KR20220007094A - 고밀도 광학 데이터 기록 - Google Patents

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KR20220007094A
KR20220007094A KR1020217039599A KR20217039599A KR20220007094A KR 20220007094 A KR20220007094 A KR 20220007094A KR 1020217039599 A KR1020217039599 A KR 1020217039599A KR 20217039599 A KR20217039599 A KR 20217039599A KR 20220007094 A KR20220007094 A KR 20220007094A
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리차드 존 블랙
패트릭 닐 앤더슨
로카스 드레빈스카스
오스틴 니콜라스 도넬리
휴 데이비드 폴 윌리엄스
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마이크로소프트 테크놀로지 라이센싱, 엘엘씨
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Abstract

고체 기판 내에 데이터를 기록하기 위한 방법은, 가간섭성 광학 펄스트레인의 편광각을 변조하는 단계, 및 편광각이 변조되는 동안, 상대 속도로 고체 기판을 통해 이동하는 로커스(locus) 상에 가간섭성 광학 펄스트레인을 포커싱하는 단계를 포함한다. 여기서, 상대 속도, 상대 속도의 방향에서의 로커스의 폭, 및 편광각의 변조 레이트는, 기판이, 로커스의 폭 내에서, 광학 펄스트레인 중 편광각이 상이한 둘 이상의 펄스를 수신하도록 하기 위한 것이다. 이러한 방식으로, 둘 이상의 펄스는, 로커스의 폭 내에서 기판의 상이한 부분에 둘 이상의 상이한 심볼을 기록한다.

Description

고밀도 광학 데이터 기록
유리와 같은 고체 유전체 기판 내에 데이터를 광학적으로 기입 및 저장하기 위해 고출력 단펄스 레이저 조사가 사용될 수 있다. 조사는, 기판에 의한 비선형 다중 광자 흡수에 의해 야기되는, 장기간 유지되는 격자 섭동을 그 초점에 유도한다. 일부 경우, 격자 섭동은, 조사가 포커싱되는 지점에서, 기판 내에 매립된 매우 작은 회절 격자의 광학적 특성을 갖는다. 이러한 방식으로 기판에 기입된 데이터는, 기판 내에 형성된 다양한 격자형 섭동에 대한 정보를 얻기 위한 편광 이미징을 사용하여 다시 판독될 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 예는, 고체 기판 내에 데이터를 기록하기 위한 방법에 관한 것이다. 방법은, 가간섭성 광학 펄스트레인의 편광각을 변조하는 단계, 및 편광각이 변조되는 동안, 상대 속도로 고체 기판을 통해 이동하는 로커스(locus) 상에 가간섭성 광학 펄스트레인을 포커싱하는 단계를 포함한다. 이 방법에서, 상대 속도, 상대 속도의 방향에서의 로커스의 폭, 및 편광각의 변조 레이트는, 기판이, 로커스의 폭 내에서, 광학 펄스트레인 중 편광각이 상이한 둘 이상의 펄스를 수신하도록 하기 위한 것이다. 이러한 방식으로, 둘 이상의 펄스는, 로커스의 폭 내에서 기판의 상이한 부분에 둘 이상의 상이한 심볼을 기록한다.
다른 예는, 편광 이미징에 의해 프로빙가능한 인접한 복셀 체적들의 적어도 하나의 시리즈를 포함하는 고체 기판에 관한 것이며, 적어도 하나의 시리즈는, 근접한 제1 및 제2 복굴절 복셀 체적을 포함하고, 제1 복셀 체적의 복굴절은 제1 기입 심볼을 인코딩하고, 제2 복셀 체적의 복굴절은 제2 기입 심볼을 인코딩한다.
또 다른 예는, 변조 시스템, 고체 기판, 액추에이터, 및 인코더를 포함하는 데이터 기록 시스템에 관한 것이다. 변조 시스템은, 로커스 상에 포커싱되는 가간섭성 광학 펄스트레인의 편광각을 변조하도록 구성되고, 고체 기판은, 로커스에서 가간섭성 광학 펄스트레인을 수신하도록 배열된다. 액추에이터는, 상대 속도로, 그리고 편광각이 변조되는 동안, 고체 기판에 대한 로커스의 상대 위치를 변화시키도록 구성된다. 기판이, 로커스의 폭 내에서, 광학 펄스트레인 중 편광각이 상이하고 둘 이상의 상이한 심볼을 인코딩하는 둘 이상의 펄스를 수신하도록 하기 위해, 인코더는, 상대 속도 및 편광각의 변조 레이트를 제어하도록 구성된다.
본 발명의 내용은, 단순화된 형태의 선택된 개념을 소개하기 위해 제공되며, 이는 아래의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에서 추가적으로 설명된다. 본 발명의 내용은, 청구되는 주제의 주요 특징 또는 필수 특징을 식별하도록 의도되지 않으며, 청구되는 주제의 범위를 제한하기 위해 사용되도록 의도되지도 않는다. 또한, 청구되는 주제는, 본 개시의 임의의 부분에 언급된 임의의 단점 또는 모든 단점을 해결하는 구현예로 제한되지 않는다.
도 1a 및 도 1b는, 데이터 리트리빙(retrieving)이 통합된 예시 광학 데이터 기록 시스템의 양상을 도시한다.
도 2는, 예시 광학 데이터 기록 시스템의 예시 기입 헤드의 양상을 도시한다.
도 3은, 기판 내에 광학적으로 데이터를 기록하기 위한 비교예 방법의 양상을 예시한다.
도 4는, 도 3의 비교예 방법의 예시 실행에 의해 변경된 기판의 층의 상보적 복굴절 맵을 도시한다.
도 5는, 기판 내에 광학적으로 데이터를 기록하기 위한 예시 방법의 양상을 예시한다.
도 6 및 도 7은, 도 5의 방법의 예시 실행에 의해 변경된 기판의 층의 상보적 복굴절 맵을 도시한다.
도 8 및 도 9는, 예시 광학 데이터 기록 시스템의 다른 예시 기입 헤드의 양상을 도시한다.
도 10은, 데이터 리트리빙이 통합된 예시 광학 데이터 기록 시스템의 예시 판독 헤드의 양상을 도시한다.
도 11은 예시 컴퓨터 시스템의 양상을 도시한다.
위에서 언급한 바와 같이, 고출력 가간섭성 조사를 사용하여 유리 또는 다른 고체 기판에 데이터가 기입될 수 있다. 본 명세서에서, 개별 데이터 값(즉, 심볼)이 저장될 수 있는 기판의 임의의 이산적 체적을 지칭하기 위해 '복셀'이라는 용어가 사용된다. 복셀 내에 저장되는 데이터는 다양한 형태를 취할 수 있다. 원칙적으로는, 데이터를 인코딩하기 위해 기판 격자의 뮬러 행렬 계수 중 임의의 계수가 조작될 수 있다. 실리카 유리 기판을 사용하는 예에서, 포커싱된 편광 조사로부터의 격자 섭동은, 초점에 국부화된 비고유 복굴절의 형태를 취할 수 있다. 따라서, 기판의 각 복셀은, 지연 크기 δd 및 방위각 φ의 매우 작은 파장판으로서 모델링될 수 있다. 주어진 복셀에 원하는 심볼을 기입하기 위해 이들 모델 파라미터가 독립적으로 조작될 수 있으며, 기입 빔의 편광각은 방위각 φ를 결정하고, 기입 빔의 에너지는, 일부 예에서, 파장판 격자의 강도를, 그리고 따라서, 지연 크기 δd를 결정한다.
달성가능한 방위각 및/또는 지연 크기의 연속적인 공간을 이산적 간격들로 분할함으로써, 즉, 해당 복셀의 복굴절이 이산적 간격들 중 하나 내에 있도록 강제함으로써, 다수 비트의 데이터 값이 각 복셀에 인코딩될 수 있다. 이러한 방식으로, 각 복셀은 R≥1 개의 상이한 지연 크기 중 하나를 Q≥1 개의 상이한 방위각 각각으로 인코딩할 수 있다. 일부 예에서, 조사되는 기판의 표면 아래의 지정된 깊이까지 레이저 조사를 포커싱함으로써, 복셀 구조물의 여러 평행 층이 동일한 기판에 기입될 수 있다. 이러한 광학 데이터 기록 모드는 '5D 광학 저장'으로서 지칭된다.
높은 밀도로 데이터를 기록하기 위해, 인접한 복셀을 근접하게, 또는 거의 근접하게, 위치시키고, 신뢰가능한 기입가능성 및 판독가능성의 한계까지 각 복셀 체적을 축소시키는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 전략은 또한, 기입 빔이 기판을 통해 래스터화되는 구현예에서 데이터 기입 대역폭을 증가시킬 수 있다. 그러나, 현재의 접근법에서, 복셀 체적은, 기입 빔이 포커싱될 수 있는 로커스의 사이즈에 의해 제한된다. 이상적인 경우에서 최소 로커스 사이즈는 회절 한계에 접근할 수 있지만, 광학적 비이상성으로 인해 현실에서 최소 로커스 사이즈는 훨씬 더 클 수 있다.
