WO2008090103A1 - Vorrichtung und verfahren zum herstellen eines hologramms in einem optischen medium - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum herstellen eines hologramms in einem optischen medium Download PDF

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WO2008090103A1
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laser
reflection unit
storage medium
laser beam
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Susanna Orlic
Enrico Dietz
Christian Müller
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Technische Universität Berlin
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    • G03H2222/50—Geometrical property of the irradiating beam
    • G03H2222/54—Convergent beam

Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a method for producing a hologram in an optical medium, in particular for storing data in the optical medium.
  • Optical storage systems have been the world standard for data storage, exchange and archiving in the form of CD and DVD drives for a number of years, as well as for a wide variety of multimedia applications in the field of consumer electronics. In all areas, there is an ever-increasing demand for storage capacity coupled with very high demands on the security of stored data.
  • optical disk as a mass data storage is based mainly on compactness and the low final price of drives and data carriers.
  • a DVD drive is a very efficient optical system composed solely of components that can be conveniently mass-produced. Writing and reading digital data in the storage medium takes place without contact with a focused laser beam.
  • HD-DVD and BluRay both benefit from the switch to a blue laser diode at 405 nm as a modulatable light source for writing and reading.
  • the reduction of the wavelength causes an increase in the optical resolution, so that in the new systems area densities of 15 GB (HD-DVD) or even 25 GB are achieved by using a more refractive lens for focusing in the disc (BluRay).
  • each storage layer To increase the data capacity, several independent storage layers are stacked on top of each other, which already applies to the current "red" DVD generation, resulting in a total capacity of 9 GB, which is limited by the fact that each layer has to reflect as much light as possible To allow a good read-out signal, but at the same time requires a high transmission, so that sufficiently large portions of the read / write laser beam penetrate into deeper layers can.
  • each storage layer must have a minimum of absorption in order to be able to be thermally altered in the writing process by absorbed laser light.
  • optical data storage will be determined by holographic volume storage systems.
  • the substantial improvement of photopolymers as storage materials in recent years has enabled an innovation leap in holographic data storage, and in the meantime, some competing systems have moved into the area of successful technical realization.
  • the development of optical storage over the last 15 years has shown that a key factor in the success of a new standard is its backward compatibility with its predecessor systems. Because of this, every DVD player today is capable of handling CDs, and HD DVD and Blu-ray players can continue to use DVDs and CDs.
  • Holographic storage is generally based on the superposition of two mutually coherent laser beams, often called signal and reference beam.
  • the three-dimensionally modulated intensity distribution resulting from the interference of both beams is written into a transparent storage medium, often a photosensitive polymer, by locally changing its optical properties. If the volume grating produced in this way is illuminated with only one of the two original writing beams (reference beam), a reconstruction of the respective other beam (signal beam) takes place by optical diffraction of this beam at the grating.
  • the stored information is either in the modulation of the intensity profile of the signal beam, with a CCD detector is evaluated (page by page storage) or simply whether a grid is present at the addressed position or not (bitwise storage).
  • the reconstruction of the signal beam is physically described by Bragg diffraction of the reference beam at the volume grating. Compliance with the Bragg condition means that the reading beam has the same wavelength, direction and focus as the reference beam originally used for writing. Otherwise, the diffraction efficiency quickly approaches zero as a measure of the ratio of read-out to incident light power and the storage medium becomes transparent again.
  • volume memory By this principle, it is possible to increase the storage density of such a volume memory by using holographic multiplexing.
  • Several volume gratings are inscribed into the same spatial position without interaction with different signal and reference beams. The addressing of a single grating then takes place by using the corresponding reference beam used for writing, so that only the associated signal beam is reconstructed.
  • Different multiplexing methods result, for example, by changing the wavelength of both writing beams, the angle or the phase of the reference beam or, in the case of focused writing beams, the position of both writing focuses in the depth of the memory material.
  • Microholographic storage is done in great analogy to the surface storage systems described above.
  • the data is written bitwise into concentric tracks of a rotating disk with a laser beam focused at the optical border of a wavelength of, for example, 405 nm.
  • the addressing of certain positions on the disk takes place using servo-tracking mechanisms, which are used quite similarly in DVD systems.
  • the data stream during writing is converted into a high-frequency modulation of the laser used in accordance with a coding method compatible with the DVD encoding EFM / EFM +. This is designed so that the laser power on average assumes a constant value, ie the laser is switched off and on at approximately the same times.
  • Binary ones are represented as a transition between high and low reflectivity regions.
  • the encoding method minimizes the number of switching operations of the laser, for example, the minimum length between two transitions is always three zero bits.
  • the length of a individual bits results from the rotational speed of the disk and the clock cycle as the smallest unit of time in which the laser can be switched, analogous to a red DVD to 133 nm.
  • the big difference to the classical systems is the representation of the digital data in the storage medium by microscopic reflection grids instead of the pit-land structure of a DVD.
  • These so-called micro holograms arise from the coherent superposition of two focused counter-rotating laser beams in a photosensitive polymer.
  • 1 illustrates a conventional beam geometry at the writing location: A focused laser beam 2 irradiated by a laser diode 5 into a storage medium 1 passes through the storage medium 1, which is a photopolymer, up to a reflection unit 3, where it is reflected in such a way. the focus of a returning laser beam 4 overlaps exactly with the focus of the incident laser beam 2.
  • DE 101 34 769 A1 discloses a micro-holographic data memory with three-dimensional strip gratings.
  • the known optical storage system allows data bit-oriented as three-dimensional strip-shaped reflection gratings write dynamically into a photosensitive layer and read from this.
  • the lattice formation is holographic by means of highly focused laser beams and is spatially limited in all directions to a Submikrometer Scheme.
  • a laser beam is focused into a storage layer and imaged with a reflective unit so that the incident and reflected beams exactly overlap with opposite propagation directions and the common beam waist is located at a certain depth of the storage layer.
  • the storage layer is moved perpendicular to the beam axis. This results in strip-shaped micro-grids of different lengths according to the writing times.
  • the readout signal is generated by diffraction under Bragg conditions.
  • the object of the invention is to provide an apparatus and a method for producing a hologram in an optical medium, which make it possible to produce hologram using inexpensive components with a high contrast.
  • the invention includes the idea of using the laser beam generated by a free-running semiconductor laser, which is, for example, a free-running laser diode, to write a hologram.
  • Freewheeling means that the laser beam generated by the semiconductor laser is not guided through an external resonator, that is used without resonator for hologram writing.
  • the proposed method and apparatus provide for the use of a free-running semiconductor laser without external stabilization or mode selection for writing holograms. It is possible to dispense with the use of complex laser systems usually provided in the state of the art, which saves effort and costs.
  • the coherence length of the laser beam emitted by the free-running semiconductor laser is usually only a few 100 ⁇ m.
  • the device comprises a semiconductor laser, a recording medium for a storage medium; a means for focusing the laser beam generated by the semiconductor laser into the storage medium and a reflection unit having a reflective surface, which is designed to focus at least a part of the laser beam of the semiconductor laser passing through the storage medium back into the storage medium, the reflection unit being arranged such that the following condition is met:
  • P1 is the location of the focus of the laser beam of the semiconductor laser in the storage medium
  • P2 the intersection of the reflective surface of the reflection unit with the optical axis defined by the laser beam of the semiconductor laser
  • n (z) the refractive index of the medium between the points P1 and P2 along the optical path Axis
  • a is a natural number greater than or equal to 1 and ⁇ s is a distance between adjacent ones
  • the semiconductor laser is preferably a laser diode with Fabry-Perot resonator.
  • the value ⁇ 150 ⁇ m indicates that the distance between the focus and reflective surface of the reflection unit need not be set exactly to the maximum contrast of coherence, but that this dependence is required within certain tolerances. Preferably, this tolerance is equal to zero, but it is sufficient to implement the invention, the distance between focus and reflective
  • the optical path length between the location of the focus of the laser beam of the semiconductor laser in the storage medium and the intersection of the reflecting surface of the reflection unit may therefore preferably have a tolerance of ⁇ 500 ⁇ m, more preferably ⁇ 150 ⁇ m, even more preferably ⁇ 50 ⁇ m and even more preferably ⁇ 10 ⁇ m and even more more preferably ⁇ 0 ⁇ m. Accordingly, the tolerances in the formulas containing ⁇ s are preferably (instead of ⁇ 150 ⁇ m) replaced by ⁇ 500 ⁇ m, more preferably ⁇ 50 ⁇ m, more preferably ⁇ 10 ⁇ m, and even more preferably ⁇ 0 ⁇ m.
  • the idea of the invention is to match the coherence properties of low-cost semiconductor lasers with the path difference between focused radiation and oppositely superposed radiation in such a way that the generated interference pattern and thus also the holograms to be generated have the highest possible contrast.
  • the path difference between focused radiation and counter-superimposed radiation that is, the distance between the reflective surface of the reflection unit and the focus in the storage medium
  • ⁇ s between coherence centers of the laser beam emitted from the free-running semiconductor laser is selected in consideration of a distance ⁇ s between coherence centers of the laser beam emitted from the free-running semiconductor laser.
  • Coherence length is understood to be the shortest distance along the propagation direction of the laser beam within which the coherence is lost for the first time.
  • the associated coherence time corresponds approximately to the reciprocal of the spectral bandwidth of the radiation emitted by the laser. Since a laser diode does not emit a continuous spectrum but discrete modes with constant mode spacing, there are coherence regions (coherence centers) at intervals of integer multiples of the resonator length, all of which are substantially equal in width. For larger distances their contrast decreases, since the individual modes also have a finite bandwidth.
  • the radiation emitted by a laser diode has a periodic coherence function (also called ground coherence), which results in periodically occurring and spatially limited regions of high coherence.
  • the invention relates to radiation sources which have periodically occurring regions of high coherence with a comparatively short coherence length.
  • the contrast of the periodically occurring regions of high coherence is at least twice (more preferably at least fivefold) as high as the intervening regions of low (or without) coherence.
  • the storage medium is preferably formed by a disk or a plate in which a photosensitive layer (preferably a photopolymer) is disposed between two substrates (preferably between 0.1 mm and 2 mm in thickness), the refractive index of the photosensitive layer upon irradiation of electromagnetic radiation undergoes a change.
  • the means for focusing is preferably formed by one or more lenses.
  • the reflection unit is preferably formed by one or more lenses in combination with a plane mirror. Alternatively, the reflection unit may be a curved mirror be educated. The function of the reflection unit is to reflect back into the divergent radiation of the semiconductor laser (after it has been transmitted through the focus), so that the radiation is focused again into the storage medium and is superimposed with it in opposite directions.
  • the point P2 is understood to be the intersection of that reflecting surface of the reflection unit with the optical axis defined by the laser beam of the semiconductor laser, which causes a beam reversal.
  • the point P2 will be understood as the intersection of that reflecting surface of the reflection unit with the optical axis defined by the laser beam of the semiconductor laser, which is arranged as the last surface in the beam path.
  • n (z) is then the refractive index of the medium between the points P1 and P2 along the beam path up to the last beam reversal causing surface.
  • the semiconductor laser is a laser diode having a central wavelength between 300 nm and 430 nm (more preferably between 380 nm and 430 nm).
  • the free-running semiconductor laser used which is preferably a free-running laser diode, preferably has an emission wavelength in the blue-violet spectral range. It is thus possible to use the same compact diode lasers for writing the hologram, which are manufactured inexpensively with high quality for DVD drives in large numbers.
  • Another advantage of this embodiment is that the free-running semiconductor laser can be directly modulated, as it allows the powerful and perfected coding algorithms and signal processing techniques of DVD technology to be directly implemented in the holograms. Both data encoding and signal processing are handled in DVD drives by highly integrated and miniaturized semiconductor components. The direct and unadjustable use in a data storage system means a significant reduction in the technological and financial development effort.
  • the reflection unit is arranged such that the optical
  • ⁇ x 0.5 * ⁇ s * a
  • a a natural number greater than or equal to 1
  • ⁇ s a distance between adjacent coherence centers of the laser beam generated by the semiconductor laser.
  • the device has no external resonator for the semiconductor laser.
  • the radiation of the semiconductor laser preferably has a coherence length of less than 500 ⁇ m, preferably between 500 ⁇ m and 5 ⁇ m (particularly preferably between 500 ⁇ m and 50 ⁇ m). However, this does not exclude that periodically occurring regions of high coherence are present at intervals greater than the coherence length, which are used according to the invention for adjusting the optical path length between the location of the focus of the laser beam of the semiconductor laser in the storage medium and the intersection of the reflecting surface of the reflection unit.
  • the width of the periodically occurring coherence windows is preferably between 100 and 300 ⁇ m.
  • the device comprises means for maintaining the distance between adjacent coherence centers of the laser beam generated by the semiconductor laser.
