TWI408522B - 全像儲存系統及全像儲存媒體之閱讀和書寫裝置及方法 - Google Patents

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Description

全像儲存系統及全像儲存媒體之閱讀和書寫裝置及方法
本發明係關於全像儲存系統，尤指在同軸全像儲存系統中之圖元檢測方法。
全像資料儲存數位資料係藉記錄二相干雷射光束重疊產生的干擾形態，而加以儲存，其中一光束，即所謂「物光束」，是利用空間性調光器加以調變，並帶有要記錄之資訊。第二光束做為參考光束。干擾形態導致儲存材料特殊性能之變化，視干擾形態的局部強度而定。閱讀所記錄全像，是使用在記錄當中的同樣條件，以參考光束照明全像圖進行之。造成所記錄物光束之重構。
全像資料儲存之一項優點是，提高資料容量。與習知光學儲存媒體相反的是，全像儲存媒體的容積是用於儲存資訊，不只是少數層而已。全像資料儲存又一優點是，在同樣容量內儲存多元資料之可能性，例如改變二光束間的角度，或使用移位多工制等。此外，儲存單一位元改為把資料做為資料頁儲存。典型上，資料頁係由光/暗形態(即二維度二元陣列或灰值陣列)的矩陣組成，可將多元位元寫碼。如此除提高儲存密度外，可達成增加資料率。資料頁利用空間性調光器(SLM)印記在光束上，並以檢測器陣列加以檢測。SLM的直率實施例是振幅SLM，其中數值0的圖元遮光，而數值1的圖元透光或反光。
在同軸或縱列全像儲存系統中，參考光束和物光束是以同軸方式配置。此優點是二種光束可用單一物鏡，以簡化光學設置。然而，當參考光束和物光束二者在書寫中通過軸上物鏡時，閱讀中重構物光束亦與參考光束在軸上。此舉難以從重構物光束摘取資訊，因其與光亮許多倍的參考光束重疊。所以，重構物光束必然或多或少難以和參考光束分離。此往往是利用在影像平面以空間性分離光束，或以稍微傾斜的光束，加上在中間聚焦平面的編段濾光器實施。
例如在WO 2004/102542號中，記載一種同軸全像儲存系統，其中物光束在影像平面上，以空間方式與參考光束分離。為此目的，物光束被環形參考光束圍繞。意即只有一部份光束可用於資料儲存。
本發明之目的，在於擬議另一解決方案，以同軸物光束和參考光束檢測全像儲存系統內之資料頁。
按照本發明，此目的是利用具有物光束和參考光束同軸配置的全像儲存系統達成，其中物光束內之亮圖元相對於參考光束相移基本上π，且其中為讀出重構物光束內所含資料頁，設有檢測器，供檢測參考光束和重構物光束間干擾所發生干擾形態。
同理，具有參考光束和重構物光束的同軸配置，從全像儲存媒體閱讀裝置具有檢測器，供檢測參考光束和重構物光束間干擾所發生之干擾形態，以讀出重構物光束內所含之資料頁。
此外，在具有參考光束和物光束的同軸配置，於全像儲存媒體之書寫裝置中，在物光束內之亮圖元相對於參考光束相移基本上π。
按照本發明又一要旨，上述目的是利用具有物光束和參考光束的同軸配置之全像資料儲存方法達成，包含如下步驟：-利用參考光束和重構物光束間之干擾，發生干擾形態，以及-檢測干擾形態，讀出重構物光束內所含資料頁。
本發明擬議把參考光束和物光束配置成對檢測器有破壞性干擾，以致在圖元位置，造成參考光束之至少部份消除。 光束不必分離，因為資料可從參考光束的亮影像，以反逆形態摘取，此法因而克服在同軸設置進行資料檢測的難題。為達成破壞性干擾，重構物光束內之亮圖元，相對於參考光束相移基本上π。此相移宜發生在資料頁記錄之際，藉設定物光束和參考光束的相對路徑長度，或藉相移或交換元件為之。
