CN102394071A - 单目全息数据存储***结构 - Google Patents

Abstract

一种单目全息存储装置或***，用于提供全息存储介质中的数据页的紧凑记录和/或读取。还提供了使用单目全息存储装置或***执行这种数据存储和/或数据恢复的方法。另外提供了包括用于使用这种装置或***记录或读取被记录数据的全息存储介质的产品。

Description

单目全息数据存储***结构

相关申请的交叉引用

本申请引用以下同时待审美国专利申请。第一个申请是2006年11月1日提交的、标题为“MONOCULAR HOLOGRAPHIC DATASTORAGE SYSTEM ARCHITECTURE(单目全息数据存储***结构)”的美国临时申请第60/855,754号。第二个申请是2006年12月4日提交的、标题为“PHASE CONJUGATE READOUT GEOMETRIES FORHOLOGRAPHIC DATA STORAGE(用于全息数据存储的相位共轭读出几何结构)”的美国临时申请第60/872,472号。据此，通过引用结合上述申请的全部公开和内容。

联合研究协议声明

遵照37C.F.R.§1.71(g)(1)，在此做出如下公开，依据在本发明日期或之前生效的、在35U.S.C.103(c)(3)中所定义的联合研究协议，并且作为由Hitachi Co.，Ltd.和InPhase Technologies，Inc.或代表其在联合研究协议的范围内从事的活动的结果，做出在此说明并主张的本发明。

技术领域

本发明涉及用于记录(存储)和/或读取(恢复)全息数据的全息数据存储装置、***、产品和方法。

背景技术

在全息数据存储中，存在许多用于将复用的数据页记录在全息存储介质中的相同位置的方法。将许多信息页复用到相同位置给与全息数据存储如此巨大的可能的实际位密度(1.6Tb/in²以上)。复用几何结构的选择相当复杂，并且具有许多需要考虑的因素：尺寸、成本、复杂性、对于诸如温度的外部环境的鲁棒性等。

对于消费品而言，尺寸可能是生产廉价***的非常重要的因素。减少全息***中透镜元件的数目对于减小尺寸也可能是重要的。另外，较小的空间光调制器和照相机对于尺寸减小可能是重要的。用于读写全息存储介质的透镜的尺寸在确定***的总体高度/尺寸方面也可能是重要的。

发明内容

根据本发明的一个宽泛的方面，提供了一种全息数据存储装置或***，其使用了数据光束和参考光束在进入全息存储介质之前所通过的、可组合角度和多源复用(polytopic multiplexing)的单物镜(单目结构)，并且使用多重全息图的相位共轭重建和读出。这些装置或***中的单目结构提供了全息存储介质中更为紧凑的数据页的记录和读取。而且，根据本发明的另一个宽泛的方面，提供了使用这样的装置或***进行数据存储和/或数据恢复的方法。另外，根据本发明的另一个宽泛的方面，提供了包括用于使用这样的装置或***记录或读取记录数据的全息存储介质的产品。

附图说明

以下将结合附图说明本发明，其中：

图1是显示出使用移动参考光束透镜产生角度复用光束的单目全息存储装置或***的数据存储的示意性视图；

图2是显示出图1的装置或***中的参考光束的抖动的示意性视图；

图3是可在图1的装置或***中使用的SLM的矩形横截面；

图4是在图1的装置或***中使用的替换SLM的圆形横截面；

图5是显示出使用移动物镜产生角度复用光束的单目全息存储装置和***中的数据存储的示意性视图；

图6是显示出通过移动图5的装置或***中的物镜抖动参考光束的示意性视图；

图7是可在图5的装置和***中使用的SLM的圆形横截面视图；

图8是显示出具有参考光束与数据光束的最少重叠的全息存储装置或***的数据存储的示意图；

图9是显示出显示具有相同宽度的参考光束与数据光束之间的重叠的全息存储装置或***的数据存储的示意图；

图10是显示出显示其中参考光束宽于数据光束的参考光束与数据光束之间的重叠的全息存储装置或***的数据存储的示意图；

图11是显示出根据本发明的一个实施例的、显示较宽的参考光束与数据光束的内、外部分之间的重叠区域的全息存储装置或***的数据存储的示意图；

图12是其中物镜位于极限位置的数据光束和参考光束的角域表示；

图13是其中示出光栅矢量的数据光束和参考光束的角域表示；

图14是示出光栅矢量的数据光束和与图13中不同的参考光束角的角域表示；

图15是角锥棱镜对入射光束的作用的示意性视图；

图16是显示出根据本发明的一个实施例的使用处于相位共轭几何结构的图15的角锥棱镜的单目全息存储装置和***的数据恢复的示意图；

图17是显示出根据本发明的一个实施例的使用处于不同相位共轭几何结构的图15的角锥棱镜的单目全息存储装置和***的数据恢复的示意图；

图18是显示出根据本发明的一个实施例的使用处于相位共轭几何结构的角锥棱镜阵列的单目全息存储装置和***的数据恢复的示意图；

图19是显示出根据本发明的一个实施例的使用另一相位共轭几何结构的单目全息存储装置或***的数据恢复的示意图；

图20是在图19的装置或***中使用的空间光调制器(SLM)的俯视图；

图21是根据本发明的一个实施例的电光(EO)晶体装置或***的示意图；

图22是显示出根据本发明的一个实施例的使用图21的EO晶体装置或***的单目全息存储装置或***的数据恢复的示意图；

图23是根据本发明的一个实施例的衍射装置或***的示意图；

图24是显示出根据本发明的一个实施例的使用图23的衍射装置或***的单目全息存储装置或***的数据恢复的示意图；

图25是显示出根据本发明的一个实施例的单目全息存储装置或***的数据存储的示意图；

图26是图25的相同或相似的装置或***的、然而显示出数据恢复的示意图；

图27是显示出根据本发明的一个实施例的单目全息存储装置或***的数据存储的示意图；

图28是图27的相同或相似的装置或***的、然而显示出数据恢复的示意图；

图29是根据本发明的一个实施例的显示出数据存储和数据恢复两者的单目全息存储装置或***的示意图；

图30是示意性地显示出根据本发明的一个实施例的处于记录(写)配置的各种组件的、单目全息存储装置或***的一个实施例的结构图；

图31是图30的装置或***的、然而处于读(恢复)配置的结构图；

图32显示出对于图30的装置或***的、全息图的布拉格选择性与标准理论布拉格角度选择性相比较的扫描；

图33显示出通过移动图30的装置或***的参考光束透镜而复用的13个全息图的信噪比(SNR)和相对强度的曲线图；

图34显示出恢复的数据页的图像；并且

图35显示出图34的恢复的数据页的SNR图。

具体实施方式

在说明本发明之前定义一些术语是有利的。应该理解的是以下定义在整个本申请中使用。

定义

在术语的定义偏离该术语的常用含义的情况下，除特别指明以外，申请人意在使用以下提供的定义。

对于本发明，术语“相干光束”指包括具有特定(例如，恒定)相位关系的波的光束，例如激光束。相干光束也可指在光束方向的法线上的各点处的所有电磁波的相位相同的光。

对于本发明，术语“角锥棱镜”或“角形反射器”指具有三个相互垂直的反射面的部分立方体的形状的光学装置。这样的光学装置将任何入射角度的光束在例如图15中所示的角锥棱镜内部反射三次之后，沿与入射光束平行的方向进行反射。

对于本发明，术语“数据光束”指包含数据信号的光束。例如，数据光束可包括已由诸如空间光调制器(SLM)的调制器进行调制的光束，以及响应于入射在全息存储介质上的参考光束而生成的、包括数据的光束。数据光束的调制可以是振幅、相位或振幅和相位的某种组合。SLM可以是反射的或透射的。数据光束可被调制为双态或多态。

对于本发明，术语“数据调制光束”指已由诸如空间光调制器(SLM)的调制器进行调制的数据光束。数据光束的调制可以是振幅、相位或振幅和相位的某种组合。SLM可以是反射的或透射的。数据光束可被调制为双态或多态。

对于本发明，术语“数据调制器”指能够从信号光束将数据以一维或二维光学地表示的任何装置。

对于本发明，术语“数据页”或“页”指关于全息术所使用的数据页的常规含义。例如，数据页可以是将被记录或记录在全息存储介质中的数据的页面(即，数据的二维集合)、一幅或多幅图像等。

对于本发明，术语“探测器”指能够检测事物的任何类型的装置。例如，示例性的探测器可包括能够检测光的存在或强度的装置，例如，照相机或四元元件(quad cell)，互补金属氧化物半导体(CMOS)成像传感器或阵列，电荷耦合器件(CCD)阵列等。

对于本发明，术语“盘”指盘状全息存储介质。

对于本发明，术语“抖动”指前后移动例如透镜、镜、反射层等的物体。

对于本发明，术语“全息光栅”、“全息照相(holograph)”、或“全息图(hologram)”(此后共同地且可互换地称为“全息图”)被用于常规意义，指在信号光束和参考光束相互干涉时所形成的干涉图样。在以页方式记录数字数据的情况下，可使用例如空间光调制器等的数据调制器来编码信号光束。

对于本发明，术语“存储介质”指能够存储信息的任何组件、材料等，例如全息存储介质。

对于本发明，术语“全息存储介质”指具有能够记录和存储一个或多个全息图(例如以位方式、线性阵列方式或页方式)作为印刻在介质中的一个或多个变化折射率的图样的至少一个组件、材料、层等的介质。此处有用的全息介质的实例包括，但不限于在以下文献中说明的那些：2000年8月15日发布的美国专利第6,103,454号(Dhar等)；2002年11月19日发布的美国专利第6,482,551号(Dhar等)；2003年11月18日发布的美国专利第6,650,447号(Curtis等)，2004年6月1日发布的美国专利第6,743,552号(Setthachayanon等)；2004年7月20日的美国专利第6,765,061号(Dhar等)；2004年8月24日发布的美国专利第6,780,546号(Trentler等)；2003年11月6日公开的美国专利申请第2003/0206320号(Cole等)；和2004年2月12日公开的美国专利申请第2004/0027625号(Trentler等)，其全部内容和公开通过引用结合于此。本发明的全息存储介质可以是任何类型的全息存储介质，包括：透明的全息存储介质，包括多个诸如反射层的组件或层的全息存储介质，包括反射层和偏振层从而可由偏振控制反射的全息存储介质，包括可以透过、吸收、反射光束或对其透明等的可变光束透射层、用于反射光束的光栅层、基片、具有伺服标记的基片等的全息存储介质。

对于本发明，术语“上表面”指用作空气与全息存储介质之间的界面的全息存储介质的表面。

对于本发明，术语“全息记录”指在全息存储介质中记录全息图的行为。全息记录可提供位方式存储(即，记录数据的一个位)，可提供数据的1维线性阵列的存储(即，1×N阵列，其中N是线性数据位数)，或可提供数据页的2维存储。

对于本发明，术语“复用”指通过变化包括但不限于角度、波长、相位编码、移位、相关性、周围发生(peristrophic)等，包括例如角度-多源复用的参数组合的记录参数，在全息存储介质的相同卷或近乎相同卷中记录、存储多个全息图等。例如，角度复用涉及在相同卷中记录存储多个全息图的过程中，变化参考光束的平面波或近乎平面波的角度。被记录、存储等的复用全息图可通过使用用于记录、存储各全息图等的相同的记录参数而被读取、检索、重建、恢复等。

