SI20775A

SI20775A - Konfokalni holografski optični pomnilnik brez prekrivanja zapisov

Info

Publication number: SI20775A
Application number: SI200000197A
Authority: SI
Inventors: Marko Zgonik
Original assignee: Institut "Jo�Ef Stefan"
Priority date: 2000-08-25
Filing date: 2000-08-25
Publication date: 2002-06-30
Also published as: AU2001278837A1; US20030156309A1; WO2002021535A1; US6781725B2

Abstract

Izum obsega metodo in sistem za shranjevanje podatkov v obliki volumskih hologramov, ki se med seboj ne prekrivajo. Medij za shranjevanje je svetlobno občutljiv material, ki ima obliko plošče z debelino D, posamezni hologram v njem ima približno obliko valja z minimalnim možnim presekom. Signalni snop svetlobe je moduliran s podatki in je z lečo ali ustreznim optičnim sistemom usmerjen na shranjevalni material v obliki plošče, kjer osvetli minimalno površino materiala glede na število podatkov. Za zapis holograma uporabimo referenčni snop svetlobe, ki lahko vpada na shranjevalno ploščo z iste strani kot signalni snop, ali pa z nasprotne strani. Izum se razlikuje od dosedanjih izvedb po tem, da je za zapis uporabljen referenčni snop svetlobe, ki v optimalnem primeru osvetli najmanjši možni volumen shranjevalnega materiala. Hologram se zapiše le v delu prekrivanja signalnega in referenčnega svetlobnega snopa in je zato njegov volumen enak volumnu, ki ga osvetljuje referenčni snop. Zaporedne holograme s podatki vpisujemo v sosednje dele plošče tako, da se med seboj ne prekrivajo. Gostota svetlobnega toka v plošči je v referenčnem snopu običajno večja kot v signalnem snopu, zato je med zapisovanjem posameznega holograma brisanje sosednjih hologramov skoraj zanemarljivo. Tudi branje holograma je nedestruktivno v najmanjši možni meri. Opisani izum dosega največjo teoretično možno gostoto zapisa.ŕ

Description

Konfokalni holografski optični pomnilnik brez prekrivanja zapisov

Predmet izuma je metoda in sistem za shranjevanje volumskih hologramov, ki se med seboj ne prekrivajo in konfokalni holografski optični pomnilnik brez prekrivanja zapisov. Izum spada v področje holografskih optičnih pomnilniških sistemov z veliko gostoto zapisa podatkov. V patentni prijavi je razkrita nova metoda in sistem za shranjevanje podatkov v obliki volumskih hologramov, ki se med seboj ne prekrivajo.

Tehnični problem, ki ga rešuje izum, je izboljšati način zapisa podatkov v holografskem optičnem pomnilniku.

Optične pomnilnike danes na široko uporabljamo, npr. v obliki glasbenih in podatkovnih CD plošč, DVD plošč in magnetooptičnih sistemov. Vsi ti sistemi so tako imenovani dvodimenzionalni (2-D), kar pomeni, da shranjujejo podatke v eni ali največ v dveh ravninah, kadar sta ti ravnini dosegljivi z ene strani materiala za shranjevanje. Gostota shranjevanja je omejena z naravo svetlobe, ki je elektromagnetno valovanje, na približno 1 bit na površino kvadrata s stranico enako valovni dolžini uporabljene svetlobe. Za shranjevanje še večje količine podatkov — kot zaželen mejnik je postavljena kapaciteta 1000 CD ROM — je potrebno izkoristiti shranjevalni material v vseh treh dimenzijah. Gostota podatkov naj bi bila 1 bit na volumen kocke s stranico enako valovni dolžini uporabljene svetlobe. To bi pomenilo, da bi v kocko s stranico 1 cm z uporabo modrozelene svetlobe, z valovno dolžino lambdaO v vakuumu 500 nm, lahko shranili 10¹² Bytov podatkov, torej več kakor na 1000 CD ROM plošč. Ker je lomni količnik za vse shranjevalne materiale večji od 1, je s tem v njih valovna dolžina lambda krajša od valovne dolžine lambdaO v vakuumu. S krajšo valovno dolžino je volumska gostota shranjevanja podatkov še večja od prej navedenega primera.

