KR20000004663A - Hologram data spatial multiplexing storage method and system using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 홀로그램 데이터 스페셜 멀티플렉싱 스토레이지 방법 및 시스템에 관한 것으로, 특히 온도 변화에 의해 광학소자의 굴절율을 변화시켜 레이저 빔의 진행각을 연속적으로 변화시킴으로써 스페셜 멀티플렉싱을 구현할 수 있도록 한 홀로그램 데이터 스페셜 멀티플렉싱 스토레이지 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a holographic data special multiplexing storage method and system, and more particularly to a holographic data special multiplexing stoke which enables the special multiplexing to be realized by continuously changing the advancing angle of the laser beam by changing the refractive index of the optical element by temperature change. RAGE method and system.
홀로그래픽 메모리(Holographic Memory)는 멀티미디어 시대의 도래와 함께 많은 정보를 기록하고, 빠른 데이터 전달이 요구되는 시스템에 대한 필요가 증가함에 따라서 관심이 고조되고 있다.With the advent of the multimedia era, holographic memory is drawing attention as the need for a system that records a lot of information and requires fast data transfer increases.
이러한 홀로그래픽 레코딩은 대상 물체로 부터 반사된 물체광의 강도 뿐만 아니라 위상도 기록하고, 대상 물체의 빛의 강도와 위상은 물체광과 기준광의 간섭에 의해서 구성된다. 물체광과 기준광은 간섭무늬를 만들고, 이렇게 형성된 간섭무늬는 간섭무늬의 강도에 반응하는 물질 속에 기록되며, 기록된 간섭무늬에 기준광을 조사 함으로써 대상 물체의 3차원 상인 홀로그램을 재현하게 된다.Such holographic recording records not only the intensity but also the phase of the object light reflected from the object, and the intensity and phase of the light of the object is constituted by the interference of the object light and the reference light. The object light and the reference light form an interference fringe, and the interference fringes thus formed are recorded in a material responding to the intensity of the interference fringe, and the hologram, which is a three-dimensional image of the object, is reproduced by irradiating the reference light on the recorded interference fringe.
홀로그램은 입방체 속에 저장되며 기록 과정에서 사용된 기준광 만이 입방체 안에 기록된 홀로그램을 읽어 낼 수 있고, 기록시에 사용된 기준광과 파장, 위상이 다른 기준광은 아무런 효과 없이 입방체 안에 기록된 홀로그램을 통과하게 된다.The hologram is stored in the cube and only the reference light used in the recording process can read the hologram recorded in the cube, and the reference light having a different wavelength and phase from the reference light used in the recording passes through the hologram recorded in the cube without any effect. .
볼륨 홀로그램(Volume Hologram)의 본연의 성질을 이용하면, 각각 다른 기준광을 가지고 저장 물질의 같은 장소에 많은 홀로그램을 기록함으로써 작은 입방체 내부에 방대한 데이터를 저장하는 것이 가능하다. 다른 기준광을 만드는 한가지 방법으로는 각 기록시 마다 기준광의 각도를 변화시키는 앵귤러 멀티플렉싱(Angle Multiplexing) 방법이 있다. 이 방법을 이용하면 2진 데이터의 페이지 단위로 구성되는 수백에서 수천 개의 홀로그램을 같은 장소에 저장할 수 있다. 즉, 동일 장소에 많은 데이터를 페이지 단위로 기록 재생함으로써 높은 저장 밀도 및 빠른 데이터 전달율을 갖는 기록 및 재생이 가능하게 되어 홀로그래피를 이용한 디지탈 데이터 스토레이지 시스템(Digital Data Storage System)을 구현할 수 있게 된다.Using the natural nature of volume holograms, it is possible to store vast amounts of data inside small cubes by recording many holograms in the same place of the storage material with different reference lights. One way to make another reference light is the Angular Multiplexing method, which changes the angle of the reference light for each recording. This method allows you to store hundreds to thousands of holograms organized in pages of binary data in the same place. That is, by recording and reproducing a lot of data in the unit of a page in the same place, recording and reproducing with a high storage density and a fast data transfer rate are possible, thereby enabling a digital data storage system using holography.