对于本发明，术语“光源”指具有单波长或多波长的电磁辐射源。光源可以来自激光器、一个或多个发光二极管(LED)等。

对于本发明，术语“模式”指由光源生成的光的波长。

对于本发明，术语“单模”指由光源生成的光的单一波长。例如，单模激光器产生单一的主波长。

对于本发明，术语“多模”指由光源生成的光的多个波长。例如，多模激光器产生具有显著能量的光的多个波长。

对于本发明，术语“光操纵子***”指能够使光指向特定方向的任何装置或装置的组合。示例性的光操纵子***可包括镜(例如，电流计镜(galvo mirror))、镜的组合、透镜、和/或其它装置等。

对于本发明，术语“部分反射面”指能够反射一部分光而使另一部分光通过表面的物体的任何表面。

对于本发明，术语“平面波”指其波前(恒定相位的表面)为基本上或近乎平行的恒定振幅的平面并与波的方向垂直，且存在于空间的局部区域中的恒定频率波。示例性的平面波可包括诸如与激光笔的激光束相关的准直光。

对于本发明，术语“处理器”指例如能够执行指令、实现逻辑、计算和存储值等的装置。示例性的处理器可包括专用集成电路(ASIC)、中央处理单元、诸如可从Intel和AMD市购的微处理器等。

对于本发明，术语“读取数据”指检索、恢复、或重建存储在全息存储介质中的全息数据。

对于本发明，术语“记录数据”指将全息数据存储或写入全息存储介质中。

对于本发明，术语“记录光”指用于将信息、数据等记录在全息存储介质中的光源。

对于本发明，术语“相位共轭”在涉及光束时指这样的光束，其为第二光束的精确或非常接近的复制，但精确或非常接近地沿第二光束的相反方向传播。

对于本发明，术语“相位共轭光学***”指使得全息存储装置或***的参考光束(在用于数据恢复时也称作“重建光束”)沿参考(重建)光束的路径在相反方向上向回反射(指引)的任何装置。相位共轭光学***的实例可包括角锥棱镜、角锥棱镜阵列、受控电光(EO)晶体、受控闪耀光栅、全息光栅、表面浮雕结构、和可变层与光栅(全息光栅或表面浮雕结构)的组合，例如如图28和29等中所示。

对于本发明，术语“恢复光束”指由相位共轭光学***提供的参考(重建)光束所生成的光束。参考(重建)光束的相位共轭将对重建沿原始数据光束的光学路径向回传播以便由探测器(例如，照相机)恢复为数据页的数据光束的相位共轭进行重建。恢复光束由从存储在全息存储介质中的数据页的全息图衍射的相位共轭参考(重建)光束形成。例如，利用角度复用全息图，对于给定的角度，一定的数据页将被布拉格匹配，并且相位共轭参考(重建)光束将会衍射并形成恢复光束。由于相位共轭参考(重建)光束在该正确角度和波长(布拉格条件)下使用，所以期望的数据页将被重建为传播回数据光束的起源处的相位共轭光束重建。相位共轭特性允许恢复光束消除可能在记录全息图的过程中引入的像差，并在探测器处形成更高质量的数据页。这发生在全息图和参考(重建)光束处于作为原始参考光束的相位共轭的容差和关于相似光学部件的相对位置的容差中的情况下。对于一些光学设计，这些容差可以是相位共轭参考(重建)平面波中的像差的多次波，并且在全息图和光学***的相对位置中为几十微米。参考(重建)光束也可布拉格匹配传统的全息图，但将传播出光学***(即，不返回探测器/SLM)。

对于本发明，术语“参考光束”指不由数据调制的光束。示例性的参考光束包括在将数据记录到或从全息存储介质中读取数据时使用的非数据承载激光束。在一些实施例中，参考光束可指用于记录全息图的原始参考光束，当用于从全息存储介质中恢复数据时的重建光束，或者原始参考(重建)光束的相位共轭。

对于本发明，术语“折射率分布”指记录在全息存储介质中的折射率图样的三维(X，Y，Z)映射。

对于本发明，术语材料的“动态范围”或“M#”指在材料(例如，记录材料层、全息存储介质等)中的给定位置可复用特定衍射效率下的多少张全息图的常规测量，并且与材料指标改变、材料厚度、光波长、光学几何结构等相关。

对于本发明，术语“空间光调制器(SLM)”指通过例如调制光束的空间强度和/或相位分布在光束上存储信息的装置。

对于本发明，术语“空间光强度”指在给定体积的空间中的光强分布或变化光强的图样。

对于本发明，术语“册”或“栈”指跨越特定角度范围的一组角度复用的全息图。册是可全部处于全息存储介质中的一个位置中或彼此轻微移位或从另一组全息图移位的一组角度复用的全息图。术语册既指传统册，也指复合册。

对于本发明，术语“短栈”指册的地址范围内的全息图的子群。例如，册可被认为是包含角度1-500的地址的集合。此角度范围可被进一步分为“短栈”，使得#1短栈包含角度1-100，#2短栈包含角度101-200等。

对于本发明，术语“复合册”指其中册的至少一些短栈不占用相同的空间位置的册。事实上，通过将短栈置于不同的空间位置来“抹掉”任何光学上引起的畸变可能是有用的。在复合册中，短栈的空间位置可部分彼此重叠，但空间上充分不同以减轻由于在相同位置的多重记录而引起的任何不理想的介质累积(buildup)。

对于本发明，术语“光束阻挡部(beam block)”指能够吸收例如入射光束的光的任何装置。

对于本发明，术语“波片”指可用于改变光的偏振的任何装置。波片有时也称作延迟器，并且这些术语在此可互换使用。示例性的波片包括可用于例如在光束中引起可导致将线性偏振光改变为圆形且反之亦然的1/4波长的相移的λ/4波片(QWP)。另外，例如，两次通过λ/4波片的光束可在光的线性偏振中经历90度旋转。

对于本发明，术语“装置”可指仪器、机构、设备、机械等。

对于本发明，术语“全息存储装置或***”指可记录(存储)全息数据、可读取(恢复)全息数据、或可记录(存储)并读取(恢复)全息数据的装置或***。

说明

在全息数据存储中，存在可用于在全息存储介质中的相同位置记录复用的数据页的许多方法。参见例如2004年4月13日发布的美国专利第6,721,076号(King等)(角度复用)，其全部公开和内容由此通过引用予以结合。在这些方法中，使用相位共轭几何结构用于读出数据的角度-多源复用可用于同时实现更高的容量和更快的传输速率。参见例如2006年8月15日发布的美国专利第7,092,133号(Anderson等)；Ken Anderson等，“High Speed Holographic Data Storage at 500Gb/in²，”SMPTE Motion Imaging Journal，May/June 2006pp 200-20，前述文献的全部内容和公开由此通过引用予以结合。在诸如角度-多源复用的许多复用技术中，可使用两个光束路径：物体(数据)光束路径和参考光束路径。但由于透镜缩小，这些光学部件的工作距离变得非常小，并且可能难于将这些光束中继到全息存储介质中。由于各种组件尽可能地接近全息存储介质，当透镜变得更小、焦距缩短等时，数据光束路径透镜和参考光束路径透镜两者可能竞争空间。

一种在全息存储结构中处理此工作距离问题的方法是对两个记录光束，即数据光束和参考光束使用单透镜。这允许单透镜与全息存储介质平行，从而显著改进了工作距离问题，由此允许透镜在尺寸上进一步缩小。已提出了许多用于通过将数据(物体)光束和参考光束的组合聚焦到全息存储介质上或其中的单透镜将数据(物体)光束和参考光束两者合并的全息存储结构。多数这些***使用相关复用(复合参考光束)或移位复用(球形参考光束)。参见例如2005年6月21日发布的美国专利第6,909,529号(Curtis)(相关复用)，Yukiko Nagasaka等，“Multiplexing Method with Non-Coaxial Spherical Waves forHolographic Data Storage”ISOM 2006，Th-I-28(移位复用)，和2006年2月7日发布的美国专利第6,995,882号(Horimai)(移位复用)。相关复用和移位复用在传输速率、散射、噪声和环境效应(诸如全息存储介质随温度的膨胀)方面可能存在一些缺点。这些方法中的一些还使用不为平面波和/或不适于角度复用的参考光束。

以前，单透镜全息术可能使用依赖于全息存储介质在页面之间移动的复用方法，但通常过慢而不能实现合理的传输速率。另外，数据光束可能使用的可实现的数值孔径(NA)是有限的，因此可实现的密度被限制于较低值。并且，尽管可由角度复用的全息图展示出温度补偿和互换性，然而很难实现并且仍未实现依赖于全息图到复用全息图之间的转变的复用方法。

由于这些原因，角度复用具有能够利用诸如机械旋转镜或移动透镜的快速机构实现快速的页面到页面的写和读的优点和益处。但之前使用两个光束通过一个物镜透射的角度复用的尝试没有使用高密度或快速传输速率可能需要的较大二维页面，其还需要高数值孔径(NA)的光学部件。因此，将角度和多源复用与单透镜设计结合，同时将多重全息图的相位共轭重建用于读出记录数据不是显而易见的。

本发明提供了用于增加密度的存储的角度复用、或组合的角度和多源复用的新颖的和非显而易见的方法，其提供了单透镜设计的优点和益处，同时仍保留了传统角度复用或角度-多源复用的优点和益处。本发明使用了可在使用更小的光学部件和更简单且更快速的机械机构的非常简单的结构中用于实现角度复用或角度-多源复用的技术来实现复用。此结构利用了更靠近全息存储介质的单物镜将数据光束和参考光束两者聚焦到全息存储介质中，例如，透镜的焦距在从大约1至大约7mm，例如从大约1至大约4mm的范围中，并且从透镜到全息存储介质的表面的工作距离在从大约500至大约3000微米的范围中。因此能够结合角度复用的益处与单透镜结构的简单性。这种具有用于数据恢复的相位共轭重建的结构技术此后被称为“单目结构”。通过使用相位共轭，可使用更高的数值透镜，因此可实现更高的存储密度。在单目结构中，参考光束与数据光束共享物镜(也可互换地称为“物镜(object lens)”或“存储透镜”)的一部分。通过物镜的聚焦参考光束的入射角与聚焦光束离物镜光轴的距离h相关。

在单目结构中，距离h可以若干不同方式改变，因此产生全息存储介质内的参考光束的角度变化。一种用于改变h的方法是使用在期望的角度改变的平面中的方向上前后抖动的参考光束透镜来产生h，例如，如以下更加详述的图1和2的装置或***中所示。这种抖动可由例如诸如DVD或CD物镜上的弯曲支架非常快速地完成。这在光轴保持固定的同时改变了焦点的位置。可改变此角度的第二种方法是通过使焦点固定同时抖动物镜的光轴来改变h(参见例如以下更为详述的图5和6)。因为抖动物镜也改变了数据光束的角度，所以其实现不是显而易见的。但从由于数据光束不断移动，上述情况减轻了数据光束的相关噪声建立的角度出发，发现上述情况不成问题并且实际上可提供某些优点和益处。也可使用电流计镜或微型机电***(MEMs)镜来改变入射到参考光束透镜的参考光束的角度。这将形成标准的双透镜四焦距(4F)中继***。

