專利名稱：用于在全息存儲(chǔ)介質(zhì)中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的裝置以及相位板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在全息存儲(chǔ)介質(zhì)中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的裝置和相位板。本發(fā)
明特別地涉及使用空間光調(diào)制器(SLM)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。
背景技術(shù)：
在全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，把包含數(shù)字信息("o"和"r )的二維空間
光調(diào)制器(SLM)的圖案投影到全息存儲(chǔ)介質(zhì)上。最常見的結(jié)構(gòu)是所謂的4f傅立葉結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，SLM和第一透鏡之間的距離是該透鏡的一個(gè)焦距&，這個(gè)透鏡到介質(zhì)的距離是f!,從所述介質(zhì)到第二透鏡的距離是這個(gè)第二透鏡的一個(gè)焦距f2,最后從這個(gè)第二透鏡到探測器陣列的距離又是f2。通常f產(chǎn)&。
上述裝置如圖4所示。來自激光器的光通過偏振分束器26導(dǎo)向反射式空間光調(diào)制器18 (R-SLM,例如LCoS設(shè)備)。由R-SLM產(chǎn)生的二維數(shù)據(jù)頁被反射回成像透鏡22,該透鏡22把光聚焦到全息介質(zhì)110中。該光和參考光束(未示出)在介質(zhì)上形成干涉，導(dǎo)致表示數(shù)據(jù)的折射率調(diào)制。在讀出期間，介質(zhì)110用參考光束照射，通過衍射，導(dǎo)致原始數(shù)據(jù)頁波前的重構(gòu)。利用透鏡24將衍射光成像到探測器陣列20 (例如COMS或CCD陣列)上。應(yīng)當(dāng)指出，從SLM到第一透鏡22的距離對應(yīng)于這個(gè)透鏡22的焦距，并且等于透鏡22到介質(zhì)110的距離、從介質(zhì)110到第二透鏡24的距離以及從笫二透鏡24到探測器陣列20的距離；因此叫做4f結(jié)構(gòu)。
如從圖4中可以看到的，介質(zhì)位于焦點(diǎn)上，其光斑大小S大致等于S=(ia/NA)2，這里，K2是SLM中的像素?cái)?shù)，X是光的波長，.以及NA二sinG)是所使用的透鏡的數(shù)值孔徑。然而，穿過焦點(diǎn)的強(qiáng)度分布并不是均勻的，而是具有顯著峰值的，其峰寬為人/NA,強(qiáng)度比例為K4。事實(shí)上，強(qiáng)度分布是SLM上的圖像的傅立葉變換，其峰值來自非零直流傅立葉分量。這個(gè)峰值不攜帶哪個(gè)像素是"1"以及哪個(gè)像素是"0"的任何信息，因此不是期望得到的。另外，這個(gè)峰值的強(qiáng)度( K4)比周圍強(qiáng)度( K2)大幾個(gè)數(shù)量級(jí)，因此，將燒焦介質(zhì)和/或在折射率調(diào)制中引入不期望的非線性。
這個(gè)問題最常見的解決辦法如圖5所示，其不把全息記錄層精確定位在焦點(diǎn)上，而是將之定位在焦點(diǎn)外。由于材料偏心放置，因而光學(xué)系統(tǒng)是不對稱的。這是不期望的，因?yàn)楦郊拥牟ㄇ跋癫钔ㄟ^這種方式被引入。在完全對稱的設(shè)計(jì)中，慧差和失真完全沒有，因此，優(yōu)選的是對稱設(shè)計(jì)。
如圖6所示，另外一個(gè)已知的解決上述問題的方法是使用靠近SLM8的隨機(jī)相位板(RPP) 150 (參見例如H丄Coufal等人所著的《全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(Holographic Data Storage )》,Spinger Verlag (Berlin, 2000),pp 2W-269 )。通過相位板為SLM的每一個(gè)像素引入介于0 ~ 2丌的隨機(jī)相位。特別地，光強(qiáng)的尖峰來自所有"點(diǎn)亮，，的像素的相干疊加。如果這些像素當(dāng)中的每一個(gè)都有隨機(jī)相位，其相干疊加變?yōu)榱?，尖峰就消失了?br> 然而，如圖6中所示使用隨機(jī)相位板帶來的問題是，存儲(chǔ)密度明顯要比不使用相位板時(shí)低。在焦點(diǎn)上的存儲(chǔ)面積S由來自SLM-RPP組合的衍射光角分布0d近和第一透鏡的焦距f 一起決定，即S= (edlff*f)2。在只有SLM的情況下，edlff= (VdSLM)，其中dsLM是SLM的像素大小。在SLM和隨機(jī)相位板聯(lián)合使用的情況下，edlff~(X/dSLM)+(^/dRpp),其中c!rpp是隨機(jī)相位板的"像素，，大小。 一種不贊成該解決方案的理由是光從SLM和相位板二者衍射。顯然，當(dāng)dRPP二dsLM時(shí)，涉及的存儲(chǔ)面積比沒有相位板時(shí)明顯要大得多，這導(dǎo)致較低的存儲(chǔ)密度。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種解決方案，以便在避免不需要的直流傅立葉分量時(shí)，不引入附加的波前像差，并且不明顯降低全息存儲(chǔ)介質(zhì)的存儲(chǔ)密度。

