CN101681634A - 全息记录/再现设备 - Google Patents

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CN101681634A CN200880019962A CN200880019962A CN101681634A CN 101681634 A CN101681634 A CN 101681634A CN 200880019962 A CN200880019962 A CN 200880019962A CN 200880019962 A CN200880019962 A CN 200880019962A CN 101681634 A CN101681634 A CN 101681634A
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郑泽成
郑文一
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Abstract

一种容易地控制参考光束的入射角并对全息记录介质的倾斜较不敏感的全息记录/再现设备，该全息记录/再现设备包括：光源，发射光；光学***，用于将发射的光分割为参考光束和信号光束，并将参考光束和信号光束提供到全息记录介质，其中，所述光学***提供信号光束，使得信号光束入射在全息记录介质的上表面上，提供参考光束，使得通过由全息记录介质与全息记录介质的外部之间的折射率差异引起的反射沿着全息记录介质内部引导参考光束。

Description

全息记录/再现设备
技术领域
本发明的各方面涉及一种全息记录/再现设备，更具体地讲，涉及一种容易地控制参考光束的入射角并且对全息记录介质的倾斜较不敏感的全息记录/再现设备。
背景技术
在全息技术中，通过记录携带信号的信号光束与相对于信号光束具有不同角度的参考光束之间的干涉图样，以立体图像再现光学信号。因此，利用全息技术记录和再现数字数据的光学存储技术近来已引起很大关注。在全息信息记录和再现技术中，以页为单位执行记录和再现，其中，通过所述页，多个数字数据以二维图像的形状被同时记录/再现。因此，可实现超高速记录/再现***。另外，在全息光学存储技术中，可利用适当的复用技术分离和读取空间上重叠并存储的信息。因此，可在相同区域中以重叠的方式记录若干页的数据并再现所述数据。
图1A示意性地示出利用传统全息信息记录/再现设备记录数据的原理。参照图1A，分束器2将激光束1分为参考光束6和信号光束5。在信号光束5经透镜到达全息记录介质M之前，信号光束5穿过空间光调制器(SLM)4，其中，SLM 4将信号光束5调制为具有二维信号图案。可在信号光束5的光路上设置孔径A，以使得仅期望的信号光束能够到达全息记录介质M。同时，参考光束6被反射镜3反射，经另一透镜以预定角度入射在全息记录介质M上，并与信号光束5干涉。以这样的方式形成的干涉图样被记录在全息记录介质M上。
图1B示出利用传统全息信号记录/再现设备再现记录的数据的原理。参照图1B，当再现数据时，利用激光器8将参考光束照射到全息记录介质M上，其中，激光器8发射与数据记录期间所使用的参考光束6(图1A中所示)波长相同的光束。该参考光束应该以与数据被记录时的参考光束6相同的入射角入射在全息记录介质M上。然后，当参考光束从全息记录介质M衍射时，产生具有二维信号图案的信号光束，该二维信号图案包含原始数据。该信号光束被透镜9会聚，并被二维光电检测器10(如电荷耦合器件(CCD))检测。在这种情况下，在信号光束的光路上设置孔径A，以使得仅期望的信号光束被光电检测器10检测，而其它信号光束被阻挡。
各种复用方法可用于高密度全息记录。例如，角度复用方法被频繁使用。图2是解释角度复用方法的示图。参照图2，第一参考光束6a以第一入射角θ1连同具有预定信息的第一信号光束5一起入射在信息记录介质M上。所述预定数据以全息图的形式被存储。然后，第二参考光束6b以第二入射角θ2连同具有其它数据的第二信号光束5’一起入射在全息记录介质M的相同位置，并且所述其它数据被存储。在数据再现期间，当参考光束以第一入射角θ1入射时，第一信号光束5的数据被再现。当参考光束以第二入射角θ2入射时，第二信号光束5’的数据被再现。