Med sistemi za tridimenzionalno shranjevanje podatkov so najbolj obetavni holografski optični pomnilniki. Splošni opisi holografskega optičnega pomnilnika so objavljeni med drugim v U.S. patentih s številkami 4920220, 5450218, 5440669 in 5377176, FR patentu številka 2770912, GB patentu številka 2332754 in v knjigi »Nonlinear optical effects and materials«, Springer, leto 2000, ki jo je uredil P. Giinter, v poglavju »Photorefractive memories for optical Processing«, ki so ga napisali M. Duelli, G. Montemezzani, M. Zgonik in P. Giinter.

Za shranjevanje ene strani podatkov, ki tipično obsega 1000 krat 1000 bitov v obliki slike šahovnice s temnimi in svetlimi polji, naredimo naslednje. Laserski snop svetlobe razdelimo na dva koherentna snopa. S podatki moduliramo signalni snop svetlobe in ta snop usmerimo na optični material za shranjevanje. Ta material hkrati osvetlimo z iste ali iz kakršnekoli ustrezne smeri z drugim snopom svetlobe, ki mu pravimo referenčni snop. Signalni in referenčni snop med pisanjem holograma interferirata in njun interferenčni vzorec se zapiše kot neka sprememba optičnih lastnosti materiala, ki ji pravimo hologram. Podatke preberemo tako, da ta isti hologram osvetlimo samo z referenčnim snopom svetlobe, ki po uklonu na hologramu rekonstruira signalni snop in s tem vpisane podatke.

Holografski optični pomnilniški sistemi imajo pred ostalimi sistemi naslednje prednosti: veliko gostoto podatkov in paralelni zapis in branje podatkov. Te prednosti so poznane že skoraj 40 let, kjub naporom v vsem tem času pa do široke uporabe teh sistemov ni prišlo. V zadnjih letih je zanimanje za razvoj in komercializacijo takih sistemov ponovno naraslo zaradi potreb in napredka v spremljajočih optoelektronskih tehnologijah.

Stanje tehnike

Uporaba volumskega načina zapisa holograma omogoča shranjevanje več hologramov v isti volumen. Temu pravimo multipleksiranje in do sedaj so raziskovali že mnoge različne variante multipleksiranja. Poznamo kotno multipleksiranje, multipleksiranje z valovnimi dolžinami, multipleksiranje s fazno kodo in nazadnje multipleksiranje z delnim zamikom. Vsi ti načini delujejo v principu na selektivnosti Braggovega uklona na tridimenzionalnem hologramu in uporabljajo za pisanje in branje hologramov relativno razsežne referenčne snope. Metode multipleksiranja so relativno zapletene, posledica zapisa več hologramov v isti prostor pa je hitro padanje uklonske učinkovitosti posameznega holograma. Najpomembnejši razlog je v tem, da vpis naslednjega holograma delno izbriše vse prej zapisane holograme. Z ustreznimi časi pisanja hologramov lahko dosežemo, da so na koncu pisanja vsi hologrami enako uklonsko učinkoviti. Njihov uklonski izkoristek v tem primeru pada kot 1/N² , kjer je N število hologramov zapisanih v istem volumnu, kar praktično pomeni, da je možno shraniti v isti volumen največ 1000 hologramov. Dodaten problem, ki se pojavi pri multipleksiranih hologramih je še težavno selektivno brisanje posameznega holograma. Selektivno brisanje je sicer možno, vendar zaradi velikih zahtev po mehanski stabilnosti celotnega pomnilniškega sistema skrajno neekonomično. Druga možnost za izbris posameznega holograma je izbris vseh multipleksiranih hologramov, kjer nepotrebnega zavržemo, ostale pa prepišemo na drugo mesto. Vse naštete težave, ki nastanejo zaradi multipleksiranja, povzročijo, da so vse dosedanje metode holografskega shranjevanja podatkov še zelo omejene v uporabi in dosegajo gostote shranjevanja, ki so mnogo manjše od teoretično napovedane gostote.

Kadar za shranjevalni material uporabimo tako imenovane fotorefraktivne kristale srečamo še eno hudo omejitev optičnih holografskih pomnilnikov. Lastnosti in prednosti fotorefraktivnih kristalov so na primer opisane v že prej omenjeni knjigi »Nonlinear optical effects and materiale«, Springer, leto 2000. Problem je nezaželeno brisanje hologramov, medtem ko jih beremo, in pri multipleksiranih hologramih je ta problem mnogo hujši zaradi majhnega uklonskega izkoristka posameznega izbranega holograma. Brati moramo namreč z močnejšim referenčnim snopom in pri tem brišemo vse holograme, ki so multipleksirani v istem volumnu skupaj z izbranim.