이들 문제를 해소하고 또 다른 장점을 제공하기 위해, 광학 데이터 기록의 다중 광자 메커니즘을 이용하는 예가 본 명세서에서 개시된다. 본 명세서에서 개시되는 접근법에서, 레이저의 초점이 기판을 통해 이동함에 따라서 실질적으로 연속적인 행으로 데이터가 기판에 기입된다. 초점에서 수신되는 펄스의 누적은, 기판의 조사되는 체적을 프라이밍(priming)하여, 기입 프로세스에 대해 점점 순응적이게 만든다. 이러한 시나리오에서, 주어진 체적 내에서 수신되는 최종 펄스만이 파장판을 최종 배향으로 고정시키고, 이에 의해 심볼을 복셀에 할당한다. 따라서, 기입된 복셀들의 연속적이거나 거의 연속적인 행 또는 시리즈가 기판 내에 형성되어, 높은 저장 밀도 및 대역폭을 제공한다.
아래에서 설명되는 예에서, 도면 중 하나 이상 내에서 실질적으로 동일할 수 있는 컴포넌트, 프로세스 단계, 및 다른 요소는 동격으로 식별되고, 최소한의 반복으로 설명된다. 그러나, 동격으로 식별되는 요소는 또한, 어느 정도 상이할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 도면은 개략적이며, 일반적으로 비례에 맞게 도시되어 있지 않다는 점에 또한 유의해야 한다. 오히려, 특정한 특징 또는 관계를 더 쉽게 알 수 있도록 하기 위해, 도면에 도시된 컴포넌트의 다양한 도시 비례, 종횡비, 및 수는 의도적으로 왜곡될 수 있다.
도 1a는, 데이터 리트리빙이 통합된 예시 광학 데이터 기록 시스템(10A)의 양상을 도시한다. 데이터 기록 시스템(10A)은, 고체 유전체 기판(12A)에 데이터를 기입 및 저장하도록 구성된다. 기판은 구현예마다 상이할 수 있지만, 일반적으로, 적어도 데이터를 기입 및 판독하기 위해 사용되는 조사의 파장 범위 내에서, 1차적으로 투명하다. 일부 구현예에서, 기판은 폴리머일 수 있다. 일부 구현예에서, 기판은 실리카 유리, 용융된 석영, 또는 용융된 실리카와 같은 무기 유리일 수 있다. 일부 구현예에서, 기판은, 기계적으로 안정적인 지지층에 커플링된 상대적으로 얇은 광학층(예를 들어, 30 내지 300 마이크로미터)의 형태를 취할 수 있다.
데이터 기록 시스템(10A)의 버퍼(14)는, 기판(12A)에 기입될 입력 데이터 스트림(16)을 버퍼링하도록 구성된다. 일부 구현예에서 입력 데이터 스트림은 디지털 데이터를 포함할 수 있다. 인코더(18)는, 본 명세서에서의 방법에 따른 미리 결정된 인코딩 방식에 따라서 데이터가 기입되도록, 버퍼로부터의 데이터를 파싱하고 적절한 제어 신호를 기입 헤드(20)에 제공하도록 구성된다. 인코딩 및 기입 프로세스의 추가적인 양상은 기입 제어기(22)에 의해 제어된다.
도 1a에서 기판(12A)은, XY 병진운동 스테이지(24) 상에 배열된 직사각형 판의 형태로 도시되어 있다. 도 1b는, 기판(12B)이 회전 디스크의 형태를 취하는 또 다른 광학 데이터 기록 시스템(10B)의 양상을 도시한다. 다른 예에서, 기판은 상이하게, 예를 들어, 회전 원통으로서, 성형될 수 있다. 다른 예에서, 기입 헤드(20)는, 하나 이상의 방향 및/또는 회전으로 이동하도록 구성될 수 있고, 기판은 정지되어 있을 수 있다. 또 다른 예에서, 기판은 기입 헤드에 대해 정지되어 있을 수 있고, 기입 헤드는, 기판의 지정된 영역으로 기입을 지향시키기 위한 적절한 빔 조향 컴포넌트리를 포함할 수 있다. 기판과 기입 헤드가 서로에 대해 이동되는 임의의 구현예에서, 순시 상대 속도를 비롯한 상대적인 움직임은 인코더(18)에 의해 제어될 수 있다.
도 2는, 광학 데이터 기록 시스템(10)의 예시 기입 헤드(20A)의 양상을 도시한다. 기입 헤드(20A)는 고출력 레이저(26) 및 변조 시스템(28A)을 포함한다. 변조 시스템은, 전자적으로 어드레싱가능한 편광 변조기(PM, polarization modulator)(30) 및 초점 시스템(32)을 포함한다.
레이저(26)는, 고정된 위상 및 편광의 가간섭성 광학 펄스트레인을 방출하도록 구성된다. 일부 구현예에서, 레이저는, 고정된 파장 대역 내에서 방출하는 펨토초 레이저일 수 있다. 세부적인 구현에 의존하여, 자외선, 가시광선, 근적외선, 및 중적외선 내의 파장 대역 모두가 예상된다. 일부 구현예에서, 매우 높은 에너지의 매우 짧은 펄스를 제공하기 위해, 레이저는, Q-스위칭 및/또는 모드-잠금될 수 있다. 세부적인 구현에 의존하여, 피코줄 내지 마이크로줄 범위 내의 펄스 에너지가 사용될 수 있다. 일부 예에서, 레이저로부터의 조사는, 수십 내지 수천 펨토초의 지속 시간 동안의 광자 펄스의 반복 펄스트레인을 포함할 수 있다. 일부 예에서 1MHz 내지 100MHz의 반복 레이트가 사용될 수 있지만, 더 빠르거나 더 느린 반복 레이트 또한 예상된다. 세부적인 구현에 의존하여, 개별 펄스의 폭은, 예를 들어, 10펨토초에서부터 10피코초까지의 범위일 수 있다. 일부 구현예에서, 비선형 광학 프로세스를 이용하는 광학 고조파 생성기를 사용하여 광의 더 짧은 파장이 형성될 수 있다. 다른 형태의 레이저 조사 또한 예상된다. 가간섭성 광학 펄스트레인의 진폭이 변조되는 예에서, 인코더(18)는, 변조를 제어하도록 구성될 수 있다.
도 2의 기입 헤드(20A)에서, 레이저(26)로부터의 가간섭성 광학 펄스트레인이 PM(30)을 통과하도록, 변조 시스템(28A)은 광학적으로 레이저(26)의 다운스트림에 배열된다. 반사식 및 회절식의 PM 변형예 또한 예상된다. PM은, 제어가능하게 가변적인 각도만큼 가간섭성 광학 펄스트레인의 편광 상태를 회전시키도록 구성되는 비이미징 능동 광학계이다. 가간섭성 광학 펄스트레인이 평면 편광되는 예에서, 편광 상태의 변조는, 미리 선택된 각도들의 시리즈를 통해 가간섭성 광학 펄스트레인의 전기장 벡터의 진동 평면을 동기식으로 회전시키는 것을 포함한다. 기입 헤드(20A)에서, PM(30)은 인코더(18)에 동작가능하게 커플링된다. 인코더는, 편광 상태에 적용되는 가변 회전을 정의하는 전자 신호를 PM에 제공한다.
이러한 방식으로, 변조 시스템은, 초점 시스템(32)에 의해 로커스(34) 상에 포커싱되는 가간섭성 광학 펄스트레인의 편광각을 변조하도록 구성된다. 본 명세서에서 '로커스'라는 용어는, 가간섭성 광학 펄스트레인(즉, 기입 빔)이 기판의 복굴절을 변경하기에 충분한 에너지를 가지고 포커싱되는 공간의 영역을 지칭한다. 일부 예에서, 로커스는 기입 빔의 전체 초점 체적을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 로커스는 초점 체적 내부의 '핫 스팟'에 대응할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 기판(12)은, 로커스(34) 상에 포커싱되는 가간섭성 광학 펄스트레인을 수신하도록 배열된다. 기판(12)의 복수의 깊이층에 데이터가 기입되어야 하는 예에서, 기입 빔의 조사가 기판의 임의의 선택된 깊이층에 포커싱될 수 있도록, 초점 시스템(32)은, 인코더(18)에 의해 제어되는 조정가능한 초점 길이를 가질 수 있다. 다른 예에서, 가간섭성 광학 펄스트레인을 수신할 기판의 깊이층을 선택하도록 기입 헤드(20A)와 기판(12) 사이의 거리가 변화될 수 있다. 기입 헤드(20A)는, 변조된 편광각을 갖는 단일 기입 빔을 이용하지만, 본 개시는 또한, 고정 또는 가변 편광의 복수의 기입 빔을 혼합함으로써, 요구되는 가변 편광이 제공되는 구성을 망라한다. 빔 혼합 구성에서, 조사되는 로커스의 관점에서 가간섭성 광학 펄스트레인이 정의된다. 즉, 펄스트레인은 단일 기입 빔으로부터의 펄스 또는 둘 이상의 상이한 기입 빔으로부터의 펄스를 포함할 수 있다.