종래의 90°배치형 홀로그램 디지탈 데이터 스토레이지 시스템(90°Geometry Digital Data Storage System)은 레이저 발진기에서 발생된 레이저 빔이 빔 스플리트에 입사되어 기준광과 물체광으로 나누어 지고 물체광은 입력된 데이터에 따라서 픽셀들이 이루는 명암의 2진 데이터의 한 페이지 단위로 공간 광변조기(SLM: Spatial Light Modulator)에 의해서 변조되고, 이때 각각의 페이지에는 회전 거울의 각도를 조금씩 달리하는 기준광이 상응하게 작성된다.In the conventional 90 ° geometry holographic digital data storage system, a laser beam generated by a laser oscillator is incident on a beam split, divided into a reference light and an object light, and an object light is applied to the input data. Therefore, the SLM (Spatial Light Modulator) is modulated on a page-by-page basis of the binary data of the dark and dark colors formed by the pixels. In this case, a reference light having a slightly different angle of the rotating mirror is created on each page.
이후 물체광과 기준광은 홀로그램을 기록하기 위한 저장 매체 내부에서 간섭을 일으키고 이때 발생하는 간섭무늬의 강도에 따라서 저장 매체 내부의 운동전하의 광유도 현상이 발생 하고 이러한 과정을 통하여 간섭무늬가 기록된다. 저장 매체에 기록된 데이터를 읽어 내기 위해서는 기준광 만을 저장 매체에 조사하면 간섭무늬는 기준광을 회절시켜 원래의 픽셀의 명암으로 구성되는 바둑판 무늬로 복원되고 이후 읽어진 상을 씨씨디(CCD;Charge Coupled Device) 위에 비추어 원래의 데이터로 복원하게 된다.Thereafter, the object light and the reference light cause interference in the storage medium for recording the hologram, and the light induced phenomenon of the movement charge in the storage medium occurs according to the intensity of the interference fringe generated at this time, and the interference pattern is recorded. In order to read the data recorded on the storage medium, only the reference light is irradiated to the storage medium, and the interference pattern is diffracted by the reference light to restore the checkered pattern composed of the original pixel contrast. ) To restore the original data.
이와 같은 종래의 90°배치형 홀로그램 데이타 스토리지 시스템으로 스페셜 멀티플렉싱을 하기 위해서는 홀로그램 기록매체를 x,z 혹은 y,z 방향으로 변위시켜 기록/재생하게 되나, 이와 같은 홀로그램 기록매체의 변위 이동은 기계적인 요소들로 구성된 변위장치에 의해 행하기 때문에 미소 변위 이동에 한계가 있고, 미소 변위 이동시 고정밀도의 부품이 요구되어 가격이 높아지는 문제점이 있었다.In order to perform special multiplexing with the conventional 90 ° -positioned hologram data storage system, the hologram recording medium is displaced in the x, z or y, z direction to record / reproduce, but the displacement movement of the hologram recording medium is mechanical. There is a limit to the micro displacement movement because it is performed by the displacement device composed of the elements, there is a problem that the high precision parts are required when the micro displacement movement is high.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 결함 및 문제점을 해소하기 위하여 창안한 것으로, 온도 변화에 의해 광학소자의 굴절율을 변화시켜 레이저 빔의 진행각을 연속적으로 변화시킴으로써 스페셜 멀티플렉싱을 구현할 수 있는 홀로그램 데이터 스페셜 멀티플렉싱 스토레이지 방법 및 시스템를 제공하기 위한 것이다.The present invention has been devised to solve the above-mentioned conventional defects and problems, and the hologram data special which can implement special multiplexing by continuously changing the advancing angle of the laser beam by changing the refractive index of the optical element by the temperature change. To provide a multiplexing storage method and system.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 레이저에서 발진된 레이저 빔을 광변위 광학소자을 가열하여 굴절율을 변화시키면서 통과시켜 진행각을 연속적으로 변화시키는 레이저 빔 진행각 변화단계와; 이후 빔 스플리터으로 기준광과 물체광으로 분리하는 광분리 단계를 행하여 스페셜 멀티플렉싱을 행함을 특징으로 하는 홀로그램 데이타 스페셜 멀티플렉싱방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention includes a laser beam traveling angle changing step of continuously changing the traveling angle by passing the laser beam oscillated in the laser while changing the refractive index by heating the optical displacement optical element; Thereafter, a special multiplexing method is performed by performing a light separation step of separating a reference light and an object light by using a beam splitter, thereby providing a holographic data special multiplexing method.
