KR20100044112A - 데이터 페이지 품질이 향상된 홀로그래픽 저장 시스템 - Google Patents

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KR20100044112A
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holographic
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object beam
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KR1020090099231A
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요아킴 크닛텔
프랑크 프르지고다
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톰슨 라이센싱
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Abstract

본 발명은 데이터 페이지 품질이 향상된 홀로그래픽 저장 시스템에 관한 것이다. 이 홀로그래픽 저장 시스템은 특별한 광학 필터(7) 또는 특별한 광원(9)을 포함한다.
본 발명에 따르면, 기준 빔(2) 및/또는 대상 빔(1)의 높은 주파수 성분들이 강조된다. 이는 가장자리보다 중심에서 더 높은 감쇠를 가지는 푸리에 평면에 배치된 광학 필터(7)에 의해 달성된다. 대안적으로, 기준 빔(2) 및/또는 대상 빔(1)을 발생시키기 위한 적응된 광원(9)이 푸리에 평면에 배치된다. 광원(9)에 의해 방출된 광 빔은 중심보다 가장자리에 가까울수록 더 높은 강도를 가진다.

Description

데이터 페이지 품질이 향상된 홀로그래픽 저장 시스템{HOLOGRAPHIC STORAGE SYSTEM WITH IMPROVED DATA PAGE QUALITY}
본 발명은 홀로그래픽 저장 시스템에 관한 것으로, 더 구체적으로는 데이터 페이지 품질이 향상된 홀로그래픽 저장 시스템에 관한 것이다. 이 홀로그래픽 저장 시스템은 특별한 광학 필터 또는 특별한 광원을 포함한다.
홀로그래픽 데이터 저장시, 디지털 데이터는 2개의 가간접성(coherent) 레이저 빔의 중첩(superposition)에 의해 만들어진 간섭 패턴을 기록함으로써 저장되는데, 이 경우 '대상 빔(object beam)'이라고 하는 하나의 빔이 공간 광 변조기에 의해 변조되고, 기록될 정보를 운반한다. 두 번째 빔은 기준 빔(reference beam)으로서의 역할을 한다. 간섭 패턴은 저장 물질의 특정 특성들의 수정을 초래하고, 이는 그 간섭 패턴의 국부적인 강도(intensity)에 의존한다. 기록된 홀로그램의 판독은 기록하는 동안과 동일한 조건을 사용하는 기준 빔으로 홀로그램을 조명함으로써 수행된다. 이는 기록된 대상 빔의 재구성을 초래한다.
홀로그래픽 데이터 저장의 한 가지 장점은 데이터 용량의 증가이다. 종래의 광학 저장 매체와는 대조적으로, 홀로그래픽 저장 매체의 단지 몇 개의 층이 아닌 볼륨(volume)이 정보를 저장하기 위해 사용된다. 홀로그래픽 데이터 저장의 한 가지 또 다른 장점은, 예컨대 2개의 빔 사이의 각도를 변경하거나 시프트 멀티플렉싱(shift multiplexing) 등을 사용함으로써 동일한 볼륨에 다수의 데이터를 저장하는 가능성이다. 게다가 단일 비트를 저장하는 대신, 데이터가 데이터 페이지(page)들로서 저장된다. 통상적으로, 1개의 데이터 페이지는 밝음-어두움-패턴들의 매트릭스, 즉 2차원 2진 배열 또는 다수의 비트를 코딩하는 그레이(grey) 값들의 1개의 배열로 이루어진다. 이는 저장 밀도를 증가시키는 것과 더불어 데이터 속도(rate)를 증가시키는 것을 허용한다. 데이터 페이지는 공간 광 변조기(SLM: spatial light modulator)에 의해 대상 빔 상에 찍히고 검출기 배열로 검출된다. SLM의 간단한 예에는 '0'의 값을 지닌 픽셀들이 광을 차단하고, '1'의 값을 지닌 픽셀들이 광을 투과시키거나 반사시키는 진폭 SLM과, 정보 비트인 '0'과 '1'(또는 그 역도 성립)이 각각 '0'과 'π'의 위상 이동(phase shift)에 의해 표현되는 위상 SLM이 포함된다.
WO2005/109410은 소위 역방향-전파(counter-propagating) 공선적(collinear) 홀로그래픽 저장 시스템을 개시한다. 대상 빔과 기준 빔은 반대 방향으로 전파하고, 홀로그래픽 저장 매체에서 겹쳐진다. 역방향-전파 빔들을 발생시키기 위해, 기준 빔이 홀로그래픽 저장 매체를 투과하여 반사 타입의 SLM 상에 부딪히고, 이는 투과된 기준 빔 상에 데이터 페이지를 찍음으로써 대상 빔을 발생시킨다.