根据本发明的一个实施例，提供了一种全息存储装置或***，包括：

用于生成参考光束的参考光束源；

用于生成数据光束的数据光束源；

数据光束和参考光束在进入全息存储介质之前通过的物镜；和

用于移动物镜从而改变参考光束相对于全息存储介质的角度的物镜移动装置，其中参考光束和数据光束在通过物镜后干涉，以在全息存储介质中记录一个或多个数据页。

根据本发明的另一实施例，提供了一种全息存储装置或***，包括：

用于生成参考光束的参考光束源；

用于生成数据光束的数据光束源；

数据光束和参考光束在进入全息存储介质之前通过的物镜；

参考光束通过的参考光束透镜；和

用于移动参考光束透镜从而改变参考光束相对于全息存储介质的角度的参考光束透镜移动装置，其中参考光束和数据光束在通过物镜后干涉，以在全息存储介质中记录一个或多个数据页。

根据本发明的另一实施例，提供了一种包括以下步骤的方法：

(a)传输参考光束通过参考光束透镜；

(b)通过在参考光束和数据光束已通过相同的物镜之后干涉聚焦的参考光束和数据光束，在全息存储介质中记录一个或多个数据页；和

(c)相对于物镜移动参考光束透镜，从而改变参考光束在全息存储介质上的入射角。

根据本发明的另一实施例，提供了一种全息存储装置或***，包括：

位于全息存储介质的一侧的物镜；

位于全息存储介质的相反侧的反射装置；

相位共轭光学***；

重建光束在进入全息存储介质之前通过的物镜；和

用于生成重建光束的重建光束源，其中沿着通过物镜、通过全息存储介质、并且由反射装置向回指引通过全息存储介质到达相位共轭光学***的重建光束路径指引重建光束，其中相位共轭光学***从重建光束生成相位共轭光束，并且其中相位共轭光束被指引通过全息存储介质，以从存储在全息存储介质中的一个或多个数据页形成恢复光束。

根据本发明的另一实施例，提供了一种包括以下步骤的方法：

(a)沿着重建光束路径传输重建光束以生成相位共轭光束，其中重建光束路径：(i)在进入存储有一个或多个数据页的全息存储介质的第一侧之前通过物镜，(ii)通过全息存储介质，并且(iii)由面向全息存储介质的相反侧的反射装置向回指引通过全息存储介质，朝向位于与全息存储介质的第一侧相对(opposite)的相位共轭光学***；和

(b)控制相位共轭***指引相位共轭光束通过全息存储介质，从而恢复存储在全息存储介质中的一个或多个数据页中的所选择的数据页。

根据本发明的另一实施例，提供了一种全息存储装置或***，包括：

位于全息存储介质的记录材料层的一侧的物镜；

位于记录材料层的相反侧的相位共轭光学***；

重建光束在进入全息存储介质之前通过的物镜；和

用于生成重建光束的重建光束源，其中沿着通过物镜并通过记录材料层朝向相位共轭光学***的重建光束路径指引重建光束，其中相位共轭光学***从重建光束生成相位共轭光束，并且其中相位共轭光束被指引通过全息存储介质，以从存储在记录材料层中的一个或多个数据页形成恢复光束。

根据本发明的另一实施例，提供了一种包括以下步骤的方法：

(a)沿着重建光束路径传输重建光束，其中重建光束路径：(i)进入存储有一个或多个数据页的全息存储介质的记录材料层的第一侧，并且(ii)通过记录材料层朝向位于与记录材料层的第一侧相反(opposite)的相位共轭光学***；和

(b)控制相位共轭***生成并指引相位共轭光束朝向记录材料层，从而恢复存储在记录材料层中的一个或多个数据页中的所选择的数据页。

根据本发明的另一实施例，提供了一种包括全息存储介质的产品，包括：

用于记录一个或多个数据页的记录材料层；

在记录材料层下面的可变光束传输层，其用于当一个或多个数据页被记录在记录材料层中时吸收光线，并且当记录在记录材料层中的一个或多个数据页被从中恢复时允许光束通过；和

在可变层下面的反射层，用于反射由可变层传递的光束，从而产生相位共轭光束。

根据本发明的另一实施例，提供了一种包括全息存储介质的产品，包括：

用于记录一个或多个数据页的记录材料层；和

在记录材料层下面的可变光束反射层，其用于当一个或多个数据页被记录在记录材料层中时传递光束，并且当记录在记录材料层中的一个或多个数据页被从中恢复时反射光束，从而产生相位共轭光束。

例如，图1和2显示出根据本发明的一个实施例的单目全息存储装置或***102(显示出数据存储，但其也可用于数据恢复)。装置或***102包括参考光束104、由内像素波前106(此后称为内数据光束部分106)和外像素波前107(此后称为外数据光束部分107)表示的数据光束、物镜108(也可互换地称为“物镜(object lens)”或“存储透镜”)和全息存储介质110。在物镜108与全息存储介质110之间是空气隙114。参考光束透镜122将参考光束104聚焦在物镜108的后焦平面上。参考光束透镜122具有光轴124。参考光束透镜122在由双向箭头126显示的平行于全息存储介质110的上表面128的方向上移动。内数据光束部分106和外数据光束部分107由物镜108形成角度，以分别形成作为平面波被中继进入全息存储介质110并且在基本上菱形的区域136中重叠的成角度的内数据光束部分132和成角度的外数据光束部分134。全息存储***102还包括SLM 142、照相机144、偏振分束器(PBS)146、和PBS 146上的多源(polytopic)滤光膜148。SLM 142和PBS 146在图1中被显示为位于参考光束透镜122与物镜108之间。全息存储介质110包括下部基片152、记录材料154和上部基片156。物镜108去除SLM 142的数据光束部分106和107的傅立叶变换。尽管多源滤光膜148在图1中被显示为在PBS 146上，镀膜148也可在物镜108上或为其一部分，或者在照相机144和/或SLM 142上。对于镀膜148的适当的材料或者对于不使用标准中继透镜和孔径的多源滤光，也参见2007年4月2日提交的标题为“NON-FT PLANEPOLYTOPIC FILTERS”的美国临时申请第60/907,445号，其全部公开和内容由此通过引用予以结合。通过如箭头126所示移动参考光束透镜122，参考光束104被抖动以形成被抖动的(dithered)参考光束162，其在通过物镜108之后变为成角度的被抖动的参考光束164(由虚线所示)并且可用于复用数据的存储(和恢复)。成角度的被抖动光束164作为平面波被中继进入全息存储介质110，并且在(包括重叠区域136的)较大的区域166中与成角度的数据光束部分132和134重叠并干涉，以形成记录在全息存储介质110的记录材料154中的全息图(例如，数据页)。成角度的内数据光束部分132在全息存储介质110上具有入射角174。成角度的被抖动的参考光束164在全息存储介质110上具有入射角184。参考光束透镜122的光轴124与物镜108的光轴178具有距离188(即，距离188与上述距离h相对应)。箭头196显示出入射在PBS 146上并照亮整个SLM 142且生成包括106和107所表示的部分的数据光束的光束的方向。

图1和2中所显示的单目全息存储装置或***通过允许数据光束和参考光束共用相同的物镜而允许最小化全息光学头的尺寸。在图1和2的装置或***中，通过将参考光束聚焦在与SLM相同的平面上但在位置上与SLM像素略微偏移而生成参考光束。聚焦的参考光束由较大的物镜在全息存储介质处转变为平面波。通过使用与DVD透镜致动器(lens actuator)类似的机构一维地抖动物镜，焦点的位置变化转变为在全息存储介质处的角度改变。使用高数值孔径(NA)物镜(例如，具有4mm焦距的至少大约0.85的数值孔径)，在大约1mm范围中的透镜移位可产生参考光束的达大约25度的角度改变。通过使用非常高的数值孔径，数据光束所使用的数值孔径(角度)可保持非常高(即，许多像素)，这可能是达到更高密度和传输速率所需要的。全息存储介质中的参考光束的尺寸可由抖动透镜的数值孔径来确定，并可容易地进行更改以给出不同的光束尺寸。此技术的附加益处是通过进入或移出页面的微小透镜偏移可容易地生成布拉格简并(Bragg degenerate)校正。

此单目结构可显著简化全息存储装置或***的布局或配置，但可能需要物镜能够在物镜的外缘产生高质量平面波以获得良好的相位共轭。另外，在参考光束和数据光束之间可能不完全重叠，这可能引起全息图的信噪比(SNR)的某些衰降。参考光束的尺寸可能需要最优化，以获得最佳重叠和全息存储介质的最小浪费。该尺寸由参考光束在其焦点处(与参考光束透镜相关)的NA来确定。

图3显示出可在图1的装置或***中使用的SLM 302的矩形横截面。SLM 302包括吸收或非传输(例如，镜式)表面308，其具有供参考光束焦点通过的表面308中的通道304，且306指示用于显示数据的SLM 302的部分。图4显示出替换的SLM 402的圆形横截面，其中仅使用可适当通过物镜的部分(即，圆形视场)。SLM 402包括吸收或非传输(例如，镜式)表面408，其具有供参考光束焦点通过的表面408中的通道404，且406指示用于显示数据的SLM 402的部分。

第二种单目方法可通过使参考光束焦点位于相同位置并抖动物镜来实现，如图5和6中所示。这产生了与在例如图1和2的实施例中所示的先前结构相同的参考光束的角偏离。但在图5和6的实施例的情况下，数据光束角也作为物镜位置的函数而改变。总体效果是相同或相似的，因此使复用移动完全进入物镜。该移动将与CD或DVD物镜中所需的移动相同或相似。因为恢复的全息图可能在探测器上移位，所以可能需要清晰的过采样检测。

图5和6显示出根据本发明的一个实施例的单目全息存储装置或***502(显示出数据存储，但其也可用于数据恢复)。装置或***502包括参考光束504、由内像素波前506(此后称为内数据光束部分506)和外像素波前507(此后称为外数据光束部分507)表示的数据光束、物镜508和全息存储介质510。在物镜508与全息存储介质510之间是空气隙514。参考光束透镜522将参考光束504聚焦在物镜508的后焦平面上。参考光束透镜522具有光轴524。物镜508如双向箭头526所示在平行于全息存储介质510的上表面528的方向上移动。内数据光束部分506和外数据光束部分507由物镜508形成角度，以分别形成作为平面波被中继进入全息存储介质510并且在基本上菱形的区域536中重叠的成角度的内数据光束部分532和成角度的外数据光束部分534。全息存储***502还包括SLM 542、照相机544、偏振分束器(PBS)546、和PBS 546上的多源滤光膜548。SLM 542和PBS 546在图5中被显示为位于参考光束透镜522和物镜508之间。全息存储介质510包括下部基片552、记录材料554和上部基片556。物镜508去除SLM 542的数据光束部分506和507的傅立叶变换。尽管多源滤光膜548在图5中被显示为在PBS 546上，镀膜548也可在物镜508上或为其一部分，或者在照相机544和/或SLM 542上。对于镀膜548的适当的材料或者对于不使用标准中继透镜和孔径的多源滤光，也参见2007年4月2日提交的标题为“NON-FT PLANE POLYTOPICFILTERS”的美国临时申请第60/907,445号，其全部公开和内容由此通过引用予以结合。通过如箭头526所示移动物镜508，参考光束504被抖动以形成被抖动的参考光束562，其在通过物镜508之后变为成角度的被抖动的参考光束564(由虚线所示)并且用于复用数据的存储(和恢复)。成角度的被抖动的参考光束564作为平面波被中继进入全息存储介质510，并且在(包括重叠区域536的)较大的区域566中与成角度的数据光束部分532和534重叠并干涉。成角度的被抖动的参考光束564在全息存储介质510上具有入射角574。参考光束透镜522的光轴524与物镜508的光轴578具有距离588(即，距离588与上述距离h相对应)。箭头596显示出入射在PBS 546上并照亮整个SLM 542且生成包括506和507所表示的部分的数据光束的光束的方向。