또한, 본 발명은 앵귤러 멀티플렉싱 홀로그램 데이타 스토리지 시스템에 있어서, 레이저에서 발진되는 레이저 빔의 진행각을 연속적으로 변경시키기 위한 광변위 광학소자와; 상기 광변위 광학소자를 통과한 레이저 빔을 기준광과 물체광으로 분리시키는 빔 스플리터와; 상기 레이저와 빔 스플리터 사이에 설치되어 광변위 광학소자의 온도가 변화되는 때 광로를 개방하는 셔터와; 상기 레이저, 광변위 광학소자 및 셔터를 제어하기 위한 마이크로 프로세서를 포함하여 스페셜 멀티플렉싱을 행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 홀로그램 데이타 스페셜 멀티플렉싱 스토리지 시스템을 제공한다.The present invention also provides an angular multiplexing hologram data storage system comprising: a optical displacement optical element for continuously changing a traveling angle of a laser beam oscillated by a laser; A beam splitter separating the laser beam passing through the optical displacement optical element into a reference light and an object light; A shutter installed between the laser and the beam splitter to open the optical path when the temperature of the optical displacement optical element is changed; It provides a hologram data special multiplexed storage system, characterized in that it is configured to perform a special multiplexing including a microprocessor for controlling the laser, optical displacement optical element and shutter.
도 1 내지 도 5는 본 발명에 관한 도면으로서,1 to 5 are views of the present invention,
도 1은 홀로그램 데이타 스토리지 시스템의 구성도.1 is a block diagram of a hologram data storage system.
도 2a,2b는 광변위 광학소자의 서로 다른 형태를 보인 사시도.2A and 2B are perspective views showing different forms of the optical displacement optical device.
도 3a,3b는 광변위 광학소자의 사로 다른 형태를 보인 종단면도.3A and 3B are longitudinal cross-sectional views showing different shapes of optical displacement optical elements.
도 4는 스페셜 멀티플렉싱의 작용 설명도.4 is an explanatory diagram of the operation of special multiplexing.
도 5는 온도변화에 따른 유리와 필터액의 분산곡선도.5 is a dispersion curve of the glass and the filter liquid according to the temperature change.
도 6은 온도변화에 따른 굴절율 변화선도.6 is a graph of refractive index change according to temperature change.
도 7은 스페셜 멀티플렉싱 과정을 설명하기 위한 흐름도.7 is a flowchart illustrating a special multiplexing process.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10 : 레이저 11 : 레이저 빔10: laser 11: laser beam
12 : 기준광 13 : 물체광12: reference light 13: object light
20 : 빔 스플리터 50 : 공간 광변조기20 beam splitter 50 spatial light modulator
60 : 홀로그램 기록매체 70 : 광전변환소자60: hologram recording medium 70: photoelectric conversion element
80 : 셔터 100 : 광변위 광학소자80 shutter 100 optical displacement optical element
110 : 투명체 120 : 가열요소110: transparent body 120: heating element
130 : 필터용액 140 : 온도 감지요소130: filter solution 140: temperature sensing element
이하, 이와 같은 본 발명을 첨부한 도면에 실시예를 들어 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the present invention will be described in detail as follows.
도 1에는 본 발명이 적용된 홀로그램 데이타 스토리지 시스템의 구성도가 도시되어 있다. 이에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 홀로그램 데이타 스토리지 시스템은 레이저(10)에서 발생되는 레이저 빔(11)의 광로 상에 레이저 빔(11)을 기준광(12)과 물체광(13)으로 분리시키기 위한 광학소자, 예를들어 빔 스플리터(20)가 배치되고, 레이저(10)와 빔 스플리터(20)의 사이에는 광변위 광학소자(100)가 적어도 하나(이 실시예에는 2개로 도시됨) 배치되어 있다.1 is a block diagram of a holographic data storage system to which the present invention is applied. As illustrated, the hologram data storage system according to the present invention separates the laser beam 11 into the reference light 12 and the object light 13 on the optical path of the laser beam 11 generated by the laser 10. Optical elements, for example a beam splitter 20, and at least one optical displacement optical element 100 (shown as two in this embodiment) between the laser 10 and the beam splitter 20. It is.
또, 기준광(12)의 광로 상에는 거울(30)이 배치됨과 아울러 물체광(13)의 광로 상에는 거울(40)이 각각 배치되고 예를 들어 엘씨디와 같은 공간 광변조기(SLM: Spatial Light Modulator)(50)가 배치되고, 기준광(12)과 물체광(13)의 광로 상에 홀로그램 데이타를 기록하기 위한 예를 들어 Fe가 도핑(doping)된 리튬 니오베이트(Iron-Doped Lithium Niobate) 크리스탈과 같은 홀로그램 기록매체(60)가 배치되며, 홀로그램 기록매체(60)와 인접하게 예를 들어 씨씨디(CCD;Charge Coupled Device)와 같은 광전변환소자(70)가 배치되어 있다.In addition, the mirror 30 is disposed on the optical path of the reference light 12, and the mirror 40 is disposed on the optical path of the object light 13, respectively, and a spatial light modulator (SLM) such as, for example, an LCD ( 50 is disposed and a hologram such as, for example, an iron-doped Lithium Niobate crystal doped with Fe for recording hologram data on the optical paths of the reference light 12 and the object light 13. The recording medium 60 is disposed, and a photoelectric conversion element 70 such as, for example, a Charge Coupled Device (CCD) is disposed adjacent to the hologram recording medium 60.