역방향-전파 시스템의 개략적인 예시가 도 1에 도시되어 있다. 광원(9)이 기준 빔(2)을 발생시키기 위해 사용된다. 광원(9)이 대상 빔을 발생시킬 수도 있지만, 이는 개략 예시도에는 도시되어 있지 않다. 대상 빔(1)과 기준 빔(2)은 홀로그래픽 저장 매체(5) 내에서 겹치는데 이러한 홀로그래픽 저장 매체(5)는 2개의 대물 렌즈(3,4) 사이의 푸리에 평면 내 또는 푸리에 평면에 가까이 놓여 있다. 홀로그래픽 저장 매체(5) 내의 기준 빔(2)의 강도 분포는 통상적으로 도 2에 도시된 바와 같은 가우시안(Gaussian)과 같은 모양을 가진다. 그 결과, 초점의 중심으로부터 더 멀리 떨어진 대상 빔(1)의 높은 주파수 성분들은 낮은 강도의 기준 빔 성분들과 간섭한다. 반대로, 대상 빔(1)의 중심에 더 가까이 있고 대상 빔(1)의 중심에 위치하는 대상 빔(1)의 낮은 주파수 성분들은, 높은 강도의 기준 빔 성분들과 간섭한다. 이것은 홀로그램들이 홀로그래픽 저장 공정 동안 효과적으로 저역 필터링된다는 것을 의미한다.
본 발명의 목적은 홀로그램들의 저역 필터링을 보상하기 위한 해결책을 제안하는 것이다.
본 발명의 제 1 양상에 따르면, 본 목적은 기준 빔 및/또는 대상 빔을 발생시키기 위한 광원을 구비한 홀로그래픽 저장 시스템에 의해 달성되는데, 이 경우 홀로그래픽 데이터 저장을 위한 구역은 상기 홀로그래픽 저장 시스템의 푸리에 평면 내 또는 푸리에 평면에 가깝게 위치하고, 적어도 하나의 광학 필터가 상기 기준 빔 및/또는 대상 빔의 강도 프로필을 수정하기 위한 공액(conjugate) 푸리에 평면에 배치되며, 상기 광학 필터는 상기 기준 빔 및/또는 대상 빔의 높은 주파수 성분들을 강조하도록 적응된다.
높은 주파수 성분들을 강조함으로써, 저장된 데이터 페이지들은 향상된 품질을 가지는데, 이는 데이터 페이지들의 더 예리한 이미지들이 회복되기 때문이다. 더 예리한 이미지들은 더 튼튼한 데이터 복조를 초래하고 따라서 더 낮은 비트 에러율을 초래한다.
바람직하게, 광학 필터는 그 광학 필터의 가장자리에서보다 그 광학 필터의 중심에서 더 낮은 투과율을 지닌 투과성 필터이거나 그 광학 필터의 가장자리에서보다 그 광학 필터의 중심에서 더 낮은 반사율을 지닌 반사성 필터이다. 예컨대, 투과율이나 반사율은 그 광학 필터의 중심으로부터 그 광학 필터의 가장자리로 가면서 포물선(parabola) 또는 가우시안 또는 다른 프로필을 따른다. 그러한 타입의 광학 필터들은 쉽게 실현될 수 있고, 본 발명의 다소 비용이 덜 드는 구현예를 허용한다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 본 목적은 기준 빔 및/또는 대상 빔을 발생시키기 위해 공액 푸리에 평면에 배치된 광원을 구비한 홀로그래픽 저장 시스템에 의해 달성되고, 이 경우 홀로그래픽 데이터 저장을 위한 구역은 그 홀로그래픽 저장 시스템의 푸리에 평면 내 또는 푸리에 평면에 가깝게 위치하며, 그 광원은 빔 프로필의 중심에서보다 빔 프로필의 가장자리에 가까울수록 더 높은 강도를 지닌 기준 빔 및/또는 대상 빔을 방출한다.
적응된 광원의 사용은 본 발명을 구현하기 위해 어떠한 추가적인 광학 성분도 필요하지 않다는 장점을 가진다.
유리하게, 광원에 의해 방출된 광 빔은 도넛(doughnut) 모양을 가진다. 본 명세서에서 "도넛 모양"이란 광 빔의 단면이 더 낮은 강도를 지닌 중심 영역을 둘러싸는 더 높은 강도를 지닌 고리를 보여준다는 의미이다.
