TWI584278B - 全像光發射模組與應用其的全像儲存系統 - Google Patents

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TWI584278B
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Description

全像光發射模組與應用其的全像儲存系統
本發明是有關於一種全像光發射模組與應用其的全像儲存系統。
隨著科技的發展，電子檔案的所需儲存用量也跟著上升。常見的儲存方式為記錄儲存介質表面上磁或光的變化，以作為所儲存資料的依據，例如磁碟片或光碟片。然而，隨著電子檔案的所需儲存用量增加，全像儲存的技術發展開始受到注目。
全像儲存技術為透過訊號光以及參考光產生干涉後，將影像資料寫入儲存介質內。當讀取資料時，透過重新照射參考光至儲存介質(感光材料)上，即可產生影像資料。接著，所產生的影像資料再被檢測器讀取。也就是說，全像儲存技術的儲存容量與訊號光以及參考光具有相關性，而如何提升全像儲存技術的儲存容量亦成為當前相關領域研究的目標。
本發明之一實施方式提供一種全像儲存系統，用以提供參考光與訊號光，其中參考光被訊號光包圍。於此配置下，由於訊號光之面積提升，因此於寫入程序中，碟片被寫入的單位頁面能儲存更多的資料量。此外，碟片每單位時間內被寫入的資料量也提升，亦即寫入程序的速率得到提升。因此，透過訊號光包圍參考光的配置，碟片中的儲存材料的使用率有效被提升，進而提高全像光發射模組的寫入程序的效率。
本發明之一實施方式提供一種全像光發射模組，包含光源模組與光形控制模組。光源模組用以提供訊號光與參考光，其中訊號光與參考光之偏振態互相正交。光形控制模組用以接收來自光源模組的訊號光與參考光。訊號光與參考光經由光形控制模組調製後射出，其中自光形控制模組射出的參考光被訊號光包圍並位於訊號光中間，且訊號光與參考光部分重疊。
於部分實施方式中，光形控制模組包含分光模組、第一導光模組、第二導光模組、二分之一波片、第一遮光元件與光收斂模組。分光模組用以接收來自光源模組的訊號光與參考光，並將訊號光與參考光導引後射出。第一導光模組用以接收來自分光模組的訊號光，並將訊號光導引回分光模組。第二導光模組用以接收來自分光模組的參考光，並將參考光導引回分光模組，其中被導引回分光模組之訊號光與參考光自分光模組的同一側朝同一方向射出。二分之一波片設置於分光模組之一側，並位於參考光之光路上，使得訊號光與通過二分之一波片之參考光具有相同的偏振態。第一遮光元件設置於訊號 光之光路上，用以遮蔽部分訊號光，使得通過第一遮光元件之訊號光為中空狀。光收斂模組設置於參考光之光路上，用以收斂參考光，其中收斂後的參考光之截面積對應於訊號光的中空區域之截面積，使得訊號光包圍參考光。
於部分實施方式中，其中第一導光模組與第二導光模組分別包含面鏡。分光模組包含第一偏振分光鏡與第二偏振分光鏡。第一偏振分光鏡用以接收來自光源模組的訊號光與參考光，其中訊號光穿透第一偏振分光鏡並射向第一導光模組之面鏡，參考光於第一偏振分光鏡反射後射向第二導光模組之面鏡。第二偏振分光鏡用以接收於第一導光模組與第二導光模組之面鏡反射的訊號光與參考光，其中訊號光穿透第二偏振分光鏡，參考光於第二偏振分光鏡反射。第一遮光元件位於第一偏振分光鏡與第一導光模組之間，光收斂模組位於第一偏振分光鏡與第二偏振分光鏡之間。
於部分實施方式中，光收斂模組包含長焦透鏡與短焦透鏡，且長焦透鏡與短焦透鏡的其中之一位於第一偏振分光鏡與第二導光模組之面鏡之間，而另一個位於第二導光模組之面鏡與第二偏振分光鏡之間。
於部分實施方式中，光收斂模組包含至少一柱狀透鏡。
於部分實施方式中，柱狀透鏡之數量為兩個，且兩個柱狀透鏡之聚焦方向彼此正交。
於部分實施方式中，分光模組包含第一偏振分光鏡。第一偏振分光鏡用以接收來自光源模組的訊號光與參考 光，其中訊號光穿透第一偏振分光鏡，參考光於第一偏振分光鏡反射。第一導光模組包含面鏡與第一四分之一波片。面鏡用以將自第一偏振分光鏡穿透之訊號光反射回第一偏振分光鏡。第一四分之一波片設置於面鏡與第一偏振分光鏡之間。
於部分實施方式中，第一遮光元件位於面鏡與第一四分之一波片之間。
於部分實施方式中，其中第一遮光元件位於光源模組與分光模組之間。
於部分實施方式中，光收斂模組包含收斂透鏡。收斂透鏡位於第一偏振分光鏡與二分之一波片之間。
於部分實施方式中，其中第二導光模組包含曲面鏡與第二四分之一波片。曲面鏡用以將自第一偏振分光鏡反射之參考光反射回第一偏振分光鏡。第二四分之一波片設置於曲面鏡與第一偏振分光鏡之間。
於部分實施方式中，全像光發射模組更包含第二遮光元件。第二遮光元件設置於曲面鏡與第二四分之一波片之間。
於部分實施方式中，曲面鏡於水平方向以及垂直方向具有不同的聚焦位置。
於部分實施方式中，第二導光模組包含平面鏡、聚焦透鏡與第二四分之一波片。平面鏡用以將自第一偏振分光鏡反射之參考光反射回第一偏振分光鏡。聚焦透鏡設置於平面鏡與第一偏振分光鏡之間，用以收斂參考光，其中聚焦透鏡於 水平方向以及垂直方向具有不同的聚焦位置。第二四分之一波片設置於平面鏡與第一偏振分光鏡之間。
於部分實施方式中，光形控制模組更包含主動式轉動機構。主動式轉動機構連接第二導光模組，其中主動式轉動機構用以調整被導引回分光模組的參考光的入射角度。
於部分實施方式中，光源模組所提供之訊號光與參考光具有相同的中空光強分佈。