發(fā)明內(nèi)容
上面的目的由獨(dú)立權(quán)利要求中的特征所解決。本發(fā)明的進(jìn)一步發(fā)展和優(yōu)選的實(shí)施例在從屬權(quán)要求中概括。
根據(jù)本發(fā)明，提供了用于在全息存儲(chǔ)介質(zhì)中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的裝置，所述裝置包括空間光調(diào)制器(SLM)和相位板，所述空間光調(diào)制器具有第一像素結(jié)構(gòu)，所述相位板具有第二像素結(jié)構(gòu)，笫一和第二像素結(jié)構(gòu)彼此對準(zhǔn)，其中，第二像素結(jié)構(gòu)的間距是第一像素結(jié)構(gòu)間距的整數(shù)倍，該整數(shù)倍嚴(yán)格地大于1。術(shù)語"間距'，指明了這些像素結(jié)構(gòu)的相鄰像素區(qū)域內(nèi)具有所述像素區(qū)域內(nèi)同樣相對位置的兩點(diǎn)的距離。因此，相位板的^象素尺寸可明顯地比空間光調(diào)制器的像素尺寸要大。然而，對于空間光調(diào)制器的每一個(gè)像素而言，相位應(yīng)該是均勻的，即在與空間光調(diào)制器中的相鄰像素之間的交點(diǎn)不同的位置處相變是不允許的。否則，探測器陣列所
探測到的這種像素的強(qiáng)度將成為低值，而強(qiáng)度本應(yīng)該是高值，因?yàn)閬碜杂谶@些像素具有不同相位的兩部分的光在探測器上干涉并且彼此相消。
因此，像素結(jié)構(gòu)對準(zhǔn)的要求意味著相變只能發(fā)生在SLM像素結(jié)構(gòu)的邊緣。
優(yōu)選地，整數(shù)倍小于32。
更優(yōu)選地，整數(shù)倍介于2至16之間。
有利地，整數(shù)倍取8。
整數(shù)倍的選擇依賴于特定的要求。選擇大的整數(shù)倍值導(dǎo)致探測器陣列的強(qiáng)度譜峰值能有利地分離，小的整數(shù)倍值導(dǎo)致較好地減小直流傅立葉分量。因此，考慮到空間濾波特性，整數(shù)倍的最優(yōu)值是評(píng)估強(qiáng)度譜的峰值分離的不利影響和直流傅立葉分量期望的消除的結(jié)果。
優(yōu)選地，相位板的像素結(jié)構(gòu)包括表示第一數(shù)字值的第一像素集合和表示第二數(shù)字值的第二像素集合，第一集合中的像素?cái)?shù)量和第二集合中的像素?cái)?shù)量基本相同。因此，建議二元相位板只有兩個(gè)相位，0和2tt。這與擁有介于0和2TT之間的任意值的"連續(xù)"相位板形成對比。這種
二元相位板較容易制造?？捎脕韽?fù)制這種相位板的母版可以容易地用一些處理步驟制造，所述處理步驟即在基片上旋涂光刻膠、用適當(dāng)?shù)膱D案照射該結(jié)構(gòu)并且蝕刻二元結(jié)構(gòu)。通過調(diào)整相位板平衡，即使它在0相位和丌相位面積大致相等，相位的相干疊加為零。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，相位板的像素結(jié)構(gòu)是偽隨機(jī)結(jié)構(gòu)。因此，相位板是現(xiàn)有技術(shù)中建議的隨機(jī)相位板。
根據(jù)不同的優(yōu)選實(shí)施例，相位板的像素結(jié)構(gòu)是排列式結(jié)構(gòu)。和隨機(jī)相位板相比，排列式相位板有某種規(guī)律性。例如，相位板在形狀上類似
于相位在0和7t之間交替的相位光柵。在排列式結(jié)構(gòu)的情況下，直流傅
立葉分量被衍射成光柵的不同衍射級(jí)。相比而言，隨機(jī)相位板的光并不是衍射成幾個(gè)離散的衍射級(jí)，而是在相當(dāng)?shù)慕嵌确秶鷥?nèi)擴(kuò)散。
根據(jù)特定實(shí)施例，相位板被設(shè)置成與空間光調(diào)制器分離的相位板。根據(jù)一個(gè)不同的實(shí)施例，相位板與空間光調(diào)制器相結(jié)合。當(dāng)相位掩膜與空間光調(diào)制器相結(jié)合時(shí)，像素結(jié)構(gòu)非常精密的對準(zhǔn)是可能的，并且根據(jù)該整體結(jié)構(gòu)來提供。因此，使用這種整體解決方案的裝置將不會(huì)出
