KR20000004675A - 복층 압전 광변위소자를 이용한 페이스 멀티플렉싱 타입 홀로그램 데이타 스토레지 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 복층 압전 광변위소자를 이용한 페이스 멀티플렉싱 타입 홀로그램 데이타 스토레지 시스템에 관한 것으로, 레이저 빔을 기준광과 물체광으로 분리하는 빔 스플리터의 기준광 광로 상에 복수개의 투명전극이 평행하게 배열되고, 각 투명전극 사이에 압전층이 배열되어 복층 구조로 형성되며 인가되는 전압에 따라 광학길이가 변화되는 복층 압전 광변위소자를 배치하여 홀로그램 기록매체에 입사되는 기준광의 위상을 변화시켜 입사시키도록 구성되어 있다.
이러한 본 발명은 피에조 일렉트릭 물질의 압전층과 투명전극을 교호로 배열 형성한 복층 압전 광변위소자에 의해 기준광의 상변위를 일으켜 페이싱 멀티플렉싱을 행할 수 있으며, 데이타 기록밀도를 향상시킬 수 있는 이점이 있으며, 따라서 고용량의 홀로그램 데이타 스토레지 시스템 제작에 매우 유리하게 적용할 수 있다.
Description
본 발명은 복층 압전 광변위소자를 이용한 페이스 멀티플렉싱 타입 홀로그램 데이타 스토레지 시스템에 관한 것으로, 특히 피에조 일렉트릭 물질의 압전 효과에 의한 변위변화를 이용하여 앵귤러-스페셜 멀티플렉싱을 행하므로 기록밀도를 높일 수 있도록 한 복층 압전 광변위소자를 이용한 페이스 멀티플렉싱 타입 홀로그램 데이타 스토레지 시스템에 관한 것이다.
홀로그래픽 레코딩(Holographic Recording)은 멀티미디어 시대의 도래와 함께 많은 정보를 기록하고, 빠른 데이터 전달이 요구되는 시스템에 대한 필요가 증가함에 따라서 관심이 고조되고 있다. 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.
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.
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 앵글 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.
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.
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.
그러나, 이와 같이 거울의 회전에 의한 앵귤러 멀티플렉싱은 후술하는 본 발명의 페이싱 멀티플렉싱에 비하여 기록밀도가 낮으며, 이에 따라 고용량의 홀로그램 데이타 스토레지 시스템을 구현하는데 불리한 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 결함 및 문제점을 해소하기 위하여 창안한 것으로, 피에조 일렉트릭 물질의 압전 효과에 의한 변위변화를 이용하여 앵귤러-스페셜 멀티플렉싱을 행하므로 기록밀도를 높일 수 있게 되는 복층 압전 광변위소자를 이용한 페이스 멀티플렉싱 타입 홀로그램 데이타 스토레지 시스템을 제공하기 위한 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 레이저 빔을 기준광과 물체광으로 분리하는 빔 스플리터의 기준광 광로 상에 복수개의 투명전극이 평행하게 배열되고, 각 투명전극 사이에 압전층이 배열되어 복층 구조로 형성되며 인가되는 전압에 따라 광학길이가 변화되는 복층 압전 광변위소자를 배치하여 홀로그램 기록매체에 입사되는 기준광의 위상을 변화시켜 입사시키도록 구성된다.
도 1 내지 도 4는 본 발명에 관한 도면으로서,
도 1은 홀로그램 데이타 스토레지 시스템의 구성도.
도 2는 복층 압전 광변위소자의 단면도.
도 3 및 도 4는 복층 압전 광변위소자의 작용 설명도.
도 5는 복층 압전 광변위소자에 의한 기준광의 위상변위 설명도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 레이저 11 : 레이저 빔
12 : 기준광 13 : 물체광
30 : 거울 60 : 홀로그램 기록매체
100 : 복층 압전 광변위소자 101 : 투명전극
102 : 압전층
이하, 이와 같은 본 발명을 첨부한 도면에 실시예를 들어 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 홀로그램 데이타 스토레지 시스템의 구성도를 보인 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 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 배치된다. 그리고, 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 배치되고, 거울(30)과 홀로그램 기록매체(60)의 사이에는 기준광(12)을 상변위시켜 홀로그램 기록매체(60)에 입사시키기 위한 복층 압전 광변위소자(100)가 배치된 구성으로 되어 있다.