本發明之一實施方式提供一種全像儲存系統，包含全像光發射模組、空間光調製器、分光單元、透鏡組合、二色分光鏡、物鏡與濾光元件。空間光調製器接收全像光發射模組所提供之訊號光以及參考光。空間光調製器朝分光單元發射訊號光以及參考光，且訊號光以及參考光依序自分光單元行經透鏡組合、二色分光鏡以及物鏡後射向碟片。濾光元件設置於參考光之光路中對應分光單元與物鏡之間的位置。濾光元件包含偏振片與第三四分之一波片。偏振片用以提供來自分光單元的參考光穿過。第三四分之一波片設置於偏振片上，其中偏振片朝向參考光之光路中對應分光單元之一側。
於部分實施方式中，濾光元件設置於二色分光鏡與物鏡之間。
於部分實施方式中，透鏡組合包含第一透鏡與第二透鏡。來自分光單元的訊號光以及參考光依序通過第一透鏡以及第二透鏡，其中濾光元件位於第一透鏡與第二透鏡之間。
於部分實施方式中，當全像儲存系統對碟片的同一位置進行寫入時，空間光調製器提供的參考光具有多個偏振態，其中此多個偏振態彼此正交。
100‧‧‧全像儲存系統
101‧‧‧成像模組
102‧‧‧空間光調製器
104‧‧‧分光單元
106‧‧‧透鏡組合
108‧‧‧第一透鏡
110‧‧‧第二透鏡
112‧‧‧二色分光鏡
113‧‧‧反射單元
114,115‧‧‧物鏡
116‧‧‧碟片
118‧‧‧全像光發射模組
120‧‧‧光源模組
122‧‧‧光形控制模組
124‧‧‧分光模組
126‧‧‧第一導光模組
128‧‧‧第二導光模組
130‧‧‧二分之一波片
132‧‧‧第一遮光元件
134‧‧‧第二遮光元件
136‧‧‧面鏡
138‧‧‧第一偏振分光鏡
140‧‧‧第二偏振分光鏡
142‧‧‧光收斂模組
143‧‧‧長焦透鏡
144‧‧‧短焦透鏡
146‧‧‧第一四分之一波片
148‧‧‧第二四分之一波片
149‧‧‧第三四分之一波片
150‧‧‧收斂透鏡
152‧‧‧曲面鏡
154‧‧‧主動式轉動機構
156‧‧‧平面鏡
158‧‧‧聚焦透鏡
160‧‧‧濾光元件
162‧‧‧偏振片
164,165‧‧‧寫入頁面
S‧‧‧訊號光
R,R1‧‧‧參考光
D‧‧‧雜訊光
P1,P2‧‧‧位置
z1,z2,z3‧‧‧座標
x,y,z‧‧‧方向
第1圖繪示依照本發明之全像儲存系統的第一實施方式的配置示意圖。
第2圖為訊號光與參考光自第1圖中的全像光發射模組射向空間光調製器的入射面示意圖。
第3圖為第1圖中的全像儲存系統的全像光發射模組的配置示意圖。
第4圖繪示依照本發明之全像儲存系統的第二實施方式的配置示意圖。
第5圖為自第4圖中的光形控制模組射出的參考光的光形示意圖。
第6A圖至第6C圖為第5圖中的參考光於不同位置的入射面示意圖。.
第7圖繪示依照本發明之全像儲存系統的第三實施方式的配置示意圖。
第8圖繪示當參考光位於同軸式全像儲存系統的中心位置時，參考光進行碟片寫入的示意圖。
第9圖繪示依照本發明之全像儲存系統的第四實施方式的配置示意圖。
第10圖為訊號光與參考光自第9圖的全像光發射模組發射的入射面示意圖。
第11圖繪示依照本發明之全像儲存系統的第五實施方式的配置示意圖。
第12圖繪示依照本發明之全像儲存系統的第六實施方式的配置示意圖。
第13圖繪示依照本發明之全像儲存系統的第七實施方式的配置示意圖。
第14圖繪示依照本發明之全像儲存系統的第八實施方式的配置示意圖。
第15A圖與第15B圖分別繪示第14圖中的濾光元件的正視示意圖與側視示意圖。
第16圖繪示依照本發明之全像儲存系統的第九實施方式的配置示意圖。
以下將以圖式及詳細說明清楚說明本發明之精神，任何所屬技術領域中具有通常知識者在了解本發明之較佳實施例後，當可由本發明所教示之技術，加以改變及修飾，其並不脫離本發明之精神與範圍。
關於本文中所使用之『第一』、『第二』、...等，並非特別指稱次序或順位的意思，亦非用以限定本發明，其僅僅是為了區別以相同技術用語描述的元件或操作而已。
於同軸式的全像儲存系統中，訊號光被參考光包圍，因此參考光於輸入面上需佔有一定的面積，才能夠確保訊號光與參考光的混合效率為足夠的。然而，於此種配置下，當全像儲存系統進行寫入或是讀取程序時，將會產生能量的浪費。
有鑑於此，本發明之全像光發射模組提供參考光與訊號光，其中參考光被訊號光包圍。於此配置下，由於訊號光之面積提升，因此於寫入程序中，碟片被寫入的單位頁面能儲存更多的資料量。此外，碟片每單位時間內被寫入的資料量也提升，亦即寫入程序的速率得到提升。因此，透過訊號光包圍參考光的配置，碟片中的儲存材料的使用率有效被提升，進而提高全像儲存系統的寫入程序的效率。
第1圖繪示依照本發明之全像儲存系統的第一實施方式的配置示意圖。第2圖為訊號光與參考光自第1圖中的全像光發射模組射向空間光調製器的入射面示意圖。
請同時看到第1圖與第2圖，全像儲存系統100包含全像光發射模組118、成像模組101、空間光調製器102、分光單元104、透鏡組合106、二色分光鏡112、反射單元113與物鏡114。全像光發射模組118包含光源模組120與光形控制模組122。光源模組120用以提供訊號光S與參考光R。光形控制模組122用以接收來自光源模組120的訊號光S與參考光R，且訊號光S與參考光R經由光形控制模組122調製後射向空間光調製器102。
本實施方式中，當全像儲存系統100對碟片116進行寫入程序時，全像光發射模組118用以作為全像儲存系統100的光路起點。空間光調製器102接收全像光發射模組118所提供之訊號光S以及參考光R後，朝分光單元104發射訊號光S以及參考光R。接著，於全像儲存系統100的光路中，訊號光S以及參考光R依序自分光單元104行經透鏡組合106、二色分光鏡112、反射單元113以及物鏡114後射向碟片116。