V bazah podatkov je bil narejen pregled s ključnima besedama »holographic storage«. V bazi Evropskega patentnega urada na http://ep.espacenet.com je 295 zadetkov, če iščemo po ključnih besedah samo v naslovu in povzetku. V bazi U.S. patentnega urada na http://www.uspto.gov/patft/ je samo v letih 1999/2000 490 zadetkov, če iščemo ključne besede po vseh poljih. Pregledani so bili najpomembnejši patenti in tudi strokovna literatura. Najbolj obetavne metode, ki poenostavljajo sistem multipleksiranja so bile v zadnjem času objavljene v naslednjih patentih. V U.S. patentu s številko 5844700 vpisujejo podatke v shranjevalni material v obliki valja in uporabljajo multipleksiranje s pomikom valja vzdolž osi in z vrtenjem okoli osi, zaporedni hologrami pa se znatno prekrivajo. V U.S. patentu s številko 5949558 vpisujejo podatke v material v obliki plošče in uporabljajo multipleksiranje s pomikom plošče, zaporedni hologrami pa se tudi znatno prekrivajo. Sistem podoben prejšnjemu je opisan tudi v patentu CN 1159046. V U.S. patentu s številko 6040930 predstavljajo avtorji metodo za minimizacijo volumna holograma, doseženi rezultat pa je še mnogo slabši od teoretično mogočega.

Digitalni način shranjevanja podatkov je običajno optimiziran tako, da za shranjevanje posameznega bita informacije porabimo kar najmanjši prostor. V optičnih tridimenzionalnih pomnilnikih bi to pomenilo, da za vsak bit informacije poznamo točno določen volumen, kjer je ta bit shranjen in najmanjši volumen bi bil velikosti kocke s stranico enako valovni dolžini uporabljene svetlobe. Za optične holografske pomnilnike nasprotno velja, da je informacija o vsakem bitu razpršena po celotnem volumnu zapisanega holograma. Ker je vzporednost zapisa in branja velikega števila podatkov velika prednost holografskega pomnilnika, se vzporednemu zapisu velikega števila bitov nočemo odpovedati. Želimo pa na vsak način zmanjšati prostor, v katerem je zapisana informacija, kar naredimo z zmanjševanjem volumna, ki ga zavzema hologram. Če v optičnem holografskem pomnilniku uporabimo še kakršnokoli metodo multipleksiranja, ki v isti volumen vpiše še več hologramov ali delov hologramov, se situacija samo poslabša.

Naloga in cilj predstavljenega izuma je odprava multipleksiranja hologramov v skupnem volumnu shranjevalnega materiala za namene optičnega shranjevanja podatkov ob hkratnem optimalnem izkoriščanju celotnega volumna materiala za shranjevanje.

Po izumu je cilj dosežen s kofokalnim holografskim optičnim pomnilnikom brez prekrivanja zapisov po neodvisnih patentnih zahtevkih.

Po izumu zmanjšamo volumen holograma do skrajne meje, ki še omogoča rekonstrukcijo holograma z dovolj veliko zanesljivostjo. Prednosti takega načina zapisa so izboljšanje uklonske učinkovitosti posameznega holograma, doseganje gostote podatkov, ki je blizu teoretično mogoče in poenostavitev optičnega sistema. Poleg tega predstavljeni izum omogoča selektivno brisanje posameznega holograma in bistveno zmanjšuje nezaželeno brisanje hologramov med branjem. Material, v katerega vpisujemo podatke, ima obliko plošče in med zaporednimi vpisovanji ali branji hologramov preprosto spremenimo medsebojno lego med optičnim sistemom in ploščo za tolikšno pot v ravnini plošče, da se naslednji hologram s prejšnjim nič ne prekriva. Ta način zapisa je kompatibilen s sedanjim načinom zapisa in branja na materiale v obliki vrtečih se diskov, zato je njegova izvedba cenejša in bolj zanesljiva.