通常，参考光束6a和6b之间的入射角差异θ2-θ1与sin(θS+θR)的倒数成正比，以明确地分辨第一信号光束5的数据和第二信号光束5’的数据。在上面的式子中，θS是关于全息记录介质M上的法线测量的信号光束的入射角，θR是关于全息记录介质M的法线测量的参考光束的入射角。因此，当sin(θS+θR)越大(即，θS+θR接近于90度)时，即使参考光束以微小的角度改变，不同光束的数据仍可被精确地分辨。结果，许多页的数据可被记录在全息记录介质M的相同位置上。
同时，在角度复用方法中，当参考光束的入射角改变时，重要的是仅入射角改变，而参考光束入射在相同位置。为此，在图3A和图3B所示的传统方法中，两个电流反射镜(galvano mirror)10a和10b同时或者交替旋转，电流反射镜11在旋转的同时沿光轴移动。然而，在图3A和图3B所示的传统方法中，由于驱动单元被同时互锁，以便控制两个驱动单元，所以难以精确地控制参考光束的入射角。另外，在传统方法中，由于用于控制参考光束的入射角的结构较大，所以难以在小的光学***中应用全息记录/再现设备。
另外，上述传统全息记录/再现设备对全息记录介质M的倾斜非常敏感。具体地讲，传统全息记录/再现设备对在与参考光束的扫描方向垂直的方向上产生的倾斜敏感。因此，传统全息记录/再现设备需要另外的部件来补偿所述倾斜或者将所述倾斜保持在期望的范围内。这使全息记录/再现设备的结构变得复杂。
发明内容
技术问题
本发明的多个方面提供一种具有简单的结构并对全息记录介质的倾斜较不敏感的全息记录/再现设备。
本发明的多个方面还提供一种能够容易地控制参考光束的入射角的全息记录/再现设备。
技术方案
根据本发明的一方面，提供一种于全息记录介质一起使用的全息记录/再现设备，该全息记录/再现设备包括：光源，发射光；光学***，用于将发射的光分割为参考光束和信号光束，并将参考光束和信号光束提供到全息记录介质，其中，所述光学***提供信号光束，使得信号光束入射在全息记录介质的上表面上，提供参考光束，使得通过由全息记录介质与全息记录介质的外部之间的折射率差异引起的反射在全息记录介质内部引导参考光束。
根据本发明的另一方面，参考光束可入射在全息记录介质的侧面上，以在全息记录介质内部被引导。
根据本发明的另一方面，所述设备还可包括：反射镜，面向全息记录介质的所述侧面，反射参考光束以使得参考光束入射在全息记录介质的所述侧面上。
根据本发明的另一方面，所述反射镜可以是可旋转的，以改变参考光束的入射角。
根据本发明的另一方面，可在全息记录介质的侧面上形成倾斜表面，参考光束可入射在全息记录介质的上表面的边缘，然后被所述倾斜表面反射，以在全息记录介质内部被引导。
根据本发明的另一方面，所述设备还可包括：反射镜，面向全息记录介质的上表面的边缘，反射参考光束以使得参考光束入射在全息记录介质的所述倾斜表面上。
根据本发明的另一方面，所述光学***可包括：第一分束器，反射从光源发射的光中的第一光，透射从光源发射的光中的第二光；第二分束器，反射由第一分束器分割的第二光；空间光调制器(SLM)，将被第二分束器反射的第二光调制为具有二维信号图案的信号光束，并将该信号光束反射向第二分束器；物镜，将透射通过第二分束器的信号光束投射到全息记录介质上；光电检测器，检测从全息记录介质再现的信号光束。
根据本发明的另一方面，提供一种在全息记录/再现设备中使用的全息记录介质，其中，在全息记录介质的侧面上形成倾斜表面。
根据本发明的另一方面，可在全息记录介质的所述倾斜表面的表面上形成反射涂层。
根据本发明的另一方面，提供一种将光束投射到全息记录介质上，以将数据记录在全息记录介质上和/或从全息记录介质再现数据的方法，所述方法包括：提供信号光束，使得信号光束入射在全息记录介质的上表面上；提供参考光束，使得通过由全息记录介质与全息记录介质的外部之间的折射率差异引起的反射在全息记录介质内部引导参考光束。
根据本发明的另一方面，提供一种将数据记录到全息记录介质和/或从全息记录介质再现数据的全息记录/再现设备，该设备包括：光学***，提供信号光束，使得信号光束入射在全息记录介质的上表面上，提供参考光束，使得通过由全息记录介质与全息记录介质的外部之间的折射率差异引起的反射在全息记录介质内部引导参考光束，从而由于信号光束和参考光束在所述介质处的干涉而利用信号光束传递数据。