尽管图5和6中所示的实施例进一步简化了全息装置或***的布局或配置，其也略微增加了物镜的复杂性。在此情况下，可能需要将物镜设计成使得在物镜中有最小量的位置敏感性，使得重建图像(数据)不会因通过透镜的不同于其被记录的部分传播而变得有像差。此影响仅为次要影响，因为在很大程度上，将仅存在由收缩或热膨胀引起的参考光束与数据光束之间的任何偏移所引起的必要的最小移位。

图7是可在图5的装置或***中使用的SLM 702的圆形横截面，其中仅使用可适当通过物镜的部分(即，圆形视场)。SLM 702包括吸收或非传输(例如，镜式)表面708，其具有供参考光束焦点通过的表面708中的通道704，706指示用于显示数据的SLM 702的部分。

数据光束与参考光束之间的重叠对于全息数据存储***的性能可能是重要的。不适当的重叠可能导致衍射效率的损失和布拉格选择性的加宽，由此导致密度/容量上的损失。图8显示出当数据光束(外部像素)和参考光束尺寸相等时的这种光束重叠。图8显示出包括参考光束804、数据光束806(表示为SLM 842上的最外部像素波前)、物镜808和全息存储介质810的单目全息存储***802(显示出数据存储)的一部分。在物镜808与全息存储介质810之间是空气隙814。参考光束804和数据光束806作为平面波830和832被中继进入全息存储介质810，并且在区域834中重叠并干涉以形成记录在全息存储介质810的记录材料854中的全息图(例如，数据页)。全息存储***802还包括SLM 842和偏振分束器(PBS)846。全息存储介质810包括下部基片852、记录材料854和上部基片856。物镜808具有光轴878。物镜808去除SLM 842的数据光束806的傅立叶变换。多源(polytopic)滤光片可以在物镜808中，在照相机844和/或SLM 842上，或者在PBS846上。

在图8中，参考光束可能过小而不能完全重叠构成数据光束的最远的像素。该像素被使用是因为其代表数据光束像素与参考光束之间最坏情况的重叠。更靠近参考光束的数据光束像素将具有更好的重叠。可通过使参考光束更宽来实现更好的光束重叠，但是这可能影响诸如SLM尺寸、参考光束位置、透镜性能等的许多***参数。为了最优化参考光束尺寸并改善产生的效果，最容易的方式是从完全光束重叠开始并由此向回努力。

例如，图9示意地显示出具有类似于图8的较小的数据与参考光束重叠的全息存储装置或***的数据存储。图9显示出参考光束904、数据光束906和全息存储介质910。参考光束904和数据光束906被显示为具有相同的直径。全息存储介质910包括下部基片922、记录材料924、上部基片926和上表面928。参考光束904和数据光束906在记录材料924中的记录区域932中相互重叠并干涉。参考光束904具有光轴934，且数据光束906具有光轴936。

相对照地，图10显示出具有更宽(更阔)的参考光束的更大的光束重叠的全息存储装置或***的数据存储。图10显示出参考光束1004、数据光束1006和全息存储介质1010。参考光束1004具有比数据光束1006更大的直径。(影响参考光束1004的直径的因素可包括参考透镜的数值孔径、物镜的焦距或参考光束路径中的光束发散度等。)全息存储介质1010包括下部基片1022、记录材料1024、上部基片1026和上表面1028。参考光束1004和数据光束1006在记录材料1024中的重叠记录区域1032中相互重叠并干涉。参考光束1004具有光轴1034，且数据光束1006具有光轴1036。

在图9和10中，D是在全息记录介质的上表面处参考光束的光轴与数据光束的光轴之间的距离，R是在记录材料的上表面处平行的平面中从参考光束的光轴到参考光束的边缘的距离，并且α是从记录材料的顶部到参考光束的光轴与数据光束的光轴相交的平面之间的距离。通过比较图10与图9可以看出，因为参考光束1004比参考光束904更宽，所以重叠记录区域1032比重叠记录区域932更大。而且，在图10中可以看出，参考光束1004和数据光束1006分别在下部基片1022和上部基片1026中的非记录重叠区域1042和1044中附加地重叠。

一旦所需的参考光束的半径已知，则确定此较大的尺寸如何影响SLM的尺寸和参考光束关于SLM的位置是重要的。主要影响来自于以下事实，即，由于为使参考光束成为平面波，焦点位置总在SLM平面上，所以在确定参考光束的角度带宽(其扩展多快)时可能需要考虑参考光束的尺寸。该影响可在图11中示出。

图11显示出根据本发明的一个实施例的单目全息存储装置或***1102的数据存储。装置或***1102包括由内像素波前1104(此后称为内数据光束部分1104)和外像素波前1106(此后称为外数据光束部分1106)表示的数据光束、物镜1108、全息存储介质1110和宽参考光束1112。在物镜1108与全息存储介质1110之间是空气隙1114。全息存储介质包括上表面1128。内数据光束部分1104和外数据光束部分1106由物镜1108形成角度，以分别形成作为平面波被中继进入全息存储介质1110并且在基本上菱形的区域1136中重叠的成角度的内数据光束部分1132和成角度的外数据光束部分1134。宽参考光束1112由物镜1108形成角度，以形成作为平面波被中继进入全息存储介质1110并在基本上X形的区域1140中与成角度的数据光束部分1132和1134重叠并干涉的成角度的宽参考光束1138。全息存储装置或***1102还包括SLM 1142和偏振分束器(PBS)1146。全息存储介质1110包括下部基片1152、记录材料1154和上部基片1156。物镜1108去除SLM1142的数据光束部分1104和1106的傅立叶变换。多源滤光片可在物镜1108中，在照相机1144和/或SLM 1142上，或者在PBS 1146上。双向箭头1172显示出物镜1108的宽度。双向箭头1174显示出在平行于上表面1128的平面中从物镜1108的边缘到宽参考光束1112进入物镜1108的点之间的距离。物镜1108具有光轴1178。

在本发明的一个实施例中，物镜(例如，图11中的透镜1108)的宽度在例如从大约1至大约20mm的范围中可为大约5mm。在参考光束尺寸和角度复用范围和数据光束尺寸(像素数)中可能存在折衷。这是由于物镜的有限的带宽，即使对于具有诸如大约0.65或更高的数值孔径的非常高NA的透镜，例如具有在允许非常大的数据页(例如，大于256×256像素，例如1200×600像素的数据页尺寸)和参考光束的大的角扫描方面有吸引力的大约0.85或更高的数值孔径的NA透镜，也是如此。另外，这些非常高NA的透镜具有与可允许***间更大兼容性的Blu-ray^TM(蓝光)盘产品(以下说明)中使用的相同的NA。

图12、13和14显示出在全息存储介质处的数据光束和参考光束的角度如何随着物镜或物镜上游的参考光束透镜的单目抖动而改变，或者如何随着通过改变例如镜倾斜来改变进入参考光束透镜的入射角而改变。图12是其中物镜位于极限位置的数据光束和参考光束的角域表示。相对于全息存储介质表面1218，参考光束角显示在区域1212中，而数据光束角显示在区域1214中。区域1222表示死区。角度1232表示数据光束相对于与全息存储介质表面1218的平面垂直的轴线1240的最小角度。

图13是显示出光栅矢量的数据光束和参考光束的角域表示。参考光束矢量由箭头1312表示，并且相对于全息存储介质表面1318的各种数据光束光栅角显示在区域1314中。全息光栅矢量由位于参考光束1312与数据光束1314中的所有平面波分量(每个像素一个)之间的箭头1320表示。与全息存储介质表面1318的平面垂直的轴线1340也被显示出来。

图14是显示出光栅矢量的数据光束和与图13中不同的参考光束角的角域表示。参考光束矢量由箭头1412表示，并且相对于全息存储介质表面1418的各种数据光束光栅角显示在区域1414中。全息光栅矢量由位于参考光束1412与数据光束1414中的所有平面波分量(每个像素一个)之间的箭头1420表示。应该注意到，对于不同的参考角位置，这些光栅矢量1420的谱与图13中所示的那些不同。因此布拉格选择性将分开这两个全息图。参考光束角范围由角扫描1424指示。

在本发明的一些实施例中，除了抖动透镜(即，参考光束透镜、物镜或两者)，还可在与物镜的光轴平行的方向(通常称为“聚焦方向”)上移动参考光束透镜或物镜，从而在全息存储介质处生成发散或会聚的参考光束，其可用于补偿页面焦点(page focus)、放大率、移位、其它***或介质改变等。

在其它实施例中，可改变在全息存储介质的上表面的参考光束角，以补偿全息存储介质在径向或切向上的倾斜。参考光束透镜和/或物镜的移动可在与全息存储介质平行的方向上，并在与物镜的光轴和复用方向正交的方向上。而且，参考光束透镜或物镜可在一个方向上移动，而全息存储介质可在不同方向上移动。与物镜的光轴平行或在与其垂直的平面中的参考光束的角度改变可被用于补偿全息存储介质的倾斜，全息存储介质中的倾斜，或相对于全息存储介质的全息驱动装置中的倾斜误差。

在本发明的另一些实施例中，改变参考光束的角度和波长可被用于补偿温度改变。参见2002年2月19日发布的美国专利第6,348,983号(Curtis等)和Alan Hoskins等的文章，“Temperature CompensationStrategy for Holographic Storage，”ODS 2006，April 23-36，2006，前述专利和文章的全部内容和公开由此通过引用予以结合。

在本发明的一个实施例中，还提供了一种或多种用于从如上所述存储有数据的单目全息存储装置或***中读取(恢复)数据的方法。

对于消费品，在市场中以及在生产廉价的数据存储和/或恢复装置或***方面，尺寸可能是非常重要的因素。因此，为了实现紧凑的光学器件，可能期望诸如通过使用用于数据恢复的相位共轭读出几何结构，将多数全息驱动部件和电子装置一起保持在全息存储介质的同一侧。相位共轭读出几何结构可涉及使用在全息存储介质的后侧的电流计镜，以向回折叠参考(重建)光束用于数据恢复。参见例如2006年12月14日公开的美国公开申请第2006/0279823号(Riley等)，其全部内容和公开由此通过引用予以结合。因为该电流计镜旋转，其可逆向反射(相位共轭)用于角度复用全息图的不同的平面波。

本发明的全息存储装置或***的实施例可使用包括在全息存储介质的后侧的电流计镜的相位共轭几何结构，以向回折叠参考光束用于数据恢复，诸如2006年12月14日公开的美国公开申请第2006/0279823号(Riley等)中所述的那些结构。但是这些包括相位共轭器电流计镜的相位共轭几何结构可能防止或使得难以实现紧凑的光学器件。为此，本发明的一些实施例涉及其它相位共轭读出几何结构，以使装置或***的光学器件更加紧凑。