Opis rešitve problema

Izum obsega metodo in sistem za shranjevanje in branje podatkov v obliki volumskih hologramov, ki se med seboj ne prekrivajo. Medij za shranjevanje je homogen, svetlobno občutljiv material, ki ima obliko plošče z debelino D, posamezni hologram v njem ima približno obliko valja z minimalnim možnim presekom. Količina podatkov, ki je naložena na signalni snop svetlobe, je enaka M² bitov. Signalni snop svetlobe z lečo ali ustreznim optičnim sistemom usmerimo na shranjevalni material v obliki plošče, kjer osvetli površino materiala, ki je velika najmanj (2 krat M² krat kvadrat valovne dolžine svetlobe). Kadar signalni svetlobni snop ni moduliran je osvetljeni del plošče manjši. Takrat je presek signalnega snopa v sredini plošče najmanjši in je enak krogu s polmerom enakim valovni dolžini svetlobe. Sredina plošče v tem patentu pomeni ravnino, ki je enako oddaljena od obeh ploskev plošče za shranjevanje.

Za zapis holograma uporabimo referenčni snop svetlobe, ki lahko vpada na shranjevalni material z iste strani kot signalni snop, ali pa z nasprotne strani. Izum se razlikuje od dosedanjih izvedb po tem, da je za zapis uporabljen referenčni snop svetlobe, ki v optimalnem primeru osvetli najmanjši možni volumen shranjevalnega materiala. Velika količina zapisanih podatkov v enem hologramu je posledica hitre prečne modulacije signalnega snopa, kar povzroči, da ima signalni snop v plošči mnogo večji premer od referenčnega. Hologram se zapiše le v delu prekrivanja signalnega in referenčnega svetlobnega snopa in je zato njegov volumen enak volumnu, ki ga osvetljuje referenčni snop. Zaporedne holograme s podatki vpisujemo v sosednje dele plošče tako, da se med seboj ne prekrivajo. Gostota svetlobnega toka je v referenčnem snopu bistveno večja kot v signalnem snopu, zato je med zapisovanjem posameznega holograma brisanje sosednjih hologramov skoraj zanemarljivo. Branje holograma je izvedeno z enakim referenčnim snopom, kakršen je bil uporabljen za pisanje. Uklonjeni signalni snop se sicer pri branju razširja skozi dele plošče, ki vsebujejo druge holograme, vendar je zaradi majhnega svetlobnega toka uklonjenega snopa brisanje sosednjih hologramov zanemarljivo.

Najenostavnejši snop, ki se zaradi uklona na določeni razdalji najmanj razširi je tako imenovani osnovni Gaussov snop. Znano je, da take snope oddajajo primerni laserji, katerih izhod običajno označimo kot TEMOO. Za holografski optični pomnilnik zato izberemo laser z izhodnim snopom čim bolj podobnim TEMOO. Z optičnim sistemom, ki pravokotno osvetljuje ploščo z ene strani, lahko dosežemo, da ima osnovni Gaussov snop najožji presek, tako imenovano grlo, v sredini debeline plošče. Z optičnim sistemom tudi izberemo, da je polmer grla enak

W0 = kvadratni koren iz [lambda D/(2 Pi)j, (1) kjer je lambda valovna dolžina svetlobe v plošči in D debelina plošče. Na ta način je doseženo tako imenovano konfokalno fokusiranje, pri katerem sta premera referenčnega snopa pri vstopu in izstopu iz plošče hkrati najmanjša. Takšen način folusiranja je pogosto uporaben v nelinearni optiki. Če privzamemo, da bo volumen holograma približno enak volumnu valja, katerega osnovna ploskev je enaka vstopnemu in izstopnemu preseku referenčnega snopa in je višina valja enaka debelini plošče D, izračunamo volumen holograma V kot

V = lambda D². (2)

Ob običajni predpostavki o maksimalni možni gostoti shranjevanja 1 bit na volumen kocke z robom enakim valovni dolžini svetlobe ocenimo količino informacije, ki jo lahko shranimo v izbrani volumen kot število bitov M² = (D/lambda)². V primeru, ko ima plošča debelino 1 mm in lomni količnik 2, izbrana valovna dolžina svetlobe pa je v vakuumu 500 nm, je maksimalna količina informacije v enem hologramu enaka 8 Mbitov. Za polno izkoriščenost take plošče moramo torej vpisati v vsak hologram 8 Mbitov informacije. Po drugi strani vidimo, da je optimalna debelina shranjevalne plošče D = M lambda odvisna od prostorske zmogljivosti uporabljenega svetlobnega modulatorja, ki jo merimo kot celotno število njegovih preklopnih polj M², in od valovne dolžine lambda uporabljene svetlobe v plošči.

V moderni optiki so znani tudi drugačni snopi, ki imajo lastnosti majhnega spreminjanja preseka v omejeni razdalji. Za namene pričujočega izuma lahko za referenčni snop uporabimo tudi drugačne snope od TEM00, če poskrbimo za ustrezno oblikovanje snopa, ki mora zadoščal pogoju za minimalni presek snopa v shranjevalnem materialu.