本发明另外的方面和/或优点将在下文中被部分地阐述，并且部分地将通过描述而明显，或者可通过本发明的实践而了解。
附图说明
图1A和图1B是示出利用传统全息信息记录/再现设备的全息技术记录/再现数据的原理的示图；
图2是解释角度复用方法的示图；
图3A和图3B是示出在角度复用方法中控制参考光束的入射角的结构的示图；
图4是示出根据本发明实施例的全息记录/再现设备的结构的示意图；
图5是示出通过用于控制参考光束的角度的反射镜来将参考光束照射到全息记录介质上的结构的示图；
图6是解释根据本发明另一实施例的照射参考光束R的方法的示图。
具体实施方式
现在将详细说明本发明的实施例，其例子示出于附图中，在附图中，相同的标号始终表示相同的部件。以下将参照附图描述实施例以解释本发明。
图4是示出根据本发明实施例的全息记录/再现设备20的结构的示意图。参照图4，全息记录/再现设备20包括光源21、第一分束器22、信号光束提供单元、光电检测器26和反射镜27。光源21发射光，第一分束器22将发射的光分割为参考光束R和另一光束。信号光束提供单元将所述另一光束调制为具有二维信号图案的信号光束S，并将调制的信号光束S提供给全息记录介质M。光电检测器26检测从全息记录介质M再现的信号光束S，反射镜27将参考光束R提供给全息记录介质M。另外，所示出的信号光束提供单元包括第二分束器23、空间光调制器(SLM)24和物镜25。第二分束器23将从第一分束器22透射的所述另一光束向着SLM 24反射。SLM 24将来自第二分束器23的所述另一光束调制为具有二维信号图案的信号光束S，并将信号光束S向着第二分束器23反射回来。物镜25将信号光束S投射到全息记录介质M上。另外，在信号光束S的光路上还设置有限制信号光束S的大小的孔径A。然而，应该理解的是，根据其它方面，全息记录/再现设备20中不包括孔径A。另外，应该理解的是，尽管没有示出，但是设备20可包括其它部件，如控制记录和/或再现的控制器、使介质和/或反射镜27旋转的电机、以及对将记录到全息记录介质M或将从全息记录介质M再现的数据进行编码/解码的编码器/解码器。
参照图4所示的全息记录/再现设备20的数据记录操作，从光源21发射的光的一部分透射通过第一分束器22，从而用作信号光束S，被第一分束器22反射的另一部分光被用作参考光束R。透射通过第一分束器22的光被第二分束器23反射，从而入射到SLM 24上。SLM 24将入射到其上的光调制为具有二维信号图案的信号光束S，然后将信号光束S向着第二分束器23反射回。调制的信号光束S透射通过第二分束器23和物镜25，到达全息记录介质M。第二分束器23可以是反射来自第一分束器22的光并透射来自SLM 24的光的偏振分束器。应该理解的是，用于提供信号光束S的第二分束器23、SLM 24和物镜25的结构和位置可根据设计而变化。例如，SLM 24可被设置在第二分束器23和物镜25之间。在这种情况下，SLM 24可以是透射型，而非反射型。因此，信号光束提供单元的具体结构可根据本发明各个方面而不同地改变，不限于所示的示例。
同时，被第一分束器22反射的光被反射镜27反射，从而作为参考光束R被提供给全息记录介质M。根据本发明的多个方面，与现有技术中一样，提供信号光束S，使得信号光束S入射在全息记录介质M的上表面上。然而，如图4所示，提供参考光束R，使得参考光束R被反射镜27反射，从而入射在全息记录介质M的侧面上。然后，如图5所示，通过由全息记录介质M与全息记录介质M的外部之间的折射率差异引起的全息记录介质M内部的全反射来引导参考光束R。然后，参考光束R与入射在全息记录介质M的上表面上的信号光束S干涉。因此，如图5所示，可仅通过使反射镜27旋转来容易地调节参考光束R的角度，以便进行角度复用。因此，在根据本发明多个方面的全息记录/再现设备20中，不需要如图3A和图3B中所示的调节参考光束R的角度的复杂方法。由于参考光束R在全息记录介质M中被全反射，所以当全息记录介质M的透明基底的折射率大约为1.5时，参考光束R的角度θ可被调节以在0°至45°范围内。然而，应该理解的是，也可使用其它范围，并且可使用具有其它折射率的其它材料。