도 1a로 잠시 되돌아가면, 기판(12A)은 스테이지(24)에 의해 지지되고, 스테이지(24)는 액추에이터(36)에 기계적으로 커플링된다. 하나 이상의 방향으로 기판을 이동시킴으로써, 액추에이터는 기판에 대한 로커스(34)의 상대 위치를 변화시킨다. 실제로, 기입 빔의 편광각이 변조될 때, 액추에이터는 로커스에 상대 속도를 전달한다. 물론, (도 1b에 도시된 바와 같이) 기입 헤드에 대해 기판을 회전시킴으로써, 기판이 고정된 상태로 유지되는 동안 기입 헤드를 이동시킴으로써, 또는 기판과 기입 헤드 둘 다를 동시에 이동시킴으로써 유사한 효과가 또한 달성될 수 있다. 일부 예에서, 기입 헤드(20)는, 기입 헤드와 기판 사이의 상대 변위를 감지하도록 구성되는 감지 컴포넌트리(도면에는 도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 상대 변위는, X, Y, 및/또는 Z 방향으로 감지될 수 있다. 일부 예에서, 상대 변위는 인코더(18) 및/또는 제어기(22)에 대한 출력 데이터로서 제공되고 폐루프 방식으로 액추에이터(36) 및/또는 초점 시스템(32)을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 기판 내에서의 로커스의 이동을 정확하게 제어하고 원하는 기능을 달성하도록, 전체적인 변위 제어 방식은, 미리 결정된 궤적 및 세트 포인트를 이용할 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 구성에 기초하여, 기입 헤드(20)는, 기판의 각 복셀 i에, 해당 복셀의 복굴절 특성에 의해 인코딩되는 심볼 Si를 기입하도록 구성될 수 있다. 심볼은 디지털 값 또는 비트 시퀀스로서, 예컨대, 00, 01, 10, 11로서, 표현될 수 있다. 이는, 예컨대, 2개의 가능한 방위각 중 어느 하나, 및 각 방위각에 대한 2개의 가능한 지연 크기 중 어느 하나를 인코딩함으로써 달성될 수 있다. 또 다른 예시 인코딩은, 단일 지연 크기에서 3개의 가능한 편광각을 포함할 수 있다. 일반적으로, 각 복셀은 R≥1 개의 상이한 지연 크기 중 하나를 Q≥1 개의 상이한 방위각 각각으로 인코딩할 수 있고, 여기서 Q 및 R은 정수이다. 더 큰 범위의 편광각 및/또는 지연 크기의 사용은, 각 복셀에 기입되는 더 긴 비트 시퀀스에 대응할 수 있다.
도 3은, 기판 내에 광학적으로 데이터를 기록하기 위한 비교예 방법(38)의 양상을 예시한다. 설명의 용이함을 위해, 본 명세서에서의 방법은, 전술한 구성을 계속적으로 참조하면서 설명된다. 그러나, 상이한 구성이 그러한 방법을 지지할 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
방법(38)의 40에서, 진폭 변조 가간섭성 광학 펄스트레인을 제공하기 위해 레이저(26)에 에너지가 공급된다. 도 3의 그래프(42)는, 방법(38)의 실행 동안의 레이저(26)로부터의 가간섭성 펄스트레인의 순시 출력을 나타낸다. 이 그래프에 도시된 바와 같이, 기판(12) 내의 개별 복셀(44)의 기입과 일치하도록 펄스트레인의 진폭이 변조된다. 46에서, 레이저로부터의 가간섭성 광학 펄스트레인은 기판의 미리 결정된 깊이층에 포커싱된다. 더 구체적으로, 가간섭성 광학 펄스트레인은 로커스(34) 상에 포커싱된다. 48에서, 로커스가 이동하는 기판에 대한 상대 속도를 로커스에 전달하기 위해 액추에이터(36)에 에너지가 공급된다. 일부 예에서, 기판의 복수의 깊이층 각각을 통해 로커스가 래스터화되도록, 인코더(18)가 액추에이터(36) 및 초점 시스템(32)을 제어할 수 있으며, 액추에이터는 각 행의 기입 동안 실질적으로 일정한 상대 속도를 전달한다. 본 명세서에서 '행'이라는 용어는, 체적들이 직성 상에 놓이는지의 여부에 상관없이, 기판의 로커스 사이즈 체적들의 시리즈를 지칭한다는 점에 유의해야 한다. 따라서, '행'이라는 용어와 '시리즈'라는 용어는 이러한 맥락에서 상호교환가능하게 사용된다. 기판이 회전 디스크인 구현예에서, 예컨대, 기판 체적들의 시리즈는, 행이라기보다는, 원호 상에 놓일 수 있다. 또한, 일부 예에서, 물질 깊이의 범위를 따라서 행이 배열될 수 있다.
도 3을 계속 참조하면, 50에서, 로커스가 상대 속도로 기판을 통해 계속하여 이동함에 따라서, 현재의 로커스 내에서 기입될 복셀에 대한 미리 결정된 방위각의 복굴절을 제공하기 위해 가간섭성 광학 펄스트레인의 편광각이 변조된다. 도 3의 그래프(52)는, PM(30)에 의해 제어되는 편광각을 나타내고, 그래프(54)는, 현재의 로커스에서 기판 내에 인코딩되는 복굴절의 지연 크기를 나타낸다. 이 방법에서, 기판의 주어진 로커스 사이즈 체적에 지향되는 펄스 모두는 동일한 편광각을 갖는다. 이는, 상이한 심볼을 갖는 3개의 개별적인 복셀(44A, 44B, 및 44C)의 기입을 초래한다. 이 방법에서, 각 복셀은 둘 이상의 로커스 사이즈 체적의 중첩이기 때문에, 각 복셀은 스캔 방향에서 로커스(34)보다 더 넓다.
도 4는, 한 예에서의, 비교예 방법(38)의 실행에 의해 변경된 기판의 층의 상보적 복굴절 맵을 도시한다. 도 4의 좌측 패널은, 여러 행의 복셀이 기입된 후의 기판층 상의 XY 위치의 함수로서의 방위각의 맵(56)이다. 도 4의 우측 패널은, 대응하는 지연 크기의 맵(58)이다. 맵 둘 다는, 복셀 사이에 상당한 미기입 공간을 갖는 복셀의 규칙적인 어레이를 드러내며, 각 복셀은, 검출가능한 지연 크기를 갖는다.
일부 시나리오에서, 감소된 스캔 레이트로 비교예 방법(38)을 적용함으로써 데이터 밀도 및 지연 크기가 증가될 수 있다. 그러나 그러한 해결책은 데이터 기록의 대역폭의 대응하는 증가를 제공하지 않는다. 또한, 데이터 밀도는 결국, 기입 빔이 포커싱될 수 있는 로커스(34)의 최소 사이즈에 의해 제한될 것이다. 이전에 언급한 바와 같이, 이상적인 경우에서 로커스의 최소 사이즈는 회절 한계에 접근할 수 있지만, 광학적 비이상성으로 인해 현실에서 로커스의 최소 사이즈는 훨씬 더 클 수 있다.
이들 문제를 고려하여, 도 5는, 기판 내에 광학적으로 데이터를 기록하기 위한 개선된 방법(60)의 양상을 예시한다. 방법(60)의 62에서, 가간섭성 광학 펄스트레인을 제공하기 위해 레이저(26)에 에너지가 공급된다. 도 5의 그래프(64)는, 방법(60)의 실행 동안의 레이저(26)로부터의 가간섭성 펄스트레인의 순시 출력을 나타낸다. 비교예 방법(38)에서와 같이 레이저로부터의 펄스트레인의 진폭을 변조하는 대신, 방법(60)에서 진폭은 문턱치 위로, 예컨대, 기판의 복굴절을 변경하기에 충분한 에너지를 제공하기 위한 문턱치 위로 유지된다. 일부 예에서, 진폭은 일정하게 유지될 수 있다. 46'에서, 레이저로부터의 가간섭성 광학 펄스트레인은 기판의 미리 결정된 깊이층에 포커싱된다. 더 구체적으로, 가간섭성 광학 펄스트레인은 로커스(34) 상에 포커싱된다. 48'에서, 로커스가 이동하는 기판에 대한 상대 속도를 로커스에 전달하기 위해 액추에이터(36)에 에너지가 공급된다. 기판의 복수의 깊이층에 데이터가 기입되어야 하는 예에서, 전술한 바와 같이, 초점 깊이를 조정하기 위해 초점 시스템(32)이 적절히 제어될 수 있다.