以下在图16-29中显示并说明包括可提供更紧凑光学器件的用于数据恢复的相位共轭几何结构的本发明的单目全息存储装置或***的实施例。在这些不同实施例中的物镜可以以上在例如图1-7的数据存储装置或***中所述的各种方式移动(例如，抖动)，以改变参考光束进入全息存储介质的角度。而且，尽管在如下所述的图16-29中未示出，这些装置或***的每一个可包括可以移动(例如，抖动)以改变参考光束进入全息存储介质的角度的参考光束透镜。并且，为了简化显示，在图16-28的装置或***中，未显示许多常规数据存储装置/***和数据恢复装置/***特征，诸如空间光调制器、分束器、探测器阵列、参考光束生成***、数据光束生成***、固化/擦除***、附加透镜、附加镜、激光源、准直仪等，但其可为这些装置或***的一部分，例如图29的装置或***中所示。另外，可通过旋转或平移镜或MEMs反射器来改变参考光束进入参考光束透镜的入射角而改变参考光束角。

在使用用于数据恢复的相位共轭几何结构的本发明的全息存储装置或***的一个实施例中，角锥棱镜(corner cube)可用于相位共轭。角锥棱镜为具有立方体的一部分的形状的具有三个相互垂直的反射面的光学装置。这种光学装置具有将任何入射角度的光束在角锥棱镜内部反射三次之后沿着与入射光束平行的方向反射(指引)的能力，如图15中所示。图15显示出入射光束1512，其在角锥棱镜1520的三个壁1514、1516和1518反射，之后成为与入射光束1512平行的反射(定向)光束1522射出角锥棱镜1520。角锥棱镜1520具有中心点1532和光轴1534。

图16显示出根据本发明的一个实施例的在显示出数据恢复的相位共轭几何结构中使用(诸如图15中的)角锥棱镜的单目全息存储装置或***1602(但装置或***1602也可用于存储被恢复的数据)。全息存储装置或***1602包括参考光束1612(在用于数据恢复时也称作重建光束)、恢复光束1614的代表性部分(恢复数据整体能够重建所有存储的数据)、物镜1616、全息存储介质1618、反射层1620和角锥棱镜1622。在物镜1616与全息存储介质1618之间存在空气隙1632。全息存储介质1618包括下部基片1634、记录材料1636、上部基片1638和上表面1640。全息存储装置或***1602允许存储在记录材料1636中的数据页1652被恢复(读取)为恢复光束1614。角锥棱镜1622具有中心1662和光轴1664。尽管在图16中仅显示出单个数据页1652在被恢复，然而图16的全息存储装置或***1602可用于恢复存储在全息存储介质1618的记录材料1636中的所有数据页。

在图16的全息存储装置或***中，镜或反射层(反射层)1620可被置于全息驱动装置中的存储介质的后侧，存储介质内部，或者存储介质的后侧以下，以将参考(重建)光束1612反射(指引)到全息存储介质1618的前侧，并朝向置于介质1618的前侧的角锥棱镜1622。在此相位共轭几何结构中，由通过反射层1620和角锥棱镜1622反射(指引)的参考(重建)光束执行读出。在改变用于角度复用的参考(重建)光束角时的参考(重建)光束1612的枢点设置在角锥棱镜1622的中心。通过使从反射层1620指引的参考(重建)光束照亮角锥棱镜1622的中心，参考(重建)光束在相反方向上被向回反射(指引)而没有任何位移。也就是说，图16中所示的此光学布局或配置可以实现相位共轭。图16显示出单个像素重建，但可被扩展到页面方式存储和一次多位读出。一次记录和恢复1.3-1.4兆位的全息数据存储装置或***(诸如以上引用的文献中所述的那些)可被改变或更改，以提供使用诸如图16中所示的1622的角锥棱镜的相位共轭读出几何结构。

图17显示出根据本发明的一个实施例的在显示出数据恢复的不同的相位共轭几何结构中使用(诸如图15中的)角锥棱镜的单目全息存储装置或***1702(但装置或***1702也可用于存储被恢复的数据)。全息存储装置或***1702包括参考光束1712(在用于数据恢复时也称作重建光束)、恢复光束1714的代表性部分、物镜1716、全息存储介质1718、反射层1720和角锥棱镜1722。在物镜1716与全息存储介质1718之间存在空气隙1732。全息存储介质1718包括下部基片1734、记录材料1736、上部基片1738和上表面1740。全息存储装置或***1702允许存储在记录材料1736中的数据页1752被恢复(读取)为恢复光束1714。角锥棱镜1722具有中心1762。角锥棱镜1722的移动由双向箭头1772和幻影线1774显示。尽管在图17中仅显示出单个数据页1752在被恢复，然而图17的全息存储装置或***可用于恢复存储在全息存储介质1718的记录材料1736中的所有数据页。

如在图16的装置或***中那样，可由图17的装置或***使用通过镜或反射层和角锥棱镜1722反射(指引)的参考(重建)光束来执行读出。但是当改变用于角度复用的参考(重建)光束角时的参考(重建)光束的枢点不总在角锥棱镜的中心1762。在此情况下，由角锥棱镜1722反射(指引)的参考(重建)光束的角度不改变，但其位置随着参考光束角的改变而移动。为了避免参考(重建)光束的这种移动，可以控制角锥棱镜1722的位置(如到幻影线1774所示位置的移动所示)，使得由镜或反射层反射(指引)的参考(重建)光束总照亮角锥棱镜的中心1762。

图18显示出根据本发明的一个实施例的在显示出数据恢复的相位共轭几何结构中使用角锥棱镜阵列的单目全息存储装置或***1802(但装置或***1802也可用于存储被恢复的数据)。全息存储装置或***1802包括参考光束1812(当用于数据恢复时也称作重建光束)、恢复光束1814的代表性部分、物镜1816、全息存储介质1818、反射层1820和角锥棱镜阵列1822。在物镜1816与全息存储介质1818之间存在空气隙1832。全息存储介质1818包括下部基片1834、记录材料1836、上部基片1838和上表面1840。全息存储装置或***1802允许存储在记录材料1836中的数据页1852被恢复(读取)为恢复光束1814。例如，角锥棱镜阵列1822可包括三个角锥棱镜1854、1856和1858，各自具有相应的中心1862、1864和1866。尽管在图18中仅显示出单个数据页1852在被恢复，然而图18的全息存储装置或***1802可用于恢复存储在全息存储介质1818的记录材料1836中的所有数据页。也可在诸如图18中所示的1822的阵列中使用附加的较小的角锥棱镜。诸如1822的具有多个较小角锥棱镜的角锥棱镜阵列相对于一个大角锥棱镜减小了角锥棱镜***的尺寸。

如在图17的装置或***中那样，在图18的装置或***中由通过镜或反射层和角锥棱镜阵列1822反射(指引)的参考(重建)光束执行读出。同样，在改变用于角度复用的参考(重建)光束角时的参考(重建)光束的枢点不总在角锥棱镜阵列1822的中心上。由于角锥棱镜对参考(重建)光束的反射(指引)而引起的光束位移量也与角锥棱镜的尺寸成比例。因为角锥棱镜阵列1822包括多个较小的角锥棱镜(例如，1854、1856和1858)，其中的每一个可能比重建光束的尺寸更小，所以有可能抑制参考(重建)光束的这种光束位移，使得可以实现相位共轭。另外，可通过诸如1822的微型角锥棱镜阵列在不移动该阵列的情况下抑制此光束位移(而在诸如图17中所示的1722的较大角锥棱镜的情况下可能需要移动该角锥棱镜)。

在图16、17和18的装置或***中，光学组件也可设置在全息存储介质的与物镜相同的一侧上。根据这种光学组件的布局或配置，因为多数光学器件和电子装置可在全息存储介质的同一侧上，所以有可能减小全息驱动装置的高度。替换性地，前述相位共轭光学组件可置于介质的相反侧上。在此替换配置中，不需要如图16、17和18中所示那样，将镜或反射层置于介质的后侧。

图19显示出根据本发明的一个实施例的使用显示出数据恢复的另一相位共轭几何结构的单目全息存储装置或***1902(但装置或***1902也可用于存储被恢复的数据)。全息存储装置或***1902包括参考光束1912(在用于数据恢复时也称作重建光束)、恢复光束1914的代表性部分、物镜1916、全息存储介质1918、反射层1920、SLM 1922和镜1924。在物镜1916与全息存储介质1918之间存在空气隙1932。全息存储介质1918包括下部基片1934、记录材料1936、上部基片1938和上表面1940。全息存储装置或***1902允许存储在记录材料1936中的数据页1952被恢复(读取)为恢复光束1914。反射层1920安装在下部基片1934上。镜1924安装在SLM 1922上透明空间1926的上方，且SLM 1922具有允许参考(重建)光束1912通过的另一透明空间。物镜1916具有光轴1962。尽管在图19中仅显示出单个数据页1952在被恢复，然而图19的全息存储装置或***1902可用于恢复存储在全息存储介质1918的记录材料1936中的所有数据页。在全息存储介质1918中也可包括其它层，包括吸收层、偏振层或可变光束传输层，其在记录和消除或降低来自反射层1920的反射作用的过程中，可将全息图的记录限制于全息图的传输。反射层1920也仅需在记录层1936之后。

图20是图19中表示的可在装置或***1902中使用的SLM 1922的俯视图。SLM 1902包括被表示为基本上H形的区域的数据像素部分2012。用于引入参考(重建)光束1912的透明空间1928在SLM 1922的一侧被表示为矩形区域。镜1924被表示为较小的填充(黑色)的矩形区域，其位于透明空间1926上方并与之邻接，透明空间1926在SLM1922的相对侧上表示为矩形区域。

在使用图19的装置或***1902进行数据恢复的过程中，参考(重建)光束1912通过设置在SLM 1922中的透明空间1928聚焦在与SLM1922相同的平面上。在通过透明空间1928后，参考(重建)光束1912通过物镜1916，斜射(入射)在全息存储介质1918上，然后在由介质1918后侧上的反射层1920反射(指引)后，再次通过物镜1916。被反射(指引)的参考(重建)光束1912由物镜1916朝向透明空间1926向回聚焦在与图19中所示的SLM 1922相同的平面上。镜1924设置在透明空间1926上方的此焦平面处。参考(重建)光束1912随后由镜1924向回反射(指引)并且沿着相同路径但在相反方向上行进。通过从镜1924随后从反射层1920反射(指引)的作为相位共轭波以提供恢复光束1914的此参考(重建)光束1912来执行从全息存储介质1918的记录材料1936中读出数据页1952。

在本发明的全息存储装置或***的另一实施例中，电光晶体(EO晶体)可被用作相位共轭光学装置或***。穿过EO晶体的光束由对EO晶体的电压施加而偏转(指引)，因为注入的电子引起EO晶体内部的折射率分级。通过控制对EO晶体施加的电压，即使参考(重建)光束角在恢复过程中改变，各参考(重建)光束进入EO晶体的入射角也应该总与安装在EO晶体一端的镜垂直，如以下图21中所示。使用EO晶体在概念上与电流计镜相似，但使用EO晶体或替换性地使用声光(AO)单元可比电流计镜提供更紧凑的光学组件。