도 2는 복층 압전 광변위소자의 단면도를 보인 것으로, 이에 도시한 바와 같이 상기 복층 압전 광변위소자(100)는 복수개의 투명전극(101)이 평행하게 배열되고, 각 투명전극(101) 사이에 압전층(102)이 결합된 복층 구조로 되어 있으며, 전체적으로 장방형으로 형성되어 있다. 그리고, 상기 투명전극(101)에는 예를 들어 InO2, SiO2가 이용되고, 상기 압전층(102)은 PbO3-PbTiO3-PbZrO3, Pb0.6Ba0.4Nb2O6, BaTiO3, Na0.5K0.5NbO3, PbTiO3-PbZrO3,PbTiO3,InO, CdS, LiNbO3,AlN과 같은 피에조 일렉트릭 물질로 형성되어 있다.
도 3 및 도 4는 복층 압전 광변위소자의 작용 설명도를 보인 것이며, 도 5는 복층 압전 광변위소자에 의한 기준광의 위상변위 설명도를 보인 것으로, 이하 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한다. 상기 복층 압전 광변위소자(100)는 투명전극(101)에 전압을 가하여 주면 상기 도 2와 같이 피에조 일렉트릭 물질이 주로 기준광(12)의 광축(C) 방향으로 팽창되어 변위의 변화를 나타낸다.
또, 도 3과 같이 전압이 인가되지 않을 때, 즉 V = 0일 때의 광학길이(optical length)는 n1l 이고, 도 4와 같이 전압이 인가될 때, 즉 V ≠ 0일 때의 광학길이는 n1(l+Δl) 이 되므로 전압을 인가함에 따라 n1Δl 만큼의 변위가 일어난다.
그리고, 이와 같이 복층 압전 광변위소자(100)에 광학길이가 변화하면 도 5와 같이 이에 대응하는 빔의 상(phase) 변화가 발생되어 복층 압전 광변위소자(100)를 통과하는 기준광(12)의 위상이 P1에서 P2로 변위되어 홀로그램 기록매체(60)로 입사된다.
상기 레이저(10), 공간 광변조기(50), 광전변환소자(70) 및 복층 압전 광변위소자(100) 등은 마이크로 프로세서의 제어에 의해 동작이 제어되도록 구성될 수 있으며, 복층 압전 광변위소자(100)의 투명전극(101)에 인가되는 전압은 마이크로 프로세서에 의해 전원공급부를 제어함으로써 조절할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 복층 압전 광변위소자를 이용한 페이스 멀티플렉싱 타입 홀로그램 데이타 스토레지 시스템은 레이저(10)에서 발생된 레이저 빔(11)이 빔 스플리터(20)에 입사되어 기준광(12)과 물체광(13)으로 나누어 지고 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 배치되고 거울(30)에서 반사된 후, 홀로그램 기록매체(60)에 도달한다.
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 간섭무늬가 기록된다.
또, 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.
그리고, 이와 같이 기록/재생할 때에 복층 압전 광변위소자(100)의 투명전극(101)에 전압을 인가하면, 도 2와 같이 복층 압전 광변위소자(100)가 기준광(12)의 광축(C) 방향으로 변위되고, 이 변위에 대응하여 기준광(12)의 위상이 변화되므로 주기는 같고 상(phase)만 차이가 나도록 기록 및 재생 할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 피에조 일렉트릭 물질의 압전층과 투명전극을 교호로 배열 형성한 복층 압전 광변위소자에 의해 기준광의 상변위를 일으켜 페이싱 멀티플렉싱을 행할 수 있으며, 데이타 기록밀도를 향상시킬 수 있는 이점이 있으며, 따라서 고용량의 홀로그램 데이타 스토레지 시스템 제작에 매우 유리하게 적용할 수 있다.
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.
Claims (2)
- 레이저 빔을 기준광과 물체광으로 분리하는 빔 스플리터의 기준광 광로 상에 복수개의 투명전극이 평행하게 배열되고, 각 투명전극 사이에 압전층이 배열되어 복층 구조로 형성되며 인가되는 전압에 따라 광학길이가 변화되는 복층 압전 광변위소자를 배치하여, 홀로그램 기록매체에 입사되는 기준광의 위상을 변화시켜 입사시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 복층 압전 광변위소자를 이용한 페이스 멀티플렉싱 타입 홀로그램 데이타 스토레지 시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 투명전극은 InO2, SiO2 중 어느 하나로 형성되고, 상기 압전층은 PbO3-PbTiO3-PbZrO3, Pb0.6Ba0.4Nb2O6,BaTiO3, Na0.5K0.5NbO3, PbTiO3-PbZrO3, PbTiO3, InO,CdS, LiNbO3, AlN 중 어느 하나로 형성된 것임을 특징으로 하는 복층 압전 광변위소자를 이용한 페이스 멀티플렉싱 타입 홀로그램 데이타 스토레지 시스템.
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