光源模組120所提供之訊號光S與參考光R經過光形控制模組122調製後射向空間光調製器102。本實施方式中，參考光R被訊號光S包圍並位於訊號光S中間，且訊號光S與參考光R部分重疊，如第2圖所示。第2圖中，訊號光S的入射面以水平線表示，參考光R的入射面以垂直線表示，其中水平線與垂直線重疊的區域為訊號光S與參考光R重疊的區域。然而，第2圖僅為示意圖，非用以限制本發明之訊號光S與參考光R的配置方式。例如，訊號光S與參考光R也可能是分別以內側邊界與外側邊界重疊。
於此配置下，由於訊號光S與參考光R為分別被光形控制模組122調製，因此當藉由光源模組120控制訊號光S與參考光R的初始能量後，射向空間光調製器102的訊號光S與參考光R可以具有大致相同的能量。再者，於自全像儲存系統100射向碟片116的光束入射面中，由於碟片116可以被具有較大面積的訊號光S寫入，因此碟片116於單位時間內被寫入的資料量也增加。此外，對應具有較大面積的訊號光S，對單一張碟片116而言，碟片116允許被寫入的總資料量也會受到提 昇。亦即，碟片116中的儲存材料的使用率有效被提升，進而提高全像儲存系統100的寫入程序效率。
此外，當全像儲存系統100對碟片116進行讀取程序時，全像儲存系統100先以與寫入程序相同的光路發射參考光R，接著，參考光R於碟片116發生繞射後，再沿相同路線反射回分光單元104，並再進入成像模組101進行資料讀取。於此配置下，當對碟片116進行讀取程序時，全像儲存系統100可以將大部分的能量切換至提供給參考光R，以提升讀取效率與準確性。
請再同時看到第2圖與第3圖，第3圖為第1圖中的全像儲存系統的全像光發射模組的配置示意圖。本實施方式中，全像光發射模組118包含光源模組120與光形控制模組122，其中光源模組120用以提供訊號光S與參考光R。此外，光源模組120所提供的訊號光S與參考光R之偏振態互相正交。於部分實施方式中，光源模組120包含偏振控制器(未繪示)，偏振控制器用以定義訊號光S與參考光R的偏振態。
光形控制模組122包含分光模組124、第一導光模組126、第二導光模組128、二分之一波片130、第一遮光元件132與光收斂模組142。分光模組124用以接收來自光源模組120的訊號光S與參考光R，並將訊號光S與參考光R導引後射出。本實施方式中，分光模組124包含第一偏振分光鏡138與第二偏振分光鏡140。第一偏振分光鏡138用以導引來自光源模組120之訊號光S與參考光R，使得來自光源模組120之訊號光S與參考光R分別自第一偏振分光鏡138沿不同方向射出。訊 號光S穿透第一偏振分光鏡138並射向第一導光模組126，參考光R於第一偏振分光鏡138反射後射向第二導光模組128。
第一導光模組126用以接收來自分光模組124的訊號光S，並將訊號光S導引回分光模組124。第二導光模組128用以接收來自分光模組124的參考光R，並將參考光R導引回分光模組124，其中被導引回分光模組124之訊號光S與參考光R自分光模組124的同一側朝同一方向射出。此外，本實施方式的第一導光模組126與第二導光模組128分別包含面鏡136。
進一步而言，自第一導光模組126與第二導光模組128之面鏡136反射的訊號光S與參考光R會進入分光模組124的第二偏振分光鏡140，並自第二偏振分光鏡140的同一側朝同一方向射出。換言之，第二偏振分光鏡140是用以接收於第一導光模組126與第二導光模組128之面鏡反射的訊號光S與參考光R，其中訊號光S穿透第二偏振分光鏡140，參考光R於第二偏振分光鏡140反射。
第一遮光元件132設置於訊號光S之光路上，並位於位於第一偏振分光鏡138與第一導光模組126之間。第一遮光元件132用以遮蔽部分訊號光S，使得通過第一遮光元件132之訊號光S為中空狀。光收斂模組142設置於參考光R之光路上，並位於第一偏振分光鏡138與第二偏振分光鏡140之間。
光收斂模組142用以收斂參考光R，其中收斂後的參考光R之截面積對應於中空狀的訊號光S的中空區域之截面積，使得訊號光S包圍參考光R。此外，光收斂模組142包含長焦透鏡143與短焦透鏡144，且長焦透鏡143與短焦透鏡144的 其中之一位於第一偏振分光鏡138與第二導光模組128之面鏡136之間，而另一個位於第二導光模組128之面鏡136與第二偏振分光鏡140之間。
二分之一波片130設置於分光模組124之一側，並位於參考光R之光路上，使得通過二分之一波片130之參考光R與訊號光S具有相同的偏振態。具體而言，二分之一波片130設置於第二偏振分光鏡140之一側，且二分之一波片130的尺寸對應於收斂後的參考光R之截面積。
於此配置下，自光形控制模組122射向空間光調製器102的訊號光S與參考光R的配置方式為訊號光S包圍參考光R，其中參考光R位於訊號光S的中間，如第2圖所示。以下敘述將分別對訊號光S與參考光R的光路作進一步的說明。
於訊號光S的光路中，訊號光S自光源模組120射出後，將依序通過分光模組124的第一偏振分光鏡138、第一遮光元件132、第一導光模組126的面鏡136、分光模組124的第二偏振分光鏡140，接著射向空間光調製器102。
訊號光S的偏振態對應第一偏振分光鏡138，使得訊號光S可以穿透第一偏振分光鏡138，並射向第一遮光元件132。當訊號光S通過第一遮光元件132時，部分訊號光S將因為第一遮光元件132的阻斷而無法通過，使得訊號光S之光形為中空狀，如第2圖所示。接著，訊號光S於第一導光模組126的面鏡136反射並射向第二偏振分光鏡140。同樣地，訊號光S的偏振態對應第二偏振分光鏡140，使得訊號光S可以穿透第二偏振分光鏡140，並射向空間光調製器102。
於參考光R的光路中，參考光R自光源模組120射出後，將依序通過分光模組124的第一偏振分光鏡138、光收斂模組142的長焦透鏡143與短焦透鏡144、第二導光模組128的面鏡136、分光模組124的第二偏振分光鏡140與二分之一波片130，接著射向空間光調製器102。
