.

참조광(4) 부분은 참조광(4)의 빔직경을 확대시키는 빔확산기(beam expander)(6), 빔확산기(6)에 의해 확산된 참조광(4)을 배율이 1:1인 텔레스코프(telescope)(7)로 방향을 바꾸는 동시에 텔레스코프(7)에 입사되는 각도를 변화시키는 빔편향기(8), 빔편향기(8)의 반사면을 기록매질(9)에 결상시키는 텔레스코프(7)의 순서로 구성되고, 물체광(5) 부분은 빔의 진행 여부를 조종하는 빔차단기(10), 물체광(5)의 빔직경을 확산하는 빔확산기(11), 빔의 진행방향을 바꾸는 반사경(12), 정보를 표시하는 SLM(Spatial Light Modulator)(13), SLM(13)에 표시된 영상(image)의 푸리에 변환(fourier transform)된 영상을 발생시키는 FTL(Fourier Transform Lens)(14)순으로 구성된다.

그리고, 기록매질(9)은 참조광(4)과 물체광(5)이 만나는 곳에 위치시키고, 물체광(5)이 진행하는 방향으로 기록매질(9)로부터 일정거리 만큼 떨어진 곳에 결상렌즈(15)를 설치하며, 결상렌즈(15)의 결상면에 CCD(Charge Coupled Device)(16)를 위치시켜 SLM(13)의 영상을 전기적 신호로 바꾸게 하고, SLM(13)과 CCD(16)를 컴퓨터(17)에 의해 조종하도록 하였다.

이와 같이, 구성된 홀로그라픽 저장장치의 동작은 컴퓨터(17)로 SLM(13)의 정보를 표시하고 기록매질(9)에 참조광(4)과 물체광(5)을 동시에 입사시키면 SLM(13) 영상의 푸리에 변환된 물체광(5)과 참조광(4)이 간섭현상을 일으키게 됨으로써 이 간섭무늬가 기록매질(9)에 기록되게 된다.

기록이 된 후, 빔차단기(10)로 물체광(5)을 차단하고 참조광(4)만 기록매질(9)에 입사시키면 기록매질(9)에 기록된 간섭무늬에 의해 참조광(4)이 회절되어 CCD(16) 방향으로 진행하는 물체광(5)이 재생되고, 이 물체광(5)을 결상렌즈(15)로 CCD(16) 상에 결상시키면 SLM(13)에 표시된 영상이 CCD(16)에 결상하게 되며, 컴퓨터(17)는 CCD(16)로부터의 전기적 신호를 저장, 분석하게 된다.

또한 다른 정보의 기록은 SLM(13)에 다른 정보를 표시하고 빔편향기(8)의 편향각도를 변화시켜 기록하는데 빔편향기(8)와 기록매질(9) 사이에 위치한 텔레스코프(7)가 배율이 1:1이므로 빔편향기(8)에 의해 편향각도가 변할지라도 단지 기록매질(9)에 입사되는 참조광(4)의 입사각도만 변하고 결상면은 기록매질(9)에 항상 일정하게 결상된다.

그러므로, 입사각도가 조금씩 다른 참조광(4)과 물체광(5)이 기록매질(9)의 같은 위치에서 간섭무늬를 만들게 되고 이 간섭무늬가 기록매질(9)에 기록된다.

이렇게 같은 위치에 중첩 기록된 간섭무늬에 참조광(4)을 입사시키면 기록시에 사용된 참조광(4)과 입사각도가 똑같은 참조광(4)과 물체광(5)에 의해 만들어진 간섭무늬만이 브래그(bragg) 조건이 만족되어 하나의 물체광(5)만이 재생된다.

즉, 참조광(4)의 입사각도를 조종함으로써 물체광(5)을 선택적으로 재생시킬 수 있다.

상기와 같은 홀로그래피 기술을 이용한 저장장치에서 정보를 기록 재생하는 부분(도 1의 A부분)에 많은 연구가 진행되고 있는데, 이와 관련된 종래 기술은 다음과 같다.