現(xiàn)不對準(zhǔn)。
根據(jù)本發(fā)明的另外的方面，提供了能夠使用在用于在全息存儲(chǔ)介質(zhì)
中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的裝置中的相位板，所述裝置包括空間光調(diào)制器(SLM)和相位板，所述空間光調(diào)制器具有第一像素結(jié)構(gòu)，所述相位板具有第二像素結(jié)構(gòu)，第一和第二像素結(jié)構(gòu)互相對準(zhǔn)，其中，第二像素結(jié)構(gòu)的間距是第 一像素結(jié)構(gòu)的間距的整數(shù)倍，這個(gè)整數(shù)倍數(shù)嚴(yán)格地大于1 。
根據(jù)下文中描述的實(shí)施例，本發(fā)明的這些和其他的方面將變得清楚明白，并參考這些實(shí)施例進(jìn)行闡述。


圖1示出了采用根據(jù)本發(fā)明的相位板的空間光調(diào)制器的示意圖。圖2示出了不帶相位板的裝置的強(qiáng)度分布和帶有根據(jù)本發(fā)明的隨機(jī)相位板的裝置的強(qiáng)度分布。
圖3示出了對應(yīng)不同相位板的強(qiáng)度語。
圖4示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備的裝置。
圖5示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備的裝置。
圖6示出了采用根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)相位板的空間光調(diào)制器的示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了采用根據(jù)本發(fā)明的相位板50的空間光調(diào)制器18的示意圖。和根據(jù)圖6中所示現(xiàn)有技術(shù)的相位板150相比，根據(jù)本發(fā)明的相位板50并不隨空間光調(diào)制器的每個(gè)像素變化其相位，而是增大像素分塊。在該實(shí)例的情況下，相位掩膜的間距比空間光調(diào)制器的間距大的整數(shù)倍為4倍。請注意，像素結(jié)構(gòu)的變化只在一維空間展示。垂直維度上的變化可能相同或不同。在任何情況下，相位板凹坑結(jié)構(gòu)的邊緣是和調(diào)制器凹坑結(jié)構(gòu)的邊緣對準(zhǔn)的，即在空間光調(diào)制器的像素內(nèi)沒有調(diào)制變化。進(jìn)一步注意到相位板上像素結(jié)構(gòu)的間距在任意維度上可能是常數(shù)或變量。
圖2示出了不帶相位板的裝置的強(qiáng)度分布和帶有根據(jù)本發(fā)明的隨機(jī)相位板的裝置的強(qiáng)度分布。穿過焦點(diǎn)的位置在x軸上繪出，強(qiáng)度在y軸
6上繪出。用(a)標(biāo)注的強(qiáng)度分布是沒有相位板的分布，而用(b)表示的分布是具有根據(jù)本發(fā)明的隨機(jī)相位板的強(qiáng)度分布。曲線(a)有尖銳的峰值，而曲線(b)沒有強(qiáng)烈的峰值。因此，在本發(fā)明的基礎(chǔ)上直流傅立葉分量被抑制。
圖3示出了對應(yīng)不同相位板的強(qiáng)度譜。在圖3中示出的不同的強(qiáng)度譜都有雙峰值結(jié)構(gòu)， 一個(gè)代表數(shù)字'0，， 一個(gè)代表數(shù)字'1，。曲線(a)對應(yīng)于沒有相位板的裝置，曲線(b)對應(yīng)于在相位板像素結(jié)構(gòu)和調(diào)制器像素結(jié)構(gòu)之間的整數(shù)倍數(shù)為1的相位板，即根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的裝置。曲線(c) 、 (d)和(e)各自對應(yīng)于間距比為2、 4和8時(shí)的情況。可以看出，沒有相位板時(shí)峰值是顯著的。和其相比，對于采用根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的相位板的空間光調(diào)制器而言，即間距比為l時(shí)，峰值展現(xiàn)出很大的重疊行為(曲線(b))。對于給定的空間濾波器，例如，代表在探測器陣列中剛好能區(qū)分開'0'和'1，所需的焦平面面積的1.125倍奈奎斯特頻限，在曲線(b)表示的情況下，'0，和'1，并不能很好地區(qū)分開，并且引入了大量位檢測錯(cuò)誤。這可通過增加空間濾波器的尺寸來解決，然而，這將以損失存儲(chǔ)容量為代價(jià)。相反，也可以例如從l (曲線(b))到8 (曲線(e))增加相位板的間距比。因此，對于例如為8的間距比，其誤碼率很難受到影響，同時(shí)其存儲(chǔ)密度也幾乎不受影響。應(yīng)該指出的是，這并不意味著間距比應(yīng)該增加為越來越大的值，因?yàn)橹绷鞲盗⑷~分量的消除效果在較小間距比時(shí)更起作用。不贊成這點(diǎn)的理由是，增加間距比到無窮大導(dǎo)致相位板沒有任何結(jié)構(gòu)，因此相應(yīng)于沒有相位板的具有強(qiáng)烈直流傅立葉分量的空間光調(diào)制器。因此，必須針對給定的特定裝置確定間距比的最優(yōu)值。