參考光R的偏振態對應第一偏振分光鏡138，使得參考光R於第一偏振分光鏡138反射，並射向長焦透鏡143。當參考光R通過長焦透鏡143時，參考光R被收斂並射向第二導光模組128的面鏡136。接著，參考光R於面鏡136反射，並射向短焦透鏡144。於長焦透鏡143與短焦透鏡144的配置中，長焦透鏡143與短焦透鏡144的焦點位於同一位置上。因此，當參考光R射向短焦透鏡144時，參考光R會因被長焦透鏡143收斂而先會聚於短焦透鏡144的焦點上，使得通過短焦透鏡144的參考光R成為一束平行光並射向第二偏振分光鏡140。同樣地，參考光R的偏振態對應第二偏振分光鏡140，使得參考光R於第二偏振分光鏡140反射，並射向二分之一波片130。由於自光源模組120射出的訊號光S與參考光R的偏振態彼此正交，因此當參考光R通過二分之一波片130後，訊號光S與參考光R將具有相同的偏振態。當參考光R的偏振態轉換完成後，參考光R將射向空間光調製器102。
綜上所述，本實施方式中，光源模組120將偏振態彼此正交的訊號光S與參考光R射向光形控制模組122，其中光形控制模組122的分光模組124藉由訊號光S與參考光R的偏振態將其分離，使得訊號光S與參考光R可以分別被調製。當 訊號光S與參考光R完成調製後，參考光R被訊號光S包圍並位於訊號光S的中間，且訊號光S與參考光R部分重疊。接著，完成調製的訊號光S與參考光R再自光形控制模組122射向空間光調製器102。
請參照第4圖，第4圖繪示依照本發明之全像儲存系統的第二實施方式的配置示意圖。本實施方式與第一實施方式的差異在於，本實施方式中的光收斂模組142包含柱狀透鏡170與172。
當自光形控制模組122射出的參考光R為球面波時，為了使自光形控制模組122射出的光束具有最佳化參數，球面波型式的參考光R可以在垂直與水平兩個方向分別具有不同的聚焦深度。在此，「最佳化參數」所指為，於全像儲存系統對碟片的寫入程序中，碟片被寫入的頁面與頁面之間的間距可以經過調整而達到穩定值。對於不同的背景條件，例如鏡頭品質或是碟片品質，被寫入資料的碟片上的頁面間距條件也不同。而對於條件不同的間距，可以透過調整參考光R在垂直與水平兩個方向的聚焦深度，使得參考光R的條件參數與碟片的頁面間距能匹配，進而增加全像儲存系統的系統穩定度。
本實施方式中，光收斂模組142的柱狀透鏡之數量為兩個，即柱狀透鏡170與柱狀透鏡172，且柱狀透鏡170與柱狀透鏡172之聚焦方向彼此正交。因此，當參考光R穿過單一個柱狀透鏡170時，參考光R的光形的其中一個方向會被收斂。接著，當參考光R穿過另一個柱狀透鏡172時，參考光的光形的另一個方向會被收斂，且此兩個受到收斂的方向彼此 正交。換言之，當參考光R穿過柱狀透鏡170與柱狀透鏡172後，參考光R可以在一組正交方向上具有不同的聚焦深度。以下敘述將對本實施方式中的參考光R的光形作進一步的說明。
請參照第5圖與第6A圖至第6C圖。第5圖為自第4圖中的光形控制模組射出的參考光的光形示意圖。第6A圖至第6C圖為第5圖中的參考光於不同位置的入射面示意圖。第5圖中，參考光R經光形控制模組122(請見第4圖)調製完成後射出，其中自光形控制模組122射出的參考光R為沿z方向傳遞。
同前所述，本實施方式中的參考光R在一組正交方向上具有不同的聚焦深度，其中此組正交方向包含x方向與y方向。換言之，即參考光R在x方向與y方向上具有不同的聚焦深度。
第5圖中，當參考光R傳遞至座標z=z1的位置時，參考光R在y方向上聚焦，而在x方向上並未聚焦，其光形分佈如第6A圖所示。當參考光R傳遞至座標z=z2時，參考光R在y方向與x方向上皆未聚焦，然而此時參考光R的光形具有最小圓點分佈，其光形分佈如第6B圖所示。當參考光R傳遞至座標z=z3時，其在x方向上聚焦，而在y方向上並未聚焦，其光形分佈如第6C圖所示。
也就是說，本發明之光形控制模組除了將訊號光與參考光配置成訊號光包圍於參考光的型式之外，也透過光收斂模組將參考光的聚焦深度調製為在一組正交方向上具有不同的聚焦深度，使得自光形控制模組射出的光束具有最佳化參數。
請參照第7圖，第7圖繪示依照本發明之全像儲存系統的第三實施方式的配置示意圖。本實施方式與第一實施方式的差異在於，本實施方式中的偏振分光鏡數量為一個。
本實施方式中，分光模組124包含第一偏振分光鏡138。第一偏振分光鏡138用以接收來自光源模組120的訊號光S與參考光R，其中訊號光S穿透第一偏振分光鏡138並射向第一導光模組126，參考光R於第一偏振分光鏡138反射後射向第二導光模組128。
第一導光模組126包含面鏡136與第一四分之一波片146。面鏡136用以將自第一偏振分光鏡138穿透之訊號光S反射回第一偏振分光鏡138。第一四分之一波片146設置於面鏡136與第一偏振分光鏡138之間。此外，第一遮光元件132位於面鏡136與第一四分之一波片146之間。
第二導光模組128包含曲面鏡152與第二四分之一波片148。曲面鏡152用以將自第一偏振分光鏡138反射之參考光R反射回第一偏振分光鏡138。本實施方式中，曲面鏡152為凹面鏡，凹面鏡用以提供平行入射的光線會聚於其焦點(亦即，凹面鏡的焦點)。第二四分之一波片148設置於曲面鏡152與第一偏振分光鏡138之間。
光收斂模組142包含收斂透鏡150。收斂透鏡150位於第一偏振分光鏡138與二分之一波片130之間。此外，收斂透鏡150的焦點與曲面鏡152的焦點位於同一位置，使得經曲面鏡152收斂的光束將對應地會聚於收斂透鏡150的焦點。