중심에서 강도의 감소와 함께 광 빔의 가장자리에서의 강도의 가파른 감소를 얻는 것은 다소 어렵다. 도넛 모양, 즉 더 낮은 강도 중심을 지닌 더 높은 강도 고리는 유용하고, 바라는 강도 프로필을 보다 더 쉽게 달성 가능하게 하는 구현예이다.
홀로그래픽 저장 시스템에서 공액 푸리에 평면을 얻기 위해서는 4f 시스템이 필요하다. 이러한 4f 시스템은 대부분의 홀로그래픽 저장 시스템에서 이미 존재한다. 그러므로, 제안된 광학 필터를 추가하는 것은 저장된 데이터 페이지들의 품질을 향상시키기 위한 간단한 방법이다. 동시에, 낮은 주파수 구역에서의 높은 변조가 회피될 때, 홀로그래픽 물질(또는 M#)이 효율적으로 사용된다.
홀로그래픽 데이터 저장 방법은
- 기준 빔 및/또는 대상 빔을 발생시키는 단계;
- 기준 빔 및/또는 대상 빔의 높은 주파수 성분들을 강조하는 단계; 및
- 기준 빔 및/또는 대상 빔으로 홀로그래픽 저장 매체를 조명하는 단계를
가진다.
앞에서 이미 진술한 바와 같이, 높은 주파수 성분들을 강조함으로써, 저장된 데이터 페이지들은 향상된 품질을 가지는데, 이는 그 데이터 페이지들의 더 예리한 이미지들이 회복되기 때문이다. 더 예리한 이미지들은 더 튼튼한 데이터 복조를 초래하고 따라서 더 낮은 비트 에러율을 초래한다.
유리하게, 기준 빔 및/또는 대상 빔의 높은 주파수 성분들은 전술한 바와 같은 광학 필터로 기준 빔 및/또는 대상 빔을 필터링하거나, 푸리에 평면에서 배치된 전술한 바와 같은 광원으로 기준 빔 및/또는 대상 빔을 발생시킴으로써 강조된다.
2가지 해결책 모두 본 발명의 다소 쉽고 덜 고가인 구현예를 가능하게 한다.
이제, 더 나은 이해를 위해 본 발명이 도면을 참조하여 후속하는 설명에서 더 상세히 설명된다. 본 발명은 이러한 예시적인 실시예에 국한되지 않고, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 특정 특징들이 또한 유리하게 결합 및/또는 수정 될 수 있음이 이해된다.
본 발명을 이용함으로써, 더 튼튼한 데이터 복조를 초래하는, 데이터 페이지들의 더 예리한 이미지들이 회복되어 더 낮은 비트 에러율을 초래함으로써, 홀로그램들의 저역 필터링을 보상할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 단순화된 홀로그래픽 저장 시스템이 도 3에 도시되어 있다. 비록 도시된 시스템이 역방향-전파 시스템이지만, 본 발명은 이러한 타입의 시스템에만 국한되지 않는다. 본 발명은 푸리에 성분들의 저역 필터링이 일어나는 임의의 타입의 홀로그래픽 저장 시스템에도 적용 가능하다.
예시된 홀로그래픽 저장 시스템은 도 1에 도시된 홀로그래픽 저장 시스템과 거의 같다. 아포다이즈화(apadization) 필터(7)가 홀로그래픽 저장 매체(5)의 공액 푸리에 평면에 놓인다. 이것은 소위 4f 이미지화(imaging) 시스템을 형성하는 2개의 추가 렌즈(6,8)로 달성된다. 선형 스케일링(scaling) 인자까지, 홀로그래픽 저장 매체(5)의 위치에서와 아포다이즈드(apodized) 필터(7)의 위치에서의 강도 분포가 동일하다. 아포다이즈드 필터(7)는 중심에서는 낮은 투과율을 가지고, 중심으로부터 멀어질수록 높은 투과율을 가진다. 이러한 투과율 함수는 아포다이즈드 필터(7)의 위치에서, 및 이에 따라 또한 홀로그래픽 저장 매체(5)의 위치에서의 강도 분포를 수정한다. 기준 빔(2)의 유리한 결과로서 생기는 강도 분포가 도 4에 도시되어 있다. 높은 주파수 성분들의 이러한 예시적인 강도 분포 부분이 증대된다.
다음에는 제안된 발명의 유효성을 입증하는 시뮬레이션의 결과들이 제시된다. 이 시뮬레이션에서 아포다이즈화 푸리에 필터가 기준 빔(2)과 대상 빔(1) 모두에 적용된다.