50'에서, 로커스가 상대 속도로 기판을 통해 계속하여 이동함에 따라서, 현재의 로커스 내에서 기입될 복셀에 대한 미리 결정된 방위각의 복굴절을 제공하기 위해 가간섭성 광학 펄스트레인의 편광각이 변조된다. 한 예에서, 도 5의 그래프(72)는, PM(30)에 의해 제어되는 가간섭성 광학 펄스트레인의 편광각을 나타내고, 그래프(74)는, 현재의 로커스에서 기판 내에 인코딩되는 복굴절의 크기를 나타낸다. 이 방법에서, 상대 속도, 상대 속도의 방향에서의 로커스의 폭, 및 편광각의 변조 레이트는, 기판이, 로커스의 폭 내에서, 광학 펄스트레인 중 편광각이 상이한 둘 이상의 펄스를 수신할 수 있도록 하기 위한 것이다. 즉, 편광각이 변조되는 동안, 가간섭성 광학 펄스트레인은, 상대 속도로 기판을 통해 이동하는 로커스(34) 상에 포커싱된 상태를 유지한다. 이러한 동작은, 로커스의 폭 내에, 편광각이 상이한 둘 이상의 펄스를 전달한다. 둘 이상의 펄스는, 모두가 로커스의 폭 내에 있는 기판의 상이한 부분에, 둘 이상의 상이한 심볼을 기록한다. 일부 구현예에서, 편광각은 기간 T=W/V 내에 적어도 한 번 변경될 수 있으며, 여기서 V는 상대 속도이고, W는 상대 속도의 방향에서의 로커스의 폭이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 편광각이 변조됨에 따라서 그리고 로커스가 계속하여 기판을 통해 이동함에 따라서, 편광각이 상이한 둘 이상의 펄스가 기판의 로커스 사이즈 체적 내에서 수신된다. 물론, 둘 이상의 펄스가 수신되는 로커스 사이즈 체적은, 고체 기판의 연속적이고 합동적인(congruent) 체적들의 시리즈(예컨대, 행) 중 하나의 체적일 수 있다. 일부 예에서, 로커스가 시리즈 내의 한 체적에서 또 다른 체적으로 이동함에 따라서, 편광각은 계속하여 변조되고 가간섭성 광학 펄스트레인의 진폭은 계속하여 유지된다.
둘 이상의 펄스의 수신은 로커스의 폭 내에 둘 이상의 복셀(44')을 형성한다. 일반적으로, 둘 이상의 복셀(예컨대, 복셀(44A', 44B', 44C')) 각각은, 기판의 후속적인 판독 동안의 프로브 광에 대한 상이한 복굴절을 나타낼 수 있다. 다르게 진술하면, 둘 이상의 펄스는, 로커스의 폭 내에서 기판의 상이한 부분에 둘 이상의 상이한 심볼을 기록할 수 있다.
도 5의 방법은 유전체 기판 내의 광학 데이터 저장의 다중 광자 메커니즘에 의해 전달된다. 특히, 조사의 로커스에서의 고에너지 펄스의 누적은 기판의 조사되는 체적을 프라이밍하여, 기입 프로세스에 대해 점점 순응적이게 만든다. 이러한 시나리오에서, 주어진 체적 내에서 수신되는 최종 펄스만이 파장판 배향을 그 최종 값으로 고정시키고, 이에 의해 심볼을 복셀에 할당한다. 따라서, 기입된 복셀(44')들의 연속적이거나 거의 연속적인 행이 기판 내에 형성될 수 있다. 이는, 높은 밀도 및 높은 대역폭으로 데이터가 기록되는 것을 가능케 한다.
주어진 복셀(44')의 관점에서, 로커스(34) 내에서 수신되는 둘 이상의 펄스는 하나 이상의 이른 펄스 및 하나 이상의 늦은 펄스(즉, 이른 펄스 중 임의의 펄스보다 더 늦게 수신되는 펄스)를 포함한다. 이른 펄스는 로커스 아래의 전체 체적을 데이터 기입에 대해 더 순응적이게 만들고; 늦은 펄스는, 로커스가 계속하여 이동하기 직전에, 해당 체적 내의 최좌측 복셀의 복굴절을 설정한다. 예를 들어, 복셀(44C')의 관점에서, 펄스(76A)는 이른 펄스이고, 펄스(76B)는 늦은 펄스이다. 펄스(76A)는, 복셀(44C')에 대응하는 체적을 포함하여, 로커스 아래의 체적을 프라이밍한다. 그 후 늦은 펄스(76B)는 복셀(44C')의 복굴절을 그 최종 값으로 설정한다. 늦은 펄스를 전달한 직후에, 로커스는 계속하여 복셀(44C')로부터 멀리 이동하여, 인코딩된 복굴절을, 그리고 특히, 복굴절의 방위각을, 늦은 펄스의 편광각에 의해 결정된 바와 같이 고정된 상태로 남긴다. 실제로, 하나 이상의 이른 펄스는, 하나 이상의 늦은 펄스의 수신에 의해 최종적으로 설정되는 방위각에서 각 복셀의 복굴절의 지연 크기를 선제적으로 증가시킨다. 이러한 증가는, 이른 펄스가 수신되지 않는 가상의 경우에 대한 것이며, 이러한 가상의 경우에서, 지연 크기는 꽤 작을 수 있다.
도 6은, 한 예에서의, 예시 방법(60)의 실행에 의해 변경된 기판의 층의 상보적 복굴절 맵을 도시한다. 도 6의 좌측 패널은, 여러 행의 복셀이 기입된 후의 기판층 상의 XY 위치의 함수로서의 방위각의 맵(78)이다. 도 6의 우측 패널은, 대응하는 지연 크기의 맵(80)이다. 맵 둘 다는, 복셀 사이에 공간이 거의 또는 전혀 없는 복셀의 규칙적인 어레이를 드러내며, 각 복셀은 강한 지연 크기를 갖는다.
도면을 계속하여 참조하면, 도 7의 맵(82)은, 여러 행의 복셀이 기입된 후의 기판(12)의 단일층 상의 XY 위치의 함수로서 플로팅된 실험적인 방위각 맵이다. 편광 이미징에 의해 취득된 이들 데이터는, 도 5의 방법에 따라서 형성되는 변경된 기판이, 근접한 제1 및 제2 복굴절 복셀 체적을 갖는 인접한 복셀 체적들의 적어도 하나의 시리즈를 포함한다는 것을 나타낸다. 맵(82) 내의 다수의 인스턴스에서, 제1 복셀 체적의 복굴절은 제1 기입 심볼을 인코딩하고, 제2 복셀 체적의 복굴절은, 제1 복셀 체적과는 같지 않은 제2 기입 심볼을 인코딩한다. 특히, 제1 복셀 체적의 복굴절은 제2 복셀 체적의 복굴절과는 방위각이 상이할 수 있다. 도 7의 플롯(84)은, 맵(82)의 표시된 스캔 라인의 섹션을 통한 ID 슬라이스를 도시한다. 플롯은 심볼 사이에서 매우 급격한 전이를 보이며, 이는, 프라이밍된 기판 물질이 기입 빔의 변화하는 편광에 매우 신속하게 응답한다는 것을 나타낸다.
도 5로 잠시 되돌아가면, 그래프(74)는, 충분히 높은 지연 크기 값, 즉, 사용가능한 판독 컴포넌트리(아래 참조)에 의해 각 심볼을 다른 가능한 심볼로부터 구별하기에 충분한 해상도로 복셀 복굴절을 측정가능한 지연 크기 값을 달성하기 위해, 주어진 로커스 내에 여러 펄스를 지향시켜야 할 필요가 있을 수 있다는 것을 보인다. 이러한 조건은, 더 이른 데이터의 기입에 의해 프라이밍되지 않은 데이터의 섹터의 경계에 있는 복셀을 포함하는, 행의 첫 복셀들의 기입에 대해 어려움을 제기할 수 있다. 그러나 이동하는 로커스를 통해 이른 펄스와 늦은 펄스의 시리즈를 제공함으로써 이러한 문제까지도 해소될 수 있다. 특히, 임의의 특정한 심볼을 경계 영역에 할당하는 것을 회피하면서도 여전히 로커스 내의 영역을 프라이밍하도록, 경계 영역을 통해 로커스가 이동함에 따라서 기입 빔의 편광각은 넓은 범위의 각도를 통해 변조될 수 있다. 그 후, 로커스가 경계 영역을 완전히 나가고, 첫 복셀이 기입되어야 하는 기판의 부분 내에 있으면, 첫 복셀에 대한 원하는 방위각을 달성하도록 편광각이 변조된다.
실제로, 로커스가 여전히 부분적으로 경계 영역 내에 있는 동안 전달되는 변화하는 편광각의 펄스는 첫 기입 복셀의 관점에서 '이른' 펄스이고, 로커스가 경계 영역을 나간 후에 전달되는 지정된 편광각의 펄스는 해당 복셀의 관점에서 '늦은' 펄스이다. 이 예에서, 기입될 복셀 외부에 있지만 로커스의 폭 내에 있는 지연 크기가 심볼 인코딩 문턱치 아래로 유지되도록 이른 펄스의 편광각이 변화될 수 있다. 복셀들의 행 또는 다른 시리즈의 초기 복셀을 프리-시딩(pre-seeding), 또는 프라이밍하는 다른 방법 또한 예상된다. 예를 들어, 그러한 프라이밍은, 기입 빔의 편광 상태를, 현재의 구현예의 임의의 심볼에 대응하지 않는 상태로 변조함으로써 수행될 수 있다. 일부 비제한적인 예에서, 각 심볼을 기입하기 위해 평면 편광된 광이 사용되는 구현예에서, 기입 빔의 편광 상태는 원형 또는 다르게는 타원형 편광으로 변조될 수 있다.
도 2로 잠시 되돌아가면, 변조 시스템(28A)을 갖는 기입 헤드(20A)는, 각 기판 복셀을 직렬로 기록하도록 구성될 수 있다. 그러나, 본 개시와 완전히 일치하는 다른 기입 헤드는, 스루풋을 증가시키기 위해, 병렬 또는 대규모 병렬 데이터 기록을 지원한다. 병렬로 데이터를 기입하기 위해, 복수의 복셀이 동시에 기입될 수 있도록, 고출력 레이저의 출력은 복수의 독립적으로 변조된 하위 빔으로 분할될 수 있다. 그러나, 각 하위 빔은, 해당 하위 빔이 기입하는 심볼에 대해 적절한 특정한 편광 상태로 회전되어야 한다.