於此配置下，由於偏振分光鏡的數量為一個，使得光形控制模組122中的元件配置可以更為緊密，進而縮減光形控制模組122的體積。此外，自光形控制模組122射向空間光調製器102的訊號光S與參考光R的配置方式仍維持訊號光S包圍參考光R。以下敘述將分別對本實施方式中的訊號光S與參考光R的光路作進一步的說明。
於訊號光S的光路中，訊號光S自光源模組120射出後，將依序通過分光模組124的第一偏振分光鏡138、第一四分之一波片146、第一遮光元件132、第一導光模組126的面鏡136、第一遮光元件132、第一四分之一波片146、分光模組124的第一偏振分光鏡138，接著射向空間光調製器102。
訊號光S的偏振態對應第一偏振分光鏡138，使得訊號光S可以穿透第一偏振分光鏡138，並射向第一四分之一波片146。當訊號光S通過第一四分之一波片146後，訊號光S的偏振態會產生90度的相變。接著，當訊號光S通過第一遮光元件132時，部分訊號光S將因為第一遮光元件132的阻斷而無法通過，使得訊號光S之光形為中空狀。中空狀的訊號光S再於第一導光模組126的面鏡136反射，並射向第一四分之一波片146。當訊號光S再次通過第一四分之一波片146後，訊號光S的偏振態會再次產生90度的相變，此時，通過第一四分之一波片146兩次的訊號光S的偏振態與自光源模組120射出的訊號光S的偏振態相差180度。因此，當訊號光S返回並進入第一偏振分光鏡138後，訊號光S會於第一偏振分光鏡138反射，並射向空間光調製器102。
於參考光R的光路中，參考光R自光源模組120射出後，將依序通過於分光模組124的第一偏振分光鏡138、第二四分之一波片148、第二導光模組128的曲面鏡152、第二四分之一波片148、第一偏振分光鏡138、光收斂模組142的收斂透鏡150與二分之一波片130，接著射向空間光調製器102。
參考光R的偏振態對應第一偏振分光鏡138，使得參考光R於第一偏振分光鏡138反射，並射向第二四分之一波片148。當參考光R通過第二四分之一波片148後，參考光R的偏振態會產生90度的相差，並射向曲面鏡152。接著，參考光R於曲面鏡152反射後，再次通過第二四分之一波片148，使得參考光R的偏振態會再次產生90度的相差，此時，通過第二四分之一波片148兩次的參考光R的偏振態與自光源模組120射出的參考光R的偏振態相差180度。因此，當參考光R返回並進入第一偏振分光鏡138後，參考光R會穿透第一偏振分光鏡138，並射向收斂透鏡150。當參考光R通過收斂透鏡150後，參考光R將收斂為一束平行光，並射向二分之一波片130。同樣地，由於自光源模組120射出的訊號光S與參考光R的偏振態彼此正交，因此當參考光R通過二分之一波片130後，訊號光S與參考光R將具有相同的偏振態。當參考光R通過二分之一波片130後，參考光R將射向空間光調製器102。
同前所述，為了使自光形控制模組122射出的光束具有最佳化參數，球面波型式的參考光R可以在垂直與水平兩個方向具有不同的聚焦深度。因此，於部分實施方式中，曲面鏡152於水平方向以及垂直方向具有不同的聚焦位置。使得 透過曲面鏡152反射的參考光R在一組正交方向上具有不同的聚焦深度。
請參照第8圖。第8圖繪示當參考光位於同軸式全像儲存系統的中心位置時，參考光進行碟片寫入的示意圖。
當參考光R自同軸式全像儲存系統的中心位置發射時，於碟片116的寫入程序中，由於對應碟片116中心位置的參考光R為小角度的參考光R1，因此全像儲存系統將具有較低的位移靈敏度。在此，「小角度的參考光R1」中的角度為參考光R1與物鏡115的光軸之間的夾角，例如當參考光R1是以接近垂直入射碟片時，參考光R1與物鏡115的光軸之間的夾角趨近於零度。此外，「位移靈敏度」所指為碟片116的寫入頁面164與165之間的鑑別程度。當同軸式全像儲存系統的位移靈敏度越高時，碟片116的寫入頁面164與165之間能具有較近的間距。換言之，當同軸式全像儲存系統的位移靈敏度越低時，碟片116的寫入頁面164與165的間距也會對應增加。
再者，在寫入頁面164與165之間具有較近的間距的情況下，同軸式全像儲存系統能寫入碟片116的資訊也對應增加。亦即，當同軸式全像儲存系統的位移靈敏度增加時，同軸式全像儲存系統能對碟片116進行更大資料量的寫入程序。
除此之外，於參考光R的光強分佈中，當小角度的參考光R1佔據整體參考光R比例越低時，同軸式全像儲存系統將具有較高的位移靈敏度。再者，位移靈敏度的條件也對應於同軸式全像儲存系統的背景環境條件，其中背景環境條件例如震動或碟片品質。而當背景環境條件許可時，透過調整同軸 式全像儲存系統的位移靈敏度，可以進一步增加同軸式全像儲存系統對碟片116的寫入資料量。
請同時參照第9圖與第10圖。第9圖繪示依照本發明之全像儲存系統的第四實施方式的配置示意圖。第10圖為訊號光與參考光自第9圖的全像光發射模組發射的入射面示意圖。本實施方式與第三實施方式的差異在於，本實施方式中的全像光發射模組更包含第二遮光元件134。
第9圖中，本實施方式中的全像光發射模組118更包含第二遮光元件134，其中第二遮光元件134設置於曲面鏡152與第二四分之一波片148之間。因此，當參考光R通過第二遮光元件134時，部分參考光R將因為第二遮光元件134的阻斷而無法通過，使得參考光R之光形為中空狀。換言之，經光形控制模組122調製後的參考光R具有中空的光強分佈。此外，由於第一遮光元件132設置於第一四分之一波片146與面鏡136之間，因此訊號光S仍保持中空狀，其中自光形控制模組122發射的訊號光S與參考光R的入射面如第10圖所示。第10圖中，訊號光S的入射面以水平線表示，參考光R的入射面以垂直線表示，其中水平線與垂直線重疊的區域為訊號光S與參考光R重疊的區域。同樣地，第10圖僅為示意圖，非用以限制本發明之訊號光S與參考光R的配置方式，訊號光S與參考光R也可能是分別以內側邊界與外側邊界重疊。
