專利名稱：空間光調制器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于全息圖記錄和再現(xiàn)裝置等的空間光調制器等。
背景技術：
體全息記錄系統(tǒng)被公知為一種利用全息圖原理的數(shù)字信息記錄系統(tǒng)。該系統(tǒng)的特征是將信息信號在記錄介質中記錄為折射率的變化。在該系統(tǒng)中，諸如鈮酸鋰單晶體等的光折射材料用作記錄介質。
作為一種全息圖記錄和再現(xiàn)方法，存在一種利用傅里葉變換的記錄和再現(xiàn)方法。
圖1示出了一種常規(guī)全息圖記錄和再現(xiàn)裝置的示例。在該圖中，從激光源11發(fā)出的激光12由分束器13分為信號光12A和記錄參考光12B。信號光12A的束徑由擴束器14放大，并且信號光12A被作為準直光束施加到空間光調制器(SLM)15，如半透明的TFT液晶顯示器(LCD)的板等?？臻g光調制器(SLM)15接收由編碼器25轉換的記錄數(shù)據(jù)作為電信號，以在一平面上形成亮暗點圖案。在經過空間光調制器(SLM)15的過程中，信號光12A被調制得包括數(shù)據(jù)信號分量。當包括點圖案的信號分量的信號光12A經過傅里葉變換透鏡16(其布置在一倍焦距“f”處)時，所述點圖案的信號分量經受傅里葉變換，并被聚光到記錄介質5中。
另一方面，分束器13分出的記錄參考光12B由鏡18和鏡19引至記錄介質(體全息圖存儲器)5中。記錄參考光12B與信號光12A的光路在記錄介質5內相交，從而形成光干涉圖案，以將全部光干涉圖案記錄為折射率的變化。
如上所述，傅里葉變換透鏡根據(jù)受到相干準直光照射的圖像數(shù)據(jù)的衍射光形成圖像。該圖像被轉換為焦平面(即，傅里葉面)上的分布，并且作為傅里葉變換結果的所述分布可以與相干參考光發(fā)生干涉，以將干涉條紋記錄在焦點附近的記錄介質上。在完成了對一個數(shù)據(jù)頁(以下也簡稱為“頁”)的記錄之后，鏡19旋轉一預定角度，并且其位置平行地移動一預定量，以使記錄參考光12B的入射角相對于記錄介質5改變。然后，按相同的過程記錄第二頁。通過接連地執(zhí)行這樣的記錄過程來執(zhí)行角度多路復用記錄(angular multiplexing recording)。
另一方面，在再現(xiàn)操作中，執(zhí)行傅里葉逆變換以再現(xiàn)點圖案圖像。在再現(xiàn)數(shù)據(jù)的過程中，如圖1中所示，信號光12A的光路被例如空間光調制器(SLM)15所阻斷，并且只有參考光12B施加到記錄介質5。在再現(xiàn)過程中，利用鏡19的旋轉和直線運動的組合來改變和控制鏡19的位置和角度，使得記錄參考光的入射角變得與記錄待再現(xiàn)頁的過程中的入射角相同。用于再現(xiàn)所記錄的光干涉圖案的再現(xiàn)光出現(xiàn)在參考光12B照射的記錄介質5的對側。通過將所述再現(xiàn)光引入傅里葉逆變換透鏡16A中以執(zhí)行傅里葉逆變換，可以再現(xiàn)點圖案信號。然后，點圖案信號由一倍焦距位置處的光電探測器20(如電荷耦合器件CCD等)來接收，以將點圖案信號恢復為電數(shù)字數(shù)據(jù)信號。然后，將該數(shù)字數(shù)據(jù)信號發(fā)送到解碼器26，以再現(xiàn)原數(shù)據(jù)。
在利用傅里葉變換的全息圖記錄過程中，由于空間光調制器15的像素重復，一級衍射光成為由空間光調制器15(如LCD等)來進行傅里葉變換的信號光的最高頻分量。
圖2是示出常規(guī)空間光調制器15的圖案的平面圖。邊長為“a”(μm)的多個方像素排列成矩陣。換句話說，空間光調制器15的像素間距為“a”(μm)。標號6表示入射到空間光調制器15上的入射束。
