TW200818158A - Holographic storage system with apodization filter - Google Patents

Description

200818158 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 *本發明係’全像儲存媒體之讀/寫裝置，尤指具 跡濾光鏡的全像儲存媒體之讀/寫裝置。 、有交 【先前技術】 & 在全像資料儲存器内，數位 *加以储存，其中一光束(二”：束-」=為 光器加以調變，並帶有要記錄之資訊。干擾 料的特殊性能變化，視干擾圖型的局 像圖以:f光束使用記錄時嶋 订。如此造成所記錄物光束之重構。 月進 全像儲存媒體之-優點是提高資料容量。*習 目反的是’全像儲存媒體之容量用來儲存資訊，ΐ ί t數^已。全像儲存媒體又—優點是，例如藉改變t 束間之角度或使用移位多工制算g 曰 數資料。此外，μ在留从寺即可在同樣容量内儲存倍 ，，資料頁包含光暗圖型矩陣，即二維度灰Ξ 1。如此除提高儲存密度外，得以達成

CJ ϊ^^ίι；;^ (slm) ϊ 使用置：像儲5系統中，干擾光束和物光束 2多工，立葉全像_式儲存。對反射型絲i像= 糸統而言，在記錄之際難以耦入 f 構物光束_參考光束 元°化二束和=擇性，參考光束亦經圖 稱為所謂分裂孔徑配置，因全 ：：此項配置亦 面係分裂成物面積和來考面产象之，平面和影像平 /芩面積。在衫像平面（即檢測器的平 200818158 ϋΐι考-圖70形錢鄉像’並受到阻礙。類似的透射型庄 釉刀衣孔?糸統，載於US6,108,110。 ^'八 圖所J閱3之際’ *考光束係部份繞射人影像區。正如第1 除。·1圖之⑻部份使用線型標度，而⑼部份^ 1ί=之理由是光學ί統之低通1慮波= 刹共光里，&成銳利裁切咼頻組份。因為此頂銳 效率刀以=2即分佈於檢測器表面。意即需要i度繞射 f Ο

HfR) °在胸谢’參考光束的能量幾乎射 2像面積。在典型上可接受的繞射效率ω·6 ^ ig_5(3 訊之總能量，比重構資料圖型的總 ; ;上大50_500倍)。由第1圖可見，SNR在影 铨，接近外緣較差。為達成低誤差率，需勒乂 需有強折射係數光栅，待記錄在全像儲存材^上H率’ 限：此牛Γ巧線配置具有很好的選擇性，* SNR仍有 〇pt.第 44 卷 2575_2579，以及 Horimai 等人 APP1. 術之高密度記錄儲存系統〉，P敗SPIE 6187〈H線， 3的結果，㈣^度仍然受到材料 圍u 不適於把大量全侧多讀，具钱分奴因其 λ」!δί1發生的主要因素，是銳利裁切高頻岭。所以，辦 加物工間數值絲，或易言之，增加傅 ^ 僅’若高頻組份仍然銳利裁切，則不會有慮先鏡+ 示影像面制雜訊之總功率，除以傅立挚1表 捏之參考光錢神。表上所辭不同半 Dn，其定義為： 相對於Ny_孔徑 D. f χλ 圖元大小 200818158 二中f為傅立葉物鏡的焦距