  • Such means for maintaining the distance between adjacent coherence centers ensures that the path difference between focused radiation and counter-superimposed radiation (ie the distance between the reflecting surface of the reflection unit and the focus in the storage medium) can be kept constant without suffering a deterioration of the contrast
  • the means for maintaining the distance between adjacent coherence centers is formed by means for constant regulation of the current applied to the semiconductor laser and / or means for constant regulation of the temperature of the semiconductor laser.
  • the means for maintaining the distance between adjacent coherence centers is formed by means for maintaining the path difference or the distance focus-reflector.
  • the means for focusing comprises at least one aspherical lens.
  • the means for focusing comprises an aspherical lens and a Meniscus lens on.
  • the reflection unit has at least one aspherical lens and a planar seal.
  • the reflection unit comprises an aspherical lens, a meniscus lens and a planer seal.
  • the reflection unit is formed by a curved mirror.
  • the storage medium is preferably formed as a plane-parallel plate (disc) and has a material which undergoes a refractive index change upon irradiation of electromagnetic radiation.
  • the distance between the reflective surface of the reflection unit and the storage medium is fixed, i. not variable in time.
  • both the distance between the reflective surface of the reflection unit and the storage medium and the distance ( ⁇ s) between adjacent coherence centers of the laser beam generated by the semiconductor laser are variable in time, always the o.g. Respect relation to each other. In such a case, it is intended to determine the distance ( ⁇ s) between adjacent coherence centers and to adjust (readjust) the distance between the reflecting surface of the reflection unit and the storage medium in-situ.
  • the irradiated laser beam is first split and a partial beam with a time delay (corresponding to an optical path length difference .DELTA.z) provided and the sub-beams subsequently collinear (propagating along the same optical axis) superimposed. Then, the reflection unit is arranged such that at least one of the following conditions (i) and (ii) is satisfied:
  • P1 is the location of the focus of the laser beam of the semiconductor laser in the storage medium
  • P2 the intersection of the reflective surface of the reflection unit with the optical axis defined by the laser beam of the semiconductor laser
  • n (z) the refractive index of the medium between the points P1 and P2 along the optical axis
  • ⁇ z the optical path length difference between the at least two partial beams
  • a a natural number is greater than or equal to 0
  • ⁇ s is a distance between adjacent coherence centers of the laser beam generated by the semiconductor laser.
  • the parameter a is preferably between 0 and 10 (more preferably 0 or 1).
  • the two partial beams preferably have the same intensity or almost the same intensity.
  • the parameter a is preferably between 1 and 10 (more preferably 1 or 2).
  • the two partial beams preferably have the same intensity or almost the same intensity.
  • the means for generating at least two partial beams from the laser beam of the semiconductor laser and for subsequently superimposing the partial beams with an optical path length difference ( ⁇ z) is preferably formed by two beam splitters and a deflection prism.
  • the inventive method for generating holograms in a storage medium comprises the following steps: Provision of a semiconductor laser, providing a storage medium with a storage layer whose refractive index undergoes a change upon irradiation of electromagnetic radiation, focusing and opposing superimposition of electromagnetic radiation of the semiconductor laser such that in the storage layer due to the opposing Superimposition forms an interference pattern and in focus in areas of constructive interference leads to a greater refractive index change than in areas of destructive interference, and due to the change in refractive index a hologram is generated with a plurality of layers with alternating refractive index, wherein the focused in the storage layer radiation of the semiconductor laser by means of a Reflection unit reflected back in itself and is superimposed to form an interference pattern in opposite directions, wherein the reflection unit is arranged such that
  • n (z) the refractive index of the medium between the points P1 and P2 along the optical axis and along the
  • a is a natural number greater than or equal to 1 and ⁇ s is a distance between adjacent coherence centers of the laser beam generated by the semiconductor laser.
  • the method according to the invention for producing holograms in a storage medium comprises the following method steps: providing a semiconductor laser, splitting the radiation of the semiconductor laser into at least a first partial beam and a second partial beam, then superimposing the first and the second partial beam the sub-beams after splitting and before superimposing are guided in such a way that they have a delay corresponding to an optical path length difference, providing a storage medium with a storage layer whose refractive index undergoes a change upon irradiation of electromagnetic radiation, focusing and oppositely superposing the superimposed partial beams of the Semiconductor laser such that forms an interference pattern in the memory layer due to the opposite superposition and the focus in areas constructive Interference leads to a greater change in refractive index than in areas of destructive interference, and due to the change in refractive index, a hologram with a plurality of layers of alternating refractive index is generated, wherein the focused in the storage layer radiation of the semiconductor laser by means of a reflection unit in itself back
  • P1 is the location of the focus of the laser beam of the semiconductor laser in the storage medium
  • P2 the intersection of the reflective surface of the reflection unit with the optical axis defined by the laser beam of the semiconductor laser
  • n (z) the refractive index of the medium between the points P1 and P2 along the optical path Axis
  • .DELTA.z the optical path length difference between the at least two partial beams
  • a is a natural number greater than or equal to 1
  • .DELTA.s is a distance between adjacent coherence centers of the laser beam generated by the semiconductor laser.
  • the coherence length of the laser radiation used is preferably greater than the hologram depth (extension along the optical axis).
  • the reflection unit is arranged such that the parameter a is between 1 and 10 (particularly preferably between 1 and 5).
  • Holograms are generated by means of interfering laser beams which are superimposed in the optical medium.
  • the invention is useful both for generating transmission holograms in which writing beams are irradiated from the same side into the optical medium as for generating reflection holograms in which writing beams from different sides are incident on the optical medium.
  • the hologram is generated as a micro hologram by focusing the laser beams onto the optical medium.
  • the formation of the micro hologram is limited to a sub-micron range in all spatial directions.
  • bit-by-bit data is stored by means of the hologram.
  • the hologram represents a single bit, a binary one or a binary zero.
  • the data content is coded by the length of the dynamically generated microholograms of variable length along the direction of movement of the storage medium.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that a plurality of holograms are formed in a plurality of configured for data storage levels.
  • a development of the invention can provide that a distance between the reflection surface and the writing optics opposite the reflector is retained.
  • a hologram with higher contrast can be generated when the periodically repeating coherence centers of the laser radiation used coincide with the beam focuses, thereby coherently superimposing the laser beams.
  • the aforementioned embodiment in its various embodiments is also usable independently of the use of a free-running semiconductor laser with other light sources of sufficiently high luminance and short coherence length, if the coherence length is greater than the axial extent of the hologram.
  • the two laser partial beams are formed corresponding to an intensity ratio of about 50:50.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that the writing system has a focusing device that is configured to focus the coherent counter-rotating laser beams into the optical medium.
  • a development of the invention provides that a control device is formed, which is configured to maintain operating parameters of the free-running semiconductor laser of a constant control to maintain at least one coherence parameter of the laser beam emitted by the free-running semiconductor laser.
  • a development of the invention can provide that a distance between the reflection surface and the reflector optics opposite writing optics is fixed.
  • a beam splitting device configured to split the laser beam emitted from the free-running semiconductor laser into two laser partial beams before reaching the optical medium
  • an optical delay device configured to form an instantaneous laser beam and a delayed laser beam from the two laser sub-beams by delaying one of the two laser sub-beams with respect to the other of the two laser sub-beams along a delay path.
  • the apparatus for producing a hologram may be preferably used in a data writing / data reading apparatus for writing data in / reading data from an optical storage medium. Also, a use of the device in a read / write head for a data storage system is an advantageous use of the proposed device.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a writing system for producing a hologram in a storage medium according to the prior art
  • Fig. 2 is a mode profile of a multi-mode laser diode having a central wavelength of
  • Fig. 4 is a graphical representation of a modulation component of several adjacent
  • Fig. 5 is a graphical representation of the spectral width of a single mode
  • Fig. 6 is a graph showing the coherence behavior of a laser beam of a free-wheeling laser diode, with coherence centers being shown at a distance ⁇ s
  • Fig. 7 is a schematic representation of a writing system for writing
  • FIG. 8 is a schematic representation of an arrangement with a
  • Beam splitter device and an optical delay path.
  • a laser beam from a free-running semiconductor laser in particular a free-running laser diode, for writing one or more holograms.
  • Fig. 2 by way of example as a mode profile of a multi-mode laser diode with a
  • Central wavelength of 405 nm is usually one to two nanometers wide, resulting in a relatively short coherence length of at most a few hundred
  • Microns results. However, given the small resonator length of the laser diode of less than one millimeter, only about 10 to 20 discrete modes with a narrow linewidth of 10 "3 to 10 " 2 nm actively contribute to laser emission within the broad gain profile.
  • Fig. 3 shows a graphical representation of the superposition of adjacent longitudinal ones Waves (standing wave fields) in a resonator.
  • 4 shows the modulation component of a plurality of adjacent modes in a resonator of length 3.2 mm. Interference capability exists only in the outer regions.
  • the superposition of eleven adjacent modes is calculated with a central wavelength of 405 nm in a resonator of length 1.6 mm.
  • the individual vibrations of the standing wave can no longer be resolved.
  • the envelope shown in the graph gives directly the coherence of the beam thus defined, namely the interference structure, i. H. the modulated share of the total intensity, again.
  • This graph is to be interpreted as meaning that the coherence, which is present in the first hundred micrometers distance from the laser resonator, is repeated periodically on the left in the graph, in each case after the resonator length of 3.2 mm here, on the right in the graph, so that a periodic behavior of the Sets laser coherence for all multiples of this distance.
  • the finite line width of the single modes here causes a decrease in the coherence for longer path length differences a- ⁇ s.
  • FIG. 5 shows the spectral width of a single mode.
  • the double optical path of the laser beam from the focus position in the storage material to the reflector 2- ⁇ x can be adjusted by varying the reflector position exactly to the smallest possible multiple of the periodicity ⁇ s of the laser coherence, as is apparent from Fig. 7, which is a schematic representation of a writing system for Writing micro holograms shows.
  • the writing system for writing a hologram by means of a laser diode 16, namely a reflection grating, into a storage medium 10 comprises two aspherical lenses 1 1, 12 for focusing the laser beams into the storage medium 10, two outer meniscus lenses 13, 14 and a reflector 15 designed as a mirror.
  • the position of the reflector 15 can be arbitrarily changed in the range of a few centimeters, without the image in the storage medium 10 changes significantly, since the beam is imaged as a parallel beam on the reflector 15.
  • the distance between the mirror 15 and beam focus (within the storage medium 10) is adjusted once to a multiple of half the coherence periodicity ⁇ s.
  • the coherence periodicity ⁇ s is thereby a property of the laser diode 16.
  • the parameters for the control of the laser diode 16 are regulated such that the coherence periodicity ⁇ s can be kept constant. Then the distance ⁇ x can also be kept constant.
  • Part of the holographic storage concept is the storage of data in several levels within the storage medium 10, which in the exemplary embodiment is a 200 to 300 ⁇ m thick, transparent photopolymer material.
  • the storage can be provided in several levels, preferably in up to 100 levels.
  • the addressing of a predetermined depth of the storage medium 10 with signal and Referenzstrahlfokus therefore takes place by means of axial adjustment of the two adjacent to the material aspherical lenses 1 1, 12.
  • the also nachumbleden outer meniscus lenses 13, 14 provide here additionally for a correction of the occurring spherical Abberation the plan interfaces of the storage medium 10.
  • the reflector 15 must be repositioned accordingly to guarantee a constant coherence condition at the writing location. Accordingly, the writing unit in which the optics and the reflector 15 are located on associated actuators (not shown) is to be constructed so that the distance m between the rear aspherical lens 12 and the reflector 15 is always constant.
  • the distance m which optimizes the coherence condition at the writing location has to be pre-adjusted once for the holographic system.
  • an algorithm is implemented by software into the system, which, for example, repeatedly writes microreflective gratings each time a new data carrier is inserted in a later-unused area, and thereby varies the distance m until the reflectivity of the microreflection gratings is maximal ,
  • the described system uses the temporal constancy of the distance of the coherence centers ⁇ s in the laser beam emitted by a free-running semiconductor laser (not shown), which is preferably designed as a laser diode. Its temporal behavior ⁇ s (t) ° ⁇ n (t) L (t) is directly dependent on the refractive index of the
  • the use of a free-running semiconductor laser for holographic storage is based on the compensation of the path length difference in the write area by the use of a delay path for a certain part of the laser beam used for writing.
  • this embodiment in its various embodiments, can also be used with other light sources of sufficiently high luminance and short coherence length if the coherence length is greater than the axial extent of the hologram to be written.
  • Fig. 8 shows a schematic representation of an arrangement with a beam splitter device and an optical delay path.