參照圖3，信號光的光軸表示Z方向，而在垂直于信號光的平面上的像素列和行的方向分別表示X和Y方向。當信號光與參考光發(fā)生干涉以在記錄介質5中進行記錄時，XY平面(其平行于傅里葉平面)中以相對于信號光的光軸對稱的方式出現(xiàn)空間頻譜的光強分布。
利用傅里葉變換全息圖的全息圖記錄具有以下優(yōu)點全息圖可載入空間受限的空間內；通過利用傅里葉變換按分布方式記錄信息；以及可增加記錄的冗余度。利用記錄平面中的空間頻率(fsp)、光的波長(λ)以及傅里葉變換透鏡的焦距(F1)，來如下表示傅里葉平面中的零級傅里葉譜與一級傅里葉譜之間的距離(d1)d1＝fsp·λ·F1由于空間光調制器15的像素間距為42μm，所述波長為532nm，所述焦距為165mm，所以根據(jù)以上公式，對應的最高頻分量的傅里葉譜距(d1)為2.1mm。由此，待記錄的信息位于光軸上約±2.1mm的范圍內。換句話說，如圖3中所示，空間光調制器15中出現(xiàn)的二維數(shù)據(jù)按兩行兩列的矩陣分布在xy空間(x，y≤±2d1)上，該二維數(shù)據(jù)由一級衍射光和零級光組成。
因此，根據(jù)由于像素間距而產生的最高頻分量，空間光調制器15的傅里葉變換圖像中出現(xiàn)峰值。這些峰值本身并不帶有任何有意義的數(shù)據(jù)。若這些峰值出現(xiàn)在這種傅里葉變換圖像中，則記錄介質的光折射效應在上述峰值位置處變得飽和，從而存在這樣的問題在記錄圖像中易于出現(xiàn)非線性失真(distortion)。
還存在一種用于使記錄介質偏離傅里葉平面以在記錄過程中確保動態(tài)范圍的方法，但是該方法存在記錄所需時間變長、信噪比降低以及需要高靈敏記錄介質等問題。
鑒于以上問題，本發(fā)明所實現(xiàn)的目的包括以上問題的一個示例。換句話說，本發(fā)明的一個目的是提供一種高性能的空間光調制器，其能夠以高靈敏度和較少的信號失真來進行記錄。

發(fā)明內容
在根據(jù)本發(fā)明的空間光調制器中，多個光調制單元排列在一個平面中。所述多個光調制單元被排列成，使得在所述平面中的任意方向上，存在與所述光調制單元的排列相對應的周期性結構的至少兩個周期。
在根據(jù)本發(fā)明的空間光調制器中，多個光調制單元排列在一個圓形光調制區(qū)中。所述多個光調制單元被排列成，使得在所述光調制區(qū)中的任意方向上，存在與所述光調制單元的排列相對應的周期性結構的至少兩個周期。所述光調制單元的大小沿著所述光調制區(qū)的外周方向增大。
根據(jù)本發(fā)明的空間光調制器具有圓形光調制區(qū)。在通過徑向且同心地劃分所述光調制區(qū)而獲得的每個區(qū)域中布置有一個光調制單元。


圖1是示出一種常規(guī)全息圖記錄和再現(xiàn)裝置的示例的圖；圖2是示出常規(guī)空間光調制器的圖案的平面圖，在該圖案中，邊長為“a”的多個方像素排列成矩陣；圖3是示出頻譜的光強的圖，該頻譜是由于信號光與參考光之間的干涉而出現(xiàn)在與傅里葉平面平行的xy平面中的；圖4是示出利用根據(jù)本發(fā)明第一實施例的空間光調制器的全息圖記錄和再現(xiàn)裝置的結構的框圖；圖5是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的空間光調制器中的光調制單元的形狀的示意平面圖；圖6是圖5中所示的空間光調制器的部分放大圖；圖7是示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的空間光調制器的結構的示意平面圖；圖8是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的具有圓形光調制單元的空間光調制器的結構的示意平面圖；以及圖9是示出根據(jù)本發(fā)明又一實施例的具有矩形光調制單元的空間光調制器的結構的示意平面圖。