도 2는 FTL의 물체측 초점거리에 SLM을 놓고 상측의 초점거리에 기록매질을 위치시키며, FTL과 동일한 초점거리를 가진 결상렌즈의 물체측 초점거리에는 기록매질을 위치시키고, 상측의 초점거리에는 CCD를 위치시킨다.

이렇게 구성된 광학계에 의한 SLM의 푸리에 변환 영상(fourier transform image)은 도 3과 같다.

그러나, 도 2와 같이 구성된 종래 기술은 기록용량을 증가시키기 위하여 기록매질의 일정 위치에 중첩기록할 경우, 도 3에 도시된 바와 같이 푸리에 변환된 물체광의 중심부(가부분)에 물체광의 광량이 대부분 집중되어 있어 기록매질에 손상을 입히게 되고 이로 인하여 많은 노이즈(noise)가 발생하게 되는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 도 4에 도시된 바와 같이, 구성은 도 2와 동일하나 물체광이 SLM을 지나기 전에 도 5와 같은 페이즈 마스크를 설치한 점이 다르다.

여기서, 페이즈 마스크의 요철형태는 SLM의 셀 크기와 동일하다.

이렇게 구성된 광학계에 의한 SLM의 푸리에 변환 영상(fourier transform image)은 도 6과 같다.

그러나, 도 4와 같은 종래 기술은 페이즈 마스크를 사용하여 도 2와 같은 광학계에서 발생하는 문제점을 보완하였지만 기록용량을 늘리기 위한 중첩기록과 도 7과 같은 다층 기록방법을 사용하는데는 문제점을 가지고 있다.

즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 푸리에 변환된 물체광의 하이 오더(high order)(나부분)들의 광 분포가 확산되어 기록층 사이에 노이즈로 작용하게 된다.

종래 기술에 따른 홀로그래피 저장장치들에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.

기록용량을 늘리기 위한 중첩 기록 및 다층 기록시 기록매질에 손상을 주게 되고 기록층간에 간섭을 일으켜 많은 노이즈가 발생한다.

본 발명은 이와 같은 기록매질의 손상이나 다층기록시 기록층간의 간섭을 일으키는 문제점을 해결하고 고용량의 기록이 가능한 홀로그래픽 저장장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 홀로그래픽 저장장치를 보여주는 도면

도 2는 도 1의 A부분을 보여주는 상세도

도 3은 페이즈 마스크가 없을 경우의 푸리에 변환 패턴을 보여주는 도면

도 4는 종래 기술에 따른 페이즈 마스크의 위치를 보여주는 도면

도 5는 종래 기술에 따른 페이즈 마스크를 보여주는 도면

도 6은 도 5의 페이즈 마스크가 있을 경우의 푸리에 변환 패턴을 보여주는 도면

도 7은 다층기록 방법을 보여주는 도면

도 8은 본 발명에 따른 페이즈 마스크를 보여주는 도면

도 9는 본 발명에 따른 페이즈 마스크의 위치를 보여주는 도면

도 10은 도 8의 페이즈 마스크가 있을 경우의 푸리에 변환 패턴을 보여주는 도면

본 발명에 따른 홀로그래픽 저장장치의 특징은 복수개의 셀들로 구성되고 참조광 및 물체광을 이용하여 정보를 기록하는 홀로그램 메모리부와, 일정 폭과 Y방향으로만의 길이를 가지며 표면으로부터 d = λ/(n-1)(여기서, d는 깊이, λ는 빛의 파장, n은 글래스의 굴절율)만큼 들어간 요철이 랜덤(random)하게 배열된 페이즈 마스크를 가지고 기록시 입사되는 물체광을 홀로그램 메모리부에 입사시키는 광변조부로 구성되는데 있다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 홀로그래픽 저장장치를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 개념은 종래와 같이 도 5와 같은 형상의 페이즈 마스크를 설치하는 대신에 도 8과 같은 형상의 페이즈 마스크를 설치하여 SLM의 영상(image)을 FTL에 의해 푸리에 변환될 때, 도 10에 도시된 바와 같이, 광의 집중현상을 X방향으로만 확산시킴으로써 기록매질에 손상을 주지 않고 다층기록시 노이즈를 없애는데 있다.