  • the beam of the free-running laser diode with a coherence length of a few 100 .mu.m is divided in the beam path before the writing area, ie before reaching the storage medium, using two 50:50 beam splitters 80, 81 and merged again.
  • the prism 82 and both beam splitters 80, 81 are installed so that both beams are superimposed again exactly after the merger.
  • a newly generated write beam 83 consists of the two partial beams A and B, wherein B is delayed by A to the distance .DELTA.z.
  • a signal beam (A '+ B') is produced by reflection from the reference beam (A + B).
  • a writing system for example, an arrangement can be used, as shown schematically in Fig. 1.
  • Storage medium can as a superposition of the four beam pairs (A, A '), (A, B'), (B, A ') and
  • this concept preferably uses a photosensitive storage material having a chemical initiation threshold for the exposure.
  • the homogeneous basic intensity in the material is adjusted so that exactly the modulated portion pierces the exposure threshold and thus leads to an optimal utilization of the possible material modulation.
  • the use of such a material is also advantageous in other aspects for the storage method, so that this second approach depends mainly on the availability of the corresponding photosensitive material.
  • the system must be pre-adjusted once.
  • the procedure is analogous to the above-described algorithm in that microgrids are written into the storage medium at different prism spacings ⁇ z and read out again. The prism will then move in the direction increasing diffraction efficiency of the grating until reaching a position with optimal writing result readjusted.
  • the embodiments described are also suitable for other holographic storage systems, in particular the page-wise storage, if due to the special writing arrangement, a path length difference between signal and reference beam can not be avoided or is not practical.
  • the prerequisite is, however, that the available "local" coherence is sufficient for the corresponding application, ie path length differences between the locally interfering parts of the reference and the signal beam must not be greater than the length of the coherence range of the laser source, but this is the case for most holographic Write arrangements are given so that both of the illustrated concepts can be used.
  • applications may be provided in interferometry, where equally larger path length differences of the two interfering beams are present, but a meter, for example, for cost, space or energy efficiency reasons (battery / battery powered devices) to be equipped with a low-cost, small and economical laser diode ,

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Hologramms in einem optischen Medium, insbesondere zum Speichern von Daten in dem optischen Medium. Bei dem Verfahren wird das Hologramm in dem optischen Medium mittels Laserstrahlen erzeugt, wobei die Laserstrahlen aus einem von einem freilaufenden Halbleiterlaser abgegebenen Laserstrahl gebildet werden, auf das optische Medium eingestrahlt werden, wahlweise gegenläufig, und in dem optischen Medium zumindest teilweise räumlich überlappend verlaufen. Zur Erzeugung von Hologrammen unter Verwendung preiswerter Komponenten mit einem hohen Kontrast ist es erfindungsgemäß vorgesehen, die Reflexionseinheit (15) derart anzuordnen, dass die optische Weglänge (Δx) zwischen dem Fokus des Laserstrahls im Speichermedium (10) und der reflektierenden Oberfläche der Reflexionseinheit (15) im Bereich der optischen Achse die Bedingung: Δx = 0.5 * Δs * a erfüllt, wobei a eine natürliche Zahl größer oder gleich 1 und Δs ein Abstand zwischen benachbarten Kohärenzzentren des vom Halbleiterlaser (16) erzeugten Laserstrahls ist.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen eines Hologramms in einem optischen Medium
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines Hologramms in einem optischen Medium, insbesondere zum Speichern von Daten in dem optischen Medium.
Hintergrund der Erfindung
Optische Speichersysteme sind in Form von CD- und DVD-Laufwerken seit einigen Jahren weltweit Standard für Datenspeicherung, Austausch und Archivierung sowie für unterschiedlichste Multimedia Anwendungen im Bereich der Unterhaltungselektronik. In allen Bereichen besteht ein ständig zunehmender Bedarf an Speicherkapazität bei gleichzeitig sehr hohen Anforderungen an die Sicherheit gespeicherter Daten.
Der Erfolg der Optischen Disk als Massendatenspeicher begründet sich vor allem auf Kompaktheit sowie den geringen Endpreis von Laufwerken und Datenträgern. Ein DVD-Laufwerk stellt ein sehr effizientes optisches System dar, welches ausschließlich aus Komponenten zusammengesetzt ist, die günstig in Massenproduktion hergestellt werden können. Schreiben und Lesen digitaler Daten im Speichermedium erfolgt berührungsfrei mit einem fokussierten Laserstrahl.
Zurzeit besitzen zwei verschiedene optische Flächenspeichersysteme das Potential, sich als neuer Standard für optische Wechseldatenspeicher durchsetzen. HD-DVD sowie BluRay profitieren beide von dem Wechsel zu einer blauen Laserdiode bei 405 nm als modulierbare Lichtquelle zum Schreiben und Lesen. Die Reduzierung der Wellenlänge bewirkt eine Steigerung des optischen Auflösungsvermögens, so dass in den neuen Systemen Flächenspeicherdichten von 15 GByte (HD-DVD) oder sogar von 25 GByte durch den Einsatz eines stärker brechenden Objektivs zur Fokussierung in die Disk (BluRay) erreicht werden. Zur Erhöhung der Datenkapazität werden zudem mehrere unabhängige Speicherschichten übereinander angeordnet, was bereits bei der aktuellen „roten" DVD Generation Anwendung findet und dort zu einer Gesamtkapazität von 9 GB führt. Diese Technik wird dadurch limitiert, dass jede Schicht möglichst viel Licht reflektieren muss, um ein gutes Auslesesignal zu ermöglichen, zugleich aber eine hohe Transmission benötigt, damit genügend große Anteile des Schreib-/Leselaserstrahls noch in tiefer liegende Schichten eindringen können. Zudem muss jede Speicherschicht ein Mindestmaß an Absorption aufweisen, um beim Schreibprozess überhaupt durch absorbiertes Laserlicht thermisch verändert werden zu können. Diese gegensätzlichen Forderungen führen in der Praxis dazu, dass im HD-DVD-System drei übereinander liegende Speicherschichten mit einer Gesamtkapazität von 45 GByte und bei der BluRay Disk zwei Schichten mit insgesamt 50 GByte eingesetzt werden.
Die vierte Generation optischer Datenspeicher wird durch holographische Volumenspeichersysteme bestimmt werden. Die wesentliche Verbesserung von Photopolymeren als Speichermaterialien in den letzten Jahren hat einen Innovationssprung in der holographischen Datenspeicherung ermöglicht, sodass mittlerweile einige konkurrierende Systeme in den Bereich erfolgreicher technischer Realisierung gerückt sind. Generell hat sich bei der Entwicklung der optischen Speicher in den letzten 15 Jahren gezeigt, dass ein elementarer Faktor für den Erfolg eines neuen Standards seine Abwärtskompatibilität zu den Vorläufersystemen ist. Aus diesem Grund ist heutzutage jeder DVD-Player in der Lage CDs zu verarbeiten und auch in HD-DVD- und BluRay-Geräten können weiterhin DVDs und CDs verwendet werden.
Für die vierte Generation optischer Speicher bedeutet dies, dass ein bitorientiertes Konzept wie das des mikroholograpischen Speichersystems, welches technologisch eng an die bestehenden Systeme angelehnt ist, einen klaren Vorteil gegenüber solchen, zum Beispiel seitenweisen holographischen Speichern aufweist, deren Technologie es kaum erlaubt in einem möglichst einfach strukturierten Gerät zugleich die vorangegangenen Formate einzusetzen.
Holographische Speicherung basiert generell auf der Überlagerung zweier zueinander kohärenter Laserstrahlen, häufig Signal- und Referenzstrahl genannt. Die durch Interferenz beider Strahlen entstehende dreidimensional modulierte Intensitätsverteilung wird in ein transparentes Speichermedium, häufig ein photosensitives Polymer, durch lokale Veränderung seiner optischen Eigenschaften eingeschrieben. Wird das so erzeugte Volumengitter mit nur einem der beiden ursprünglichen Schreibstrahlen (Referenzstrahl) beleuchtet, so erfolgt durch optische Beugung dieses Strahls an dem Gitter eine Rekonstruktion des jeweils anderen Strahls (Signalstrahl). Die gespeicherte Information befindet sich dabei entweder in der Modulation des Intensitätsprofils des Signalstrahls, die mit einem CCD-Detektor ausgewertet wird (seitenweise Speicherung) oder schlicht daraus ob ein Gitter an der adressierten Position vorhanden ist oder nicht (bitweise Speicherung).
Die Rekonstruktion des Signalstrahls wird physikalisch beschrieben durch Bragg- Beugung des Referenzstrahls an dem Volumengitter. Die Einhaltung der Bragg- Bedingung bedeutet dabei, dass der Lesestrahl die gleiche Wellenlänge, Richtung und Fokussierung besitzt wie der ursprünglich zum Schreiben verwendete Referenzstrahl. Andernfalls geht die Beugungseffizienz als Maß für das Verhältnis von ausgelesener zu eingestrahlter Lichtleistung schnell gegen Null und das Speichermedium wird wieder transparent.
Aus diesem Prinzip ergibt sich die Möglichkeit, die Speicherdichte eines solchen Volumenspeichers mittels Anwendung von holographischem Multiplexing zu erhöhen. Dabei werden mehrere Volumengitter wechselwirkungsfrei mit unterschiedlichen Signal- und Referenzstrahlen in die gleiche räumliche Position eingeschrieben. Die Adressierung eines einzelnen Gitters erfolgt dann durch Verwendung des entsprechenden, zum Schreiben verwendeten Referenzstrahls, so dass ausschließlich der dazugehörige Signalstrahl rekonstruiert wird. Verschiedene Multiplexingmethoden ergeben sich zum Beispiel durch Änderung der Wellenlänge beider Schreibstrahlen, des Winkels oder der Phase des Referenzstrahls oder bei fokussierten Schreibstrahlen der Position beider Schreibfokusse in der Tiefe des Speichermaterials.
Mikroholographische Speicherung erfolgt in großer Analogie zu den oben beschriebenen Flächenspeichersystemen. Die Daten werden mit einem an die optische Grenze fokussierten Laserstrahl einer Wellenlänge von beispielsweise 405 nm bitweise in konzentrische Spuren einer rotierenden Disk eingeschrieben. Die Adressierung bestimmter Positionen auf der Disk erfolgt unter Ausnutzung von Servo-Tracking- Mechanismen, wie sie ganz ähnlich auch in DVD-Systemen eingesetzt werden. Der Datenstrom beim Schreiben wird entsprechend einem zur DVD-Kodierung EFM/EFM+ kompatiblen Kodierungsverfahren in eine hochfrequente Modulation des eingesetzten Lasers umgesetzt. Dieses ist so konzipiert, dass die Laserleistung im Mittel einen konstanten Wert annimmt, der Laser also zu etwa gleich großen Zeiten aus- wie eingeschaltet ist. Binäre Einsen werden als Übergang zwischen Bereichen hohen und solchen niedrigen Reflexionsvermögens repräsentiert. Durch das Kodierungsverfahren wird die Anzahl der Schaltvorgänge des Lasers minimiert, indem die Mindestlänge zwischen zwei Übergängen beispielsweise immer drei Nullbits beträgt. Die Länge eines einzelnen Bits ergibt sich aus der Drehgeschwindigkeit der Disk und dem Zeittakt als kleinster Zeiteinheit in der der Laser geschaltet werden kann, analog zu einer roten DVD zu 133 nm.
Der große Unterschied zu den klassischen Systemen besteht in der Repräsentation der digitalen Daten in dem Speichermedium durch mikroskopische Reflexionsgitter anstelle der Pit-Land-Struktur einer DVD. Diese so genannten Mikrohologramme entstehen aus der kohärenten Überlagerung zweier fokussierter gegenläufiger Laserstrahlen in einem photosensitiven Polymer. Fig. 1 veranschaulicht eine konventionelle Strahlgeometrie am Schreibort: Ein von einer Laserdiode 5 in ein Speichermedium 1 eingestrahlter, fokussierter Laserstrahl 2 durchläuft das Speichermedium 1 , bei dem es sich um ein Photopolymer handelt, bis zu einer Reflexionseinheit 3, wo er derart reflektiert wird, dass der Fokus eines rücklaufenden Laserstrahls 4 sich exakt mit dem Fokus des eingestrahlten Laserstrahls 2 überlagert. Damit sich durch Interferenz beider Laserstrahlen 2, 4 ein Mikrohologramm im Photopolymer ausbilden kann, ist es notwendig, dass die zeitliche Kohärenz des eingestrahlten, fokussierten Laserstrahls 2 zu einer Kohärenzlänge von mehr als der doppelten Strecke 2-Δx zwischen Speicherort und Reflexionseinheit 3 führt. In konventionellen Vorrichtungen werden Abstände von Δx > 10 mm verwendet. Entsprechend hohe Anforderungen sind an die Kohärenzlänge des verwendeten Lasers zu stellen.