도 8은, 광학 데이터 기록 시스템(10B)의 예시 기입 헤드(20B)의 양상을 도시한다. 기입 헤드(20B)는 고출력 레이저(26) 및 변조 시스템(28B)을 포함한다. 변조 시스템은, 전자적으로 어드레싱가능한 편광 변조기(PM)(30) 및 초점 시스템(32)을 포함한다. 병렬 기입을 가능케 하기 위해, 기입 헤드(20B)는 또한, 전자적으로 어드레싱가능한 액정 공간 광 변조기(LCSLM, liquid-crystal spatial light modulator)(86B)를 포함한다.
LCSLM(86B)은 동적 디지털 홀로그램으로서 구성된다. LCSLM은, 레이저(26)의 가간섭성 파면을 수신하는 픽셀 요소의 어레이를 포함한다. 각 픽셀 요소 내의 액정(LC, liquid crystal)은, 해당 요소를 통과하는 조사에 가변 위상 지연을 전달한다. 최신 LCSLM에서, 위상 지연은, 어레이의 모든 픽셀 요소에 공통적인 고유한 방향이다. 각 픽셀 요소는 독립적으로 어드레싱가능하기 때문에, 가변 위상 지연의 크기는 픽셀 수준으로까지 제어될 수 있다. 임의의 격자와 같이, LCSLM의 니어 필드에서 전달되는 위상 지연은, 기판(12)이 위치되는 파 필드에 간섭 패턴을 발생시킨다. LCSLM의 각 픽셀 요소로부터의 니어 필드 위상 지연을 제어함으로써, 기판의 임의의 층의 각 복셀을 원하는 강도로 조사하도록, 파 필드 간섭 패턴이 제어될 수 있다.
도 8의 기입 헤드(20B)에서, LCSLM(86B)으로부터의 홀로그래픽 투영은, 제어가능하게 가변적인 각도만큼 홀로그래픽 투영의 편광 상태를 회전시키도록 구성되는 비이미징 능동 광학계인 PM(30)을 통과한다. 기판에게, 홀로그래픽 투영은 기입 빔의 병렬 2D 어레이로서 '보이며', 각 기입 빔은 제어되는 편광 및 강도를 갖고, 각 기입 빔은 기판(12)의 대응하는 복셀에 매핑된다. 기입 빔(즉, 복셀)에 대한 LCSLM 픽셀의 매핑은 반드시 1:1 매핑인 것은 아니며, 다른 적합한 매핑 중에서도, 2:1, 4:1, 또는 10:1일 수 있다는 점에 유의해야 한다. 일부 예에서, 현실적으로 달성가능한 기입 빔의 수는 LCSLM 상의 픽셀의 수의 약 4분의 1이다.
기입 헤드(20B)에서, LCSLM(86B) 및 PM(30)은 각각 인코더(18)에 동작가능하게 커플링된다. 인코더는, 홀로그래픽 투영을 디지털식으로 정의하는 전자 신호를 LCSLM에 제공하고, 인코더는, 홀로그래픽 투영의 편광 상태에 적용되는 가변 회전을 정의하는 전자 신호를 PM에 제공한다.
일부 구현예에서, LCSLM(86B)의 픽셀 위치의 어레이는, 레이저(26)의 파면에 순차적으로 노출되는 복수의 오버랩되지 않거나 미미하게 오버랩되는 홀로그래픽 구역으로 그룹화될 수 있다. 각 홀로그래픽 구역은 임의의 원하는 형상, 예컨대, 직사각형, 쐐기형, 링형 등의 2차원 영역 수 있다. 따라서, LCSLM(86B)은, 레이저에 대한 LCSLM의 상대적인 위치지정을 변경하도록 구성되는 스캐닝 스테이지에 기계적으로 커플링될 수 있다. 이러한 방식으로, LCSLM의 홀로그래픽 구역 각각은 차례대로 조사될 수 있다. 스캐닝 스테이지는 병진이동식 및/또는 회전식일 수 있고, LCSLM이 어드레싱될 때마다 복수회(4회, 9회, 16회 등) 전진될 수 있다. 이러한 접근은 LCSLM의 시간 대역폭을 그 최대 리프레시 레이트를 넘어 유효하게 증가시킨다. 그럼에도 불구하고, 일부 예에서, 레이저, LCSLM, PM, 및 기판은 제자리에 고정될 수 있다. 기판(12)의 복수의 깊이층에 데이터가 기입되어야 하는 예에서, 조정가능한 대물렌즈 초점 시스템(32)은, LCSLM으로부터의 기입 빔의 조사를 기판의 임의의 선택된 깊이층에 포커싱하도록 구성된다.
전술한 구성에서, LCSLM(86B)은 1차적으로, 요구되는 수의 하위 빔으로 레이저 파면을 분할하기 위해 사용되고, PM(30)은, 기입될 데이터에 기초하여 파 필드 편광의 회전을 설정한다. 다른 예에서, 위상과 편광 둘 다를 픽셀 수준까지 제어하기 위해 단일 LCSLM이 사용된다. 이러한 동작은, 적합하게 구성된 LCSLM의 능력 내에 있으며, 도 9의 기입 헤드(20C)에 의해 수행된다.
도 9의 LCSLM(86C)의 픽셀 요소의 어레이는, 파면의 상이한 부분의 위상 및 편광을 상이한 양만큼 변조하고, 상이한 부분으로부터의 광을, 기입가능한 광학적 특성을 갖는 기판에 회절시키도록 구성된다. 특히, LCSLM은, 파면의 상이한 부분을 상이한 니어 필드 편광으로 변조하고, 상이한 파 필드 편광으로 광을 기판 복셀의 어레이에 이미징하도록 구성된다. 이를 위해, 인코더 로직은, 이미징 광학계로부터 회절되는 광이 기판에 데이터를 기입하도록 하기 위해, 데이터를 수신하고 위상 및 편광의 변조를 제어하도록 구성된다. 그러한 데이터는, 이미징 광학계로부터 회절되는 광에 의해 동시에 기입되는, 등가가 아닌 제1 및 제2 데이터 값을 포함할 수 있다. 2개의 상이한 파라미터의 제어는 독립적으로 또는 상관관계를 가지고 달성될 수 있다.
개념적으로, 위상과 편광 둘 다를 제어하는 더 간단한 모드는, 각 파라미터를 독립적으로 제어하는 것이다. 이는, 위상을 변조하기 위해 다양한 픽셀 요소가 어드레싱가능하고 편광을 변조하기 위해 다양한 픽셀 요소가 독립적으로 어드레싱가능한 LCSLM을 통해 달성될 수 있다. 즉, LCSLM은, 네마틱 디렉터(nematic director)에서 2개의 독립적인 자유도를 제공하도록 구성된다. 하나의 방향으로의 회전은 위상 및 다른 편광에 영향을 미친다. 실제로, LCSLM(86C)의 픽셀 구성은, 각 픽셀이 X 및 Y 편광 성분에 대해 독립적으로 파면의 위상을 변조하는 것을 가능케 할 수 있다. 따라서, 인입되는 파면이 평면 편광된다면, 수정된 LCSLM은, 독립적으로 어드레싱가능한 전극에 인가되는 전압(Vij 및 Uij)에 의해 제어되는 파면의 각 부분을 독립적으로 가변적으로 회전시키고 가변적으로 지연시킬 수 있다.
위상과 편광의 상관된 제어는 또 다른 유용한 데이터 기입 모드의 기초이다. 또한, 상관된 제어는, 픽셀당 단 하나의 피사계 심도를 제공하는 LCSLM을 사용하여 달성될 수 있다. 이를 위해, LCSLM(86C)은, 2개의 상이하지만 상호관련된 홀로그램을 동시에 투영하도록 프로그래밍될 수 있으며, 하나의 홀로그램은 수평 편광을 위한 위상 지연을 나타내고, 다른 홀로그램은 수직 편광을 위한 위상 지연을 나타낸다.
도 1a로 잠시 되돌아가면, 광학 데이터 기록 시스템(10A)의 판독 헤드(90)는, 판독 제어기(92)에 의해 공급되는 파라미터에 따라서 기판(12A) 상에 저장된 데이터를 판독하도록 구성된다. 그 후, 판독된 데이터는 디코더(94)에 전달되고, 디코더(94)는 데이터를 디코딩하고 판독 버퍼(96)에 출력하고, 판독 버퍼(96)로부터 출력 스트림(98)이 제공된다.
도 10은 예시 판독 헤드(90)의 양상을 도시한다. 판독 헤드는 편광 광학 프로브(100) 및 분석기 카메라(102)를 포함한다. 편광 광학 프로브는 저전력 다이오드 레이저 또는 다른 편광 광원을 포함할 수 있다. 판독 제어기(92)는 편광 광학 프로브에 동작가능하게 커플링되고, 편광 광학 프로브의 방출의 편광 평면의 각도를 제어하도록 구성된다.