具體實施例方式
以下將參照附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細描述。在下述附圖中，基本上相同的部分由相同的標號表示。
圖4是示出利用根據(jù)本發(fā)明第一實施例的空間光調制器40的全息圖記錄和再現(xiàn)裝置10的結構的框圖。
在全息圖記錄和再現(xiàn)裝置10的光學系統(tǒng)10A中，例如，使用用于發(fā)射波長為532nm的綠光的固體激光器作為信號光12A和記錄參考光12B的光源。激光源11由激光驅動器31來驅動。激光驅動器31由主控制器(CPU)30來控制，主控制器30連接到全息圖記錄和再現(xiàn)裝置10的每個電路模塊，以執(zhí)行對整個裝置的控制。更具體來說，包括寫入定時信號等的各種控制信號被從主控制器30提供給激光驅動器31，而激光驅動器31基于這些控制信號來驅動激光源11。
從激光源11發(fā)出的激光12由分束器13分為信號光12A和記錄參考光12B。擴束器14放大信號光12A的束徑，并且信號光12A作為準直光入射到空間光調制器(SLM)40上，該空間光調制器(SLM)40包括半透明的TFT液晶顯示器(LCD)的板。
按以下方式將多個光調制單元排列在空間光調制器(SLM)40中，即，在一平面中的任意方向上，存在與光調制單元的排列相對應的周期性結構的至少兩個周期。換句話說，所述多個光調制單元被排列成，使得在與光調制單元的排列相對應的傅里葉面中存在傅里葉頻率的至少兩個峰值分量。
在該實施例中，如圖5的平面圖中所示，空間光調制器(SLM)40具有近似與信號光的束徑6相內接的圓形光調制區(qū)或區(qū)域6A。光調制區(qū)6A由經過圓心的徑向劃分線按預定角度(θ)進行劃分。光調制區(qū)6A還被半徑分別為R1、R2、……、Rn的劃分線同心地進行劃分。每個劃分區(qū)域對應于一個光調制單元(以下，也稱作像素)40A，因此空間光調制器40包括像素Ak，1、Ak，2、……、Ak，n(k＝1，2，……，m)。因而，空間光調制器40包括n×m個像素。
例如，考慮k＝1的情況，如圖6的部分放大圖所示，每個像素A1，1、A1，2、……、A1，n都被配置為在徑向上具有的不同間距。優(yōu)選的是，沒有像素具有相同間距。如果這些像素被配置為使得所述間距的倒數(shù)是近似相同的值，那么多個傅里葉譜之間的距離就可均勻地分布。通過按此方式配置空間光調制器40，其中的每個都與每個像素相對應的多個傅里葉譜之間的距離在傅里葉平面中不同，從而可以防止峰值出現(xiàn)在傅里葉變換圖像中的特定位置處。
此外，在該實施例中，將高空間頻率的像素(即，小像素)排列在中央部分中，而將低空間頻率的像素(即，大像素)排列在外緣部分中，以有效地獲得透鏡上的入射光量。換句話說，每個像素A1，1、A1，2、……、A1，n在徑向上的長度L1，j(j＝1、2、……、n)隨著該像素趨近外緣部分(隨著j增大)而變長。
此外，每個像素A1，1、A1，2、……、A1，n的大小都是根據(jù)信號光束的功率密度來確定的。換句話說，當信號光束具有高斯分布的形狀時，功率密度在該束的中央部分中高，并且隨著趨近于所述束的外緣部分而降低。由此，每個像素的大小被確定為，使得每個像素上入射的光的功率變得基本上相等。每個像素的大小可被確定為，使得每個像素上入射的光的功率比在一預定范圍內。
