CN101203911A

CN101203911A - 反射型全息数据存储载体

Info

Publication number: CN101203911A
Application number: CNA2006800225973A
Authority: CN
Inventors: G·特胡夫特; M·L·M·巴里斯特雷里; R·A·M·希克梅特
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2005-06-24
Filing date: 2006-06-12
Publication date: 2008-06-18
Also published as: TW200735085A; ATE419617T1; DE602006004590D1; JP2008544323A; EP1897088B1; KR20080033284A; WO2006136968A1; EP1897088A1

Abstract

本发明涉及一种反射型全息数据存储载体(10)。该全息数据存储载体(10)包括一个光敏层(13)，一个反射层(11)和位于所述光敏层和所述反射层之间的四分之一波片层(12)。所述四分之一波片层由双轴材料制成，其中折射率n_x，n_y和n_z满足：n_x＞n_z＞n_y且n_z＝n_y+N_z(n_x－n_y)，其中z是垂直于所述各个层的方向，且N_z的范围在0.36到0.65之间。

Description

反射型全息数据存储载体

技术领域

本发明涉及一种反射型全息数据存储载体。

背景技术

美国专利2003/0039001和2004/0165518公开了一种使用反射型全息数据存储载体的全息数据存储设备。

图1示出了该全息数据存储设备的示意性实施例。

使用50/50分光器p将偏振激光束N_p分离成参考光束R_p和信号光束S_p。可以使用像素化的空间光束调制器SLM调制信号分支的幅度来存储信息。使用半波片在参考分支中将p偏振光转换成s偏振光。参考光束(0.5R_s)和信号光束(0.5S_p)通过偏振分光器PBS投射到记录介质上。

全息数据存储载体，在正传播方向z上，包含全息数据存储(HDS)介质，该介质由光敏层、四分之一波片层、以及反射层或镜面制成。s偏振参考光束0.5R_s和p偏振信号光束0.5S_p都聚焦在反射层上，当光束穿过四分之一波片两次之后，分别作为p偏振参考光束0.5R_p和s偏振信号光束0.5S_s被反射。正向的s偏振参考光束0.5R_s和反向的s偏振信号光束0.5S_s互相干涉，产生了记录在HDS介质内的第一全息图案。反向的p偏振参考光束0.5R_p和正向的p偏振信号光束0.5S_p互相干涉，产生了第二个相同的全息图案。

正向的s偏振参考光束0.5R_s和反向的p偏振参考光束0.5R_p没有产生干涉。同样，正向的p偏振信号光束0.5S_p和反向的s偏振信号光束0.5S_s没有产生干涉。

然而，当采用传统的单轴四分之一波片来实施时，反射型全息数据存储载体只对于具有小数值孔径(NA)的光学***才有效，一般来说NA≤0.4，但是对于具有0.4＜NA≤1的大数值孔径的光学***无效。这是由于P转换成S以及S转换成P的转换率很依赖于单轴四分之一波片的角度。实际上，对于NA＝0.4(角度为24°)，98％的P偏振光被转换成S偏振光，而2％保持为P偏振光。但是对于NA＝0.75(角度为49°)，只有50％的P偏振光被转换成S偏振光，而50％保持为P偏振光。

发明内容

因此本发明的一个目标是提供一种反射型全息数据存储载体，该载体相对于现有载体能够提供对于角度变化不太敏感的偏振转换。

为此，本发明提供了一种反射型全息数据存储载体，该载体包含光敏层，反射层和位于所述光敏层和所述反射层之间的四分之一波片层，所述四分之一波片层由双轴材料制成，其中折射率n_x，n_y和n_z满足：

n_x＞n_z＞n_y且n_z＝n_y+N_z(n_x-n_y)

其中z是垂直于所述各个层的方向，并且N_z的范围在0.35和0.65之间。

实际上，稍后将会示出，在被用作四分之一波片并且满足上述条件的双轴波片上显示出一个滞后差，该滞后差依照中心光线投射方向z与入射光线之间角度的函数缓慢变化。

本发明的这些以及其他方面根据下文所述的实施例将更加清楚。

附图说明

下面通过实例并结合附图来具体地描述本发明，其中：

图1示出了现有技术中反射型全息数据存储设备的实施例。

图2示出了本发明的反射型全息数据存储载体的透视图。

图3示出了滞后差Δφ作为入射角θ和参数N_z的函数的变化曲线图。

图4示出了对于边界转换效率为90％时，数值孔径NA作为参数N_z的函数的曲线图。

具体实施方式

图2示出了集成在全息数据存储设备内的反射型全息数据存储载体10。

所述载体10包含三个层。

第一层11是一个反射层，其被设计成使正向入射光束反向反射，以与具有相同偏振的入射光产生干涉，如图1所示。

第二层12是位于所述反射层11上的四分之一波片层。由于反射层11上的反射，所述四分之一波片层12被入射光透过两次，因此相当于一个半波片，从而将P转换成S偏振光，反之亦然，并且使偏振光互相干涉。