Holographische Speicherung stellt besonders hohe Anforderungen an Stabilität und Strahlqualität des eingesetzten Lasersystems. Insbesondere müssen Modensprünge für die Dauer eines Schreibzyklus verhindert werden und die Kohärenzlänge des Laserstrahls muss größer sein als der Weglängenunterschied zwischen Signal- und Referenzstrahl, ausgehend von dem Ort der Teilung in zwei Strahlen. Typischerweise werden deshalb komplexe und teure Lasersysteme wie External Cavity Diodenlaser, welche durch externe Modenselektion Single-Mode Betrieb mit Kohärenzlängen von mehreren hundert Metern erlauben oder stabilisierte Gaslaser für die Holographie verwendet. Für den Einsatz in einem kompakten Speichersystem eignen sich solche Laser aufgrund ihrer Größe und Komplexität nicht.
Aus DE 101 34 769 A1 ist ein mikroholographischer Datenspeicher mit dreidimensionalen Streifengittern bekannt. Das bekannte optische Speichersystem ermöglicht, Daten Bit-orientiert als dreidimensionale streifenförmige Reflexionsgitter dynamisch in eine photoempfindliche Schicht einzuschreiben und aus dieser auszulesen. Die Gitterausbildung erfolgt holographisch mittels stark fokussierter Laserstrahlen und ist räumlich in allen Richtungen auf einen Submikrometerbereich begrenzt. Zum Einschreiben wird ein Laserstrahl in eine Speicherschicht fokussiert und mit einer reflektierenden Einheit so abgebildet, dass der einfallende und der reflektierte Strahl mit entgegengesetzten Ausbreitungsrichtungen sich exakt überlagern und die gemeinsame Strahltaille sich in einer bestimmten Tiefe der Speicherschicht befindet. Beim Aufnehmen wird die Speicherschicht senkrecht zur Strahlachse bewegt. Hierdurch entstehen streifenförmige Mikrogitter unterschiedlicher Länge entsprechend der Schreibzeiten. Das Auslesesignal entsteht durch Beugung unter Bragg-Be- dingungen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines Hologramms in einem optischem Medium anzugeben, die es ermöglichen, Hologramm unter Verwendung preiswerter Komponenten mit einem hohen Kontrast zu erzeugen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung nach den unabhängigen Ansprüche 1 und 17 sowie ein Verfahren nach den unabhängigen Ansprüchen 34 und 35 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Die Erfindung umfasst den Gedanken, den von einem freilaufenden Halbleiterlaser, bei dem es zum Beispiel um eine freilaufende Laserdiode handelt, erzeugten Laserstrahl zum Schreiben eines Hologramms zu verwenden. Freilaufend bedeutet, dass der von dem Halbleiterlaser erzeugte Laserstrahl nicht durch einen externen Resonator geführt wird, also resonatorfrei zum Hologrammschreiben genutzt wird. Das vorgeschlagene Verfahren und die Vorrichtung sehen den Einsatz eines freilaufenden Halbleiterlasers ohne äußere Stabilisierung oder Modenselektion für das Schreiben von Hologrammen vor. Es kann auf die im Stand der Technik üblicherweise vorgesehene Nutzung von komplexen Lasersystem verzichtet werden, wodurch Aufwand und Kosten eingespart werden. Die Kohärenzlänge des von dem freilaufenden Halbleiterlaser abgegebenen Laserstrahls beträgt hierbei üblicherweise nur einige 100 μm. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen Halbleiterlaser, ein Aufnahmemittel für ein Speichermedium; ein Mittel zum Fokussieren des vom Halbleiterlaser erzeugten Laserstrahls in das Speichermedium und eine Reflexionseinheit mit einer reflektierenden Oberfläche auf, die ausgebildet ist, zumindest einen Teil des durch das Speichermedium hindurchtretenden Laserstrahls des Halbleiterlasers zurück in das Speichermedium zu fokussieren, wobei die Reflexionseinheit derart angeordnet ist, dass folgende Bedingung erfüllt ist:
Pl
2^n(z)dz = a * As ± 150 μm,
Pl wobei P1 der Ort des Fokus des Laserstrahls des Halbleiterlasers im Speichermedium, P2 der Schnittpunkt der reflektierenden Oberfläche der Reflexionseinheit mit der durch den Laserstrahl des Halbleiterlasers definierten optischen Achse, n(z) die Brechzahl des Mediums zwischen den Punkten P1 und P2 entlang der optischen Achse, a eine natürliche Zahl größer oder gleich 1 und Δs ein Abstand zwischen benachbarten
Kohärenzzentren des vom Halbleiterlaser erzeugten Laserstrahls ist. Der Halbleiterlaser ist vorzugsweise eine Laserdiode mit Fabry-Perot-Resonator.
Der Wert ± 150 μm gibt an, dass der Abstand zwischen Fokus und reflektierender Oberfläche der Reflexionseinheit nicht exakt auf den maximalen Kontrast der Kohärenz eingestellt sein muss, sondern dass diese Abhängigkeit innerhalb gewisser Toleranzen gefordert wird. Vorzugsweise ist diese Toleranz gleich Null, jedoch reicht es zur Realisierung der Erfindung aus, den Abstand zwischen Fokus und reflektierender
Pl
Oberfläche der Reflexionseinheit gemäß der Bedingung 2 \ n(z)dz = a * As mit
Pl
Toleranzen innerhalb des Bereichs des lokalen Bereichs hoher Kohärenz einzustellen. Die optische Weglänge zwischen dem Ort des Fokus des Laserstrahls des Halbleiterlasers im Speichermedium und dem Schnittpunkt der reflektierenden Oberfläche der Reflexionseinheit kann also vorzugsweise eine Toleranz von ± 500 μm, bevorzugter ± 150 μm, noch bevorzugter ± 50 μm und noch bevorzugter ± 10 μm und noch bevorzugter ± 0 μm aufweisen. Entsprechend sind die Toleranzen in den Formeln, die Δs enthalten, vorzugsweise (anstatt ± 150 μm) durch ± 500 μm, bevorzugter ± 50 μm, noch bevorzugter ± 10 μm und noch bevorzugter ± 0 μm zu ersetzen. Die Idee der Erfindung besteht darin, die Kohärenzeigenschaften preiswerter Halbleiterlaser mit dem Gangunterschied zwischen fokussierter Strahlung und gegenläufig überlagerter Strahlung derart abzugleichen, dass das erzeugte Interferenzmuster und damit auch die zu erzeugenden Hologramme einen möglichst hohen Kontrast aufweisen. Mit anderen Worten wird der Gangunterschied zwischen fokussierter Strahlung und gegenläufig überlagerter Strahlung (also der Abstand zwischen der reflektierenden Oberfläche der Reflexionseinheit und dem Fokus im Speichermedium) unter Berücksichtigung eines Abstandes Δs zwischen Kohärenzzentren des von dem freilaufenden Halbleiterlaser abgegebenen Laserstrahls gewählt.
Unter Kohärenzlänge wird die kürzeste Strecke entlang der Ausbreitungsrichtung des Laserstahls verstanden, innerhalb der die Kohärenz erstmalig verloren geht. Die zugehörige Kohärenzzeit entspricht dabei etwa dem Kehrwert der spektralen Bandbreite der vom Laser emittierten Strahlung. Da eine Laserdiode kein kontinuierliches Spektrum abstrahlt, sondern diskrete Moden mit konstantem Modenabstand, existieren in Abständen ganzzahliger Vielfacher der Resonatorlänge Kohärenzbereiche (Kohärenzzentren), die alle im Wesentlichen gleich breit sind. Für größere Abstände fällt deren Kontrast ab, da die einzelnen Moden auch eine endliche Bandbreite haben. Die von einer Laserdiode (mit Fabry-Perot-Resonator) emittierte Strahlung weist eine periodische Kohärenzfunktion (auch Grundkohärenz genannt), die in periodisch auftretenden und räumlich begrenzten Bereichen hoher Kohärenz resultiert. Die Erfindung bezieht sich auf Strahlungsquellen, die periodisch auftretende Bereiche hoher Kohärenz bei vergleichsweise geringer Kohärenzlänge aufweisen. Vorzugsweise ist der Kontrast der periodisch auftretenden Bereiche hoher Kohärenz mindestens doppelt (bevorzugter mindestens fünffach) so hoch wie der dazwischen liegenden Bereiche geringer (bzw. ohne) Kohärenz.
Das Speichermedium ist vorzugsweise durch eine Disk oder eine Platte ausgebildet, bei der zwischen zwei Substraten (mit einer Dicke zwischen vorzugsweise 0,1 mm und 2 mm) eine photoempfindliche Schicht (vorzugsweise ein Photopolymer) angeordnet ist, wobei die Brechzahl der photoempfindlichen Schicht bei Einstrahlung von elektromagnetischer Strahlung eine Änderung erfährt. Das Mittel zum Fokussieren ist vorzugsweise durch eine oder mehrere Linsen ausgebildet. Die Reflexionseinheit ist vorzugsweise durch eine oder mehrere Linsen in Kombination mit einem Planspiegel ausgebildet. Alternativ kann die Reflexionseinheit durch einen gekrümmten Spiegel ausgebildet sein. Funktion der Reflexionseinheit ist, die divergente Strahlung des Halbleiterlasers (nachdem sie durch den Fokus hindurchgestrahlt wurde) wieder in sich zurückzureflektieren, so dass die Strahlung wieder in das Speichermedium fokussiert und mit sich gegenläufig überlagert wird. Sofern die Reflexionseinheit mehrere reflektierende Oberflächen aufweist (beispielsweise bei einem Retroreflektor) wird der Punkt P2 als Schnittpunkt derjenigen reflektierenden Oberfläche der Reflexionseinheit mit der durch den Laserstrahl des Halbleiterlasers definierten optischen Achse verstanden, die eine Strahlumkehr bewirkt. In der Regel wird der Schnittpunkt aller Oberflächen eines Retroreflektors mit der optischen Achse (=Laserstrahl) gleich sein. Sollte eine Reflexionseinheit derart ausgestaltet sein, dass mehrere reflektierende Oberflächen die Strahlumkehr bewirken, wird der Punkt P2 als Schnittpunkt derjenigen reflektierenden Oberfläche der Reflexionseinheit mit der durch den Laserstrahl des Halbleiterlasers definierten optischen Achse verstanden, die als letzte Fläche im Strahlengang angeordnet ist. n(z) ist dann die Brechzahl des Mediums zwischen den Punkten P1 und P2 entlang des Strahlenverlaufs bis zur letzten die Strahlumkehr bewirkenden Oberfläche.
Vorzugsweise ist der Halbleiterlaser eine Laserdiode mit einer Zentralwellenlänge zwischen 300 nm und 430 nm (bevorzugter zwischen 380 nm und 430 nm). Der verwendete freilaufende Halbleiterlaser, bei dem es sich bevorzugt um einen freilaufende Laserdiode handelt, hat bevorzugt eine Emissionswellenlänge im blauvioletten Spektralbereich. Es wird so ermöglicht, dieselben kompakten Diodenlaser für das Schreiben des Hologramms zu verwenden, die preiswert bei gleichzeitig hoher Qualität für DVD-Laufwerke in großen Stückzahlen hergestellt werden. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführung besteht darin, dass der freilaufende Halbleiterlaser direkt moduliert werden kann, da so die leistungsstarken und perfektionierten Kodierungsalgorithmen sowie Signalverarbeitungstechniken der DVD-Technologie in die Hologramme direkt implementiert werden können. Sowohl die Datenkodierung als auch die Signalverarbeitung werden in DVD-Laufwerken von hochintegrierten und miniaturisierten Halbleiterkomponenten übernommen. Die direkte und ohne Anpassung mögliche Verwendung in einem Datenspeichersystem bedeutet eine wesentliche Verminderung des technologischen und finanziellen Entwicklungsaufwandes.