그리고, 레이저(10)와 광변위 광학소자(100)의 사이에는 레이저 빔(11)을 개폐하고 출력되는 시간을 조절하기 위한 셔터(80)가 배치되어 있다.In addition, a shutter 80 is disposed between the laser 10 and the optical displacement optical device 100 to control the time for opening and closing the laser beam 11 and outputting the laser beam 11.
도 2a,2b는 광변위 광학소자의 서로 다른 형태를 보인 사시도이고, 도 3a,3b는 광변위 광학소자의 사로 다른 형태를 보인 종단면도로서, 이에 도시한 바와 같이, 상기 광변위 광학소자(100)는 예를 들어 유리와 같은 투명체(110)에 가열요소(120)가 결합되고, 투명체(110)의 내부 밀폐공간에 메칠벤조에이트(methylbenzoat), 글리세린(glyserin)과 같은 필터용액(130)이 채워지고, 투명체(110)의 온도를 측정하기 위한 온도 감지요소(140)가 결합된 구성으로 되어 있다.2A and 2B are perspective views showing different shapes of optical displacement optical elements, and FIGS. 3A and 3B are longitudinal cross-sectional views showing different shapes of optical displacement optical elements, and as shown therein, the optical displacement optical elements 100 are shown in FIG. For example, the heating element 120 is coupled to a transparent body 110 such as glass, and a filter solution 130 such as methylbenzoate and glycerin in the inner sealed space of the transparent body 110 is provided. It is filled, and the temperature sensing element 140 for measuring the temperature of the transparent body 110 is combined.
상기 가열요소(120)에는 투명체(110)의 외측으로 전열코일을 감아 이용하고, 상기 온도 감지요소(140)에는 투명체(110)의 열전대(thermocouple)를 삽입하여 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The heating element 120 may be used by winding an electric coil outside the transparent body 110, and inserting a thermocouple of the transparent body 110 into the temperature sensing element 140, but is not limited thereto. .
도 5는 온도변화에 따른 유리와 필터액의 분산곡선도를 보인 것이고, 도 6은 온도변화에 따른 굴절율 변화선도를 보인 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 상기 광변위 광학소자(100)를 가열요소(120)에 의해 가열하여 내장된 필터용액(130)의 온도가 증가하면 굴절율이 감소함을 나타내고 있다.5 shows a dispersion curve of the glass and the filter liquid according to the temperature change, and FIG. 6 shows a refractive index change diagram according to the temperature change. As shown therein, the optical displacement optical element 100 is heated. It is indicated that the refractive index decreases when the temperature of the filter solution 130 which is heated and heated by 120 increases.
도 4는 스페셜 멀티플렉싱의 작용 설명도로서, 이를 참조하면, 레이저 빔(11)이 투명체(110)의 내부에 입사되면,
여기서,
도 7은 본 발명 홀로그램 데이타 스페셜 멀티플렉싱 방법을 설명하기 위한 흐름도로서, 이에 도시한 바와 같이, 레이저(10)에서 레이저 빔(11)을 발진시키고, 광변위 광학소자(100)를 가열하는 단계(200)와; 온도 감지요소(140)에 의해 광변위 광학소자(100)의 내부 온도를 측정하는 단계(210)와; 온도 변화를 판단하는 단계(220)와; 온도가 변화되고 있으면 셔터(80)를 개방시켜 레이저(10)에서 발생된 레이저 빔(11)이 광변위 광학소자(100)를 통과하도록 하는 단계(230)와; 빔 스플리터(20)에 의해 기준광(12)과 물체광(13)으로 분리하는 단계(240)와; 물체광을 공간 광변조기(50)에 의해 공간 광변조시키는 단계(250)와; 홀로그램 기록매체(60)에 이미지를 기록하는 단계(260)를 행하여 기록을 행하는 것으로 되어 있다.FIG. 7 is a flowchart illustrating a holographic data special multiplexing method of the present invention. As shown therein, oscillating the laser beam 11 in the laser 10 and heating the optical displacement optical element 100 (200). )Wow; Measuring (210) the internal temperature of the optical displacement optical element (100) by the temperature sensing element (140); Determining a temperature change (220); Opening the shutter 80 to allow the laser beam 11 generated by the laser 10 to pass through the optical displacement optical element 100 if the temperature is changing; Separating (240) the reference light (12) and the object light (13) by the beam splitter (20); Spatial light modulating the object light by the spatial light modulator 50; The recording is performed by performing an image recording step 260 on the hologram recording medium 60.