於此配置下，參考光R具有中空的光強分佈，因此減少了小角度的參考光R1(請見第8圖)佔據整體參考光R的比例，使得全像儲存系統的位移靈敏度提升。由於全像儲存系 統的位移靈敏度提升，也因此全像儲存系統可以對碟片116(請見第1圖)進行更大資料量的寫入程序。
此外，當第一遮光元件132與第二遮光元件134面積相同時，訊號光S與參考光R分別於光路中被第一遮光元件132與第二遮光元件134遮擋的面積也會相同。換言之，當光源模組120提供相同能量的訊號光S與參考光R時，訊號光S與參考光R因被遮擋而減少的能量也會相同。因此，經光形控制模組122調製的訊號光S與參考光R雖具有不同的入射面積(請見第10圖)，然而訊號光S與參考光R具有相同的能量。亦即，經光形控制模組122調製的訊號光S與參考光R的能量比比值為1。
此外，於部分實施方式中，當全像儲存系統對碟片116的同一位置進行寫入時，空間光調製器102提供的參考光R具有多個偏振態，其中此多個偏振態彼此正交。亦即，當全像儲存系統100對碟片116的同一位置進行資料的寫入時，透過空間光調製器102對參考光R產生相位調製，使得彼此相位正交的參考光R可以將不同頁面的資料記錄在碟片116的同一位置上。換言之，透過空間光調製器102對參考光R產生相位調製，可以調整全像儲存系統的位移靈敏度，使得相鄰或是同一位置的頁面是透過正交相位的參考光R寫入，進而增加碟片116的儲存資料量。
請參照第11圖，第11圖繪示依照本發明之全像儲存系統的第五實施方式的配置示意圖。本實施方式與第四實施方式的差異在於，本實施方式中的光源模組120所提供之訊號 光S與參考光R具有相同的中空光強分佈，(如第11圖所繪示的光源模組120與光形控制模組122之間的陰影處)，並以此中空光強分佈取代第一遮光元件132與第二遮光元件134(請見第9圖)。此外，為了使圖式不會過於複雜，進入分光模組124的訊號光S與參考光R僅繪示光束的外邊界。
於此配置下，由於自光源模組120所提供之訊號光S與參考光R的能量相同，因此進入光形控制模組122的訊號光S與參考光R也會具有相同的能量。也因此，經光形控制模組122調製的訊號光S與參考光R具有相同的能量，且訊號光S與參考光R的能量比比值為1。
請參照第12圖，第12圖繪示依照本發明之全像儲存系統的第六實施方式的配置示意圖。本實施方式與第三實施方式的差異在於，本實施方式中的第一遮光元件132位於光源模組120與分光模組124之間。
於此配置下，由於第一遮光元件132位於光源模組120與分光模組124的第一偏振分光鏡138之間，因此訊號光S與參考光R於第一次進入第一偏振分光鏡138之前將先通過第一遮光元件132。當訊號光S與參考光R通過第一遮光元件132時，部分訊號光S與部分參考光R將因為第一遮光元件132的阻斷而無法通過，使得訊號光S與參考光R之光形為中空狀。接著，於參考光R後續的光路中，收斂透鏡150將參考光R收斂，使得參考光R除了被訊號光S包圍，參考光R也具有中空的光強分佈。
此外，於部分實施方式中，光形控制模組122更 包含主動式轉動機構154，其中主動式轉動機構例如可以是微型馬達或致動器。主動式轉動機構154連接第二導光模組128，其中主動式轉動機構154用以調整被導引回分光模組124的參考光R的入射角度。舉例而言，本實施方式中，主動式轉動機構154連接第二導光模組128的曲面鏡152，並用以調整參考光R自曲面鏡152反射至分光模組124的第一偏振分光鏡138的入射角度。
同於前述，由於當參考光R射向碟片116(請見第8圖)進行寫入程序時，小角度的參考光R1(請見第8圖)將使得全像儲存系統的位移靈敏度下降。因此，藉由連接於曲面鏡152的主動式轉動機構154，參考光R入射至第一偏振分光鏡138的入射角度可以被控制。換言之，參考光R自光形控制模組122射向空間光調製器102的入射角度可以被控制，進而調整全像儲存系統的位移靈敏度。再者，當碟片116的同一位置使用不同條件的光束入射(例如，不同角度)時，此同一位置可以同時紀錄兩個以上不同頁面的資料。
請參照第13圖，第13圖繪示依照本發明之全像儲存系統的第七實施方式的配置示意圖。本實施方式與第六實施方式的差異在於，本實施方式中的第二導光模組128包含平面鏡156與聚焦透鏡158。
本實施方式中，第二導光模組包含平面鏡156、聚焦透鏡158與第二四分之一波片148。平面鏡156用以將自第一偏振分光鏡138反射之參考光R反射回第一偏振分光鏡138。聚焦透鏡158設置於平面鏡156與第一偏振分光鏡138之間，用以收斂參考光R，其中聚焦透鏡158於水平方向以及垂 直方向具有不同的聚焦位置。第二四分之一波片148設置於平面鏡156與第一偏振分光鏡138之間。
同前所述，當參考光R的聚焦深度被調製成在一組正交方向上具有不同的聚焦深度時，自光形控制模組122射出的光束具有最佳化參數。因此，藉由設置聚焦透鏡158，經過第二導光模組128導引後的參考光R於水平方向以及垂直方向具有不同的聚焦位置。
同樣地，本實施方式中，主動式轉動機構154也可以連接至第二導光模組128的平面鏡156，以調整參考光R自平面鏡156反射至第一偏振分光鏡138的入射角度，進而調整全像儲存系統的位移靈敏度。