도 8를 참조하여 본 발명에 도입되는 페이즈 마스크의 구조를 살펴보면 다음과 같다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 페이즈 마스크는 랜덤(random)하게 배열된 긴 요철들이 형성되는데, 이 요철들은 SLM의 셀 폭과 동일한 폭을 가지며 Y방향으로만의 길이를 갖는다.

그리고, 이 요철들은 페이즈 마스크의 표면으로부터 일정 깊이 d만큼 들어가 있다.

여기서, d는 d = λ/(n-1)(여기서, λ는 빛의 파장, n은 글래스의 굴절율)이다.

이러한 형태의 페이즈 마스크는 종래 기술의 페이즈 마스크 처럼 동일한 위치에 설치된다.

즉, 도 9에 도시된 바와 같이, 물체광이 SLM을 지나기 전의 위치에 설치한다.

이와 같은 페이즈 마스크를 사용하여 본 발명에 따른 홀로그래픽 저장장치의 정보 기록 및 재생동작을 도 1 및 도 9를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 광원에서 출사된 레이저(2)는 빔분할기(3)를 통과하면서 참조광(4)과 물체광(5)으로 분리된다.

참조광(4)부분은 정보 기록 및 재생시에 빔직경을 확대시키는 빔확산기(6)에 의해 확산되고, 이 참조광(4)은 빔편향기(8)에 의해 반사되어 배율이 1:1인 텔레스코프(7)로 입사되며, 이 텔레스코프(7)는 반사된 참조광(4)을 기록매질(9)에 결상시킨다.

그리고, 물체광(5)부분은 정보 기록시에는 빔을 통과시키고 정보 재생시에는 빔을 차단사키는 빔차단기(10)를 통과하고, 이 물체광(5)은 빔확산기(11)에 의해 빔직경이 확산되어 반사경(12)으로 입사된다.

이어, 물체광(5)은 반사경(12)에 의해 반사되어 도 9에 도시된 바와 같이, 페이즈 마스크를 통과하면서 X방향으로만 확산되고, SLM(13)은 페이즈 마스크로부터 입사되는 물체광을 표시한다.

SLM(13)에 표시된 영상(image)은 FTL(14)에 의해 푸리에 변환(fourier transform)되고, 이 물체광(5)은 참조광(4)과 간섭현상을 일으키면서 간섭무늬가 기록매질(9)에 기록된다.

여기서, 기록매질(9)에 기록되는 푸리에 변환 영상(fourier transform image)은 도 10에 도시된 바와 같이 광이 X방향으로만 확산된 형태이다.

이와 같이, 기록이 이루어진 후 빔차단기(10)로 물체광(5)을 차단하고 참조광(4)만 기록매질(9)에 입사시키면 기록매질(9)에 기록된 간섭무늬에 의해 참조광(4)이 회절되어 CCD(16) 방향으로 진행하는 물체광(5)이 재생되고, 이 물체광(5)을 결상렌즈(15)로 CCD(16) 상에 결상시키면 SLM(13)에 표시된 영상이 CCD(16)에 결상하게 되며, 컴퓨터(17)는 CCD(16)로부터의 전기적 신호를 저장, 분석하게 된다.

본 발명에 따른 홀로그래픽 저장장치에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.

종래 기술에서 발생하는 광의 집중 현상을 X방향으로만 확산시킴으로써 기록매질에 손상을 주지 않게 되며, 또한 종래 기술에서 발생한 다층기록시에 Y방향으로 푸리에 변환 패턴이 확산되는 단점도 해결할 수 있어 고용량의 정보 기록이 가능하게 된다.