Vorzugsweise ist die Reflexionseinheit derart angeordnet ist, dass die optische
Weglänge zwischen dem Fokus des Laserstrahls im Speichermedium und der reflektierenden Oberfläche der Reflexionseinheit im Bereich der optischen Achse die Bedingung: Δx = 0.5 * Δs * a erfüllt, wobei a eine natürliche Zahl größer oder gleich 1 und Δs ein Abstand zwischen benachbarten Kohärenzzentren des vom Halbleiterlaser erzeugten Laserstrahls ist. Vorzugsweise weist die Laserdiode als internen Resonator (Fabry-Perot-Resonator) eine Frontfacette und eine Rückfacette auf, wobei der Abstand zwischen benachbarten Kohärenzzentren die Bedingung: Δs = r erfüllt, und r der Abstand zwischen Frontfacette und Rückfacette des internen Resonators der Laserdiode ist.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung keinen externen Resonator für den Halbleiterlaser auf. Vorzugsweise weist die Strahlung des Halbleiterlasers eine Kohärenzlänge kleiner 500 μm, bevorzugt zwischen 500 μm und 5 μm (besonders bevorzugt zwischen 500 μm und 50 μm) auf. Das schließt jedoch nicht aus, dass periodisch auftretende Bereiche hoher Kohärenz in Abständen größer als die Kohärenzlänge vorhanden sind, die erfindungsgemäß zur Einstellung der optischen Weglänge zwischen dem Ort des Fokus des Laserstrahls des Halbleiterlasers im Speichermedium und dem Schnittpunkt der reflektierenden Oberfläche der Reflexionseinheit genutzt werden. Die Breite der periodisch auftretenden Kohärenzfenster beträgt vorzugsweise zwischen 100 - 300 μm.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung Mittel zur Aufrechterhaltung des Abstandes zwischen benachbarten Kohärenzzentren des vom Halbleiterlaser erzeugten Laserstrahls auf. Ein solches Mittel zur Aufrechterhaltung des Abstandes zwischen benachbarten Kohärenzzentren gewährleistet, dass der Gangunterschied zwischen fokussierter Strahlung und gegenläufig überlagerter Strahlung (also der Abstand zwischen der reflektierenden Oberfläche der Reflexionseinheit und dem Fokus im Speichermedium) konstant gehalten werden kann, ohne eine Verschlechterung des Kontrasts zu erleiden. Vorzugsweise ist das Mittel zur Aufrechterhaltung des Abstandes zwischen benachbarten Kohärenzzentren durch Mittel zur Konstantregelung des an den Halbleiterlaser abgelegten Stroms und/oder Mittel zur Konstantregelung der Temperatur des Halbleiterlasers ausgebildet. Alternativ ist es bevorzugt, dass das Mittel zur Aufrechterhaltung des Abstandes zwischen benachbarten Kohärenzzentren durch Mittel zur Aufrechterhaltung des Gangunterschieds bzw. des Abstands Fokus - Reflektor ausgebildet ist.
Vorzugsweise weist das Mittel zum Fokussieren mindestens eine asphärische Linse auf. Vorzugsweise weist das Mittel zum Fokussieren eine asphärische Linse und eine Meniskuslinse auf. Vorzugsweise weist die Reflexionseinheit mindestens eine asphärische Linse und einen Plansiegel auf. Vorzugsweise weist die Reflexionseinheit eine asphärische Linse, eine Meniskuslinse und einen Plansiegel auf. Alternativ ist es vorgesehen, dass die Reflexionseinheit durch einen gekrümmten Spiegel ausgebildet ist.
Das Speichermedium als vorzugsweise als planparallele Platte (Disc) ausgebildet und weist ein Material auf, das bei Einstrahlung elektromagnetischer Strahlung eine Brechzahländerung erfährt. Vorzugsweise ist der Abstand zwischen der reflektierenden Oberfläche der Reflexionseinheit und dem Speichermedium fixiert, d.h. zeitlich nicht variabel. In einer alternativen Ausführungsvariante der Erfindung sind sowohl der Abstand zwischen der reflektierenden Oberfläche der Reflexionseinheit und dem Speichermedium als auch der Abstand (Δs) zwischen benachbarten Kohärenzzentren des vom Halbleiterlaser erzeugten Laserstrahls zeitlich variabel, wobei sie stets die o.g. Relation zueinander einhalten. In einem solchen Fall ist es vorgesehen, den Abstand (Δs) zwischen benachbarten Kohärenzzentren zu bestimmen und den Abstand zwischen der reflektierenden Oberfläche der Reflexionseinheit und dem Speichermedium in-situ entsprechend einzustellen (nachzuregeln).
Gemäß einer alternativen Ausführungsvariante der Erfindung wird der eingestrahlte Laserstrahl zunächst aufgeteilt und ein Teilstrahl mit einer zeitlichen Verzögerung (die einer optischen Weglängendifferenz Δz entspricht) versehen und die Teilstrahlen nachfolgend kollinear (entlang der gleichen optischen Achse propagierend) überlagert. Dann die Reflexionseinheit derart angeordnet, dass zumindest eine der folgenden Bedingungen (i) und (ii) erfüllt ist:
(i) 2^n(z)dz = a * As ± 150 μm
Pl
Figure imgf000012_0001
wobei P1 der Ort des Fokus des Laserstrahls des Halbleiterlasers im Speichermedium, P2 der Schnittpunkt der reflektierenden Oberfläche der Reflexionseinheit mit der durch den Laserstrahl des Halbleiterlasers definierten optischen Achse, n(z) die Brechzahl des Mediums zwischen den Punkten P1 und P2 entlang der optischen Achse, Δz die optische Weglängendifferenz zwischen den mindestens zwei Teilstrahlen, a eine natürliche Zahl größer oder gleich 0 und Δs ein Abstand zwischen benachbarten Kohärenzzentren des vom Halbleiterlaser erzeugten Laserstrahls ist. Für Gleichung (i): Der Parameter a ist vorzugsweise zwischen 0 und 10 (besonders bevorzugt 0 oder 1 ). Vorzugsweise weisen die beiden Teilstrahlen die gleiche Intensität oder nahezu die gleiche Intensität auf.
Für Gleichung (ii): Der Parameter a ist vorzugsweise zwischen 1 und 10 (besonders bevorzugt 1 oder 2). Vorzugsweise weisen die beiden Teilstrahlen die gleiche Intensität oder nahezu die gleiche Intensität auf.
Die Idee besteht darin, den Gangunterschied nicht nur auf den Abstand (Δs) zwischen benachbarten Kohärenzzentren, sondern sowohl auf den Abstand (Δs) zwischen benachbarten Kohärenzzentren als auch auf die eingebrachte Verzögerung (optische Weglängendifferenz Δz) zwischen den Teilstrahlen anzupassen. Dann können der verzögerte und der unverzögerte Teilstrahl (=Bedingung (ii)) oder jeweils die Teilstrahlen mit sich selbst (=Bedingung (i)) mit möglichst hohem Kontrast interferieren.
Das Mittel zum Erzeugen mindestens zweier Teilstrahlen aus dem Laserstrahl des Halbleiterlasers und zum nachfolgenden Überlagern der Teilstrahlen mit einer optischen Weglängendifferenz (Δz) ist vorzugsweise durch zwei Strahlteiler und ein Umlenkprisma ausgebildet.
Vorzugsweise ist die Reflexionseinheit derart angeordnet ist, dass die optische Weglänge zwischen dem Fokus des Laserstrahls im Speichermedium und der reflektierenden Oberfläche der Reflexionseinheit im Bereich der optischen Achse die Bedingung: Δx = 0.5 * Δs * a + Δz erfüllt, wobei Δz die optische Weglängendifferenz zwischen den mindestens zwei Teilstrahlen, a eine natürliche Zahl größer oder gleich 1 und Δs ein Abstand zwischen benachbarten Kohärenzzentren des vom Halbleiterlaser erzeugten Laserstrahls ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung von Hologrammen in einem Speichermedium weist folgende Verfahrensschritten auf: Bereitstellen eines Halbleiterlasers, Bereitstellen eines Speichermediums mit einer Speicherschicht, deren Brechzahl bei Einstrahlung von elektromagnetischer Strahlung eine Änderung erfährt, Fokussieren und gegenläufiges Überlagern von elektromagnetischer Strahlung des Halbleiterlasers derart, dass sich in der Speicherschicht aufgrund der gegenläufigen Überlagerung ein Interferenzmuster ausbildet und im Fokus in Bereichen konstruktiver Interferenz zu einer stärkeren Brechzahländerung als in Bereichen destruktiver Interferenz führt, und aufgrund der Brechzahländerung ein Hologramm mit einer Vielzahl von Schichten mit alternierender Brechzahl erzeugt wird, wobei die in die Speicherschicht fokussierte Strahlung des Halbleiterlasers mittels einer Reflexionseinheit in sich zurückreflektiert und zur Ausbildung eines Interferenzmusters gegenläufig überlagert wird, wobei die Reflexionseinheit derart angeordnet wird, dass
folgende Bedingung erfüllt ist: 2 \ n(z)dz = a * As ± 150 μm , wobei P1 der Ort des
Pl
Fokus des Laserstrahls des Halbleiterlasers im Speichermedium, P2 der Schnittpunkt der reflektierenden Oberfläche der Reflexionseinheit mit der durch den Laserstrahl des
Halbleiterlasers definierten optischen Achse, n(z) die Brechzahl des Mediums zwischen den Punkten P1 und P2 entlang der optischen Achse bzw. entlang des
Verlaufs der Strahlung des Halbleiterlaser vom Fokus bis zur reflektierenden
Oberfläche, a eine natürliche Zahl größer oder gleich 1 und Δs ein Abstand zwischen benachbarten Kohärenzzentren des vom Halbleiterlaser erzeugten Laserstrahls ist.
Gemäß einer alternativen Ausführungsvariante der Erfindung weist das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung von Hologrammen in einem Speichermedium folgende Verfahrensschritten auf: Bereitstellen eines Halbleiterlasers, Aufteilen der Strahlung des Halbleiterlasers in mindestens einen ersten Teilstrahl und einen zweiten Teilstrahl, nachfolgendes Überlagern des ersten und des zweiten Teilstrahls, wobei die Teilstrahlen nach dem Aufteilen und vor dem Überlagern derart geführt werden, dass sie eine einer optischen Weglängendifferenz entsprechende Verzögerung zueinander aufweisen, Bereitstellen eines Speichermediums mit einer Speicherschicht, deren Brechzahl bei Einstrahlung von elektromagnetischer Strahlung eine Änderung erfährt, Fokussieren und gegenläufiges Überlagern der überlagerten Teilstrahlen des Halbleiterlasers derart, dass sich in der Speicherschicht aufgrund der gegenläufigen Überlagerung ein Interferenzmuster ausbildet und im Fokus in Bereichen konstruktiver Interferenz zu einer stärkeren Brechzahländerung als in Bereichen destruktiver Interferenz führt, und aufgrund der Brechzahländerung ein Hologramm mit einer Vielzahl von Schichten mit alternierender Brechzahl erzeugt wird, wobei die in die Speicherschicht fokussierte Strahlung des Halbleiterlasers mittels einer Reflexionseinheit in sich zurückreflektiert und zur Ausbildung eines Interferenzmusters gegenläufig überlagert wird, wobei die Reflexionseinheit derart angeordnet ist, dass zumindest eine der folgenden Bedingungen (i) und (ii) erfüllt ist:
Figure imgf000015_0001
Pl
(ii) 2^n(z)dz - Az = a * As ± 150 μm,
Pl wobei P1 der Ort des Fokus des Laserstrahls des Halbleiterlasers im Speichermedium, P2 der Schnittpunkt der reflektierenden Oberfläche der Reflexionseinheit mit der durch den Laserstrahl des Halbleiterlasers definierten optischen Achse, n(z) die Brechzahl des Mediums zwischen den Punkten P1 und P2 entlang der optischen Achse, Δz die optische Weglängendifferenz zwischen den mindestens zwei Teilstrahlen, a eine natürliche Zahl größer oder gleich 1 und Δs ein Abstand zwischen benachbarten Kohärenzzentren des vom Halbleiterlaser erzeugten Laserstrahls ist.
Die Kohärenzlänge der verwendeten Laserstrahlung ist vorzugsweise größer als die Hologrammtiefe (Ausdehnung entlang der optischen Achse).
Vorzugsweise wird die Reflexionseinheit derart angeordnet ist, dass der Parameter a zwischen 1 und 10 (besonders bevorzugt zwischen 1 und 5) beträgt.
Hologramme werden mittels interferierender Laserstrahlen erzeugt, die sich in dem optischen Medium überlagern. Die Erfindung ist sowohl zum Erzeugen von Transmissionshologrammen, bei denen Schreibstrahlen von der gleichen Seite in das optische Medium eingestrahlt werden, als zum Erzeugen von Reflexionshologrammen nutzbar, bei denen Schreibstrahlen von unterschiedlichen Seiten in das optische Medium einfallen.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Hologramm als ein Mikrohologramm erzeugt wird, indem die Laserstrahlen auf das optische Medium fokussiert werden. Die Ausbildung des Mikrohologramms ist in allen Raumrichtungen auf einen Submikrometerbereich begrenzt.