如上所述，参考光束R和信号光束S可以彼此成大约90°的角度，以便精确地分辨利用角度复用方法记录在相同位置上的数据并再现所述数据。如图4所示，参考光束R和信号光束S沿彼此几乎垂直的方向传播。因此，根据本发明的多个方面，由于全息记录/再现设备20的选择性很好，所以与现有技术相比，可在全息记录介质M的相同位置处记录更多页。
另外，当扫描参考光束R以进行角度复用时，关于全息记录介质M的倾斜的容限(tolerance)与cos θR的倒数成正比，其中，所述倾斜发生在与参考光束R的扫描方向垂直的方向上，θR是关于全息记录介质M的法线测量的入射角。因此，由于cosθR的较大值导致较小的容限，所以记录/再现设备受到所述倾斜的影响。另外，由于cosθR的较小值导致较大的容限，所以记录/再现受所述倾斜的影响很小。如图4所示，由于θR约为90度，所以全息记录/再现设备20对倾斜较不敏感。结果，由于不需要用于防止或补偿所述倾斜的另外的复杂方法或装置，所以全息记录/再现设备20的结构简单。
当全息记录/再现设备20再现数据时，参考光束R也通过全息记录介质M的侧面入射。然后，在参考光束R在全息记录介质M内部被全反射的同时，记录在参考光束R的传播路径上的数据被再现为具有二维信号图案的信号光束S。由于仅再现的信号光束S中的期望的信号光束S穿过孔径A，所以所述期望的信号光束S被提供给第二分束器23。透射通过孔径A的信号光束S被第二分束器23反射，然后被光电检测器26(例如，电荷耦合器件(CCD))检测。因此，存储在全息记录介质M中的信号图案被读取。
图6是示出根据本发明另一实施例的提供参考光束R的方法的示图。参照图6，反射参考光束R的反射镜27被设置为面向全息记录介质M的上表面的边缘。此外，在全息记录介质M的侧面上形成倾斜表面28。因此，如图6所示，被反射镜27反射的参考光束R入射在全息记录介质M的上表面的边缘上，而被倾斜表面28反射，然后通过全反射被提供到全息记录介质M的内部。即使在这种情况下，也可通过使反射镜27旋转来调节参考光束R的入射角。另外，可在倾斜表面28的表面上形成反射涂层，以便提高参考光束R关于倾斜表面28的反射率。
根据本发明多个方面的全息记录/再现设备20对全息记录介质M的倾斜较不敏感。因此，在根据本发明多个方面的全息记录/再现设备20中，不需要用于补偿所述倾斜或将所述倾斜保持在预定范围内的另外的部件。结果，全息记录/再现设备20的整个结构非常简单。
另外，根据本发明多个方面的全息记录/再现设备可容易地控制参考光束R的入射角，因此可简单地实现光学***。
尽管已经显示和描述了本发明的若干实施例，但是本领域技术人员应该理解的是，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可对这些实施例进行改变，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (25)

1、一种将数据记录到全息记录介质和/或从全息记录介质再现数据的全息记录/再现设备，该设备包括：
光源，发射光；
光学***，用于将发射的光分割为参考光束和信号光束，并将参考光束和信号光束提供到全息记录介质以形成干涉图样，以关于全息存储介质传递数据，
其中，所述光学***提供信号光束，使得信号光束入射在全息记录介质的上表面上，提供参考光束，使得通过由全息记录介质与全息记录介质的外部之间的折射率差异引起的反射在全息记录介质内部引导参考光束。
2、如权利要求1所述的设备，其中，所述光学***提供参考光束，使得参考光束入射在全息记录介质的侧面上，以便在全息记录介质内部引导参考光束。
3、如权利要求2所述的设备，所述设备还包括：
反射镜，面向全息记录介质的所述侧面，反射来自所述光学***的参考光束以使得所述参考光束入射在全息记录介质的所述侧面上。
4、如权利要求3所述的设备，其中，所述反射镜是可旋转的，以改变参考光束的入射角。
5、如权利要求1所述的设备，其中：
全息记录介质包括侧面，所述侧面具有形成在其上的倾斜表面；
所述光学***提供参考光束，使得参考光束入射在全息记录介质的上表面的边缘，从而参考光束被所述倾斜表面反射，以在全息记录介质内部被引导。
6、如权利要求5所述的设备，所述设备还包括：
反射镜，面向全息记录介质的上表面的边缘，反射来自所述光学***的参考光束以使得所述参考光束入射在全息记录介质的所述倾斜表面上。