도 5는 종래의 푸리에 필터의 투과 프로필을 예시한다. x축은 나이퀴스트(Nyquist)-주파수 차원의 반경을 나타낸다. y축은 투과율을 나타낸다. 이 예에서 필터의 차단(cut-off) 주파수는 fny=1.5이다. 보는 바와 같이, 투과율은 차단 주파수 아래의 전체 주파수 범위에 걸쳐 일정하다.
아포다이즈드 푸리에 필터(7)의 투과율 프로필은 도 6에 도시되어 있다. 앞에서와 같이 필터(7)의 차단 주파수는 fny=1.5이다. 하지만, 차단 주파수 아래의 전체 주파수 범위에 걸쳐 투과율이 일정하지 않다. 대신, 프로필은 80%인 중심 감쇠를 지닌 포물선(parabola)의 모양을 따른다.
도 5와 도 6의 푸리에 필터 프로필들로부터 생기는 푸리에 평면에서의 기준 빔(2)의 강도 분포가 도 7에 도시되어 있다. 라인(1)은 아포다이즈화가 없는, 즉 종래의 푸리에 필터의 결과로 생기는 강도 분포를 도시하는데 반해, 라인(2)은 아포다이즈화된 푸리에 필터의 결과로 생기는 강도 분포를 도시한다. 양쪽 강도 분포 모두 정규화되어 있어, 각 빔에서의 총 전력은 동일하다. 그려진 것은 나이퀴스트-주파수의 차원에서의 방사상 위치 대 평균 강도(mean intensity)이다. "평균 강도" 란 그 강도가 그래프에서 작은 반점(speckle) 잡음에 의한 강한 변조를 회피하기 위해 국부적으로 평균화되는 것을 의미한다.
도 5와 도 6의 푸리에 필터 프로필들로부터 생기는 푸리에 평면에서의 대상 빔의 강도 분포가, 도 8에 도시되어 있다. 도 7에서와 같이, 라인(1)은 아포다이즈화가 없이 생기는 결과 강도 분포를 도시하는데 반해, 라인(2)은 아포다이즈드 푸리에 필터(7)의 결과로 생기는 강도 분포를 도시한다. 그려진 것은 나이퀴스트-주파수의 차원에서의 방사상 위치 대 평균 강도이다. 보는 바와 같이, 종래의 필터에 비해 아포다이즈된 푸리에 필터에 의해 더 높은 공간 주파수가 증대된다.
도 9는 아포다이즈화 없이, 즉 종래의 푸리에 필터의 시뮬레이션된 판독 데이터 페이지를 도시한다. 도 10은 대상 빔(1)과 기준 빔(2)의 경로들에 삽입된 아포다이즈드 푸리에 필터로 시뮬레이션된 판독 데이터 페이지를 도시한다. 아포다이즈드 푸리에 필터로 생긴 이미지는 높은 주파수들의 강조로 인해 더 예리하다. 이 더 예리한 이미지는 더 낮은 비트 에러율로 디코딩될 수 있다.
도 1은 알려진 역방향-전파 홀로그래픽 저장 시스템을 개략적으로 도시하는 도면.
도 2는 도 1의 시스템에서 홀로그래픽 저장 매체의 위치에서 기준 빔의 강도 프로필을 도시하는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 홀로그래픽 저장 시스템을 도시하는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 시스템에서 홀로그래픽 저장 매체의 위치에서 기준 빔의 강도 프로필을 도시하는 도면.
도 5는 종래의 푸리에 필터의 투과율 프로필을 도시하는 도면.
도 6은 아포다이즈드 푸리에 필터를 도시하는 도면.
도 7은 도 5와 도 6의 푸리에 필터들로부터 생기는 기준 빔의 강도 분포를 도시하는 도면.
도 8은 도 5와 도 6의 푸리에 필터들로부터 생기는 대상 빔의 강도 분포를 도시하는 도면.
도 9는 아포다이즈화(apodization) 없이 시뮬레이션된 판독(read-out) 데이터 페이지를 도시하는 도면.