분석기 카메라(102)는 높은 해상도/높은 프레임 레이트의 CMOS 또는 다른 적합한 광검출기 어레이를 포함할 수 있다. 분석기 카메라는, 편광 광학 프로브(100)로부터의 광이 기판(12A)의 복셀과 상호작용한 후, 그러한 광을 이미징하도록 구성된다. 다른 예에서, 분석기 카메라 대신 하나 이상의 개별 포토다이오드 또는 다른 검출기가 사용될 수 있다. 도 10은 편광된 광선의 매체를 통한 카메라로의 투과를 도시하지만, 대안적인 구성에서, 광선은 매체로부터의 반사에 의해 카메라에 도달할 수 있다.
분석기 카메라(102)에 의해 취득되는 각 이미지 프레임은, 동시에 또는 빠르게 연속적으로 포착되는 복수의 컴포넌트 이미지를 포함할 수 있다. 분석기 카메라는, 컴포넌트 이미지의 대응하는 픽셀 어레이 내에서, 상이한 편광 평면 내의 국부화된 강도를 해상할 수 있다. 이를 위해, 분석기 카메라는, 예컨대, 액정 지연기 또는 포켈스 셀 형태의 스위칭가능하거나 튜닝가능한 편광 제어장치를 포함할 수 있다. 하나의 특정한 예에서, 편광 광학 프로브(100)가 4개의 상이한 편광각을 통해 회전됨에 따라서, 분석기 카메라에 의해 기판(12)의 각 타겟 부분의 4개의 이미지가 차례차례 취득된다. 이러한 프로세스는 다차원 벡터의 기저 벡터를 측정하는 것과 유사하며, 여기서 '벡터'는, 이미징된 타겟 부분의 복셀의 복굴절 특성을 포착한다. 일부 예에서, 배경 이미지 또한 취득되며, 배경 이미지는 컴포넌트 이미지 내의 샘플 독립적 편광 노이즈의 분포를 포착한다.
기판(12)의 복수의 층으로부터 데이터가 판독되어야 하는 예에서, 판독 헤드(90)는, 조정가능한 집광 초점 시스템(104)을 포함할 수 있다. 조정가능한 집광 초점 시스템은, 광학 저장 매체의 선택된 깊이층으로부터 회절되는 광선을 집광하고, 다른 광선을 차단할 수 있다. 다른 구현예에서, 간섭측정에 기초한 렌즈리스 이미징이 이용될 수 있다. 또 다른 구현예에서, 분석기 카메라 또는 다른 검출기에 의해 이미징되는 기판의 깊이층을 선택하도록 판독 헤드와 기판 사이의 거리가 변화될 수 있다.
도 10에서, 데이터 디코더(94)는, 분석기 카메라(102)로부터 컴포넌트 이미지를 수신하고, 기판(12) 내에 저장된 데이터를 리트리빙하는 데 필요한 이미지 프로세싱을 수행하도록 구성된다. 그러한 데이터는, 관측가능한 물리적 특성이 하나 이상의 중간체를 통해, 기판으로부터 판독되는 데이터에 연결되는, 기계 학습된 방법 및/또는 일반적인 방법에 따라서 디코딩될 수 있다.
다수의 변형, 확장, 및 생략 또한 고려되기 때문에, 앞의 설명 및 도면은 제한하는 의미로 고려되어서는 안 된다. 예를 들어, 도 5는, 시리즈 복셀에 걸쳐 방위각이 변화되지만 펄스트레인 진폭이 일정하게 유지되는 데이터 기록 시나리오를 예시하지만, 그러한 양상이 엄격하게 필요한 것은 아니다. 다른 예에서, 펄스트레인 진폭은 문턱치 진폭, 예컨대, 본 명세서에서 개시되는 복셀 프라이밍 효과를 달성하기 위한 최소 진폭을 초과하여 변조될 수 있다. 그러한 접근법은, 각 기입 심볼에 대해 사용가능한 비트 시퀀스를 늘리도록, 동일한 방위각을 나타내는 파장판이 파장판의 상대적인 강도에 의해 구별되는 인코딩 방식을 가능케 할 수 있다.
위의 설명은, 가간섭성 광학 펄스트레인의 초점 로커스(34)가 일정한 상대 속도로 기판(12)을 통해 이동할 수 있다는 것을 나타내지만, 다른 예에서, 기입 헤드, 기입 빔, 및/또는 기판의 움직임을 제어하는 메커니즘은, 기입 프로세스 동안 상대 속도를 변화시키도록 제어될 수 있다. 예컨대, 기판 내의 데이터의 기입을 용이하게 하기 위해 기판의 특정한 체적에 걸쳐 로커스가 정지될 수 있다.
위의 설명은, 고정된 복수의 방위각을 심볼 공간 내에 생성하기 위해, 가간섭성 광학 펄스트레인이, 대응하는 고정된 복수의 편광 상태로 변조될 수 있다는 것을 나타낸다. 그러나, 일부 예에서, 연속적인 편광 상태 범위가 실제로 이용되도록, 생성된 편광 상태에 동적 등화 및 사전왜곡이 적용될 수 있다. 이러한 접근은, 매우 높은 밀도로 복셀이 기입되는 경우에, 하나의 복셀로부터 또 다른 복셀로의 복굴절의 최적의 전이를 가능케 할 수 있다.
또한, 도 8 및 도 9는 LCSLM 기술을 사용한 병렬 데이터 기입을 예시하지만, 다수의 다른 병렬 기입 접근이 또한 고려된다. 예로서, 이들은 디지털 마이크로미러 어레이 및 다른 MEMS 어레이 구조물, 고정된 위상판, 및 빔스플리터를 통한 공간 광 변조를 포함한다.
일부 실시예에서, 본 명세서에서 설명되는 방법 및 프로세스는 하나 이상의 컴퓨팅 디바이스의 컴퓨터 시스템에 결부될 수 있다. 특히, 그러한 방법 및 프로세스는 컴퓨터 애플리케이션 프로그램 또는 서비스, 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(API, application-programming interface), 라이브러리, 및/또는 다른 컴퓨터 프로그램 제품으로서 구현될 수 있다.
도 11은, 전술한 방법 및 프로세스 중 하나 이상을 수행할 수 있는 컴퓨터 시스템(106)의 비제한적인 실시예를 개략적으로 도시한다. 컴퓨터 시스템(106)은, 간략화된 형태로 도시되어 있다. 컴퓨터 시스템(106)은 하나 이상의 벤치탑 또는 서버 컴퓨터 및/또는 전용 전자 제어기의 형태를 취할 수 있다. 인코더(18), 제어기(22 및 92), 및 디코더(94)는 컴퓨터 시스템(106)의 예이다.
컴퓨터 시스템(106)은 로직 프로세서(108), 휘발성 메모리(112), 및 비휘발성 저장 디바이스(110)를 포함한다. 컴퓨터 시스템(106)은 디스플레이 서브시스템(114), 입력 서브시스템(116), 통신 서브시스템(118), 및/또는 도 10에 도시되지 않은 다른 컴포넌트를 선택적으로 포함할 수 있다.
로직 프로세서(108)는, 명령어를 실행하도록 구성된 하나 이상의 물리적 디바이스를 포함한다. 예컨대, 로직 프로세서는, 하나 이상의 애플리케이션, 프로그램, 루틴, 라이브러리, 객체, 컴포넌트, 데이터 구조, 또는 다른 논리 구조의 부분인 명령어를 실행하도록 구성될 수 있다. 그러한 명령어는, 작업을 수행하거나, 데이터 유형을 구현하거나, 하나 이상의 컴포넌트의 상태를 변환하거나, 기술적 효과를 달성하거나, 다르게 원하는 결과에 도달하도록 구현될 수 있다.
로직 프로세서는, 소프트웨어 명령어를 실행하도록 구성된 하나 이상의 물리적 프로세서(하드웨어)를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 로직 프로세서는, 하드웨어-구현 논리 명령어 또는 펌웨어 명령어를 실행하도록 구성된 하나 이상의 하드웨어 논리 회로 또는 펌웨어 디바이스를 포함할 수 있다. 로직 프로세서(108)의 프로세서는 싱글 코어 또는 멀티 코어일 수 있고, 프로세서 상에서 실행되는 명령어는 순차적, 병렬적, 및/또는 분산된 프로세싱을 위해 구성될 수 있다. 로직 프로세서의 개별 컴포넌트는 선택적으로, 원격으로 위치될 수 있고 그리고/또는 조정된 프로세싱을 위해 구성될 수 있는 둘 이상의 분리된 디바이스 사이에서 분산될 수 있다. 로직 프로세서의 양상은, 클라우드 컴퓨팅 구성으로 구성된, 원격으로 액세스가능한 네트워크화된 컴퓨팅 디바이스에 의해 가상화 및 실행될 수 있다. 그러한 경우, 이들 가상화된 양상은, 다양한 상이한 머신의 상이한 물리적 로직 프로세서 상에서 실행된다는 것이 이해될 것이다.
비휘발성 저장 디바이스(110)는, 본 명세서에서 설명되는 방법 및 프로세스를 구현하기 위해 로직 프로세서에 의해 실행가능한 명령어를 담도록 구성된 하나 이상의 물리적 디바이스를 포함한다. 그러한 방법 및 프로세스가 구현될 때, 비휘발성 저장 디바이스(110)의 상태는, 예컨대, 상이한 데이터를 담도록, 변환될 수 있다.