此可見，提高遽光鏡半徑，從067χ^ί材料内測量。由 ’表示雜訊降至其原值之約1/3 3倍到1.07X ^折射係數為n=1.5)而言，f=7nJH7啦糸統（材 思即直捏從249_增加到398 小為12呢’ 束同階，不充分。此外，此解付仍與重構物光 需要較大NA之較佳透鏡系^ 〃缺點為，在物空間内 表1:=象:積内之雜訊總功率 a ^光束 雜訊i比 ο 1.20 L_1T1L_ ^木村的〈使用極化控制媒體結 存光學訊雜比〉（Opt Let第30卷，像錯 ^ :制何自參考光束的雜訊之極化方法。按 揭 冓物光束和參考光束係按直交極化。1、案， :，受到極化濾波器的抑制。此項解決’ 成的雜 ==之=存材料頂部和⑽^ 匕為本之抑制轉，視數值聽而定。抑制只對$ 200818158 【發明内容】 本發明之目的，在於擬議又一 軸配置的全像儲存媒體讀/寫裝之^；=咸>'具有共 按照本發明，此目的之^罝3=參考先束繞射雜訊。 讀/寫裝置，具有參考==;=存媒體之 ==光威變跡意指⑽ 積。使用變跡清来户广^成考先束之圖元分散入物面 樣的訊雜比。如:ίί減無，記錄全像圖同 之際必須獲得改變至丄變^值之·’在全像圖記錄 宓产可楹古9Π石加 值 至1/30。易言之，資料 Ο 二ΐ。此^，m咅’同時維持全像儲存材料之同樣飽和 即在較-二二Ϊ 發展改進全像儲存材料之情況而言， 材料;非線性界域。此舉導致書寫時間更短。避免王像儲存 =濾光鏡的透射最好在從料 少，造絲老 =，其他函數亦可用。透射之逐漸減 在檢測加寬’但把參考料歸雜訊拘限 Nyquist rf ί光束面積之大距離。逐漸減少介於 .,孔仅Ν的5.4%和27%範圍内，截止半徑介於 構。uis孔徑的0.67和U7倍之間，即得模擬產生的最佳結 200818158 淚光位在4f彡狀傅立葉平面。此優點是變跡 ^葉平面i，光3節。此外’當變跡濾、光鏡位於傅 轉換影像呈均質似而對稱。結果，再 和接近物平fi、4w二濾先鏡移出傅立茱平面時，對中央圖元 再轉換影像内不均句之過渡圖元。〜曰有所不同。如此造成 淚光束最好有至少部份分開之光程’而變跡 Ϊ只能作用於失ίΪΐ束之分開光程。如此—來，變跡濾光 導致稍微增束’並避免物光束之任何變跡，否則會 變光束’裝置宜具有環狀半波板，改 =物光束和參考光束有不_極化。所 以，用極化光束分裂器即容易分開。 裝置在中間物平面宜又有環狀半波板，再度改變 與此一來，參考光束和物光束有同樣極化，對光 洗之其餘雜，得以使用習知共線分魏徑配置。 【實施方式】 Ο 為更加明瞭起見，參見關詳細說明本發明 t發明j限於此具體例’而特點可權宜加以組合或。 改，不悖本發明之範圍。 第2圖表示反射型共軸分裂孔徑全像儲存系統ι之 習知巴己置。在書寫之際，分成物面積3和參考面積4之^ 調光器（SLM) 2，由進來的光束（圖上未示） = (物光束20和參考光束21)。物面積3和參考面積4曰在^ 9上之配置’如第3圖所示。配置在檢測器的表面上相同。 書寫光束20,21通過極化光束分裂器（pBS)立方體$，和 ^之-波板6，然後利用物鏡7聚焦於全像儲存媒體8二= 讀之際，全像儲存媒體只利用參考光束21照明。如此一來，1 200818158 ί ’利用全像儲存媒體8的反射層81反射， 鏡7準ΐ。ί寫光光束21亦利用反射層81反射，以物 方ΐ ;，四分之一波板6，而呈直交極化。所 測器9的物面積1〇1Π30,31朝檢測器9反射。在檢 東31，周圍之光束阻擋11，阻礙反射之參考光 ί銳利彳11表面。因為具有郎鮮傳送功能 八优5丨认、、丨π先予糸統帶寬有限，反射參考光束31之圖元即 :矿圍欢之物面積10上。由於全像儲存材料的有限動 二;=像圖多工化進入同樣容量之全像儲存材3 = f之強度，幅度比重構物光束30之強度高 J i，2 ρ白。此導致配置之SNR很低。 與j 發明共線分裂孔徑全像儲存系統之第一光 ίί外4f替續器系統4〇。第一傅立葉透鏡 葉;透鏡43把物光束2。和參考光束21 2= 的傅立葉透鏡41，43間共同焦 Ο j殊所㈣跡或慮光鏡42 (亦稱為變跡攄光鏡）。鱼習知 ^置之銳纖_反的是’變跡濾光鏡4 21 制擴二=繞射雜訊拘限於從物面積1〇到檢測器 ==_=，，《傅立葉光學》， 第5圖表示以變跡濾光鏡a的半徑座標為函數之變跡 光鏡42透射曲線。為供比較，虛點線表示半 = 徑之透射曲線。在内半徑rcurrap〇d起至外半徑r 跡濾光鏡42邊緣，透射呈直線降低，從100em 、= 然，此線性變跡功能只是-例。其他麵的透射曲線^ ^ 用，例如拋物線、高斯式等。使用簡單線性變跡濾光器42， 200818158 導致繞射雜訊降到原值的1/2〇〇至1/8〇〇。 只稍微增加。模擬結果如下表2。 、，濾光鏡半徑 表2:物面積内之雜訊總功率除以參考 (FP過濾之後） 刀午 FP濾光鏡 0.73 無變跡 4.58E-04 3.10E-04 Ο u 由 Dn -5.4% 變 跡至+5| 2.07E-06 上80 — 2.03E-04