V primeru, da vpadata signalni in referenčni snop na ploščo pod nekim kotom, ki ne presega 45 stopinj, se razmere ne spremenijo bistveno in lahko v prvem približku ohranimo analizo iz prejšnjih odstavkov. V najidealnejšem primeru poskrbimo, da sovpadata grli nemoduliranega signalnega snopa in referenčnega snopa, kar označujemo z besedo konfokalna geometrija.

Omenjeni izum ima pred do sedaj opisanimi še dodatno prednost pri branju. Za branje holograma lahko uporabimo referenčni snop svetlobe, ki vpada z ene ali duge strani plošče.

V primeru, ko vpada referenčni snop na ploščo v isti smeri, kakršna je bila uporabljena med zapisovanjem holograma, dobimo uklonjeni snop, ki se tudi razširja v isti smeri, v kateri se je razširjal signalni snop med zapisovanjem. V drugem primeru, ko uporabimo za branje referenčni snop s smerjo razširjanja nasprotno smeri med zapisovanjem, pa rekonstruiramo tako imenovani fazno konjugirani signalni snop, to je signalni snop, ki se razširja v nasprotni smeri signalnega snopa, ki je bil uporabljen za zapisovanje holograma. Fazno konjugirani signalni snop je mogoče zbrati na detektorju svetlobe brez uporabe dodatne optike. Seveda morata imeti v tem primeru svetlobni modulator in detektor enako geometrijo.

Izum bo opisan z izvedbenimi primeri in predstavljen s slikami, ki kažejo:

Sl. 1 Shemo sistema za holografsko optično shranjevanje in branje podatkov v materialu v obliki plošče ob uporabi konfokalnega načina fokusiranja in z referenčnim snopom svetlobe, ki ima manjši premer od premera področja, ki ga osvetljuje signalni snop svetlobe.

Sl. 2 Shemo sistema za holografsko optično shranjevanje in branje podatkov, ki je variacija sistema s Sl. 1 in se od njega razlikuje po tem, da vpada referenčni snop svetlobe na ploščo za shranjevanje z iste strani kot signalni snop.

Sl. 3 Podrobnejšo shemo dela sistema za holografsko optično shranjevanje, ki natančneje kaže potek izbranih delov signalnega snopa in referenčnega snopa v materialu za shranjevanje.

Sl. 4 Ponazoritev shranjevanja hologramov v ploščo z označenimi velikostmi preseka referenčnega in signalnega žarka in shemo zloženih hologramov.

Izvedbeni primeri

V sledečem opisu so uporabljeni primeri in podrobnosti, kot na primer posebni materiali, valovne dolžine svetlobe, konfiguracije optičnega sistema, način modulacije signalnega snopa, itd, vse z namenom, da bi bil opis kar najbolj razumljiv. Vsakomur, ki pozna tehniko omenjenih posebnih primerov in podrobnosti pa mora biti razumljivo, da je možno izkoriščati pričujoči izum tudi v spremenjenih konfiguracijah in s spremenjenimi podrobnostmi.

Sl. 1 kaže shemo izvedbenega primera 1 sistema za holografsko optično shranjevanje in branje podatkov v materialu v obliki plošče 16. Za vpis in branje hologramov potrebujemo laser 10 ustrezne valovne dolžine in s kvalitetnim izhodnim snopom 11. Snop z delilnikom 12 razdelimo na signalni snop 13 in referenčni snop 19. Signalni snop potuje skozi modulator 14, ki zaradi nastavljive prepustnosti posameznih polj amplitudno modulira prečni prerez snopa 13 in s tem vpiše nanj podatke. Leča 15, ki je lahko običajna leča, Fresnelova leča ali polje mikroleč, v tesnem kontaktu z modulatorjem 14, zbere signalni snop 13 v snop z najmanjšim premerom v sredini plošče 16. Na sliki je s 13a označen del signalnega snopa 13. Referenčni snop 19 se odbije od ogledala 20 in je fokusiran z lečo 21 primerne goriščne razdalje. Po odboju na ogledalu 22 in delilniku 23, je snop 19 usmerjen približno pravokotno na ploščo 16 in v sredino preseka signalnega snopa 13. Optično pot od leče 21 do plošče 16 izberemo v odvisnosti od lastnosti laserskega snopa tako, da ob primerni goriščni razdalji leče 21 dosežemo, da ima referenčni snop 19 grlo v sredini plošče 16 in da je polmer grla približno enak tistemu iz enačbe (1). Ob vpisovanju podatkov kontrolnik 50 s pomočjo kontrolnika pomika 51 določi medsebojno lego med optičnim sistemom in ploščo 16. Nato kontrolnik 50 posreduje podatke za vpis svetlobnemu modulatorju 14 in vklopi laser 10 za določen čas, ki je primeren za vpis holograma. Za vpis naslednjega holograma ponovi prejšnji postopek pri drugi medsebojni legi med optičnim sistemom in ploščo 16.