비휘발성 저장 디바이스(110)는, 탈착식 및/또는 내장식 물리적 디바이스를 포함할 수 있다. 비휘발성 저장 디바이스(110)는, 광학 메모리(예컨대, CD, DVD, HD-DVD, Blu-Ray 디스크 등), 반도체 메모리(예컨대, ROM, EPROM, EEPROM, 플래시 메모리 등), 및/또는 자기 메모리(예컨대, 하드 디스크 드라이브, 플로피 디스크 드라이브, 테이프 드라이브, MRAM 등), 또는 다른 대용량 저장 디바이스 기술을 포함할 수 있다. 비휘발성 저장 디바이스(110)는 비휘발성, 동적, 정적, 읽기/쓰기, 읽기 전용, 순차적 액세스, 위치 어드레싱가능, 파일 어드레싱가능, 및/또는 컨텐츠 어드레싱가능 디바이스를 포함할 수 있다. 비휘발성 저장 디바이스(110)는, 비휘발성 저장 디바이스(110)에 대한 전력이 차단될 때에도 명령어를 유지하도록 구성된다는 것이 이해될 것이다.
휘발성 메모리(112)는, 랜덤 액세스 메모리를 포함하는 물리적 디바이스를 포함할 수 있다. 휘발성 메모리(112)는 통상적으로, 소프트웨어 명령어의 프로세싱 동안 정보를 일시적으로 저장하기 위해 로직 프로세서(108)에 의해 이용된다. 휘발성 메모리(112)는 통상적으로, 휘발성 메모리(112)에 대한 전력이 차단될 때 명령어를 계속하여 저장하지 않는다는 것이 이해될 것이다.
로직 프로세서(108), 휘발성 메모리(112), 및 비휘발성 저장 디바이스(110)의 양상은 하나 이상의 하드웨어 로직 컴포넌트에 함께 통합될 수 있다. 예컨대, 그러한 하드웨어 로직 컴포넌트는 필드 프로그래밍가능 게이트 어레이(FPGA, field-programmable gate array), 프로그램 및 애플리케이션 특유 집적 회로(PASIC/ASIC, program- and application-specific integrated circuit), 프로그램 및 애플리케이션 특유 표준 제품(PSSP/ASSP, program- and application-specific standard product), 시스템 온 칩(SOC, system-on-a-chip), 및 복합 프로그래밍가능 로직 디바이스(CPLD, complex programmable logic device)를 포함할 수 있다.
포함될 때, 디스플레이 서브시스템(114)은, 비휘발성 저장 디바이스(110)에 의해 담겨진 데이터의 시각적 표현을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 시각적 표현은 그래픽 사용자 인터페이스(GUI, graphical user interface)의 형태를 취할 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 방법 및 프로세스가, 비휘발성 저장 디바이스에 의해 담겨진 데이터를 변화시킴에 따라서, 그리고 따라서 비휘발성 저장 디바이스의 상태를 변환함에 따라서, 디스플레이 서브시스템(114)의 상태는 마찬가지로, 그 기저를 이루는 데이터의 변화를 시각적으로 표현하기 위해 변환될 수 있다. 디스플레이 서브시스템(114)은, 사실상 임의의 유형의 기술을 이용하는 하나 이상의 디스플레이 디바이스를 포함할 수 있다. 그러한 디스플레이 디바이스는, 공유되는 인클로저 내에서 로직 프로세서(108), 휘발성 메모리(112), 및/또는 비휘발성 저장 디바이스(110)와 조합될 수 있거나, 그러한 디스플레이 디바이스는 주변기기 디스플레이 디바이스일 수 있다.
포함될 때, 입력 서브시스템(116)은 키보드, 마우스, 터치 스크린 등과 같은 하나 이상의 사용자 입력 디바이스를 포함하거나 이들과 인터페이싱할 수 있다. 포함될 때, 통신 서브시스템(118)은, 본 명세서에서 설명되는 다양한 컴퓨팅 디바이스를 서로 그리고 다른 디바이스와 통신가능하게 커플링시키도록 구성될 수 있다. 통신 서브시스템(118)은, 하나 이상의 상이한 통신 프로토콜과 호환가능한 유선 및/또는 무선 통신 디바이스를 포함할 수 있다. 비제한적인 예로서, 통신 서브시스템은, 무선 전화 네트워크, 또는 HDMI 오버 Wi-Fi 연결과 같은 유선이나 무선 근거리 네트워크 또는 원거리 네트워크를 통한 통신을 위해 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 통신 서브시스템은, 인터넷과 같은 네트워크를 통해 컴퓨터 시스템(106)이 다른 디바이스에 및/또는 다른 디바이스로부터 메시지를 전송 및/또는 수신할 수 있게 할 수 있다.
결론을 내리면, 본 개시의 한 양상은, 고체 기판 내에 데이터를 기록하기 위한 방법에 관한 것이다. 방법은, 가간섭성 광학 펄스트레인의 편광각을 변조하는 단계; 및 편광각이 변조되는 동안, 상대 속도로 고체 기판을 통해 이동하는 로커스 상에 가간섭성 광학 펄스트레인을 포커싱하는 단계를 포함하며, 상대 속도, 상대 속도의 방향에서의 로커스의 폭, 및 편광각의 변조 레이트는, 기판이, 로커스의 폭 내에서, 광학 펄스트레인 중 편광각이 상이한 둘 이상의 펄스를 수신하도록 하기 위한 것이고, 둘 이상의 펄스는, 로커스의 폭 내에서 기판의 상이한 부분에 둘 이상의 상이한 심볼을 기록한다.
일부 구현예에서, 둘 이상의 펄스는 고체 기판의 합동적인 체적들의 행의 제1 체적 내에서 수신되고; 여기서, 방법은, 로커스가 행의 제1 체적으로부터 제2 체적으로 이동함에 따라서 가간섭성 광학 펄스트레인의 진폭을 유지하고 편광각을 계속하여 변조하는 단계를 더 포함한다. 일부 구현예에서, 둘 이상의 펄스의 수신은 로커스의 폭 내에 둘 이상의 복셀을 형성하고, 둘 이상의 복셀 각각은 프로브 광에 대한 상이한 복굴절을 나타낸다. 일부 구현예에서, 둘 이상의 펄스는, 하나 이상의 이른 펄스, 및 하나 이상의 이른 펄스 중 임의의 펄스보다 더 늦게 수신되는 하나 이상의 늦은 펄스를 포함하고, 하나 이상의 늦은 펄스의 수신은 복셀 중 적어도 하나의 복셀의 복굴절을 설정한다. 일부 구현예에서, 하나 이상의 늦은 펄스의 수신에 의해 설정되는 복굴절의 방위각은, 하나 이상의 늦은 펄스의 편광각에 의해 결정된다. 일부 구현예에서, 하나 이상의 이른 펄스의 수신은, 하나 이상의 늦은 펄스의 수신에 의해 설정되는 방위각에서 복셀 중 적어도 하나의 복셀의 복굴절의 지연 크기를 증가시킨다. 일부 구현예에서, 둘 이상의 복셀 외부에 있지만 로커스의 폭 내에 있는 지연 크기가 심볼 인코딩 문턱치 아래로 유지되도록 하나 이상의 이른 펄스의 편광각이 변화된다. 일부 구현예에서, 편광각을 변조하는 단계는, 미리 선택된 각도들의 시리즈를 통해 가간섭성 광학 펄스트레인의 전기장 벡터의 진동 평면을 동기식으로 회전시키는 단계를 포함한다. 일부 구현예에서, 가간섭성 광학 펄스트레인은, 각각 10피코초 이하의 지속시간을 갖는 광학 펄스들의 시리즈를 포함한다.
본 개시의 또 다른 양상은 고체 기판에 관한 것이며, 고체 기판은, 편광 이미징에 의해 프로빙가능한 인접한 복셀 체적들의 적어도 하나의 시리즈를 포함하고, 적어도 하나의 시리즈는, 근접한 제1 및 제2 복굴절 복셀 체적을 포함하고, 제1 복셀 체적의 복굴절은 제1 기입 심볼을 인코딩하고, 제2 복셀 체적의 복굴절은 제2 기입 심볼을 인코딩한다.
일부 구현예에서, 제1 기입 심볼은 제2 기입 심볼과는 상이하다. 일부 구현예에서, 제1 복셀 체적의 복굴절은 제2 복셀 체적의 복굴절과는 방위각이 상이하다. 일부 구현예에서, 기판은 실리카 유리를 포함한다.
본 개시의 또 다른 양상은 데이터 기록 시스템에 관한 것이며, 데이터 기록 시스템은, 로커스 상에 포커싱되는 가간섭성 광학 펄스트레인의 편광각을 변조하도록 구성되는 변조 시스템; 로커스에서 가간섭성 광학 펄스트레인을 수신하도록 배열되는 고체 기판; 편광각이 변조되는 동안 상대 속도로 고체 기판에 대한 로커스의 상대 위치를 변화시키도록 구성되는 액추에이터; 및 인코더를 포함한다. 기판이, 로커스의 폭 내에서, 광학 펄스트레인 중 편광각이 상이하고 둘 이상의 상이한 심볼을 인코딩하는 둘 이상의 펄스를 수신하도록 하기 위해, 인코더는, 상대 속도 및 편광각의 변조 레이트를 제어하도록 구성된다.