도 10은 대상 빔과 기준 빔의 경로들에서 삽입된 아포다이즈드 푸리에 필터로 시뮬레이션된 판독 데이터 페이지를 도시하는 도면.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
1: 대상 빔 2: 기준 빔
3,4: 대물 렌즈 5: 홀로그래픽 저장 매체
6,8: 렌즈 7: 아포다이즈드 필터
9: 광원

Claims (11)

  1. 기준 빔(2) 및/또는 대상 빔(1)을 발생시키기 위한 광원을 구비한 홀로그래픽 저장 시스템으로서,
    홀로그래픽 데이터 저장을 위한 구역은 상기 홀로그래픽 저장 시스템의 푸리에 평면 내 또는 푸리에 평면에 가깝게 위치하고, 적어도 하나의 광학 필터(7)가 상기 기준 빔(2) 및/또는 대상 빔(1)의 강도 프로필을 수정하기 위해 공액(conjugate) 푸리에 평면에 배치되는, 홀로그래픽 저장 시스템에 있어서,
    상기 광학 필터(7)는 상기 기준 빔(2) 및/또는 대상 빔(1)의 높은 주파수 성분들을 강조하도록 적응된 아포다이즈드(apodized) 투과 또는 반사 프로필을 가지는 것을 특징으로 하는, 홀로그래픽 저장 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 광학 필터(7)는 상기 광학 필터(7)의 가장자리에서보다 상기 광학 필터(7)의 중심에서 더 낮은 투과율을 지닌 투과성 필터이거나 상기 광학 필터의 가장자리에서보다 상기 광학 필터의 중심에서 더 낮은 반사율을 지닌 반사성 필터인, 홀로그래픽 저장 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 투과율이나 반사율은 상기 광학 필터의 중심으로부터 상기 광학 필터의 가장자리로 가면서 포물선(parabola) 또는 가우시안(Gaussian) 또는 다른 프로필을 따르는, 홀로그래픽 저장 시스템.
  4. 기준 빔(2) 및/또는 대상 빔(1)을 발생시키기 위해 공액 푸리에 평면에 배치된 광원을 구비한 홀로그래픽 저장 시스템으로서,
    홀로그래픽 데이터 저장을 위한 구역은 상기 홀로그래픽 저장 시스템의 푸리에 평면 내 또는 푸리에 평면에 가깝게 위치하는 홀로그래픽 저장 시스템에 있어서,
    광원(9)에 의해 방출된 기준 빔(2) 및/또는 대상 빔(1)의 세기는 빔 프로필의 중심에서보다 빔 프로필의 가장자리에 가까울수록 더 높은 것을 특징으로 하는, 홀로그래픽 저장 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 광원(9)에 의해 방출된 기준 빔(2) 및/또는 대상 빔(1)은 도넛 모양을 가지는, 홀로그래픽 저장 시스템.
  6. 홀로그래픽 데이터 저장 방법으로서,
    - 기준 빔(2) 및/또는 대상 빔(1)을 발생시키는 단계;
    - 기준 빔(2) 및/또는 대상 빔(1)의 높은 주파수 성분들을 강조하는 단계; 및
    - 기준 빔(2) 및/또는 대상 빔(1)으로 홀로그래픽 저장 매체(5)를 조명하는 단계를
    가지는, 홀로그래픽 데이터 저장 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    기준 빔(2) 및/또는 대상 빔(1)의 높은 주파수 성분들을 강조하는 상기 단계는, 아포다이즈드 투과 또는 반사 프로필을 가지는 광학 필터(7)로 기준 빔(2) 및/또는 대상 빔(1)을 필터링함으로써 수행되는, 홀로그래픽 데이터 저장 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 광학 필터(7)는 상기 광학 필터(7)의 가장자리에서보다 상기 광학 필터(7)의 중심에서 더 낮은 투과율을 지닌 투과성 필터이거나 상기 광학 필터의 가장자리에서보다 상기 광학 필터의 중심에서 더 낮은 반사율을 지닌 반사성 필터인, 홀로그래픽 데이터 저장 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 투과율이나 반사율은 상기 광학 필터의 중심으로부터 상기 광학 필터의 가장자리로 가면서 포물선 또는 가우시안 또는 다른 프로필을 따르는, 홀로그래픽 데이터 저장 방법.
  10. 제 6항에 있어서,
    기준 빔(2) 및/또는 대상 빔(1)의 높은 주파수 성분들을 강조하는 상기 단계는, 푸리에 평면에 배치된 광원(9)으로 상기 기준 빔(2) 및/또는 대상 빔(1)을 발생시킴으로써 수행되고, 상기 광원(9)에 의해 방출된 상기 기준 빔(2) 및/또는 대상 빔(1)의 강도는 빔 프로필의 중심에서보다 빔 프로필의 가장자리에 가까울수록 더 높은, 홀로그래픽 데이터 저장 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 광원(9)에 의해 방출된 기준 빔(2) 및/또는 대상 빔(1)은 도넛 모양을 가지는, 홀로그래픽 데이터 저장 방법.
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