也可以采用在上面未描述的等效物和修改，而不偏離本發(fā)明的范圍，所述范圍在隨附權(quán)利要求中限定。
權(quán)利要求
1.一種用于在全息存儲(chǔ)介質(zhì)中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的裝置，該裝置包括空間光調(diào)制器(SLM)(18)和相位板(50)，空間光調(diào)制器具有第一像素結(jié)構(gòu)，相位板具有第二像素結(jié)構(gòu)，第一和第二像素結(jié)構(gòu)互相對準(zhǔn)，其中第二像素結(jié)構(gòu)的間距是第一像素結(jié)構(gòu)的間距的整數(shù)倍，該整數(shù)倍嚴(yán)格地大于1。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述裝置，其中整數(shù)倍要比32小。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其中整數(shù)倍在2到16之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述裝置，其中整數(shù)倍是8。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其中相位板(50)的像素結(jié)構(gòu)包括表 示第 一數(shù)字值的第 一像素集合和表示第二數(shù)字值的第二像素集合，第一 像素集合中的像素?cái)?shù)量和第二像素集合中的像素?cái)?shù)量基本上相同。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其中相位板(50)的像素結(jié)構(gòu)是偽隨 才幾結(jié)構(gòu)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其中相位板(50)的像素結(jié)構(gòu)是排列式結(jié)構(gòu)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述裝置，其中相位板(50)被設(shè)置成和空間光 調(diào)制器分離的相位板。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述裝置，其中相位板與空間光調(diào)制器相結(jié)合。
10. —種能夠使用在用于在全息存儲(chǔ)介質(zhì)中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的裝置中的相 位板，所述裝置包括空間光調(diào)制器(SLM) (18)和相位板(50)，空 間光調(diào)制器具有第一像素結(jié)構(gòu)，相位板具有第二像素結(jié)構(gòu)，第一和第二 像素結(jié)構(gòu)互相對準(zhǔn)，其中第二像素結(jié)構(gòu)的間距是第 一像素結(jié)構(gòu)的間距的 整數(shù)倍，該整數(shù)倍嚴(yán)格地大于l。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于在全息存儲(chǔ)介質(zhì)中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的裝置，該裝置包括空間光調(diào)制器(SLM)(18)和相位板(50)，空間光調(diào)制器具有第一像素結(jié)構(gòu)，相位板具有第二像素結(jié)構(gòu)，第一和第二像素結(jié)構(gòu)互相對準(zhǔn)，其中第二像素結(jié)構(gòu)的間距是第一像素結(jié)構(gòu)的間距的整數(shù)倍，該整數(shù)倍嚴(yán)格地大于1。
文檔編號(hào)G11B7/135GK101496103SQ200780011871
公開日2009年7月29日 申請日期2007年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月29日
發(fā)明者F·舒爾曼斯, L·巴克 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司