Claims (10)

1. 복수개의 셀들로 구성되고, 참조광 및 물체광을 이용하여 정보를 기록하는 홀로그램 메모리부;

   일정 폭과 Y방향으로만의 길이를 가지며 표면으로부터 일정 깊이만큼 들어간 요철이 랜덤(random)하게 배열된 페이즈 마스크를 가지고, 기록시 입사되는 상기 물체광을 상기 홀로그램 메모리부에 입사시키는 광변조부로 구성됨을 특징으로 하는 홀로그래픽 저장장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 광변조부는

   일정 폭과 Y방향으로만의 길이를 가지며 표면으로부터 일정 깊이만큼 들어간 요철이 랜덤(random)하게 배열되고, 입사되는 물체광을 일정 방향으로 확산시키는 페이즈 마스크;

   상기 페이즈 마스크로부터 입사되는 물체광을 표시하는 광변조기;

   상기 광변조기에 표시된 물체광을 상기 홀로그램 메모리부로 입사시키는 렌즈를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 홀로그래픽 저장장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 페이즈 마스크에 형성되는 요철의 폭은 상기 광변조기의 셀 폭과 동일함을 특징으로 하는 홀로그래픽 저장장치.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 페이즈 마스크에 형성되는 요철의 깊이 d는 d = λ/(n-1)(여기서, λ는 빛의 파장, n은 글래스의 굴절율)임을 특징으로 하는 홀로그래픽 저장장치.
5. 광을 발생시키는 광원;

   상기 광을 참조광과 물체광으로 분리하는 광분할기;

   복수개의 셀들로 구성되고, 상기 참조광 및 물체광을 이용하여 정보를 기록하는 홀로그램 메모리부;

   일정 폭과 Y방향으로만의 길이를 가지며 표면으로부터 일정 깊이만큼 들어간 요철이 랜덤(random)하게 배열된 페이즈 마스크를 가지고, 기록시 입사되는 상기 물체광을 상기 홀로그램 메모리부에 입사시키는 광변조부;

   상기 정보의 기록 및 재생을 위해 상기 참조광이 상기 홀로그램 메모리부로 임의의 각도를 가지고 입사되도록 그 참조광의 광로를 조절하는 제 1 광로변경부;

   상기 정보의 기록을 위해 상기 물체광이 상기 광변조부로 입사되도록 그 물체광의 광로를 조절하는 제 2 광로변경부로 구성됨을 특징으로 하는 홀로그래픽 저장장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 광변조부는

   일정 폭과 Y방향으로만의 길이를 가지며 표면으로부터 d = λ/(n-1)(여기서, d는 깊이, λ는 빛의 파장, n은 글래스의 굴절율)만큼 들어간 요철이 랜덤(random)하게 배열되고, 입사되는 물체광을 일정 방향으로 확산시키는 페이즈 마스크;

   상기 페이즈 마스크로부터 입사되는 물체광을 표시하는 광변조기;

   상기 광변조기에 표시된 물체광을 상기 홀로그램 메모리부로 입사시키는 렌즈를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 홀로그래픽 저장장치.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 광로변경부는

   입사되는 참조광을 확대시키는 제 1 광확산기;

   상기 제 1 광확산기에 의해 확대된 참조광을 원하는 방향으로 반사시키는 광편향기로 구성됨을 특징으로 하는 홀로그래픽 저장장치.
8. 제 5 항에 있어서, 상기 제 2 광로변경부는

   입사되는 물체광을 확대시키는 제 2 광확산기;

   상기 제 2 광확산기에 의해 확대된 물체광의 진행방향을 바꾸는 반사경으로 구성됨을 특징으로 하는 홀로그래픽 저장장치.
9. 제 8 항에 있어서, 기록시에는 상기 광분할기로부터의 물체광을 상기 제 2 광확산기로 통과시키고, 재생시에는 그 물체광을 차단시키는 광차단기가 더 포함됨을 특징으로 하는 홀로그래픽 저장장치.
10. 제 6 항에 있어서, 상기 페이즈 마스크는 입사되는 물체광을 X방향으로만 확산시킴을 특징으로 하는 홀로그래픽 저장장치.