第三层13是位于所述四分之波片层12上的光敏层，构成了HDS介质。如图1所示，参考和信号光束干涉产生全息图案，从而将信息存储在所述光敏层13内。

四分之一波片层12由双轴材料制成，其主方向如图2的x，y和z所示。z垂直于所述各个层，表示入射光的中心光线的传播方向。

双轴材料的折射率的三个正交特征值n_x，n_y和n_z与四分之一波片层12的三个主方向x，y和z一致。

选择四分之一波片层12的取向，以使得：

n_x＞n_z＞n_y

此外，三个折射率之间的关系由下列公式限定：

n_x＝n_y+Δn且n_z(N_z)＝n_y+N_z(n_x-n_y)＝n_y+N_z.Δn

其中N_z范围在0到1之间。

波片12的厚度t如下：

Δφ＝2π.An.t/λ＝π/2

入射光束的中心光线沿着z轴传播，并且沿着x和y轴的两个正交偏振经历一个精确等于Δφ＝π/2的滞后差。这意味着对于该中心光线，p或s偏振转换成s或p偏振光的转换效率是100％。这对于入射角θ较小的沿着u轴的光线也是基本正确的，xz平面内的u轴如图2所示。其结果是具有小数值孔径的入射光束，例如NA≤0.4，会被认为是具有一个至少等于90％的平均偏振转换效率，达到本发明的满意效果。

但是，如果光束的数值孔径NA超过0.4，入射角θ变得太大，使得双轴层12对于沿着u轴的光线起到四分之一波片层的作用。换句话说，该光线的两个偏振之间的滞后差Δφ远远偏离π/2，因此偏振转换效率低于90％。

对于沿着u轴的光线，一种偏振特征模式具有折射率为n_y的y偏振光，而xz平面内的其他偏振光具有如下的有效折射率n(θ，N_z)：

n (θ, N_{z}) = n_{x} \cdot n_{z} (N_{Z}) / {(n_{z}^{2} (N_{Z}) \cdot \cos^{2} (θ) + n_{x}^{2} \cdot \sin^{2} (θ))}^{1 / 2}

导致：

Δφ(θ，N_z)＝π.(n(θ，N_z)-n_y)/(2.Δn.cos(θ))

图3示出了Δφ(θ，N_z)作为θ的函数，对于三个N_z数值时的变化：0(实线)，1/2(点划线)和1(虚线)。

可以看出，对于N_z＝0，材料是单轴(n_z＝n_y)，随着θ增加时，滞后差迅速减小。对于N_z＝1，材料也是单轴(n_z＝n_x)，随着θ的增加，滞后差迅速增大。但是，对于N_z＝1/2，材料是双轴的，n_z＝(n_x+n_y)/2，滞后差对于入射角不太敏感，基本保持等于π/2。其结果是，当选择双轴材料使得N_z大约为1/2时，双轴层12对于大范围入射角，即大范围的数值孔径NA起到四分之一波片的作用，因此提供了很高的偏振转换效率。

图4示出了对于边界转换效率为90％时，数值孔径NA作为参数N_z的函数的曲线图。可以理解，从透镜边缘发出的光线相对于z轴具有最大的入射角θ，因此具有最小的转换效率，如图3所示。同时，这些光线是确定聚光点尺寸的光线，因此是最重要的部分。因而，这些光线的转换效率应该很大，至少为90％。

从图4可以推导出，为了保证数值孔径NA为0.85的透镜透射出的所有光线的转换效率都高于90％，应当限制沿着z轴的折射率n_z，使得参数N_z满足条件：0.35＜N_z＜0.65。

本发明推荐的双轴四分之一波片是可以从市场上买到的日东电工株式会社(Nitto Denko)的产品。这些双轴四分之一波片例如采用双轴拉伸聚合物。

Claims

1.一种反射型全息数据存储载体(10)，包括光敏层(13)、反射层(11)和位于所述光敏层和所述反射层之间的四分之一波片层(12)，所述四分之一波片层由双轴材料制成，其中折射率n_x，n_y和n_z满足：

n_x＞n_z＞n_y且n_z＝n_y+N_z(n_x-n_y)

其中z是垂直于所述各个层的方向，且N_z的范围在0.36到0.65之间。