Postopek branja je naslednji. Kontrolnik 50 s pomočjo kontrolnika pomika 51 določi medsebojno lego med optičnim sistemom in ploščo 16 in s tem določi izbrani hologram. Kontrolnik vklopi laser 10 ob zaprtem svetlobnem modulatorju 14, tako da ploščo 16 osvetli samo referenčni snop 13 svetlobe. Po uklonu na hologramu se rekonstruira svetlobni snop, katerega del 13‘a je označen na Sl. 1. Signalni snop 13 potuje skozi delilnik snopa 23, kjer del svetlobnega toka izgubimo, do svetlobnega detektorja 18, ki je krajevno občutljiv in mora imeti najmanj enako število občutljivih polj kot jih ima svetlobni modulator 14. Najbolje je, če sta geometriji obeh elementov 14 in 18 čim bolj podobni. Detektor 18 posreduje signal kontrolniku 50, ki iz dobljenega signala rekonstruira vpisane podatke.

Sl. 2 kaže shemo izvedbenega primera 2 sistema za holografsko optično shranjevanje in branje podatkov, ki je variacija sistema s Sl. 1 in se od njega razlikuje po tem, da vpada referenčni snop svetlobe 19 na ploščo za shranjevanje 16 z iste strani kot signalni snop 13. Enako kot v prejšnjem primeru mora veljati, da leži grlo referenčnega snopa 19 v sredini plošče 16, kar dosežemo z izbiro razdalje od leče 21 do ogledala 24 in potem do plošče 16. V tem primeru referenčni snop 19 vpada na ploščo 16 pod kotom od 20 do 45 stopinj, kar ne spremeni bistveno razmer pri vpisovanju in branju hologramov.

Izvedbeni primer na Sl. 2 kaže še drugo možno sprememboizvedbenega primera 2 glede na primer 1. Svetlobnemu modulatorju 14 sledi leča 15', ki zbere signalni snop 13 v snop z najmanjšim premerom v sredini plošče 16. Postopek branja je tukaj možen tudi s pomočjo leče 17, ki zbere rekonstruirani signalni snop 13' in ustvari sliko na detektorju 18.

Sl. 3 kaže podrobnejšo shemo dela sistema za holografsko optično shranjevanje iz prejšnjih izvedbenih primerov in kaže potek izbranih delov signalnega snopa 13a in 13 b in referenčnega snopa 19 v plošči 16 iz materiala za shranjevanje. Slika ponazarja, da je volumen plošče 16, ki ga osvetljuje referenčni snop 19, manjši od volumna, ki ga osvetljuje signalni snop. Če sta optični poti od modulatorja 14 do leče 15', ki je prikazana samo na

Sl.2 in od leče 15 do sredine plošče 16 enaki goriščni razdalji f leče 15, potem dobimo v sredini plošče 16 Fourierjevo transformacijo vzorca na modulatorju 14. Taka konfiguracija je trenutno najbolj običajna, pričujoči izum pa ne izklučuje drugačnega zbiranja signalnega snopa, na primer z uporabo tesnega kontakta med modulatorjem 14 in lečo 15 ali z uporabo mikro lečja 15, ki ga shematično prikazuje Sl. 3, v kontaktu z modulatorjem 14.

Na Sl. 4 je ponazorjen pogled na ploščo za shranjevanje hologramov v opisanih izvedbenih primerih iz smeri pravokotne na ploščo. Približna velikost osvetljenega dela plošče 16 med vpisovanjem holograma je označena s 30 in 31. Signalni snop v primeru uporabe modulatorja s kvadratnimi polji in zbiralne optike z odprtino f = 1 osvetli približno kvadratno polje 31 z diagonalo enako (2 M lambda). Optimalni presek referenčnega snopa 30 na površini plošče je enak kvadratnemu korenu iz (D lambda/Pi). Na SI.4 je tudi prikazana ena izmed možnosti 32 zlaganja hologramov v ploščo za doseganje največje gostote hologramov.