7、如权利要求6所述的设备，其中，所述反射镜是可旋转的，以改变参考光束的入射角。
8、如权利要求1所述的设备，其中，所述光学***包括：
第一分束器，反射从光源发射的光中的第一光，透射从光源发射的光中的第二光；
空间光调制器(SLM)，将第二光调制为具有二维信号图案的信号光束；
物镜，将信号光束投射到全息记录介质上。
9、如权利要求8所述的设备，其中，所述光学***还包括：
第二分束器，将由第一分束器分割的第二光反射向SLM。
10、如权利要求9所述的设备，其中：
所述SLM将信号光束反射向第二分束器；
第二分束器将信号光束透射向物镜。
11、如权利要求1所述的设备，其中，所述光学***还包括：
光电检测器，检测从全息记录介质再现的信号光束。
12、一种在全息记录/再现设备中使用的全息记录介质，其中，所述全息记录/再现设备提供信号光束，使得信号光束入射在全息记录介质的表面上，提供参考光束，使得在全息记录介质内部引导参考光束，其中，所述介质包括：
信号光束入射在其上的表面；
倾斜表面，形成在全息记录介质的侧面，以引导参考光束使得参考光束在所述介质内部由于所述介质与所述介质的外部之间的折射率差异而被反射。
13、如权利要求12所述的全息记录介质，其中，在所述倾斜表面的表面上形成反射涂层，以将参考光束反射到所述介质中。
14、一种将光束投射到全息记录介质上，以将数据记录在全息记录介质上和/或从全息记录介质再现数据的方法，所述方法包括：
提供信号光束，使得信号光束入射在全息记录介质的上表面上；
提供参考光束，使得通过由全息记录介质与全息记录介质的外部之间的折射率差异引起的反射在全息记录介质内部引导参考光束，从而与信号光束干涉，以利用信号光束关于所述介质传递数据。
15、如权利要求14所述的方法，其中，提供参考光束的步骤包括：提供参考光束，使得参考光束入射在全息记录介质的侧面上，以便在全息记录介质内部引导参考光束。
16、如权利要求15所述的方法，其中，提供参考光束，使得参考光束入射在侧面上的步骤包括：
用反射镜反射参考光束，使得所述参考光束入射在全息记录介质的所述侧面上，所述侧面基本垂直于所述上表面。
17、如权利要求16所述的方法，所述方法还包括：旋转所述反射镜，以改变参考光束在所述侧面上的入射角。
18、如权利要求14所述的方法，其中：
全息记录介质包括侧面，所述侧面具有倾斜表面；
提供参考光束的步骤包括：提供参考光束，使得参考光束通过全息记录介质的上表面入射在所述倾斜表面上，从而参考光束被所述倾斜表面反射，以在全息记录介质内部被引导。
19、如权利要求18所述的方法，其中，提供参考光束，使得参考光束入射在上表面的边缘的步骤包括：
用面向全息记录介质的上表面的所述边缘的反射镜反射参考光束，使得参考光束入射在全息记录介质的所述倾斜表面上。
20、如权利要求19所述的方法，所述方法还包括：旋转所述反射镜，以改变参考光束在所述倾斜表面上的入射角。
21、如权利要求14所述的方法，所述方法还包括：通过反射所述光的第一部分以形成参考光束，透射所述光的第二部分，并将透射的第二部分调制为具有二维信号图案的信号光束，来分割所述光。
22、一种将数据记录到全息记录介质和/或从全息记录介质再现数据的全息记录/再现设备，该设备包括：
光学***，提供信号光束，使得信号光束入射在全息记录介质的上表面上，提供参考光束，使得通过由全息记录介质与全息记录介质的外部之间的折射率差异引起的反射在全息记录介质内部引导参考光束，从而由于信号光束和参考光束在所述介质处的干涉而利用信号光束传递数据。
23、如权利要求22所述的设备，其中，所述光学***提供参考光束，使得参考光束入射在全息记录介质的侧面上，以便在全息记录介质内部引导参考光束。
24、如权利要求22所述的设备，其中：
全息记录介质包括侧面，所述侧面具有形成在其上的倾斜表面；
所述光学***提供参考光束，使得参考光束入射在全息记录介质的上表面的边缘，从而参考光束被所述倾斜表面反射，以在全息记录介质内部被引导。
25、如权利要求22所述的设备，所述设备还包括：
反射镜，是可旋转的，以改变参考光束在所述侧面上的入射角，以将来自所述光学***的参考光束反射到全息记录介质内部。
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