請同時看到第14圖、第15A圖與第15B圖。第14圖繪示依照本發明之全像儲存系統的第八實施方式的配置示意圖。第15A圖與第15B圖分別繪示第14圖中的濾光元件的正視示意圖與側視示意圖。本實施方式與第一實施方式的差異在於，本實施方式中的全像儲存系統100更包含濾光元件160，其中濾光元件160設置於參考光R之光路中對應分光單元104與物鏡114之間的位置。
當全像儲存系統100執行讀取程序時，全像儲存系統100會發射參考光R至碟片116，並以參考光R於碟片116發生繞射後的光束作為讀取光。然而，當有部分參考光R未被轉換成繞射光時，此部分參考光R將於碟片116反射後返回全像儲存系統100，並成為雜訊光D。然而，當參考光R經由全像光發射模組118調製後，根據不同設計，參考光R會是不同形 式的波型。例如，發散球面波、平面波或收斂球面波。而不論是哪一種波形，參考光R於碟片116反射後的光路中，都存在有聚焦成一小點的狀態。亦即，為了防止雜訊光D對讀取程序造成影響，濾光元件160可以被設計成設置於雜訊光D的聚焦位置上。
本實施方式中，全像儲存系統100以提供收斂球面波的參考光R為例。為了方便說明，第14圖繪示有自全像光發射模組118發射的訊號光S與參考光R。同前所述，當全像儲存系統100執行讀取程序時，部分參考光R會於碟片116位置成為雜訊光D，而此雜訊光D會在位置P1聚焦成為一點。因此，本實施方式中的濾光元件160設置於此位置P1。亦即，濾光元件160位於二色分光鏡112與物鏡114之間。
第15A與第15B圖中，濾光元件160包含偏振片162與第三四分之一波片149。偏振片162用以提供來自分光單元104的參考光R穿過。第三四分之一波片149設置於偏振片162上，其中偏振片162朝向參考光R之光路中對應分光單元104之一側。
換言之，偏振片162對應於自全像光發射模組118發射的訊號光S與參考光R，使得訊號光S與參考光R於光路自全像光發射模組118行進往碟片116的方向可以通過濾光元件160的偏振片162，因此濾光元件160的設置不會對寫入程序產生影響。此外，當參考光R通過濾光元件160時，會因為通過第三四分之一波片149，而使偏振態有90度的相差。
接著，對讀取程序中的雜訊光D而言，於雜訊光D自碟片116反射回全像儲存系統100的光路中，雜訊光D會再次通過濾光元件160。由於濾光元件160的偏振片162是朝向光路中對應分光單元104之一側，因此雜訊光D的行進是依序通過第三四分之一波片149與偏振片162。當雜訊光D通過第三四分之一波片149時，其偏振態會產生90度的相差。亦即，此時的雜訊光D的偏振態與自全像光發射模組118發射的參考光R的偏振態有180度的相差，在自全像光發射模組118發射的參考光R可以通過偏振片162的條件下，此雜訊光D將因為180度的相差而無法通過偏振片162。因此，透過設置濾光元件160，雜訊光D的行進會被濾光元件160中斷，進而減少全像儲存系統100進行讀取程序時的雜訊。
請參照第16圖，第16圖繪示依照本發明之全像儲存系統的第九實施方式的配置示意圖。本實施方式與第八實施方式的差異在於，本實施方式中的濾光元件160的位置對應於透鏡組合106。
本實施方式中，透鏡組合106包含第一透鏡108與第二透鏡110，其中來自分光單元104的訊號光S以及參考光R將依序通過第一透鏡108以及第二透鏡110。
本實施方式中，全像儲存系統100以提供發散球面波的參考光R為例。於此配置下，雜訊光D會在第一透鏡108與第二透鏡110之間的位置P2聚焦成為一點。因此，本實施方式中的濾光元件160設置於此位置P2。亦即，濾光元件160位於第一透鏡108與第二透鏡110之間。同樣地，濾光元件160的 偏振片162(請見第15圖)的朝向分光單元104，亦即偏振片162朝向第一透鏡108，而第三四分之一波片149(請見第15圖)朝向第二透鏡110。因此，當雜訊光D返回至全像儲存系統100，並自第二透鏡110行進往第一透鏡108時，雜訊光D的行進會被濾光元件160阻斷，進而減少全像儲存系統100進行讀取程序時的雜訊。
綜上所述，本發明之全像儲存系統包含全像光發射模組，其中全像光發射模組包含光源模組與光形控制模組。光源模組用以提供訊號光與參考光，光形控制模組用以將訊號光與參考光分離，並對訊號光與參考光分別作調製。使得自全像光發射模組發射的訊號光與參考光具有訊號光包圍參考光的配置，且訊號光與參考光具有大致相同的能量。再者，於進行讀取程序時，全像儲存系統可以將大部分的能量切換至參考光，使得全像儲存系統對碟片的讀取結果更準確。此外，全像光發射模組也提供中空光形的參考光與連接第二導光模組的主動式轉動機構，藉以調整全像儲存系統的位移靈敏度。除此之外，全像儲存系統也包含濾光元件，作為中斷雜訊光的行進，以消除雜訊光對全像儲存系統的讀取程序產生影響。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧全像儲存系統
101‧‧‧成像模組
102‧‧‧空間光調製器
104‧‧‧分光單元
106‧‧‧透鏡組合
112‧‧‧二色分光鏡
113‧‧‧反射單元
114‧‧‧物鏡
116‧‧‧碟片
118‧‧‧全像光發射模組
120‧‧‧光源模組
122‧‧‧光形控制模組
S‧‧‧訊號光
R‧‧‧參考光

Claims (20)