일부 구현예에서, 둘 이상의 펄스는 고체 기판의 연속적이고 합동적인 체적들의 시리즈의 제1 체적 내에서 수신되고; 인코더는, 로커스가 시리즈의 제1 체적으로부터 제2 체적으로 이동함에 따라서 가간섭성 광학 펄스트레인의 진폭을 유지하도록 구성된다. 일부 구현예에서, 둘 이상의 펄스의 수신은 로커스의 폭 내에 둘 이상의 복셀을 형성하고, 둘 이상의 복셀 각각은 프로브 광에 대한 상이한 복굴절을 나타낸다. 일부 구현예에서, 둘 이상의 펄스는, 하나 이상의 이른 펄스, 및 하나 이상의 이른 펄스보다 더 늦게 수신되는 하나 이상의 늦은 펄스를 포함하고, 하나 이상의 늦은 펄스의 수신은 복셀 중 적어도 하나의 복셀의 복굴절의 방위각을 설정하고, 하나 이상의 늦은 펄스의 수신에 의해 설정되는 방위각은, 하나 이상의 늦은 펄스의 편광각에 의해 결정된다. 일부 구현예에서, 하나 이상의 이른 펄스의 수신은, 하나 이상의 늦은 펄스의 수신에 의해 설정되는 방위각에서 복셀 중 적어도 하나의 복셀의 복굴절의 지연 크기를 증가시킨다. 일부 구현예에서, 데이터 기록 시스템은, 가간섭성 광학 펄스트레인을 방출하도록 구성되는 레이저를 더 포함하고, 변조 시스템은 편광 변조기와 공간 광 변조기 중 하나 이상을 포함한다. 일부 구현예에서, 액추에이터는, 로커스에 대해 고체 기판을 이동시키도록 구성된다.
본 명세서에 설명된 구성 및/또는 접근법은 완전히 예시적이라는 것, 그리고 다수의 변형예가 가능하기 때문에 이들 특정 예는 제한적인 의미로 고려되어서는 안 된다는 것이 이해될 것이다. 본 명세서에 설명된 특정 루틴 또는 방법은, 임의의 수의 프로세싱 전략 중 하나 이상을 나타낼 수 있다. 그러므로, 예시 및/또는 설명된 다양한 동작은, 예시 및/또는 설명된 시퀀스로, 다른 시퀀스로, 또는 병렬로 수행되거나, 생략될 수 있다. 마찬가지로, 전술한 프로세스의 순서는 변경될 수 있다.
본 개시의 주제는, 본 명세서에 개시된 다양한 프로세스, 시스템, 및 구성, 그리고 다른 특징, 기능, 동작, 및/또는 특성, 그리고 이들의 임의의 등가물 및 모든 등가물의 신규하고 자명하지 않은 모든 조합 및 부분조합을 포함한다.

Claims (15)

  1. 고체 기판 내에 데이터를 기록하기 위한 방법에 있어서,
    가간섭성 광학 펄스트레인의 편광각을 변조하는 단계; 및
    상기 편광각이 변조되는 동안, 상대 속도로 상기 고체 기판을 통해 이동하는 로커스(locus) 상에 상기 가간섭성 광학 펄스트레인을 포커싱하는 단계
    를 포함하며,
    상기 상대 속도, 상기 상대 속도의 방향에서의 상기 로커스의 폭, 및 상기 편광각의 변조 레이트는, 상기 기판이, 상기 로커스의 폭 내에서, 상기 광학 펄스트레인 중 편광각이 상이한 둘 이상의 펄스를 수신하도록 하기 위한 것이고,
    상기 둘 이상의 펄스는, 상기 로커스의 폭 내에 있는 상기 기판의 상이한 부분에, 둘 이상의 상이한 심볼을 기록하는, 고체 기판 내에 데이터를 기록하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 둘 이상의 펄스는 상기 고체 기판의 합동적인(congruent) 체적들의 행의 제1 체적 내에서 수신되고, 상기 방법은, 상기 로커스가 상기 행의 제1 체적으로부터 제2 체적으로 이동함에 따라서 상기 가간섭성 광학 펄스트레인의 진폭을 유지하고 상기 편광각을 계속하여 변조하는 단계를 더 포함하는, 고체 기판 내에 데이터를 기록하기 위한 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 둘 이상의 펄스의 수신은 상기 로커스의 폭 내에 둘 이상의 복셀을 형성하고, 상기 둘 이상의 복셀 각각은 프로브 광에 대한 상이한 복굴절을 나타내는, 고체 기판 내에 데이터를 기록하기 위한 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 둘 이상의 펄스는, 하나 이상의 이른 펄스, 및 상기 하나 이상의 이른 펄스 중 임의의 펄스보다 더 늦게 수신되는 하나 이상의 늦은 펄스를 포함하고, 상기 하나 이상의 늦은 펄스의 수신은 상기 복셀 중 적어도 하나의 복셀의 복굴절을 설정하는, 고체 기판 내에 데이터를 기록하기 위한 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 하나 이상의 늦은 펄스의 수신에 의해 설정되는 복굴절의 방위각은, 상기 하나 이상의 늦은 펄스의 편광각에 의해 결정되는, 고체 기판 내에 데이터를 기록하기 위한 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 하나 이상의 이른 펄스의 수신은, 상기 하나 이상의 늦은 펄스의 수신에 의해 설정되는 방위각에서 상기 복셀 중 적어도 하나의 복셀의 복굴절의 지연 크기를 증가시키는, 고체 기판 내에 데이터를 기록하기 위한 방법.
  7. 제4항에 있어서, 상기 둘 이상의 복셀 외부에 있지만 상기 로커스의 폭 내에 있는 지연 크기가 심볼 인코딩 문턱치 아래로 유지되도록 상기 하나 이상의 이른 펄스의 편광각이 변화되는, 고체 기판 내에 데이터를 기록하기 위한 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 편광각을 변조하는 단계는, 미리 선택된 각도들의 시리즈를 통해 상기 가간섭성 광학 펄스트레인의 전기장 벡터의 진동 평면을 동기식으로 회전시키는 단계를 포함하는, 고체 기판 내에 데이터를 기록하기 위한 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 가간섭성 광학 펄스트레인은, 각각 10피코초 이하의 지속시간을 갖는 광학 펄스들의 시리즈를 포함하는, 고체 기판 내에 데이터를 기록하기 위한 방법.
  10. 데이터 기록 시스템에 있어서,
    로커스 상에 포커싱되는 가간섭성 광학 펄스트레인의 편광각을 변조하도록 구성되는 변조 시스템;
    상기 로커스에서 상기 가간섭성 광학 펄스트레인을 수신하도록 배열되는 고체 기판;
    상기 편광각이 변조되는 동안 상대 속도로 상기 고체 기판에 대한 상기 로커스의 상대 위치를 변화시키도록 구성되는 액추에이터; 및
    상기 기판이, 상기 로커스의 폭 내에서, 상기 광학 펄스트레인 중 편광각이 상이하고 둘 이상의 상이한 심볼을 인코딩하는 둘 이상의 펄스를 수신하도록 하기 위해, 상기 상대 속도 및 상기 편광각의 변조 레이트를 제어하도록 구성되는 인코더
    를 포함하는, 데이터 기록 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 둘 이상의 펄스는 상기 고체 기판의 연속적이고 합동적인 체적들의 시리즈의 제1 체적 내에서 수신되고, 상기 인코더는, 상기 로커스가 상기 시리즈의 제1 체적으로부터 제2 체적으로 이동함에 따라서 상기 가간섭성 광학 펄스트레인의 진폭을 유지하도록 구성되는, 데이터 기록 시스템.
  12. 제10항에 있어서, 상기 둘 이상의 펄스의 수신은 상기 로커스의 폭 내에 둘 이상의 복셀을 형성하고, 상기 둘 이상의 복셀 각각은 프로브 광에 대한 상이한 복굴절을 나타내는, 데이터 기록 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 둘 이상의 펄스는, 하나 이상의 이른 펄스, 및 상기 하나 이상의 이른 펄스보다 더 늦게 수신되는 하나 이상의 늦은 펄스를 포함하고, 상기 하나 이상의 늦은 펄스의 수신은 상기 복셀 중 적어도 하나의 복셀의 복굴절의 방위각을 설정하고, 상기 하나 이상의 늦은 펄스의 수신에 의해 설정되는 방위각은, 상기 하나 이상의 늦은 펄스의 편광각에 의해 결정되는, 데이터 기록 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 하나 이상의 이른 펄스의 수신은, 상기 하나 이상의 늦은 펄스의 수신에 의해 설정되는 방위각에서 상기 복셀 중 적어도 하나의 복셀의 복굴절의 지연 크기를 증가시키는, 데이터 기록 시스템.
  15. 제10항에 있어서, 상기 가간섭성 광학 펄스트레인을 방출하도록 구성되는 레이저를 더 포함하며, 상기 변조 시스템은 편광 변조기와 공간 광 변조기 중 하나 이상을 포함하는, 데이터 기록 시스템.
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