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass mittels des Hologramms bitweise Daten gespeichert werden. In einem einfachen Codierschema repräsentiert das Hologramm ein Einzelbit, nämlich eine binäre Eins oder eine binäre Null. In einem vorteilhaften Codierungsschema wird der Dateninhalt durch die Länge der dynamisch erzeugten Mikrohologramme variabler Länge entlang der Bewegungsrichtung des Speichermediums kodiert. Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass mehrere Hologramme in mehreren zur Datenspeicherung konfigurierten Ebenen gebildet werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Laserstrahlen mittels eines Schreibsystems auf das optische Medium eingestrahlt werden, welches zwei wahlweise jeweils als eine asphärische Linse ausgeführte Schreiboptiken, zwischen denen das optische Medium angeordnet ist, zwei Meniskuslinsen, von denen jeweils eine Meniskuslinse einer der Schreiboptiken zugeordnet ist und die aus Sicht des optischen Mediums jeweils hinter der zugeordneten Schreiboptik angeordnet sind, sowie einen Reflektor mit einer im wesentlichen planen Reflexionsfläche aufweist, der einen einfallenden Laserstrahl auf das optische Medium zurück reflektierend an einem distalen Ende angeordnet ist, wobei ein Abstand x zwischen einem Überlappungsbereich der Laserstrahlen in dem optischen Medium und der Reflexionsfläche einem ganzzahligen Vielfachen der Hälfte des Abstandes Δs zwischen den Kohärenzzentren des von dem freilaufenden Halbleiterlaser abgegebenen Laserstrahls entsprechend eingestellt wird, sodass gilt: x = n(Δs/2), wenn n eine ganze Zahl ist.
Eine Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass ein Abstand zwischen der Reflexionsfläche und der dem Reflektor gegenüberliegenden Schreiboptik festgehalten wird.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht die folgenden Schritte vor:
- Aufteilen des von dem freilaufenden Halbleiterlaser abgegebenen Laserstrahls in zwei Laserteilstrahlen mittels einer Strahlteilereinrichtung vor Erreichen des optischen Mediums,
- Bilden eines unverzögerten Laserstrahls und eines verzögerten Laserstrahls aus den beiden Laserteilstrahlen, indem einer der beiden Laserteilstrahlen gegenüber dem anderen der beiden Laserteilstrahlen zeitlich verzögert wird, und - Einstrahlen des unverzögerten Laserstrahls und des verzögerten Laserstrahls auf das Medium mit einem Schreibsystem, wobei mittels des Schreibsystems aus dem unverzögerten Laserstrahl ein unverzögerter Signalstrahl und ein unverzögerter Referenzstrahl sowie aus dem verzögerten Laserstrahl ein unverzögerter Signalstrahl und ein unverzögerter Referenzstrahl gebildet werden, die sich einander in dem optischen Medium überlagernd und hierin wenigstens teilweise interferierend auf das optische Medium eingestrahlt werden.
Am Schreibort des Hologramms liegen bei geeigneter Einstellung der Verzögerung so interferenzfähige Teilstrahlen vor. Ein Hologramm mit höherem Kontrast kann erzeugt werden, wenn die sich periodisch wiederholenden Kohärenzzentren der genutzten Laserstrahlung mit den Strahlfokussen zusammenfallen, wodurch sich die Laserstrahlen kohärent überlagern.
Die vorgenannte Ausführungsform in ihren verschiedenen Ausgestaltungen ist auch unabhängig von der Nutzung eines freilaufenden Halbleiterlasers mit anderen Lichtquellen ausreichend hoher Leuchtdichte und kurzer Kohärenzlänge nutzbar, wenn die Kohärenzlänge größer als die axiale Ausdehnung des Hologramms ist.
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die zwei Laserteilstrahlen einem Intensitätsverhältnis von etwa 50:50 entsprechend gebildet werden.
Nachfolgend werden vorteilhafte Ausführungen der Vorrichtung zum Herstellen eines Hologramms in einem optisch aktiven Bereich eines Mediums näher erläutert.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Schreibsystem eine Fokussiereinrichtung aufweist, die konfiguriert ist, die kohärenten gegenläufigen Laserstrahlen in das optische Medium zu fokussieren.
Bevorzugt sieht eine Fortbildung der Erfindung vor, dass eine Regelungseinrichtung gebildet ist, die konfiguriert ist, zur Aufrechterhaltung wenigstens eines Kohärenzparameters des von dem freilaufenden Halbleiterlaser abgegebenen Laserstrahls Betriebsparameter des freilaufenden Halbleiterlasers einer Konstantregelung entsprechend einzustellen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Schreibsystem zwei wahlweise jeweils als eine asphärische Linse ausgeführte Schreiboptiken, zwischen denen das optische Medium angeordnet ist, zwei Meniskuslinsen von denen jeweils eine Meniskuslinse einer der Schreiboptiken zugeordnet ist und die aus Sicht des optischen Mediums jeweils hinter der zugeordneten Schreiboptik angeordnet sind, sowie einen Reflektor mit einer im wesentlichen planen Reflexionsfläche aufweist, der einen einfallenden Laserstrahl auf das optische Medium zurück reflektierend an einem distalen Ende angeordnet ist, wobei ein Abstand x zwischen einem Überlappungsbereich der Laserstrahlen in dem optischen Medium und der Reflexionsfläche einem ganzzahligen Vielfachen der Hälfte des Abstandes Δs zwischen den Kohärenzzentren des von dem freilaufenden Halbleiterlaser abgegebenen Laserstrahls entsprechend eingestellt wird, sodass gilt: x = n(Δs/2), wenn n eine ganze Zahl ist.
Eine Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass ein Abstand zwischen der Reflexionsfläche und der dem Reflektor gegenüberliegenden Schreiboptik fest eingestellt ist.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor:
- eine Strahlteilereinrichtung, die konfiguriert ist, den von dem freilaufenden Halbleiterlaser abgegebenen Laserstrahl vor Erreichen des optischen Mediums in zwei Laserteilstrahlen aufzuteilen, und
- eine optische Verzögerungseinrichtung, die konfiguriert ist, einen unverzögerten Laserstrahl und einen verzögerten Laserstrahl aus den beiden Laserteilstrahlen zu bilden, indem einer der beiden Laserteilstrahlen gegenüber dem anderen der beiden Laserteilstrahlen entlang einer Verzögerungsstrecke zeitlich verzögert wird.
Die Vorrichtung zum Herstellen eines Hologramms kann bevorzugt in ein Datenschreib- / Daten lesegerät zum Schreiben von Daten in ein / zum Lesen von Daten aus einem optischen Speichermedium verwendet werden. Auch eine Nutzung der Vorrichtung in einem Schreib- / Lesekopf für ein Datenspeichersystem ist eine vorteilhafte Verwendung der vorgesehenen Vorrichtung.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Schreibsystems zum Herstellen eines Hologramms in einem Speichermedium nach dem Stand der Technik;
Fig. 2 ein Modenprofil einer Multimoden-Laserdiode mit einer Zentralwellenlänge von
405 nm; Fig. 3 eine graphische Darstellung der Überlagerung benachbarter longitudinaler
Wellen (Stehwellenfelder) in einem Resonator zu konstanter Intensität; Fig. 4 eine graphische Darstellung eines Modulationsanteils mehrerer benachbarter
Moden in einem Resonator der Länge 3.2 mm;
Fig. 5 eine graphische Darstellung der spektralen Breite einer Einzelmode; Fig. 6 eine graphische Darstellung zum Kohärenzverhalten eines Laserstrahls einer freilaufenden Laserdiode, wobei Kohärenzzentren im Abstand Δs gezeigt sind; Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Schreibsystems zum Schreiben von
Mikrohologrammen; und Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Anordnung mit einer
Strahlteilereinrichtung sowie einer optischen Verzögerungsstrecke.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 8 näher erläutert. Den Ausführungsbeispielen gemeinsam ist die Verwendung eines Laserstrahls von einem freilaufenden Halbleiterlaser, insbesondere einer freilaufenden Laserdiode, zum Schreiben eines oder mehrerer Hologramme.
Das Spektrum eines vorzugsweise als Laserdiode ausgeführten Halbleiterlasers, was Fig. 2 beispielhaft als ein Modenprofil einer Multimoden-Laserdiode mit einer
Zentralwellenlänge von 405 nm zeigt, ist in der Regel ein bis zwei Nanometer breit, womit sich eine relativ kurze Kohärenzlänge von höchstens einigen hundert
Mikrometern ergibt. Gegeben durch die kleine Resonatorlänge der Laserdiode von unter einem Millimeter tragen jedoch innerhalb des breiten Verstärkungsprofils nur etwa 10 bis 20 diskrete Moden mit einer geringen Linienbreite von 10"3 bis 10"2 nm aktiv zur Laseremission bei.
Fig. 3 zeigt eine graphische Darstellung der Überlagerung benachbarter longitudinaler Wellen (Stehwellenfelder) in einem Resonator. Fig. 4 zeigt den Modulationsanteil mehrerer benachbarter Moden in einem Resonator der Länge 3.2 mm. Interferenzfähigkeit liegt nur in den äußeren Bereichen vor.
Werden zunächst die Linienbreite der einzelnen Moden vernachlässigt und diese überlagert, innerhalb des Laserresonators oder aber im Schreibbereich des holographischen Systems, so addieren sich die Amplituden der Stehwellenfelder aller
Einzelmoden, die in Fig. 3 dargestellt sind. Es deutet sich in Fig. 3 bereits an, dass sich innerhalb des Resonators die Amplituden der einzelnen Moden zu einer mittleren, räumlich nicht konstanten Intensität addieren. Interferenz liegt nicht vor. Nur in den äußeren Bereichen sind die Phasen der einzelnen Stehwellenfelder etwa gleich, so dass sich hier räumlich konstante Bereiche hoher Intensität und solche niedriger
Intensität ergeben.
In Fig. 4 ist die Überlagerung elf benachbarter Moden mit einer Zentralwellenlänge von 405 nm in einem Resonator der Länge 1.6 mm berechnet. Die einzelnen Schwingungen der stehenden Welle sind nicht mehr aufzulösen. Die in dem Graph dargestellte Einhüllende gibt aber direkt die Kohärenz des so definierten Strahls, nämlich die Interferenzstruktur, d. h. den modulierten Anteil der Gesamtintensität, wieder. Dieser Graph ist so zu deuten, dass die Kohärenz, die in den ersten hundert Mikrometern Abstand vom Laserresonator vorliegt, links im Graph, sich jeweils nach der Resonatorlänge von hier 3.2 mm, rechts im Graph, periodisch wiederholt, so dass sich ein periodisches Verhalten der Laserkohärenz für alle Vielfache dieses Abstandes einstellt.
Wird nun noch die reale Linienbreite jeder einzelnen Mode berücksichtigt, so ergibt sich das in Fig. 5 dargestellte Kohärenzverhalten. Die Einhüllende des Stehwellenfeldes ist die Fouriertransformierte des spektralen Emissionsprofils aller Moden der Laserdiode. Kohärenz liegt jeweils vor, wenn der Gangunterschied zwischen zwei Teilstrahlen des Lasers einem Vielfachen n der Strecke Δs = 3.2 mm entspricht. Die endliche Linienbreite der Einzelmoden bewirkt hier eine Abnahme der Kohärenz für größere Weglängenunterschiede a-Δs.
Fig. 5 zeigt die spektrale Breite einer Einzelmode. Fig. 6 zeigt das Kohärenzverhalten für einen Weglängenunterschiede Δx zwischen zwei überlagerten Teilstrahlen. Dieses Verhalten wurde mit Hilfe eines Michelson-Interferometers für eine Multimode- Laserdiode von Sanyo experimentell nachgewiesen. Es ergaben sich Δs = 2 mm, jeweils eine Kohärenzlänge von 150 μm und eine maximale Weglängendifferenz von 20 cm, innerhalb der die periodisch auftretende Interferenz mit hohem Kontrast beobachtet werden konnte.
Der doppelte optische Weg des Laserstrahls von der Fokusposition im Speichermaterial zum Reflektor 2-Δx lässt sich durch Variation der Reflektorposition exakt auf ein möglichst kleines Vielfaches der Periodizität Δs der Laserkohärenz einstellen, wie sich aus Fig. 7 ergibt, die eine schematische Darstellung eines Schreibsystems zum Schreiben von Mikrohologrammen zeigt. Das Schreibsystem zum Schreiben eines Hologramms mittels einer Laserdiode 16, nämlich eines Reflexionsgitters, in ein SpeichermediumiO umfasst zwei asphärische Linsen 1 1 , 12 zum Fokussieren der Laserstrahlen in das Speichermedium 10, zwei äußere Meniskuslinsen 13, 14 sowie einen als Spiegel ausgeführten Reflektor 15.