Glede na opisano je tehnični problem rešen z metodo za shranjevanje volumskih hologramov, ki se med seboj ne prekrivajo, pri čemer je uporabljen shranjevalni material za volumsko holografijo v obliki plošče 16. Zapis je dosežen z optično interferenco referenčnega snopa 19 in moduliranega signalnega snopa 13, 13a, 13b, pri čemer sta kota med normalo na ravnino plošče 16 shranjevalnega materiala in osema signalnega snopa 13 in referenčnega snopa 19 manjša od 45 stopinj. Pri tem je v ploščo 16 vpisanih več hologramov 32, ki se med seboj ne prekrivajo. Premer 30 referenčnega snopa 19 je manjši od prečnih dimenzij 31 signalnega snopa 13 v osvetljenem delu plošče 16. Volumen posameznega holograma je enak delu volumna, ki ga v plošči 16 osvetljuje referenčni snop

19. Hologrami 32 so zapisani v ploščo 16 tesno drug ob drugem v obeh dimenzijah, ki sta vzporedni ravnini plošče 16.

Glede na opisano je tehnični problem rešen s konfokalnim holografskim optičnim pomnilnikom brez prekrivanja zapisov z veliko gostoto podatkov in vzporednim pisanjem in branjem, ki vsebuje:

a) shranjevalni material za volumsko holografijo v obliki plošče 16 z debelino D, ki je lahko različnih oblik in ima povprečni lomni količnik n,

b) koherentni izvor svetlobe 10 z valovno dolžino v vakuumu enako lambdaO,

c) optične elemente za pripravo referenčnega snopa 19 svetlobe za vpisovanje hologramov,

d) optične elemente in svetlobni modulator 14 za pripravo signalnega snopa 13 svetlobe

-1010 in

e) dvodimenzionalni krajevno občutljivi detektor 18 svetlobe za detektiranje rekonstruiranega signalnega snopa 13'.

Optika, to so optični elementi 12, 20, 21, 22, 23, 15,17, 21,24 opisani v izvedbenih primerih in ustrezno postavljeni, je narejena tako, da sta kota med normalo na ravnino plošče 16 in osema signalnega snopa 13 in referenčnega snopa 19 manjša od 45 stopinj in je premer 30 referenčnega snopa 19 manjši od prečnih dimenzij 31 signalnega snopa 13 v osvetljenem delu plošče 16. Koherentni svetlobni izvor je laser 10 z izhodnim snopom TEM00. Hologrami 32 so zapisani v ploščo 16 tesno drug ob drugem v obeh dimenzijah, ki sta vzporedni ravnini plošče 16.

Glede na opisano je tehnični problem rešen s konfokalnim holografskim optičnim pomnilnikom brez prekrivanja zapisov z veliko gostoto podatkov in vzporednim branjem, ki vsebuje

b) koherentni izvor svetlobe 10.z valovno dolžino v vakuumu enako lambdaO,

c) optične elemente za pripravo referenčnega snopa svetlobe za branje hologramov 32 in

d) dvodimenzionalni krajevno občutljivi detektor 18 svetlobe za detektiranje rekonstruiranega signalnega snopa.

Optika, to so optični elementi 21, 22, 23 opisani v izvedbenih primerih in ustrezno postavljeni, je narejena tako, da je kot med normalo na ravnino plošče 16 in osjo referenčnega snopa 19 manjši od 45 stopinj in je premer 30 referenčnega snopa 19 manjši od prečnih dimenzij 31 signalnega snopa 13 v osvetljenem delu plošče 16, ki je bil uporabljen za zapis hologramov 32. Koherentni svetlobni izvor je laser 10 z izhodnim snopom TEM00. Naprava bere holograme 32, ki so zapisani v ploščo 16 tesno drug ob drugem v obeh dimenzijah, ki sta vzporedni ravnini plošče 16. Naprava uporablja za branje nasprotno smer referenčnega snopa 19, kakršna je bila uporabljena pri vpisu hologramov 32. Na ta način rekonstruira fazno konjugirani signalni snop, ki se sam zbere v sliko modulatorja 14. To pomeni, da naprava za branje ne potrebuje nobenih dodatnih zbiralnih optičnih elementov.