〇·87 1.16E-04 ^TE-05^ 2.86E-07 1·37Ε_〇7 J_^9E-05^ 8.79E-08 ^24E-05^ 1·20Ε_07 ^TOE-05^ 2.15E-07 ——- 同的㈣滤光鏡42 2内參考光束繞射雜訊之效應。中間4 挑J。中間排表示參考光束21⑽據後傅面^鏡: 排表示中間物平面12 _濾m面影像 =變跡為DN之± 0%、Dn之± 5 4%之+(=$⑹。參考光束21之影像在使用變跡I」 ir傅立葉平面中心之高度^ 色圖亦不同相位，呈隨機空間分佈。巾:」匕， 相位為〇，而白色圖一 色圖兀之弟一， ^影像中^解触度。進—步詳細^見傅^ 具有全像資料儲存器内傅，葉平面光勻化用扭：二; 200818158 113 卷（2002)，第 晶顯示之三元相位波幅調變〉，〇 382_39〇 頁。 乐 祕-以124·5μΠ1設置的單一全像圖模擬結果 所不。表上第一排做為參考，有能量「單位 如下表3 3第符率(SER)和位元錯誤率(:ER)里」:表:ί ;;排】=;得可與重構物光束的能量嫩美。表上1

降。同時’變跡容許使用較低能量，能夠= 敝娜圍。彡财她巾，例跡於過 表3 ·變跡對SNR和錯誤率之影響

SNR

SER 無變跡 1.15 25.4% BER 3.91%

無變跡 量的二倍以上 2.17 5.7% 0.72% ϋ 能量的1/4 變跡 之 i〇.§^y 能量的1/4 變跡之lo.^y 能量的1/20 0.67 2.21 2.19 67.9% 4.0% 4.2% 13.0% 0.50% 0-52% 在第4圖的光學配置中，對物光束2〇和參考光束21二 者施以變跡。惟物光束21的變跡稍微降低讀出影像品質。第 7圖表示本發明共線分裂孔徑全像儲存系統之第二光學配 置，可克服此缺點。在此配置中，參考光束21獨立於物光束 20而變跡。SLM利用S極化光束加以照明。PBS立方體13 把S極化物光束20朝傅立葉透鏡16反射。位於此透鏡16之 12 200818158 的是反射型傅立葉s光鏡17，有四分之-波拓 傳立茱轉換、過遽和反射 波板。 16和PBS立方體13。傅立U ^再度通過傳立葉透鏡 f矣於中間物平面12。位於物光3\21再 波板14。因此，束考光束 ^考面和4的疋％型半 化。P極化參考光束U ^ ^在半波板14之後’經P極 跡遽光鏡42位於此4f系統4〇之组f。變 Γ υ =3=把反射之S極化參考光束J通= 1極化參考光束2卜因此’變跡參考光束ί 作。 八餘縣心弟2圖所示光學配置同樣方式操 第ϋ明共裂孔徑全像儲存系統之第三光學配置，如 iLfT參考光束再獨立於物光束20變跡。物光東20 和多考光束21的分離，類似第7圖所示。