  1. 一種全像光發射模組，包含：一光源模組，用以提供一訊號光與一參考光，該訊號光與該參考光之偏振態互相正交；以及一光形控制模組，用以接收來自該光源模組的該訊號光與該參考光，且該訊號光與該參考光經由該光形控制模組調製後射出，其中該訊號光與該參考光部分重疊，且該光形控制模組包含：一分光模組，用以接收來自該光源模組的該訊號光與該參考光，並將該訊號光與該參考光導引後射出；一第一導光模組，用以接收來自該分光模組的該訊號光，並將該訊號光導引回該分光模組；一第二導光模組，用以接收來自該分光模組的該參考光，並將該參考光導引回該分光模組，其中被導引回該分光模組之該訊號光與該參考光自該分光模組的同一側朝同一方向射出；一二分之一波片，設置於該分光模組之該側，並位於該參考光之光路上，使得該訊號光與通過該二分之一波片之該參考光具有相同的偏振態；一第一遮光元件，設置於該訊號光之光路上，用以遮蔽部分該訊號光，使得通過該第一遮光元件之該訊號光為中空狀；以及一光收斂模組，設置於該參考光之光路上，用以收斂該參考光，其中收斂後的參考光之截面積對應於該訊號光的中空區域之截面積。
  2. 如請求項1所述之全像光發射模組，其中自該光形控制模組射出的該參考光被該訊號光包圍並位於該訊號光中間。
  3. 如請求項2所述之全像光發射模組，其中該第一導光模組與該第二導光模組分別包含一面鏡，且該分光模組包含：一第一偏振分光鏡，用以接收來自該光源模組的該訊號光與該參考光，其中該訊號光穿透該第一偏振分光鏡並射向該第一導光模組之該面鏡，該參考光於該第一偏振分光鏡反射後射向該第二導光模組之該面鏡；以及一第二偏振分光鏡，用以接收於該第一導光模組與該第二導光模組之該面鏡反射的該訊號光與該參考光，其中該訊號光穿透該第二偏振分光鏡，該參考光於該第二偏振分光鏡反射；其中該第一遮光元件位於該第一偏振分光鏡與該第一導光模組之間，該光收斂模組位於該第一偏振分光鏡與該第二偏振分光鏡之間。
  4. 如請求項3所述之全像光發射模組，其中該光收斂模組包含一長焦透鏡與一短焦透鏡，且該長焦透鏡與該短焦透鏡的其中之一位於該第一偏振分光鏡與該第二導光模組之該面鏡之間，而另一個位於該第二導光模組之該面鏡與該第二偏振分光鏡之間。
  5. 如請求項3所述之全像光發射模組，其中該光收斂模組包含至少一柱狀透鏡。
  6. 如請求項5所述之全像光發射模組，其中該至少一柱狀透鏡之數量為兩個，且該些兩個柱狀透鏡之聚焦方向彼此正交。
  7. 如請求項2所述之全像光發射模組，其中該分光模組包含一第一偏振分光鏡，用以接收來自該光源模組的該訊號光與該參考光，其中該訊號光穿透該第一偏振分光鏡，該參考光於該第一偏振分光鏡反射，其中該第一導光模組包含：一面鏡，用以將自該第一偏振分光鏡穿透之該訊號光反射回該第一偏振分光鏡；以及一第一四分之一波片，設置於該面鏡與該第一偏振分光鏡之間。
  8. 如請求項7所述之全像光發射模組，其中該第一遮光元件位於該面鏡與該第一四分之一波片之間。
  9. 如請求項7所述之全像光發射模組，其中該第一遮光元件位於該光源模組與該分光模組之間。
  10. 如請求項7所述之全像光發射模組，其中該 光收斂模組包含一收斂透鏡，其中該收斂透鏡位於該第一偏振分光鏡與該二分之一波片之間。
  11. 如請求項7所述之全像光發射模組，其中該第二導光模組包含：一曲面鏡，用以將自該第一偏振分光鏡反射之該參考光反射回該第一偏振分光鏡；以及一第二四分之一波片，設置於該曲面鏡與該第一偏振分光鏡之間。
  12. 如請求項11所述之全像光發射模組，更包含：一第二遮光元件，設置於該曲面鏡與該第二四分之一波片之間。
  13. 如請求項11所述之全像光發射模組，其中該曲面鏡於水平方向以及垂直方向分別具有不同的聚焦位置。
  14. 如請求項7所述之全像光發射模組，其中該第二導光模組包含：一平面鏡，用以將自該第一偏振分光鏡反射之該參考光反射回該第一偏振分光鏡；一聚焦透鏡，設置於該平面鏡與該第一偏振分光鏡之間，用以收斂該參考光，其中該聚焦透鏡於水平方向以及垂 直方向具有不同的聚焦位置；以及一第二四分之一波片，設置於該平面鏡與該第一偏振分光鏡之間。
  15. 如請求項2所述之全像光發射模組，其中該光形控制模組更包含一主動式轉動機構，連接該第二導光模組，其中該主動式轉動機構用以調整被導引回該分光模組的該參考光的入射角度。
  16. 一種全像光發射模組，包含：一光源模組，用以提供一訊號光與一參考光，該訊號光與該參考光之偏振態互相正交，其中該光源模組所提供之該訊號光與該參考光具有相同的中空光強分佈；以及一光形控制模組，用以接收來自該光源模組的該訊號光與該參考光，且該訊號光與該參考光經由該光形控制模組調製後射出，自該光形控制模組射出的該參考光被該訊號光包圍並位於該訊號光中間，且該訊號光與該參考光部分重疊。
  17. 一種全像儲存系統，包含：如請求項1-16任一項所述的全像光發射模組；一空間光調製器，接收該全像光發射模組所提供之該訊號光以及該參考光；一分光單元；一透鏡組合；一二色分光鏡； 一物鏡，其中該空間光調製器朝該分光單元發射該訊號光以及該參考光，且該訊號光以及該參考光依序自該分光單元行經該透鏡組合、該二色分光鏡以及該物鏡後，射向一碟片；以及一濾光元件，設置於該參考光之光路中對應該分光單元與該物鏡之間的位置，並包含：一偏振片，用以提供來自該分光單元的該參考光穿過；以及一第三四分之一波片，設置於該偏振片上，其中該偏振片朝向該參考光之光路中對應該分光單元之一側。
  18. 如請求項17所述之全像儲存系統，其中該濾光元件位於該二色分光鏡與該物鏡之間。
  19. 如請求項17所述之全像儲存系統，其中該透鏡組合包含一第一透鏡與一第二透鏡，其中來自該分光單元的該訊號光以及該參考光依序通過該第一透鏡以及該第二透鏡，其中該濾光元件位於該第一透鏡與該第二透鏡之間。
  20. 如請求項17所述之全像儲存系統，其中當該全像儲存系統對該碟片的同一位置進行寫入時，該空間光調製器提供的參考光具有複數個偏振態，其中該些偏振態彼此正交。
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