图21显示出在本发明的全息存储装置或***的一个实施例中有用的EO晶体装置或***2102。EO晶体***2102包括设置于EO晶体2116的一端2114上的镜2112。具有由双向箭头2126指示的不同角度的参考(重建)光束2122和2124被显示进入EO晶体2116。外部电压源2128被施加于EO晶体2116，使得参考(重建)光束2122和2124在入射在镜2112的表面2132上时，各自垂直于表面2132，如箭头2142所指示。各参考(重建)光束(即2122或2124)在由镜2112反射后，通过与其进入时相同的路径，但在相反的方向上行进。也就是说，EO晶体装置或***2102用作相位共轭光学***。出于显示目的，两个参考(重建)光束2122和2124被显示进入图21的EO晶体装置或***。在操作中，一般一次仅一个参考(重建)光束进入EO晶体装置或***2102。

图22显示出根据本发明的一个实施例的包括显示出数据恢复的图21的EO晶体***2102的单目全息存储装置或***2202(但装置或***2202也可用于存储被恢复的数据)。全息存储装置或***2202也包括参考光束2212(当用于数据恢复时也称作重建光束)、恢复光束2214的代表性部分、物镜2216、全息存储介质2218和反射层2220。在物镜2216与全息存储介质2218之间存在空气隙2232。全息存储介质2218包括下部基片2234、记录材料2236、上部基片2238和上表面2240。全息存储装置或***2202允许存储在记录材料2236中的数据页2252被恢复(读取)为恢复光束2214。虚线箭头2292显示出反射层2220的替换性位置，其中反射层2220安装在全息存储介质2218上。尽管在图22中仅显示出单个数据页2252在被恢复，然而图22的全息存储装置或***2202可用于恢复存储在全息存储介质2218的记录材料2236中的所有数据页。

在图22中，相位共轭EO晶体装置或***2102设置在全息存储介质2218的与其它光学组件(例如物镜2216)相同的一侧。使用这种布局或配置，因为几乎所有光学器件和电子装置可在介质2218的同一侧，所以能够减小全息驱动装置的高度。替换性地，相位共轭光学EO晶体装置或***2102可位于全息存储介质2218的与物镜2216相反的一侧。在此情况下，不需要在介质2218的后侧为了朝向介质2218向回折叠参考(重建)光束路径的反射层2220。

由光栅产生的光的衍射角由其波长和光栅的周期确定。因此，在本发明的全息存储装置或***的一个实施例中，诸如闪耀光栅的衍射元件可被用作相位共轭光学装置或***。图23显示出根据本发明的一个实施例的衍射装置或***2302。衍射装置或***2302包括可调谐闪耀光栅2312和安装在闪耀光栅2312的一侧2316上的镜2314。衍射装置或***2302被显示处于两个状态2322和2324中。在状态2322中，闪耀光栅2312具有使参考(重建)光束2334与镜2314的表面2336垂直的第一周期(示意性地显示为锯齿形2332)。在状态2324中，闪耀光栅2312具有使参考(重建)光束2344与镜2314的镜面2336垂直的第二周期(如锯齿形和箭头2342所显示)。箭头2346显示出参考(重建)光束2334与参考(重建)光束2344之间的角度改变。箭头2352和2354显示出闪耀光栅2312如何使在进入闪耀光栅2312时具有不同角度的参考(重建)光束2334和2344均与镜面2336垂直。

在一个实施例中，闪耀光栅2312可为液晶元件。分子在液晶中的排列可受电压施加的控制。结果，光栅周期可被改变。可对光栅周期进行控制，以便即使参考(重建)光束角在数据恢复过程中改变，入射参考(重建)光束也将总被逆向反射。然后参考(重建)光束在由镜2314反射(指引)后，沿着相同路径但在相反方向上行进。也就是说，图23的衍射***2302用作相位共轭光学装置或***。

图24显示出根据本发明的一个实施例的单目全息存储装置或***2402，其中装置或***2402包括显示出数据恢复的图23的衍射装置或***2302(但其中装置或***2402也可用于存储被恢复的数据)。全息存储装置或***2402也包括参考光束2412(在用于数据恢复时也称作重建光束)、恢复光束2414的代表性部分、物镜2416、全息存储介质2418和反射层2420。在物镜2416与全息存储介质2418之间存在空气隙2432。全息存储介质2418包括下部基片2434、记录材料2436、上部基片2438和上表面2440。全息存储装置或***2402允许存储在记录材料2436中的数据页2452被恢复(读取)为恢复光束2414。虚线箭头2492显示出反射层2420的替换性位置，其中反射层2420安装在全息存储介质2418上。尽管在图24中仅显示出单个数据页2452在被恢复，然而图24的全息存储装置或***2402可用于恢复存储在全息存储介质2418的记录材料2436中的所有数据页。

在图24中，衍射装置或***2302设置在全息存储介质2418的与其它光学组件(例如物镜2416)相同的一侧。使用这种布局或配置，因为几乎所有光学器件和电子装置可在全息存储介质2418的同一侧，所以能够减小全息驱动装置的高度。替换性地，衍射装置或***2302可位于介质2418的与物镜2416相反的一侧。在此情况下，不需要在介质2418的后侧为了朝向介质2418向回折叠参考(重建)光束路径的反射层2420。可调谐光栅也可位于全息存储介质2418中。

在本发明的一些实施例中，可能期望在数据信息记录过程中，反射层的反射系数尽可能低。在数据存储过程中可能期望抑制参考光束的反射，因为由反射层反射的参考光束再次穿过全息存储介质，这导致介质中的“废全息图”。这种可由此反射形成的“废全息图”也可导致介质动态范围损失。另一方面，期望在从全息存储介质中恢复数据的过程中，反射层的反射系数足够高，以有效地实现相位共轭读出。图25显示出在数据存储过程中使反射层的反射系数保持较低的效果，而图26显示出在数据恢复过程中使反射层的反射系数较高的效果。图25和26的全息存储装置或***因为共同具有包括相同的可变反射层在内的许多相同特征，可被视为用于数据存储和恢复的单个全息存储装置或***。

图25显示出根据本发明的一个实施例的显示出数据存储的单目全息数据存储装置或***2502。全息数据存储装置或***2502包括参考光束2512、数据光束2514的代表性部分、物镜2516、全息存储介质2518和反射层2520。在物镜2516与全息存储介质2518之间存在空气隙2532。全息存储介质2518包括下部基片2534、记录材料2536、上部基片2538和上表面2540。全息数据存储装置或***2502被显示出在参考光束2512与数据光束2514重叠并干涉的记录材料2536中存储数据页2552。在数据存储过程中，反射层2520具有低反射系数，由此允许参考光束2512通过反射层2520。虚线箭头2592显示出反射层2520的替换性位置，其中反射层2520安装在全息存储介质2518上。

图26显示出根据本发明的一个实施例的与图25中相同或相似但显示出数据恢复的单目全息存储装置或***2602。全息存储装置或***2602包括参考光束2612(在用于数据恢复时也称作重建光束)、恢复光束2614的代表性部分、物镜2616、全息存储介质2618、反射层2620和相位共轭光学***2622。全息存储装置或***2620允许存储在记录材料2636中的数据页2652被恢复(读取)为恢复光束2614。在数据恢复过程中，反射层2620已被更改、变化、改变等，以具有较高反射系数，由此使参考光束2612朝向相位共轭光学***2622被反射(指引)。相位共轭光学***2622沿着参考(重建)光束2612的路径，在相反方向上向回反射(指引)参考(重建)光束2612。尽管在图26中仅显示出单个数据页2652在被恢复，然而图26的全息存储装置或***2602可用于恢复存储在全息存储介质2618的记录材料2636中的所有数据页。虚线箭头2692显示出反射层2620的替换性位置，其中反射层2620安装在全息存储介质2618上。

在图26的全息存储装置或***2602中使用的相位共轭光学***2622可为任何适当的相位共轭光学***，包括以上例如在图15-24中所述的相位共轭光学***。为了控制反射层2620的反射系数，电致变色或光致变色介质可被用作反射层2620，并且反射层2620的反射系数可由诸如电压施加或光暴露的外部因素来控制。

在图25和26的全息存储装置或***的一种变型中，偏振分束器(PBS)层可被用作反射层。当在记录(写)过程中，参考光束的偏振状态被转变为p偏振状态时，参考光束几乎全部通过反射层而几乎不被反射。当在读取(恢复)过程中，参考(重建)光束的偏振状态被转变为s偏振状态时，参考(重建)光束可几乎全部由PBS层反射，由此能够有效地实现相位共轭读出。

在以上所有使用反射层的实施例中，反射层可为全息存储介质的一部分(如例如图19中所示)，或者与介质分开(如例如图25和26中所示)。反射层无论为全息存储介质的一部分还是与介质分开，在所有情况下均可为静态反射层或可变光束反射层，该可变光束反射层可为反射的(在数据恢复过程中)或透射的(在数据存储过程中)，如上所述。

在图27和28中显示出全息数据存储装置或***的另一实施例。图27显示出根据本发明的一个实施例的显示出数据存储的单目全息存储装置或***2702。全息存储装置或***2702包括参考光束2712、数据光束2714的代表性部分、物镜2716和全息存储介质2718。在物镜2716与全息存储介质2718之间存在空气隙2732。全息存储介质2718包括下部基片2734、记录材料2736、位于记录材料2736以上的上部基片2738、上表面2740、位于记录材料2736下面的可变光束传输层2742、和位于可变层2740下面的光栅层2744，且下部基片2734位于光栅层2744的下面。上部基片2740可比下部基片2734薄很多。例如，下部基片2734的厚度可为大约1mm，而上部基片2740的厚度可在从大约100至大约500微米的范围中。全息存储装置或***2702被显示出在参考光束2712与数据光束2714重叠并干涉的记录材料2736中存储数据页2752。在数据存储过程中，可变层2742部分地或完全地吸收参考光束2712和/或数据光束2714。可变层2742和光栅层2744也可在记录(数据恢复)过程中变为透明。双向箭头2788显示出物镜2716可如何移动。物镜2716具有光轴2790。也可通过移动物镜2716、参考光束透镜(未示出)，或通过使用镜来旋转或平移参考光束而改变参考光束进入参考光束透镜的入射角，而复用装置或***2702。

图28显示出根据本发明的一个实施例的与图27中相同或相似但显示出数据恢复的单目全息存储装置或***2802。全息存储装置或***2802包括参考光束2812(在用于数据恢复时也称作重建光束)、恢复光束2814的代表性部分、物镜2816和全息存储介质2818。全息存储介质2818包括下部基片2834、记录材料2836、位于记录材料2836以上的上部基片2838、上表面2840、位于记录材料2836下面的可变光束传输层2842、和位于可变层2840下面的光栅层2844，且下部基片2834位于光栅层2844的下面。上部基片2840可比下部基片2834薄很多。例如，下部基片2834的厚度可为大约1mm，而上部基片2840的厚度可在从大约100至大约500微米的范围中。全息存储装置或***2802允许存储在记录材料2836中的数据页2852被恢复(读取)为恢复光束2814。在数据恢复过程中，可变层2842已被更改、变化等，以允许参考(重建)光束2812通过可变层2842，并且沿着参考(重建)光束2812的原始路径在相反方向上由光栅层2844向回反射(指引)。物镜2816具有光轴2890。尽管在图28中仅显示出单个数据页2852在被恢复，然而图28的全息装置或***2802可用于恢复存储在全息存储介质2818的记录材料2836中的所有数据页。