按照本發明之細緻化，藉核對檢測器上影像加以書寫之際，監察正確相位關係。若相對相移為π，則物光束至少部份消除參考光束。造成檢測器上反逆資料頁影像。易言之，若在書寫之際明顯可見消除，則在閱讀之際亦明顯可見，因為理論上，重構物光束的性質與原來的物光束相同。實務上，光束品質降低效應會造成不完整消除。然而，此項不完整消除仍然足供可靠之資料檢測。為調節相對相移，宜使物光束或參考光束之路徑長度可以調節，例如利用壓電元件或任何其他相移調節元件。
為更加瞭解起見，參照附圖詳述本發明如下。須知本發明不限於此圖示具體例，而其特點亦可權宜合併和/或修改，不違本發明之範圍。
第1圖表示本發明同軸全像儲存系統1在書寫之際的簡化組態。參考光束2利用光束分離器4，在軸上重疊於物光束3。參考光束2和物光束3最好由單一光源20發生，例如借助準直透鏡21、光束分離器22和二指引鏡23,24。二光束2,3通過共用物鏡5，聚焦在全像儲存媒體6上或附近。圖中重點在於來自空間性調光器9的單一圖元8之光7，供書寫資料頁。來自圖元8之波前相對於參考光束2之相移為π。實務上，很難實施正確π的相移。然而，相移如果能接近π即夠。在同軸設置中，若物光束和參考光束的波前確實平行，則全部圖元的相移會自動相同。藉調節物光束3和參考光束2之相對路徑長度，或在光束路徑之一設有相移或相交換元件13，可得正確相移。相移元件13或相交換元件13之例，分別為液晶元件或可交換鏡。當然，相移之其他產生方法同樣可用。有益的是，設相移調節元件14，可積極調節相移。物光束3和參考光束2重疊所致的干擾形態，照常儲存在全像儲存媒體6內。
在閱讀之際，參考光束2以書寫之際同樣方式聚焦在全像儲存媒體6或附近。圖中，全像儲存媒體6是透射型儲存媒體。當然，本發明同樣可應用於反射型儲存媒體。儲存於全像儲存媒體6的全像圖，把光繞射，使得重構物光束10具有物光束3的全部性能，包含相位在內。由於物光束3的相位調節至相對於參考光束2移位π，故重構物光束10相對於參考光束2之相移亦為π。利用破壞性干擾，重構物光束10會把參考光束2的光至少部份消除。參考光束2在檢測器11上因又一物鏡12所得影像，顯示在相當於SLM圖元8的位置之暗區，在書寫之際即亮起。
干擾之物理性能簡化參考光束2的影像內暗圖元之檢測。利用破壞性干擾消除C光，可由下式計算：
其中Iobj 和Iref 分別為重構物光束10和參考光束2之強度。所以，重構物光束10的弱光，由全像圖的繞射效率決定，會消除相當大量的參考光束2。例如，參考光束2強度6%之重構物光束10，消除參考光束2 47%的光。1%的重構物光束10，消除約20%。
為證明此方法，尤其是消光量，以數值模擬閱讀單一亮圖元之全像圖，結果如第3至6圖所示。具有6%參考光束之強度的較弱重構物光束，部份消除參考光束2之光。第3圖表示參考光束2在檢測器11上之影像。第4圖表示第3圖之放大部份。干擾所致之暗圖元，清晰可見。第5圖所描繪表示通過重構物光束10所模擬強度分配之切片。強度和座標以任意單位表示，尖峰高度為I＝1.9e－7。第6圖所描繪表示通過被檢測器11上的重構物光束10所重疊參考光束2之影像模擬強度分佈切片。強度也是以任意單位表示。平台高度為I＝3.1e－6。由此可見，強度為參考光束2強度6%之重構物光束10，在圖元位置消除約47%的參考光束2。