Die Position des Reflektors 15 kann im Bereich einiger Zentimeter beliebig verändert werden, ohne dass sich die Abbildung in das Speichermedium 10 wesentlich ändert, da der Strahl als Parallelstrahlbündel auf den Reflektor 15 abgebildet wird. Der Abstand zwischen Spiegel 15 und Strahlfokus (innerhalb des Speichermediums 10) wird einmalig auf ein Vielfaches der halben Kohärenzperiodizität Δs einjustiert. Die Kohärenzperiodizität Δs ist dabei eine Eigenschaft der Laserdiode 16. Vorzugsweise werden die Parameter für die Ansteuerung der Laserdiode 16 derart geregelt, dass die Kohärenzperiodizität Δs konstant gehalten werden kann. Dann kann der Abstand Δx ebenfalls konstant gehalten werden.
Teil des holographischen Speicherkonzepts ist die Speicherung von Daten in mehreren Ebenen innerhalb des Speichermediums 10, bei dem es sich in dem Ausführungsbeispiel um ein 200 bis 300 μm dickes, transparentes Photopolymer- Material handelt. Es kann die Speicherung in mehreren Ebenen, bevorzugt in bis 100 Ebenen vorgesehen sein. Die Adressierung einer vorgegebenen Tiefe des Speichermediums 10 mit Signal- und Referenzstrahlfokus erfolgt daher mittels axialer Verstellung der beiden an das Material angrenzenden asphärische Linsen 1 1 , 12. Die ebenfalls nachzustellenden äußeren Meniskuslinsen 13, 14 sorgen hier zusätzlich für eine Korrektur der auftretenden sphärischen Abberation an den planen Grenzflächen des Speichermediums 10. Werden die als Schreibobjektive wirkenden asphärischen Linsen 11 , 12 um eine Strecke Δa axial verstellt, so muss der Reflektor 15 entsprechend nachpositioniert werden, um eine konstante Kohärenzbedingung am Schreibort zu garantieren. Dementsprechend ist die Schreibeinheit, in der sich die Optiken sowie der Reflektor 15 auf zugeordneten Aktuatoren (nicht dargestellt) befinden, so zu konstruieren, dass der Abstand m zwischen hinterer asphärischer Linse 12 und dem Reflektor 15 immer konstant ist.
Derjenige Abstand m der die Kohärenzbedingung am Schreibort optimiert, ist für das holographisches System einmalig vorzujustieren. Dafür wird ein Algorithmus softwaremäßig in das System implementiert, der beispielsweise jedes Mal beim Einlegen eines neuen Datenträgers mehrmals hintereinander in einem später nicht zu verwendenden Bereich Mikroreflexionsgitter schreibt, direkt wieder ausliest und dabei den Abstand m so lange variiert, bis die Reflektivität der Mikroreflexionsgitter maximal ist.
Das beschrieben System nutzt die zeitliche Konstanz des Abstandes der Kohärenzzentren Δs in dem von einem vorzugsweise als Laserdiode ausgeführten, freilaufenden Halbleiterlaser (nicht dargestellt) abgegebenen Laserstrahl. Dessen zeitliches Verhalten Δs(t) °< n(t) L(t) ist direkt abhängig vom Brechungsindex des
Resonators n und dessen Länge L. Dementsprechend werden die Betriebsparameter
Strom I und Temperatur T über eine entsprechende Elektronik in Verbindung mit einem Temperatursensor kontinuierlich auf einen konstanten Wert eingeregelt.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel basiert die Verwendung eines freilaufenden Halbleiterlasers zur holographischen Speicherung auf der Kompensation des Weglängenunterschieds im Schreibbereich durch den Einsatz einer Verzögerungsstrecke für einen gewissen Teil des zum Schreiben verwendeten Laserstrahls. Alternativ zur Nutzung eines freilaufenden Halbleiterlasers kann diese Ausführungsform in ihren verschiedenen Ausgestaltungen auch mit anderen Lichtquellen ausreichend hoher Leuchtdichte und kurzer Kohärenzlänge verwendet werden, wenn die Kohärenzlänge größer als die axiale Ausdehnung des zu schreibenden Hologramms ist.
Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung mit einer Strahlteilereinrichtung sowie einer optischen Verzögerungsstrecke. Der Strahl der freilaufenden Laserdiode mit einer Kohärenzlänge von wenigen 100 μm wird im Strahlengang vor dem Schreibbereich, d. h. vor dem Erreichen des Speichermediums, mit Hilfe zweier 50:50 Strahlteiler 80, 81 aufgeteilt und wieder zusammengeführt. Ein Prisma 82 mit hochreflektierenden Außenflächen wird so auf einer justierbaren Achse positioniert, dass der Abstand zur durchgehenden Strahlachse Δz= a*Δs (a=0, 1 , 2, ...) beliebig einstellbar ist. Das Prisma 82 und beide Strahlteiler 80, 81 sind so eingebaut, dass beide Strahlen nach der Zusammenführung wieder exakt überlagert sind.
Bei der Strahlzusammenführung gehen von einem durchgehenden Strahl A und einem über das Prisma 82 geführten Strahl B jeweils 50% der Gesamtleistung verloren. Ein so neu erzeugter Schreibstrahl 83 besteht aus den zwei Teilstrahlen A und B, wobei B gegenüber A um die Strecke Δz verzögert ist. Im Schreibbereich (nicht dargestellt) entsteht nun durch Reflektion aus dem Referenzstrahl (A+B) ein Signalstrahl (A'+B').
Als Schreibsystem ist beispielsweise eine Anordnung nutzbar, wie sie in Fig. 1 schematisch dargestellt ist. Die Überlagerung von Signal- und Referenzstrahl im
Speichermedium kann als Überlagerung der vier Strahlpaare (A,A'), (A,B'), (B,A') und
(B, B') betrachtet werden, wobei durch die vorangegangene Verzögerungsstrecke nur das Strahlpaar (B,A') interferenzfähig ist. Zu diesem modulierten Intensitätsanteil im
Speichermaterial addieren sich nun noch die räumlich konstanten Intensitäten der drei weiteren Strahlpaare, so dass der Kontrast der Interferenzstruktur reduziert ist im
Vergleich zu der Verwendung einer Lichtquelle ausreichend hoher Kohärenz.
Aus diesem Grund nutzt dieses Konzept bevorzugt ein photoempfindliches Speichermaterial, welches eine chemische Initiationsschwelle für die Belichtung aufweist. In diesem Fall wird die homogene Grundintensität im Material so eingestellt, dass genau der modulierte Anteil die Belichtungsschwelle durchstößt und somit zu einer optimalen Ausnutzung der möglichen Materialmodulation führt. Grundsätzlich ist die Verwendung eines solchen Materials auch in anderen Aspekten für das Speicherverfahren von Vorteil, so dass dieser zweite Ansatz hauptsächlich von der Verfügbarkeit des entsprechenden photosensitiven Materials abhängig ist.
Auch bei diesem alternativen Ansatz muss das System einmalig vorjustiert werden. Dazu wird analog zum oben beschriebenen Algorithmus so vorgegangen, dass Mikrogitter bei verschiedenen Prismenabständen Δz in das Speichermedium eingeschrieben und wieder ausgelesen werden. Das Prisma wird dann in Richtung zunehmender Beugungseffizienz der Gitter bis zum Erreichen einer Position mit optimalem Schreibergebnis nachjustiert.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele eignen sich ebenso für andere holographische Speichersysteme, insbesondere die seitenweise Speicherung, wenn sich aufgrund der speziellen Schreibanordnung ein Weglängenunterschied zwischen Signal- und Referenzstrahl nicht vermeiden lässt oder nicht praktikabel ist. Die Voraussetzung ist jedoch, dass die verfügbare „lokale" Kohärenz für den entsprechenden Anwendungsfall ausreicht, d. h. Weglängendifferenzen zwischen den lokal interferierenden Teilen des Referenz- und des Signalstrahls dürfen nicht größer werden als die Länge des Kohärenzbereiches der Laserquelle. Dies ist jedoch für die meisten holographischen Schreibanordnungen gegeben, so dass beide der erläuterten Konzepte eingesetzt werden können.
Des Weiteren können Anwendungen in der Interferometrie vorgesehen sein, wo ebenso größere Weglängenunterschiede der beiden interferierenden Strahlen vorliegen, ein Messgerät jedoch beispielsweise aus Kosten-, Platz- oder Energieeffizienzgründen (akku- / batteriebetriebene Geräte) mit einer preiswerten, kleinen und sparsamen Laserdiode ausgestatten werden soll.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen von Bedeutung sein.
Bezugszeichenliste
1 Speichermedium
2 eingestrahlter Laserstrahl
3 Reflexionseinheit
4 rücklaufender Laserstrahl
5 Halbleiterlaser
10 Speichermedium
1 1 asphärische Linse
12 asphärische Linse
13 Meniskuslinse
14 Meniskuslinse
15 Reflexionseinheit
16 Halbleiterlaser/ Laserdiode
80 Strahlteiler
81 Strahlteiler
82 Prisma
83 Schreibstrahl aus unverzögertem und verzögertem Teilstrahl
z optische Achse P1 Fokus P2 reflektierende Oberfläche der Reflexionseinheit

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Erzeugung von Hologrammen in einem Speichermedium (10), aufweisend: einen Halbleiterlaser (16), ein Aufnahmemittel für das Speichermedium (10); ein Mittel zum Fokussieren des vom Halbleiterlaser (16) erzeugten Laserstrahls in das Speichermedium (10), eine Reflexionseinheit (15) mit einer reflektierenden Oberfläche, die ausgebildet ist, zumindest einen Teil des durch das Speichermedium (10) hindurchtretenden Laserstrahls des Halbleiterlasers (16) zurück in das
Speichermedium (10) zu fokussieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionseinheit (15) derart angeordnet ist, dass folgende Bedingung erfüllt ist:
2^n(z)dz = a * As ± 150 μm,
Pl wobei P1 der Ort des Fokus des Laserstrahls des Halbleiterlasers (16) im Speichermedium (10), P2 der Schnittpunkt der reflektierenden Oberfläche der Reflexionseinheit (15) mit der durch den Laserstrahl des Halbleiterlasers (16) definierten optischen Achse (z), n(z) die Brechzahl des Mediums zwischen den
Punkten P1 und P2 entlang der optischen Achse (z), a eine natürliche Zahl größer oder gleich 1 und Δs ein Abstand zwischen benachbarten Kohärenzzentren des vom Halbleiterlaser (16) erzeugten Laserstrahls ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterlaser (16) eine Laserdiode mit einer Zentralwellenlänge zwischen
300 nm und 430 nm ist.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionseinheit (15) derart angeordnet ist, dass die optische Weglänge (Δx) zwischen dem Fokus des Laserstrahls im Speichermedium (10) und der reflektierenden Oberfläche der Reflexionseinheit (15) im Bereich der optischen Achse die Bedingung: Δx = 0.5 * Δs * a ± 150 μm erfüllt, wobei a eine natürliche Zahl größer oder gleich 1 und Δs ein Abstand zwischen benachbarten Kohärenzzentren des vom Halbleiterlaser (16) erzeugten Laserstrahls ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserdiode einen Fabry-Perot-Resonator mit Frontfacette und Rückfacette aufweist, wobei der Abstand zwischen benachbarten Kohärenzzentren der
Bedingung:
Δs = r ± 150 μm genügt, wobei r der Abstand zwischen Frontfacette und Rückfacette des internen Resonators der Laserdiode ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung keinen externen Resonator für den Halbleiterlaser (16) aufweist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung des Halbleiterlasers (16) eine Kohärenzlänge kleiner als 10 mm aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung des Halbleiterlasers (16) eine Kohärenzlänge kleiner als 1 mm aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel zur Aufrechterhaltung des Abstandes zwischen benachbarten Kohärenzzentren des vom Halbleiterlaser (16) erzeugten Laserstrahls aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Aufrechterhaltung des Abstandes zwischen benachbarten Kohärenzzentren durch Mittel zur Konstantregelung des an den Halbleiterlaser (16) abgelegten Stroms und/oder Mittel zur Konstantregelung der Temperatur des Halbleiterlasers (16) ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Fokussieren mindestens eine asphärische Linse (1 1 ) aufweist.
1 1. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Fokussieren eine asphärische Linse (11 ) und eine Meniskuslinse (13) aufweist.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionseinheit (15) mindestens eine asphärische Linse (12) und einen Plansiegel aufweist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionseinheit (15) eine asphärische Linse (12), eine Meniskuslinse (14) und einen Plansiegel aufweist.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermedium (10) als planparallele Platte ausgebildet ist und ein Material aufweist, das bei Einstrahlung elektromagnetischer Strahlung eine
Brechzahländerung erfährt.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-1 1 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionseinheit (15) durch einen gekrümmten Spiegel ausgebildet ist.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der reflektierenden Oberfläche der Reflexionseinheit (15) und dem Speichermedium (10) fixiert ist.