상기 레이저(10), 광변위 광학소자(100), 온도 감지요소(140) 및 공간 광변조기(50) 등은 마이크로 프로세서에 의해 상기 과정이 진행되도록 동작이 제어된다.The operation of the laser 10, the optical displacement optical device 100, the temperature sensing element 140, the spatial light modulator 50, and the like is controlled by a microprocessor.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명 홀로그램 데이타 스토리지 시스템은 레이저(10)에서 발생된 레이저 빔(11)이 광변위 광학소자(100)를 통과하고, 이때 광변위 광학소자(100)의 가열요소(120)가 가열되어 내장된 필터용액(130)의 굴절율이 온도에 따라 변화됨에 따라 레이저 빔(11)의 진행각이 연속적으로 변화되면서 빔 스플리터(20)에 입사되어 기준광(12)과 물체광(13)으로 나누어 지며 물체광(13)은 광로 상에 배치된 거울(40)에서 반사된 후, 입력된 데이타에 따라서 픽셀들이 이루는 명암의 2진 데이타의 한 페이지 단위로 공간 광변조기(50)에 의해서 변조되어 홀로그램 기록매체(60)에 도달함과 아울러 기준광(12)은 광로 상에 배치된 거울(30)에서 반사된 후, 홀로그램 기록매체(60)에 도달한다.In the holographic data storage system of the present invention as described above, the laser beam 11 generated by the laser 10 passes through the optical displacement optical element 100, and at this time, the heating element 120 of the optical displacement optical element 100. As the refractive index of the filter solution 130 which is heated and is changed according to the temperature, the advancing angle of the laser beam 11 is continuously changed and is incident on the beam splitter 20 so as to receive the reference light 12 and the object light 13. The object light 13 is reflected by the mirror 40 disposed on the optical path, and then modulated by the spatial light modulator 50 in units of one page of light and dark binary data formed by pixels according to the input data. And the reference light 12 is reflected by the mirror 30 disposed on the optical path, and then reaches the hologram recording medium 60.
이후 물체광(13)과 기준광(12)은 홀로그램을 기록하기 위한 홀로그램 기록매체(60) 내부에서 간섭을 일으키고 이때 발생하는 간섭무늬의 강도에 따라서 홀로그램 기록매체(60) 내부의 운동전하의 광유도 현상이 발생 하며, 이러한 과정을 통하여 공간 중첩기록이 행하여진다.Afterwards, the object light 13 and the reference light 12 cause interference in the hologram recording medium 60 for recording the hologram, and the light induction of the movement charges inside the hologram recording medium 60 depends on the intensity of the interference pattern. A phenomenon occurs, and spatial superimposition recording is performed through this process.
그리고, 홀로그램 기록매체(60)에 기록된 데이타를 읽어 내기 위해서는 기준광(12) 만을 홀로그램 기록매체(60)에 조사하면 간섭무늬는 기준광(12)을 회절시켜 원래의 픽셀의 명암으로 구성되는 바둑판 무늬로 복원되고 이후 읽어진 상을 광전변환소자(70) 위에 비추어 원래의 데이타로 복원하게 된다.Then, in order to read the data recorded on the hologram recording medium 60, if only the reference light 12 is irradiated to the hologram recording medium 60, the interference pattern diffracts the reference light 12 to form a checkered pattern composed of the contrast of the original pixel. After that, the read image is restored onto the photoelectric conversion element 70 to restore the original data.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 온도 변화에 의해 광변위 광학소자의 굴절율을 변화시켜 레이저 빔의 진행각을 연속적으로 변화시킴으로써 스페셜 멀티플렉싱을 구현할 수 있고, 큰 폭으로 변화를 줄 수 있는 광변위 광학소자로 변위를 제어하므로 미세 스페셜 멀티플렉싱이 가능하게 되어 저장밀도가 향상된다.As described above, the present invention can realize special multiplexing by continuously changing the advancing angle of the laser beam by changing the refractive index of the optical displacement optical element by temperature change, and the optical displacement optical element capable of largely changing the optical displacement. The low displacement control allows for fine special multiplexing, resulting in increased storage density.
지금까지 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며, 명세서에 기재되고 청구된 원리의 진정한 정신 및 범위 안에서 수정 및 변경할 수 있는 여러가지 실시형태는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것임을 이해하여야 할 것이다.While the embodiments of the present invention have been described so far, the present invention is not limited thereto, and various embodiments which can be modified and changed within the true spirit and scope of the principles described and claimed are within the protection scope of the present invention. You will have to understand.
Claims (3)
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