空間光調制器(SLM)40基于要記錄的數(shù)據(jù)信號來形成亮暗圖案。更具體來說，編碼器25接收包括一維數(shù)字信號序列的記錄數(shù)據(jù)信號，以根據(jù)以上空間光調制器(SLM)40的像素陣列將所述信號轉換為二維數(shù)據(jù)陣列。此外，編碼器25將一糾錯碼(error correction code)加入二維數(shù)據(jù)陣列，并產生二維數(shù)據(jù)信號(單位頁序列數(shù)據(jù)信號)。編碼器25配備有SLM驅動器(未示出)。該SLM驅動器基于所述二維數(shù)據(jù)信號生成驅動信號，以驅動空間光調制器(SLM)40。因此，根據(jù)所述二維數(shù)據(jù)信號，在空間光調制器(SLM)40中形成了二維圖案。
當信號光12A透過空間光調制器(SLM)40時，其經受了利用所述圖案的光調制。換句話說，空間光調制器40具有與單位頁相對應的調制處理單元?？臻g光調制器40根據(jù)來自編碼器25的單位頁序列數(shù)據(jù)，逐像素地透過或阻擋所施加的波長為532nm的相干信號束的光，以產生調制信號光束。更具體來說，當單位頁序列數(shù)據(jù)(為電信號)的邏輯值為“1”時，空間光調制器40允許信號束透過，而當該邏輯值為“0”時，截斷信號束。由此，根據(jù)單位頁數(shù)據(jù)中的每個比特的內容完成了電光轉換，因而調制信號光束(信號束)被生成為單位頁序列的信號光。
包括記錄數(shù)據(jù)信號的信號光12A，透過布置在一倍焦距“f”處的傅里葉變換透鏡16，并且所述圖案信號分量經受傅里葉變換，以被聚光到記錄介質5中。
另一方面，經由分束器13分出的記錄參考光12B由鏡18和鏡19引至記錄介質(體全息圖存儲器)5中。記錄參考光12B與信號光12A的光路在記錄介質5內相交，從而形成光干涉圖案，以將全部光干涉圖案記錄為折射率的變化。
如上所述，傅里葉變換透鏡根據(jù)受到相干光照射并被利用圖像數(shù)據(jù)進行調制的來自空間光調制器的衍射光形成一圖像。該圖像與相干參考光發(fā)生干涉，并且干涉圖案被記錄在焦點附近的記錄介質中。當完成了對一個數(shù)據(jù)頁(以下也簡稱為“頁”)的記錄時，記錄介質驅動器33將記錄介質5的位置平行地移動一預定量，并且按相同的過程來記錄第二頁。通過接連地如此記錄來執(zhí)行記錄過程。
另一方面，在再現(xiàn)過程中，通過執(zhí)行傅里葉逆變換來再現(xiàn)圖像。在再現(xiàn)數(shù)據(jù)的過程中，例如，如圖4中所示，在記錄介質驅動器33將記錄介質5移動到預定位置處之后，遮光器17或空間光調制器(SLM)40阻斷信號光12A的光路，使得只有參考光12B入射到記錄介質5中。由此，根據(jù)所記錄的光干涉圖案對再現(xiàn)光進行再現(xiàn)。通過將再現(xiàn)光引至傅里葉逆變換透鏡16A中并執(zhí)行傅里葉逆變換來再現(xiàn)圖案信號。然后，在將由諸如電荷耦合器件(CCD)等的光電探測器20接收到的圖案信號恢復為電數(shù)字數(shù)據(jù)信號之后，將該數(shù)字數(shù)據(jù)信號發(fā)送到解碼器26，以再現(xiàn)記錄數(shù)據(jù)。
根據(jù)本發(fā)明，可以減小由空間光調制器的周期性結構所引起的在傅里葉變換圖像中出現(xiàn)的光峰值的強度。由此，可以防止記錄介質的光折射效應飽和。因此，可以提供一種高性能的空間光調制器，利用該空間光調制器，很難出現(xiàn)非線性失真，并且高靈敏度地執(zhí)行全息圖記錄。
圖7是示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的空間光調制器41的結構的示意平面圖。空間光調制器41包括透射型TFT液晶顯示器(LCD)的板。