Claims

Patentni zahtevki

1. Metoda za shranjevanje volumskih hologramov, ki se med seboj ne prekrivajo, pri čemer je uporabljen shranjevalni material za volumsko holografijo v obliki plošče in je zapis dosežen z optično interferenco referenčnega in moduliranega signalnega snopa, označen s tem, da je v ploščo vpisanih več hologramov, ki se med seboj ne prekrivajo, da sta kota med normalo na ravnino plošče in osema signalnega in referenčnega snopa manjša od 45 stopinj, pri čemer je premer grla referenčnega snopa manjši od prečnih dimenzij signalnega snopa v osvetljenem delu plošče in je volumen posameznega holograma enak delu volumnu, ki ga v plošči osvetljuje referenčni snop.
2. Metoda po zahtevku 1, označena s tem, da je optimalni volumen posameznega holograma približno enak D na kvadrat krat lambdaO deljeno z n.
3. Metoda po zahtevku 1, označena s tem, da so hologrami zapisani v ploščo tesno drug ob drugem v obeh dimenzijah, ki sta vzporedni ravnini plošče.
4. Konfokalni holografski optični pomnilnik brez prekrivanja zapisov z veliko gostoto podatkov in vzporednim pisanjem in branjem, označen s tem, da vsebuje

a) shranjevalni material za volumsko holografijo v obliki plošče z debelino D, ki je lahko različnih oblik in ima povprečni lomni količnik n,

b) koherentni izvor svetlobe z valovno dolžino v vakuumu enako lambdaO,

c) optične elemente za pripravo referenčnega snopa svetlobe za vpisovanje in branje hologramov,

d) optične elemente in svetlobni modulator za pripravo signalnega snopa svetlobe in

e) optične elemente in dvodimenzionalni krajevno občutljivi detektor svetlobe za detektiranje rekonstruiranega signalnega snopa, pri čemer je optika narejena tako, da sta kota med normalo na ravnino plošče in osema signalnega in referenčnega snopa manjša od 45 stopinj in je premer grla referenčnega snopa manjši od prečnih dimenzij signalnega snopa v osvetljenem delu plošče.
5. Konfokalni holografski optični pomnilnik brez prekrivanja zapisov iz zahtevka 4,

-1212 označen s tem, da je koherentni svetlobni izvor laser z izhodnim snopom TEMOO.
6. Konfokalni holografski optični pomnilnik brez prekrivanja zapisov iz zahtevka 4, označen s tem, da je optimalno število neodvisnih elementov svetlobnega modulatorja, ki modulira signalni snop, enako n krat D deljeno z lambda, vse skupaj na kvadrat.
7. Konfokalni holografski optični pomnilnik brez prekrivanja zapisov iz zahtevka 4, označen s tem, da so hologrami zapisani v ploščo tesno drug ob drugem v obeh dimenzijah, ki sta vzporedni ravnini plošče.
8. Konfokalni holografski optični pomnilnik brez prekrivanja zapisov z veliko gostoto podatkov in vzporednim branjem, označen s tem, da vsebuje

a) shranjevalni material za volumsko holografijo v obliki plošče z debelino D, ki je lahko različnih oblik in ima povprečni lomni količnik n,

b) koherentni izvor svetlobe z valovno dolžino v vakuumu enako lambdaO,

c) optične elemente za pripravo referenčnega snopa svetlobe za branje hologramov,

d) dvodimenzionalni krajevno občutljivi detektor svetlobe za detektiranje rekonstruiranega signalnega snopa, pri čemer je optika narejena tako, da je kot med normalo na ravnino plošče in osjo referenčnega snopa manjši od 45 stopinj in je premer grla referenčnega snopa manjši od prečnih dimenzij signalnega snopa v osvetljenem delu plošče, ki je bil uporabljen za zapis hologramov.
9. Konfokalni holografski optični pomnilnik brez prekrivanja zapisov iz zahtevka 8, označen s tem, da je koherentni svetlobni izvor laser z izhodnim snopom TEMOO.
10. Konfokalni holografski optični pomnilnik brez prekrivanja zapisov iz zahtevka 8, označen s tem, da je optimalno število neodvisnih elementov svetlobnega detektorja enako n krat D deljeno z lambdaO, vse skupaj na kvadrat.
11. Konfokalni holografski optični pomnilnik brez prekrivanja zapisov iz zahtevka 8 označen s tem, da so hologrami zapisani v ploščo tesno drug ob drugern v obeldimenzijah, ki sta vzporedni ravnini plošče.