在根据图27和28的装置或***的数据存储过程中，可控制可变光束传输层以从参考光束吸收光。在数据恢复过程中，参考(重建)光束被引入全息存储介质中，并且可变层允许参考(重建)光束通过，例如，可使可变层透明。参考(重建)光束随后撞击光栅层，例如，装配在全息存储介质中的薄衍射光栅。此光栅以给定角度逆向反射参考(重建)光束，由此产生用于从全息存储介质中恢复数据页的参考(重建)光束的相位共轭，其最终由探测器(例如，照相机)检测到。相位改变介质是可用于可变光束传输层的一个实例。任何电致变色或光致变色材料可被用作用于可变层的相位改变介质，包括使用上述偏振技术以相应改变可变层和/或光栅层(或类似于图19中所示的反射层1920的反射层)的光束传输特性。例如，在数据的写(记录)过程中，可使用由可变层吸收或者具有对于光栅层(或反射层)的较低反射率的参考光束的一种偏振，而使用对于可变层更容易传输或者具有对于光栅层(或反射层)的较高反射率的参考(重建)光束的不同的偏振来读出(恢复)数据。可变层和/或光栅层(或反射层)也可使用存在于其中的一种或多种组分的聚合或其它化学变化，以改变可变层的指数或透射特性，或者光栅层(或反射层)的反射特性。

在图27和28的全息存储装置或***中，如上所述，通过同一物镜引入数据光束和参考光束，并且通过抖动物镜或改变参考光束角将全息图复用到全息存储介质中。由数据例如使用调制振幅或相位或两者以编码该数据的空间光调制器(SLM)(图27和28中未示出)来调制信号光束，由此产生数据光束。参考光束由物镜形成为准平面波，并且在全息存储介质中与数据光束干涉，以通过角度复用来记录该特定数据页(全息图)。在全息存储介质中，可变层优选地在记录过程中吸收光，使得不记录附加的全息图或者散射光不浪费材料记录能力(M#)。在一些实施例中，可以省略可变层，但在可实现容量上存在一定损失。替换性地，可在记录过程中使光栅和可变层透明。

在图27和28的全息存储装置或***中使用的全息存储介质的光栅层中的光栅被设计为逆向反射参考(重建)光束所使用的角扫描的中心角。在记录(数据存储)过程中，光栅由可变光束传输层隐藏。光栅可形成在基片(例如，下部基片)中，例如，形成在全息存储介质的基片中的可冲压特征。光栅可为在盘形全息存储介质周围变化的衍射结构，使得在盘形全息存储介质来到其下方时，光栅与全息驱动装置的光学头正确对准。这样的光栅设计可更加简单且制造成本更低。与覆盖层(可为可变层)的指数对比仍应足够大，以便保持高衍射效率。光栅也可被记录在薄聚合体层中。光栅可为全息光栅，或金属化的表面浮雕光栅。光栅也可为如上所述的闪耀光栅，以最小化衍射级。光栅可在全息存储介质上连续，或对大致对应于册位置的特定区域制造，例如，盘周围的大约册尺寸的分段光栅，其对每一册位置不连续地改变角度。

对于固定光栅，仅有一个逆向反射的角度。但是如果复用全息图的中心角为例如35度，则在30、31、32、33、34、35、36、37、38、39和40度记录的全息图将会离位。例如，光栅可能已被制造成在35度逆向反射。于是，为了读取在34度记录的全息图，可改变参考(重建)光束(即，移动透镜)，使得入射角为36度。这将导致从光栅的反射在34度，由此使在34度记录的全息图被读取。因此，通过改变参考(重建)光束入射角，可读取所有记录的全息图。逆向反射角随着波长改变，但对于温度补偿的可能的波长改变相对较小，所以仅在角扫描范围中相对较小的增加即可提供这种波长/温度改变效果。

如果光栅的厚度限制扫描范围，则可使用多个光栅以获得宽扫描范围。另外，可使用可变光栅，使得其总是逆向反射，如上所述。也可使用闪耀光栅。光栅可被划分为小的线性段，以组成整个盘形全息存储介质。对于数据页的每一册这可提供更好的波前质量。这些段也可与册的位置相关。此方法的优点在于使用简单和便宜得多的固定光栅。另外，可以具有通过使用电压或光可被隐藏从而不反射的光栅。这将允许去除可变层，或将可变层合并在光栅中。关于存储和定位册的栈的方法的更加详细的说明，参见2007年6月7日公开的美国公开申请第2007/0127100号(Wilson等)，其全部内容和公开由此通过引用予以结合。

光栅在上述装置和***中被显示为靠近记录材料层，由于可能存在一些位移所以这是所期望的。即使具有位移，光栅也可在基片上或者全息存储介质中的位于记录材料层的远侧(即，远离光学器件)的其它位置上。有可能的是，光栅甚至可在全息驱动装置中，而不是全息存储介质中。如果介质为盘，则光栅方向在其围绕盘的半径移动时可改变，使得逆向反射角可与光学头对准。可使其对准使得复用方向或者为盘的径向(即，沿盘半径的方向)或者为盘的周向(theta direction)(即，围绕盘的方向)。光栅可由倾斜镜阵列替代，其中单个镜为角度复用的全息图的栈(册)的尺寸或更小。光栅也可被啁啾(即，通过周期频率的改变)以最小化较高阶衍射。镜也可被倾斜以产生与上述光栅中相同的逆向反射。

图29显示出根据本发明的一个实施例的可用于数据存储或数据恢复的单目全息存储装置或***2902。全息存储装置或***2902包括参考光束2912(在用于数据恢复时也称作重建光束)、数据光束2914、物镜2916和全息存储介质2918、薄膜多源滤光片+偏振膜2920(可在PBS、探测器阵列或SLM上，或者合并到物镜2916中)、SLM 2922、PBS 2924、探测器阵列2926、参考(重建)光束生成***2928、数据光束生成***2930和固化/擦除***2931。在物镜2916与全息存储介质2918之间存在空气隙2932。全息存储介质2918包括下部基片2934、记录材料2936、上部基片2938、上表面2940、可变层2942和光栅2944。全息存储装置或***2902被显示出在参考光束2912与数据光束2914重叠并干涉的记录材料2936中存储数据页2952。在数据存储过程中，可变层2942部分地或完全地吸收参考光束2912和/或数据光束2914。在数据恢复过程中，可变层2920可被更改、改变、变化等，以允许参考(重建)光束2912通过可变层2920，并且沿参考(重建)光束2912的原始路径在相反方向上由光栅2944向回反射(指引)。参考(重建)光束生成***2928包括参考(重建)光束源2962、PBS(或镜)2964、参考(重建)光束透镜2966和在参考(重建)光束2912的路径中位于参考(重建)光束透镜2966与物镜2916之间的镜2968。数据光束生成***2930包括数据光束源2972、准直仪2974、可变延迟器2976和PBS 2978。双向箭头2988显示出为了抖动参考(重建)光束2912和数据光束2914，物镜2916可如何移动。物镜2916具有光轴2990。也如图29中所示，参考(重建)光束透镜2966可被替换性地位于由虚线椭圆2992指示的位置，并且镜2968被旋转或枢转以改变参考(重建)光束2912通过参考(重建)光束透镜2992和物镜2916的点，由此改变参考(重建)光束2912从物镜2916被中继进入全息存储介质2918的角度。

在图29中，激光(未示出)被校准并可能具有快门或者是脉冲式的，以将信息(数据)记录在全息存储介质2918上。参考(重建)光束2912和数据光束2914由PBS 2924产生。可变延迟器2976改变进入各光束2912和2914的能量。为了记录，全息存储介质2918内的数据光束2914强度与参考光束2912强度的适当比率可接近大约1∶1。值可在从大约1∶1至大约1∶10的范围内，并且参考光束2912强度一般保持高于平均数据光束2914强度。为了读出(数据恢复)，所有能量可进入参考(重建)光束2912。可如所示在参考(重建)光束路径或在数据光束路径中设置红色激光伺服***。红色激光将聚焦在基片2934/2940上的轨道上，并且反射回到伺服***，以允许取得焦点和位置信息。这将与在CD和DVD中所进行的相似。可使用红色激光，因为其将不会影响蓝色敏感全息存储介质。可使用另一种波长，但期望其为全息存储介质不敏感的波长。轨道特征可在介质中的被记录册的边缘处。由于本发明的位置和焦点公差可大得多，所以轨道特征可比普通CD标记大得多。全息存储介质的实例可包括诸如InPhase的市售材料(例如，InPhase Tapestry^TM全息介质)的光聚合物，或者光致变色或光折变材料。在本发明的数据存储和恢复装置或***中使用的适当的激光和伺服***可包括在常规CD和DVD播放器等中所见的那些。

固化或擦除***(诸如图29中所示的***2931)可用于使用照明预固化、后固化或擦除全息存储介质。该照明在图29中被显示为注入通过***，但可设置分开的固化/擦除路径以同时处理更大的区域，如在2006年12月14日公开的美国公开申请第2006/0281021号(Riley等)中所述，其全部公开和内容由此通过引用予以结合。

探测器阵列可用于在写或固化过程中监控能量使用(例如使用漏光)。

SLM和照相机位置可随着相应的输入偏振中的改变而变换。为了实现复用，可移动物镜，或者可移动参考(重建)光束路径中的透镜。也可使用参考(重建)光束镜，通过相对于参考光束的光轴改变镜的倾斜而实现角度复用。

此处所述的所有全息存储介质可为盘、卡、柔性磁带介质等形状。全息图的册的记录和读取可对沿着介质中的圆形轨道或线布置的册进行。为了帮助便于找到全息图，可将伺服标记放入介质的基片中，以帮助识别盘上的位置。所使用的介质结构和光学器件可被制成使得可制作向后兼容的装置。这表示全息驱动装置可以诸如CD、DVD、HD-DVD或蓝光盘的其它格式读和写。理想地，在全息驱动装置中使用的物镜也可读取CD、DVD、高密度光盘格式(例如，蓝光^TM盘)等。全息驱动装置的其它部分可被共用于标准光学介质类型的常规光学读出。允许读和写常规光盘及使用单目结构记录的全息光盘的单个驱动器对于消费者是有利的。

以上说明和显示的实施例中的反射层可由以与所示反射层相似的方式反射(指引)光的镜或其它反射装置来替换。

实例

实例I

图30中示意性地显示出处于存储或记录(写)全息数据的配置的单目光学全息数据装置或***3002的一个实施例。装置或***3002包括提供相干光束3006的激光器3004，相干光束3006由镜3008指引通过快门3010至另一镜3012。镜3012指引光束3006至主扩束器组件3014，其包括针孔3016和空间过滤光束3006的透镜3018，以及将已过滤光束3006扩展并校准至固定直径的透镜组件3020。经扩展的已过滤光束3006通过半波片(HWP)3022，并进入偏振分束器(PBS)3024。PBS 3024将光束3006***为具有参考光束路径3028的参考光束3026，和具有数据光束路径3032的数据照明光束3030。参考光束3026由镜3034指引通过可变光阑(iris)3036至另一镜3038。镜3038指引参考光束3026至另一镜3040，镜3040将参考光束3026指引至参考光束透镜3042。参考光束3026通过参考光束透镜3042，并由镜3044指引至物镜3046。