如圖7的平面圖中所示，空間光調制器(SLM)41包括多個光調制單元(像素)41A，每個光調制單元41A具有一圓形形狀。該多個像素41A按滿足任一以下條件的方式排列在空間光調制器41的平面中(1)該多個像素41A排列成，使得像素41A在空間光調制器41平面中的任意線上的空間頻率為多個，或者(2)該多個像素41A具有隨機的大小，或者(3)高空間頻率的像素(即，小像素)排列在中央部分中，而低空間頻率的像素(即，大像素)排列在外緣部分中。
所述像素可被排列成滿足多個以上條件。在該實施例中，所述像素被排列成滿足以上條件(1)到(3)中的所有條件。
優(yōu)選地，每個像素的大小都根據(jù)信號光束的功率密度來確定。即，當信號光束密度具有高斯分布的形狀時，功率密度在束的中央部分中高，而隨著趨近束的外緣部分而降低。由此，每個像素的大小可被確定成，使得各像素上入射的光的功率比在一預定范圍內。
圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的空間光調制器41的另一實施例的示意平面圖。每個光調制單元(像素)41A具有圓形形狀，并且每個像素的大小向著光調制區(qū)6A的外緣方向增大。
每個像素并不需要是圓形形狀。如圖9中所示，空間光調制器42可以包括多個矩形像素42A。在該實施例中，該多個像素42A被排列成滿足以上條件(1)到(3)中的所有條件。
此外，每個像素并不需要是相同的形狀。換句話說，不必使所有像素都具有圓形或矩形的形狀，并且可以排列呈隨機形狀的像素。
根據(jù)這種結構，由于減小了傅里葉變換圖像中出現(xiàn)的光峰值強度，所以可以防止記錄介質的光折射效應變得飽和。因此，可以提供一種高性能的空間光調制器，利用該空間光調制器，很難出現(xiàn)非線性失真，并且可高靈敏度地執(zhí)行全息圖記錄。
權利要求
1.一種空間光調制器，其中多個光調制單元排列在一個平面中，其特征在于所述多個光調制單元被排列成，使得在所述平面中的任意方向上，存在與所述多個光調制單元的排列相對應的周期性結構的至少兩個周期。
2.一種空間光調制器，其中多個光調制單元排列在一圓形形狀的光調制區(qū)中，其特征在于所述多個光調制單元被排列成，使得在所述光調制區(qū)中的任意方向上，存在與所述多個光調制單元的排列相對應的周期性結構的至少兩個周期，并且所述光調制單元的大小沿著所述光調制區(qū)的外周方向增大。
3.如權利要求2所述的空間光調制器，其特征在于，所述多個光調制單元具有依照高斯分布的形狀的面積比，所述高斯分布的峰值點在所述光調制區(qū)的中心。
4.一種具有圓形形狀的光調制區(qū)的空間光調制器，包括多個光調制單元，排列在通過沿徑向且同心地劃分所述光調制區(qū)而獲得的多個區(qū)域中。
5.如權利要求4所述的空間光調制器，其特征在于，所述多個光調制單元被排列成，使得在所述光調制區(qū)的徑向方向上，存在與所述多個光調制單元的排列相對應的周期性結構的至少兩個周期。
6.如權利要求4所述的空間光調制器，其特征在于，所述多個光調制單元具有依照高斯分布的形狀的面積比，所述高斯分布的峰值點在所述光調制區(qū)的中心。
全文摘要
一種空間光調制器，其中多個光調制器單元排列在一個平面中。所述多個光調制器單元被排列成，使得在排列有所述多個光調制器的所述平面上的任意方向上，存在與該多個光調制器單元的排列相對應的周期性結構的至少兩個周期。
文檔編號G11B7/125GK1675597SQ0381887
公開日2005年9月28日 申請日期2003年7月23日 優(yōu)先權日2002年8月5日
發(fā)明者田中覺, 伊藤善尚, 橘昭弘, 洼田義久, 黑田和男, 杉浦聰 申請人:先鋒株式會社