第7圖表示以數值模擬本發明所書寫和閱讀的滿SLM資料頁之檢測器影像。使用光束傳播技術，以模擬全像圖書寫和閱讀的完全過程。在模擬中，實施上述完整設置。物光束3和參考光束2之波長為λ＝405 nm，物鏡5的焦距和數值孔徑分別為fobjective ＝4.5 mm和NA＝0.6。資料頁為128×128圖元之典型資料頁，和供同步化之均勻分佈標記。由此可見，方法對全資料頁充分有效。在書寫之際點亮的全部圖元，則在閱讀之際部份消除參考光束。因此，資料頁以在檢測器11上的反逆影像形式出現。
1．．．全像儲存系統
2．．．參考光束
3．．．物光束
4．．．光束分離器
5．．．物鏡
6．．．全像儲存媒體
7．．．圖元之光
8．．．圖元
9．．．空間性調光器
10．．．重構物光束
11．．．檢測器
12．．．物鏡
13．．．相移元件
14．．．相移調節元件
20．．．光源
21．．．準直透鏡
22．．．光束分離器
23,24．．．指引鏡
第1圖簡示同軸全像儲存系統的書寫路徑；第2圖簡示同軸全像儲存系統的閱讀路徑；第3圖表示以具有單一圖元的重構物光束干擾的參考光束之檢測器影像；第4圖表示第3圖之放大部份；第5圖表示通過重構物光束的模擬強度分佈之切片；第6圖表示通過重構物光束所干擾參考光束的檢測器影像模擬強度分佈之切片；第7圖表示以數值模擬按照本發明所書寫和閱讀的全SLM資料頁之檢測器影像。
2．．．參考光束
4．．．光束分離器
5．．．物鏡
6．．．全像儲存媒體
10．．．重構物光束
11．．．檢測器
12．．．物鏡
13．．．相移元件
14．．．相移調節元件

Claims (3)

  1. 一種全像儲存系統(1)，具有參考光束(2)和包含亮圖元與暗圖元資料頁的物光束(3)之同軸配置，其特徵為，參考光束(2)和物光束(3)重疊在軸上，而物光束(3)內的亮圖元之相位相對於參考光束(2)之相位移動，使在重疊時，亮圖元的波前相對於參考光束(2)的波前相移基本上為π，且其中為讀出重構物光束(10)內所含資料頁，係參考光束(2)在全像圖部份繞射所得，重構物光束(10)與參考光束(2)重疊在軸上，重構物光束(10)的亮圖元波前相對於參考光束(2)的波前相移基本上為π，又其中設有檢測器(11)，供檢測在參考光束(2)和重構物光束(10)間干擾所產生之干擾形態者。
  2. 一種全像儲存媒體(6)之閱讀裝置，具有參考光束(2)和包含亮圖元與暗圖元資料頁的重構物光束(10)之同軸配置，重構物光束(10)係參考光束(2)在全像圖部份繞射所得，其中參考光束(2)和重構物光束(10)重疊在軸上，重構物光束(10)的亮圖元波前相對於參考光束(2)的波前相移基本上為π，本裝置包括檢測器(11)，供檢測在檢測器位置的參考光束(2)和重構物光束(10)間干擾所產生之干擾形態，以便讀出重構物光束(10)內所含資料頁者。
  3. 一種全像儲存媒體(6)之閱讀方法，該全像儲存媒體具有包含亮圖元與暗圖元資料頁的重構物光束(10)和參考光束(2)之同軸配置，本方法包括步驟為：利用參考光束(2)在全像圖部份繞射，產生重構物光束(10)；令參考光束(2)和重構物光束(10)重疊在軸上，重構物光束(10)的亮圖元波前相對於參考光束(2)的波前相移基本上為π；利用在檢測器位置的參考光束(2)和重構物光束 (10)間之干擾，產生干擾形態；以檢測器檢測干擾形態，供讀出重構物光束(10)內所含資料頁者。
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