在此 ^ 濾光鏡42是反射麵光鏡，含有四分之-波板。’交跡 在第7和8圖之具體例中，摺疊4f系統配置在物 ，況下，鏡和四分之-板，放置在傅立葉透鏡16之背德^ ^面。此外’雜型傅立雜光做収雜傅立葉渡^ 在上述具體例中，使用透射型SLM 2。當然， 13 200818158 【圖式簡單說明】 束繞射人影像面積内之模式； £；较射型縣分徑全_存系統之習知配 置；弟3圖為茶考面積和物面齡㈣輪測器表面上之配 配置第4圖為本發明共線分航徑全像儲㈣統之第-光學 第5圖為變跡濾光鏡之透射曲線；

内參；不雜同訊的之變效T光鏡對傅立葉平面和中間物平面 配置第7 ®為本發日月共線分觀徑全像儲存魏之第二光學 配置第8 _本發明共線分裂雜全像儲存祕之第三光學 【主要元件符號說明】

1 全像儲存系統 2 3 物面積 4 5 極化光束分裂器立方體6 7 物鏡 8 9 檢測器 1〇 空間調光器 參考面積 四分之一波板 全像儲存媒體 物面積 1120,21 40 42 13 17 光束阻擋 12 中間物平面 書寫光束 30,31讀出光束 4f系統 41，43，16傅立葉透鏡 濾光鏡(變跡濾光鏡）81 反射層 PBS立方體 14，15 環型半波板 傅立葉濾光鏡 18 環型鏡 14

Claims (1)

1. 200818158 十、申請專利範圍·· 1·-種全像贿舰⑻之讀/寫裝置 (30) ^，其似為，含有翏考光束（21)用之變職光鏡（ 者。 夕、=如！1專，圍第1項之裝置，其中變_光鏡⑼ 咳f 、至外徑（rcUt+raP〇d)，大約截止半 瓜（rcut)之她圍（2rap()d)内逐漸減少者。 3.如申請專利細第2項之裝置，其中截止半 C ί) 於Nyquist孔徑（Dn)的〇.67至127倍之間者。千仫^) ^丨 彳如申言^專利範圍第2或3項之裝置’其中逐漸減少之範 圍（>d)"於 Nyquist 孔徑（Dn)的5 4%和27% 絲Λ請ί利巧第2項之裝置，其中逐漸減少具有線性 函數、一Α函數或兩斯函數之一者。 6.如申請專利範圍第！項之裝置 * 係位於4f系統⑽之傅立葉平面者。㈣愿尤鏡（42) 考来7/r2t·利11圍第1項之裝置’其中物光束⑽和參 配置在失份分開之光程’而變跡濾、光鏡（42)係 配置在參考光束（21)之分開光程者。 ⑴8)如7項之裝置，具有環狀半波板 / ΠΝ ,、多考光束（21 )的極化和極化光束分裂器 (13)，以分開物光束⑽和參考光束⑻者。來刀知 有另9Hi气，，圍第8項之裝置’在中間物平面〇2)又 有另丨一=波板（15)，崎變參考光束⑻之極化者。 物光束（5方么；ff考光束⑻和物光束（20)或重構 包含牛4 裂孔徑配置内，形成參考光束（21)， 3步驟為，把參考光束（21)加以變跡者。