17. Vorrichtung zur Erzeugung von Hologrammen in einem Speichermedium (10), aufweisend: einen Halbleiterlaser (16), ein Aufnahmemittel für das Speichermedium (10); ein Mittel (80,81 , 82) zum Erzeugen mindestens zweier Teilstrahlen aus dem
Laserstrahl des Halbleiterlasers (16) und nachfolgenden Überlagern der
Teilstrahlen mit einer optischen Weglängendifferenz (Δz), ein Mittel zum Fokussieren der überlagerten Teilstrahlen in das
Speichermedium (10), eine Reflexionseinheit (15) mit einer reflektierenden Oberfläche, die ausgebildet ist, zumindest einen Teil des durch das Speichermedium (10) hindurchtretenden Teilstrahlen zurück in das Speichermedium (10) zu fokussieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionseinheit (15) derart angeordnet ist, dass zumindest eine der folgenden Bedingungen (i) und (ii) erfüllt ist:
(i) 2^n(z)dz = a * As ± 150 μm
Pl
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wobei P1 der Ort des Fokus des Laserstrahls des Halbleiterlasers (16) im Speichermedium (10), P2 der Schnittpunkt der reflektierenden Oberfläche der
Reflexionseinheit (15) mit der durch den Laserstrahl des Halbleiterlasers (16) definierten optischen Achse (z), n(z) die Brechzahl des Mediums zwischen den
Punkten P1 und P2 entlang der optischen Achse (z), Δz die optische
Weglängendifferenz zwischen den mindestens zwei Teilstrahlen, a eine natürliche Zahl größer oder gleich 0 und Δs ein Abstand zwischen benachbarten Kohärenzzentren des vom Halbleiterlaser (16) erzeugten
Laserstrahls ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (80,81 , 82) zum Erzeugen mindestens zweier Teilstrahlen aus dem Laserstrahl des Halbleiterlasers (16) und nachfolgenden Überlagern der Teilstrahlen mit einer optischen Weglängendifferenz (Δz) durch zwei Strahlteiler
(80, 81 ) und ein Umlenkprisma (82) ausgebildet ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterlaser (16) eine Laserdiode mit einer Zentralwellenlänge zwischen
300 nm und 430 nm ist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17-19, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionseinheit (15) derart angeordnet ist, dass die optische Weglänge
(Δx) zwischen dem Fokus des Laserstrahls im Speichermedium (10) und der reflektierenden Oberfläche der Reflexionseinheit (15) im Bereich der optischen Achse die Bedingung: Δx = 0.5 * Δs * a + Δz ± 150 μm, erfüllt, wobei Δz die optische Weglängendifferenz zwischen den mindestens zwei Teilstrahlen, a eine natürliche Zahl größer oder gleich 0 und Δs ein Abstand zwischen benachbarten Kohärenzzentren des vom Halbleiterlaser (16) erzeugten Laserstrahls ist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18-20, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserdiode einen Fabry-Perot-Resonator mit Frontfacette und Rückfacette aufweist, wobei der Abstand zwischen benachbarten Kohärenzzentren der
Bedingung: Δs = r ± 150 μm genügt, wobei r der Abstand zwischen Frontfacette und Rückfacette des internen Resonators der Laserdiode ist.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17-21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung keinen externen Resonator für den Halbleiterlaser (16) aufweist.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17-22, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung des Halbleiterlasers (16) eine Kohärenzlänge kleiner als 10 mm aufweist.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung des Halbleiterlasers (16) eine Kohärenzlänge kleiner als 1 mm aufweist.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17-24, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel zur Aufrechterhaltung des Abstandes zwischen benachbarten Kohärenzzentren des vom Halbleiterlaser (16) erzeugten
Laserstrahls aufweist.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Aufrechterhaltung des Abstandes zwischen benachbarten
Kohärenzzentren durch Mittel zur Konstantregelung des an den Halbleiterlaser (16) abgelegten Stroms und/oder Mittel zur Konstantregelung der Temperatur des Halbleiterlasers (16) ausgebildet ist.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17-26, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Fokussieren mindestens eine asphärische Linse (1 1 ) aufweist.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Fokussieren eine asphärische Linse (11 ) und eine Meniskuslinse (13) aufweist.
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17-28, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionseinheit (15) mindestens eine asphärische Linse (12) und einen Plansiegel aufweist.
30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionseinheit (15) eine asphärische Linse (12), eine Meniskuslinse (14) und einen Plansiegel aufweist.
31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17-30, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermedium (10) als planparallele Platte ausgebildet ist und ein Material aufweist, das bei Einstrahlung elektromagnetischer Strahlung eine Brechzahländerung erfährt.
32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17-28 und 31 , dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionseinheit (15) durch einen gekrümmten Spiegel ausgebildet ist.
33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17-32, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der reflektierenden Oberfläche der Reflexionseinheit (15) und dem Speichermedium (10) fixiert ist.
34. Verfahren zur Erzeugung von Hologrammen in einem Speichermedium (10), mit folgenden Verfahrensschritten:
Bereitstellen eines Halbleiterlasers (16),
Bereitstellen eines Speichermediums (10) mit einer Speicherschicht, deren Brechzahl bei Einstrahlung von elektromagnetischer Strahlung eine Änderung erfährt, - Fokussieren und gegenläufiges Überlagern von elektromagnetischer
Strahlung des Halbleiterlasers (16) derart, dass sich in der Speicherschicht aufgrund der gegenläufigen Überlagerung ein Interferenzmuster ausbildet und im Fokus in Bereichen konstruktiver Interferenz zu einer stärkeren Brechzahländerung als in Bereichen destruktiver Interferenz führt, und aufgrund der Brechzahländerung ein Hologramm mit einer Vielzahl von Schichten mit alternierender Brechzahl erzeugt wird,
- wobei die in die Speicherschicht (10) fokussierte Strahlung des Halbleiterlasers (16) mittels einer Reflexionseinheit (15) in sich zurückreflektiert und zur Ausbildung eines Interferenzmusters gegenläufig überlagert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionseinheit (15) derart angeordnet wird, dass folgende Bedingung erfüllt ist:
2 Ϊn(z)dz = a * As ± 150 μm,
Pl wobei P1 der Ort des Fokus des Laserstrahls des Halbleiterlasers (16) im Speichermedium (10), P2 der Schnittpunkt der reflektierenden Oberfläche der Reflexionseinheit (15) mit der durch den Laserstrahl des Halbleiterlasers (16) definierten optischen Achse (z), n(z) die Brechzahl des Mediums zwischen den Punkten P1 und P2 entlang der optischen Achse (z), a eine natürliche Zahl größer oder gleich 0 und Δs ein Abstand zwischen benachbarten Kohärenzzentren des vom Halbleiterlaser (16) erzeugten Laserstrahls ist.
35. Verfahren zur Erzeugung von Hologrammen in einem Speichermedium (10), mit folgenden Verfahrensschritten:
Bereitstellen eines Halbleiterlasers (16),
- Aufteilen der Strahlung des Halbleiterlasers (16) in mindestens einen ersten Teilstrahl und einen zweiten Teilstrahl, nachfolgendes Überlagern des ersten und des zweiten Teilstrahls, wobei die Teilstrahlen nach dem Aufteilen und vor dem Überlagern derart geführt werden, dass sie eine einer optischen Weglängendifferenz (Δz) entsprechende Verzögerung zueinander aufweisen,
Bereitstellen eines Speichermediums (10) mit einer Speicherschicht, deren Brechzahl bei Einstrahlung von elektromagnetischer Strahlung eine Änderung erfährt,
Fokussieren und gegenläufiges Überlagern der überlagerten Teilstrahlen des Halbleiterlasers (16) derart, dass sich in der Speicherschicht aufgrund der gegenläufigen Überlagerung ein Interferenzmuster ausbildet und im Fokus in Bereichen konstruktiver Interferenz zu einer stärkeren Brechzahländerung als in Bereichen destruktiver Interferenz führt, und aufgrund der Brechzahländerung ein Hologramm mit einer Vielzahl von Schichten mit alternierender Brechzahl erzeugt wird, wobei die in die Speicherschicht (10) fokussierte Strahlung des Halbleiterlasers (16) mittels einer Reflexionseinheit (15) in sich zurückreflektiert und zur Ausbildung eines Interferenzmusters gegenläufig überlagert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionseinheit (15) derart angeordnet ist, dass zumindest eine der folgenden Bedingungen (i) und (ii) erfüllt ist:
(i) 2^n(z)dz = a * As ± 150 μm
Pl
Figure imgf000034_0001
wobei P1 der Ort des Fokus des Laserstrahls des Halbleiterlasers (16) im
Speichermedium (10), P2 der Schnittpunkt der reflektierenden Oberfläche der Reflexionseinheit (15) mit der durch den Laserstrahl des Halbleiterlasers (16) definierten optischen Achse (z), n(z) die Brechzahl des Mediums zwischen den Punkten P1 und P2 entlang der optischen Achse (z), Δz die optische Weglängendifferenz zwischen den mindestens zwei Teilstrahlen, a eine natürliche Zahl größer oder gleich 1 und Δs ein Abstand zwischen benachbarten Kohärenzzentren des vom Halbleiterlaser (16) erzeugten Laserstrahls ist.
36. Verfahren nach einem der Ansprüche 34 und 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionseinheit (15) derart angeordnet ist, dass a zwischen 1 und 10 ist.
37. Verfahren nach einem der Ansprüche 34 und 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionseinheit (15) derart angeordnet ist, dass a zwischen 1 und 5 ist.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007063491A1 (de) 2007-11-14 2009-05-28 Technische Universität Berlin Verfahren zur Detektion/zur Erzeugung einer Vielzahl von Hologrammen in einem Speichermedium, Vorrichtung zum Detektieren und System zum Erzeugen einer Vielzahl von Hologrammen in einem Speichermedium
DE102007063494A1 (de) * 2007-11-14 2009-05-28 Technische Universität Berlin Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Hologrammen
US8050166B1 (en) * 2010-05-07 2011-11-01 General Electric Company System and method for improved data storage
JP5967621B2 (ja) * 2013-11-13 2016-08-10 株式会社ソニー・インタラクティブエンタテインメント 光ディスク装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5659536A (en) * 1990-05-02 1997-08-19 Thomson-Csf Optical storage method and device for storing and reading digital information
DE10134769A1 (de) * 2000-07-13 2002-04-11 Hans Joachim Eichler Mikroholographische Datenspeicher mit dreidimensionalen Streifengittern
EP1475678A1 (de) * 2002-02-13 2004-11-10 Japan Science and Technology Agency Verfahren zur erstellung eines hologramms durch einen pico-sekundenlaser
WO2006101873A2 (en) * 2005-03-16 2006-09-28 Ge Licensing, Inc. Data storage devices and methods

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19534501C2 (de) * 1995-09-05 2000-03-02 Hans Joachim Eichler Optischer Datenspeicher hoher Dichte durch holographisches Multiplexing von Reflexionshologrammen in einer Schicht
HU9801029D0 (en) * 1998-05-05 1998-06-29 Optilink Ab Method and system for recording information on a holographic card
CA2363279C (en) * 2001-11-16 2012-11-06 Utar Scientific Inc. Waveguide multilayer holographic data storage
WO2005078533A1 (en) * 2004-02-10 2005-08-25 Zebra Imaging, Inc. Deposition of photosensitive media for digital hologram recording

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5659536A (en) * 1990-05-02 1997-08-19 Thomson-Csf Optical storage method and device for storing and reading digital information
DE10134769A1 (de) * 2000-07-13 2002-04-11 Hans Joachim Eichler Mikroholographische Datenspeicher mit dreidimensionalen Streifengittern
EP1475678A1 (de) * 2002-02-13 2004-11-10 Japan Science and Technology Agency Verfahren zur erstellung eines hologramms durch einen pico-sekundenlaser
WO2006101873A2 (en) * 2005-03-16 2006-09-28 Ge Licensing, Inc. Data storage devices and methods

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DUBOIS M ET AL: "Microholograms Recorded in a Thermoplastic Medium for Three-Dimensional Data Storage", JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, JAPAN SOCIETY OF APPLIED PHYSICS, TOKYO, JP, vol. 45, no. 2B, 1 January 2006 (2006-01-01), pages 1239 - 1245, XP007904727, ISSN: 0021-4922 *
EICHLER H J ET AL: "High-Density Disk Storage by Multiplexed Microholograms", IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, IEEE SERVICE CENTER, PISCATAWAY, NJ, US, vol. 4, no. 5, 1 October 1998 (1998-10-01), XP011062439, ISSN: 1077-260X *
S. MARTELLUCCI, A. N . CHESTER (EDS.): "Diffractive Optics and Optical Microsystems Proceedings of the 20th Course of the International School of Quantum Electronics held in Erice, Italy, November 14-24, 1996", 1997, SPRINGER VERLAG, XP002484513 *

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