数据照明光束3030通过快门3052，并由镜3054指引至另一镜3056。镜3056将数据照明光束3030指引至相位掩模板3058以提高SLM的傅立叶变换强度分布的均匀性。数据光束3030对相位掩模板3058的照明随后经由1∶1的中继透镜组件3062和另一PBS 3064成像到SLM 3060上。SLM 3060调制数据光束3030以将信息编码到数据光束中。SLM 3060从驱动电子装置(未示出)接收用于调制数据光束3030的编码信息。调制的数据光束3030从SLM 3060被反射(指引)，再次通过PBS 3064，PBS 3064指引调制的数据光束3030通过包括多源滤光片3068的另一1∶1的中继透镜组件3066。经滤光的数据光束3030随后从中继透镜组件3066中继到物镜3046。

参考光束3026和数据光束3030通过物镜3046，并被成角度地射入全息存储介质3070。成角度的参考光束3026和数据光束3030重叠并干涉以形成存储(记录)在全息存储介质3070中的全息数据。通过介质3070的成角度的参考光束3026和数据光束3030的任何残余部分到达位于相位共轭光学组件3074前面的光束阻挡部3072。光束阻挡部3072吸收通过全息存储介质3070的任何成角度的参考光束3026和数据光束3030。

当***3002处于读(全息数据恢复)配置中时，如图31中所示，PBS 3024整体地将相干光束3006改向为一个称作重建光束的离散光束3027。重建光束3027沿着由(在写操作过程中图30的)原始参考光束3026行进的同一路径3028(现称作重建光束路径3029)行进，从而到达物镜3046。该重建光束3027由物镜3046形成角度以进入全息存储介质3070，并通过介质3070朝向相位共轭光学组件3074和相位共轭镜3076。在图31中所示的读操作过程中，光束阻挡部3072被移出，使得重建光束3027可通过相位共轭光学组件3074，然后通过将重建光束3027的偏振旋转四分之一波长的四分之一波片(QWP)3078，并且由镜3076向回反射(指引)。从镜3076反射(指引)的重建光束3027再次通过四分之一波片3078，由此将偏振改变另一四分之一波长，使得当重建光束3027(作为恢复光束3080)通过PBS 3064时，其被照相机3084检测到。在通过四分之一波片3078后，重建光束3027再次通过相位共轭光学组件3074，并再次进入介质3070。

在第二次通过相位共轭光学组件3074后，该重建光束3027此时作为用于将全息数据记录(写)进介质3070中的(图30的)原始参考光束3026的相位共轭进入介质3070。该相位共轭重建光束3027沿其原始路径反向传播，并引起在该角度下记录在介质3070中的全息图的相位共轭(或准相位共轭)重建，即，重建光束3027(作为参考光束3026的相位共轭)在重建光束3027初始通过介质3070的相同位置向回通过全息存储介质3070，在其再次通过介质3070时重建原始数据光束3030的相位共轭(或准相位共轭)，并且通过从介质3070中存储的数据页的全息图的衍射形成恢复光束3080。来自介质3070的该恢复光束3080随后沿着原始数据光束路径3032(经由1∶1的中继透镜组件3066)向回反向传播，并且由PBS 3064指引，如路径3082所指示，朝向照相机3084传播。来自恢复光束3089的光被照相机3084检测到，转换为信号，并且传输至驱动电子装置(未示出)。

在装置或***3002中，所使用的物镜(存储透镜)3046为在数据光束3030与参考光束3026之间15度时允许～1-2度扫描的Hasselblad透镜(F#2.0，焦距110.8mm)。透镜3046被移动以改变角度。实验结果通过使用具有12μm像素间距的SLM 3060上的1280×1000的数据页获得，而恢复全息图通过使用7μm的2200×1726像素的照相机成像。检测使用InPhase的过采样检测处理。相位掩模板3058通过中继透镜组件3062成像在SLM 3060上，并且在复用过程中被移动，以通过改变相位函数减轻任何高频增强。相位掩模板3058允许数据页的傅立叶变换被置于全息存储介质3070内。中继透镜组件3066(f＝80mm)将SLM 3060成像到物镜3046的后焦平面上。在中继透镜组件3066的透镜之间，设置有一个～5mm的方形多源滤光片3068。全息存储介质3070为标准的1.5mm厚的InPhase HDS-3000绿色敏感透明盘。介质3070的记录层为1.5mm厚。使用的激光器3004为在532nm具有100mW功率的相干激光器。绿色非相干二极管阵列被用于在全息曝光被记录后后固化介质3070。介质3070(作为盘)可由主轴电机旋转，并由步进电机径向移动，以触及盘上的不同位置。参考光束3026由允许参考光束3026在介质3070处成为平面波的参考光束透镜3042引入物镜3046。为了(通过改变参考光束角)复用全息图，或者物镜3046或者参考光束透镜3042可被平移。在介质3070处的参考光束3026的平面波的尺寸为大约5mm。数据光束3030的中心光线离介质3070法线大约27度，并且参考光束3026离介质3070法线大约8.5-19.5度。介质3070被倾斜以消除来自介质3070和透镜的直接反射，但是通过改进的镀层，透镜***的中心光线对介质3070的法向入射成为可能。

在实验装置中，通过使用如在相位共轭光学组件3074中和镜3076的透镜和镜，或通过在介质3070之后放置光栅，来实现相位共轭。使用的光栅具有每毫米3600个线对。这导致逆向反射所需的巨大角度和距介质3070的较大距离。距介质3070的光聚合物层的距离可引起读出光束3080中不期望的平移。理想地，可对于重建光束3027的使用波长和中心角设计光栅。该光栅可被置于尽可能靠近介质3070中的光聚合物层，以最小化平移。在不为中心角的参考光束角存储的其它全息图也可被读出。一个实例是当复用的全息图的中心角为20度并且全息图在18、19、20、21和22度的离位下被记录时。光栅可被制作成在20度逆向反射。为了读取在19度下记录的全息图，重建光束3027的角度被改变(例如，通过移动参考光束透镜3042)，使得入射角为21度。这可使得离开光栅的反射在19度，由此允许在19度下记录的全息图被读出。只要光栅很薄(例如，表面浮雕全息图)，即可保存动量并改变角度。因此，通过改变重建光束入射角，可通过使用该单一固定光栅或相位共轭透镜-镜对读出所有全息图。

实验结果：图32显示出对于该几何结构和波长的、全息图的布拉格选择性与标准理论布拉格角度选择性相比较的扫描。此关系由以下公式给出：

其中η是衍射效率，Δθ是离开布拉格角的角度，L是记录层厚度，n是材料指数，λ是激光波长，并且其它θ分别是介质内参考与信号光束之间的角度。实验结果与理论之间具有很好的一致性。

图33显示出通过移动参考光束透镜3042而复用的13个全息图的信噪比(SNR)和相对强度的曲线图(其中SNR是20log_10(u1-u0/(s1+s2))，其中u1为平均值且s1为求和(平方求和为方差)。平均SNR是4dB。该SNR可与通过使用相同透镜、介质和滤光片的标准角度复用所实现的相比。也通过移动物镜3046进行实验，并得到类似的结果。使用光栅代替相位共轭光学组件3074和镜3076重复这些实验得到非常类似的结果，显示出使用光栅用于离轴相位共轭的基本可行性。图34显示出重建数据页，而图35显示出该恢复数据页的SNR图。该全息图使用光栅读出，并具有4.3dB的平均SNR。

在本申请中引用的所有文献、专利、期刊论文和其它材料由此通过引用予以结合。

尽管已参照附图结合其若干实施例完整说明了本发明，然而应该理解的是，多种改变和变型对于本领域技术人员来说是显而易见的。这样的变化和变型应被理解为包括在由所附权利要求所限定的本发明的范围内，除非它们与其偏离。

Claims (19)

1.一种全息装置，包括：

用于生成参考光束的参考光束源；

用于生成数据光束的数据光束源；和

将从所述数据光束源生成的所述数据光束会聚到全息存储介质上的物镜，

其中从所述参考光束源生成的所述参考光束在通过所述物镜之后作为准直光入射到所述全息存储介质上，并且

其中通过改变所述参考光束相对于所述全息存储介质的角度，所述参考光束和所述数据光束在通过所述物镜之后，在所述全息存储介质中记录多个数据页。

2.如权利要求1所述的全息装置，包括用于在平行于所述全息存储介质的方向上移动所述物镜的致动器，

其中所述致动器在平行于所述全息存储介质的方向上移动所述物镜，从而改变所述参考光束相对于所述全息存储介质的角度，以便按照角度复用方法记录多个数据页。

3.如权利要求1所述的全息装置，包括：

用于在所述参考光束进入所述物镜之前改变所述参考光束的光轴的角度的镜；和

用于改变所述镜的角度的镜驱动装置，

其中所述镜驱动装置驱动所述镜，以改变所述参考光束相对于所述全息存储介质的角度，以便按照角度复用方法记录多个数据页。

4.如权利要求1所述的全息装置，其中所述物镜在所述物镜的光轴方向上被机械地移动，从而使所述物镜聚焦。

5.如权利要求1所述的全息装置，其中所述参考光束源和所述数据光束源是同一光源。

6.一种用于在全息存储介质中记录数据的记录方法，包括以下步骤：

生成参考光束和数据光束；

通过物镜将所生成的数据光束会聚到所述全息存储介质上；

通过所述物镜指引所生成的参考光束以便作为准直光入射到所述全息存储介质上；和

改变所述参考光束相对于所述全息存储介质的角度，

其中所述参考光束和所述数据光束在通过所述物镜之后，在所述全息存储介质中记录多个数据页。

7.如权利要求6所述的记录方法，还包括在平行于所述全息存储介质的方向上移动所述物镜，从而改变所述参考光束相对于所述全息存储介质的角度，以便按照角度复用方法记录多个数据页的步骤。

8.如权利要求6所述的记录方法，还包括在所述参考光束进入所述物镜之前，通过镜改变所述参考光束的光轴的角度，从而改变所述参考光束相对于所述全息存储介质的角度，以便按照角度复用方法记录多个数据页。

9.如权利要求6所述的记录方法，还包括补偿所述全息存储介质与所述参考光束之间的相对倾斜。

10.如权利要求6所述的记录方法，还包括补偿所述全息存储介质的温度变化。

11.如权利要求10所述的记录方法，还包括改变波长的步骤。

12.一种用于恢复记录在全息存储介质中的数据的恢复方法，包括以下步骤：

生成参考光束；

通过物镜指引所生成的参考光束以便作为准直光入射到所述全息存储介质上；

改变所述参考光束相对于所述全息存储介质的角度；和

使用已通过所述物镜的所述参考光束从所述全息存储介质中恢复所述多个数据页，

其中读出数据光束通过所述物镜。

13.如权利要求12所述的恢复方法，包括在平行于所述全息存储介质的方向上移动所述物镜，从而改变所述参考光束相对于所述全息存储介质的角度，以便恢复所述多个数据页。

14.如权利要求12所述的恢复方法，还包括在所述参考光束进入所述物镜之前，通过镜改变所述参考光束的光轴的角度，从而改变所述参考光束相对于所述全息存储介质的角度，以便读出多个数据页。

15.如权利要求12所述的恢复方法，还包括补偿所述全息存储介质与所述参考光束之间的相对倾斜。

16.如权利要求12所述的恢复方法，还包括补偿所述全息存储介质的温度变化。

17.如权利要求16所述的恢复方法，还包括改变波长的步骤。

18.如权利要求1所述的全息存储介质，包括记录材料层和用于在记录过程中吸收光的光吸收层。

19.如权利要求12所述的全息存储介质，其中在所述全息存储介质的上部基片和下部基片的至少一个中形成伺服图案。

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