專利名稱：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)和方法，更特別地涉及基于光學(xué)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)和
方法，以及全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
已知數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)和方法是期望的。體全息記錄系統(tǒng)通常使用兩個(gè)對(duì)向傳播的激
光或光束，所述激光或光束會(huì)聚在光敏全息介質(zhì)內(nèi)以形成干涉圖案。該干涉圖案導(dǎo)致全息
介質(zhì)的折射率的改變或調(diào)制。在其中一個(gè)光束被調(diào)制的情況下，響應(yīng)于要編碼的數(shù)據(jù)，所得
到的干涉圖案在強(qiáng)度和相位兩方面對(duì)調(diào)制數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。之后可以響應(yīng)于未調(diào)制的或參考
光束的重新引入而檢測(cè)記錄的強(qiáng)度和相位信息，從而作為反射還原編碼的數(shù)據(jù)。 常規(guī)的"基于頁(yè)面"的全息存儲(chǔ)器并行地在二維陣列或"頁(yè)面"上將數(shù)據(jù)寫在全息
介質(zhì)中。 期望的是提供一種相對(duì)簡(jiǎn)單的、便宜的且魯棒的全息存儲(chǔ)器系統(tǒng)。此外，面向比特 的全息存儲(chǔ)器系統(tǒng)是期望的。

發(fā)明內(nèi)容
—種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置，包括塑料襯底，其具有在多個(gè)垂直堆疊、橫向延伸的層中沿 軌道布置的多個(gè)體積；以及多個(gè)各自包含在對(duì)應(yīng)的一個(gè)體積中的微全息圖；其中，每個(gè)體 積中微全息圖的存在或缺乏指示所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)部分。


通過(guò)結(jié)合附圖考慮本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的以下詳細(xì)描述可以促進(jìn)對(duì)本發(fā)明的理 解，在附圖中相似的附圖標(biāo)記指代相似的部分，并且 圖1示出了使用對(duì)向傳播的光束在介質(zhì)內(nèi)形成全息圖的配置；
圖2示出了使用對(duì)向傳播的光束在介質(zhì)內(nèi)形成全息圖的可選配置；
圖3示出了使用對(duì)向傳播的光束在介質(zhì)內(nèi)形成全息圖的可選配置；
圖4示出了使用對(duì)向傳播的光束在介質(zhì)內(nèi)形成全息圖的可選配置；
圖5示出了使用對(duì)向傳播的光束在介質(zhì)內(nèi)形成全息圖的可選配置；
圖6示出了光強(qiáng)度圖案； 圖7示出了線性介質(zhì)中對(duì)應(yīng)于圖6的強(qiáng)度圖案的折射率調(diào)制； 圖8示出了當(dāng)衍射效率是記錄和讀取溫度之間的差的函數(shù)時(shí)全息圖的預(yù)期的布 拉格解諧(本文附圖中"norm"表示歸一化)； 圖9示出了當(dāng)衍射效率是角度變化的函數(shù)時(shí)全息圖的預(yù)期的布拉格解諧；
圖10A-10B示出了基本線性的光學(xué)響應(yīng)介質(zhì)中的光強(qiáng)度和對(duì)應(yīng)的折射率變化；
圖10C-10D示出了基本非線性的光學(xué)響應(yīng)介質(zhì)中的光強(qiáng)度和對(duì)應(yīng)的折射率變化；
圖11A-11B示出了基本線性的光學(xué)響應(yīng)介質(zhì)中的光強(qiáng)度和對(duì)應(yīng)的折射率變化；
圖11C-11D示出了基本非線性的光學(xué)響應(yīng)介質(zhì)中的光強(qiáng)度和對(duì)應(yīng)的折射率變化；
圖12示出了作為折射率調(diào)制的函數(shù)的預(yù)期的微全息圖反射率；
圖13A和13B示出了在不同時(shí)間的作為位置的函數(shù)的預(yù)期的溫度上升分布圖 (profile); 圖14A和14B示出了作為上升溫度的函數(shù)的預(yù)期的折射率變化，以及對(duì)應(yīng)的微全 息圖讀寫模式； 圖15A-15C示出了作為對(duì)應(yīng)的光能流的函數(shù)的把材料溫度提升到臨界溫度所需 的光束入射光束能量與歸一化線性吸收之間、使用反飽和吸收劑的光束腰和距離之間，以 及使用反飽和吸收劑的透射和能流之間的預(yù)期關(guān)系。 圖16A和16B示出了在介質(zhì)內(nèi)的預(yù)期的對(duì)向傳播光束曝光，以及對(duì)應(yīng)的溫度增 加； 圖16C示出了對(duì)應(yīng)于圖16A和16B的溫度增加的預(yù)期的折射率變化； 圖17A示出了作為時(shí)間的函數(shù)的orthonitrostilbene在25。C和160。C的歸一化
透射的變化； 圖17B示出了作為溫度的函數(shù)的orthonitrostilbene的量子效率的變化；
圖17C示出了作為波長(zhǎng)的函數(shù)的dimethylamino dinitrostilbene在25 。C和
16(TC處的吸光度； 圖18示出了跟蹤和聚焦檢測(cè)器配置； 圖19A-19C示出了模擬的折射率分布的輪廓； 圖20示出了撞擊全息記錄介質(zhì)的區(qū)域的入射激光束的橫截面； 圖21A-21C示出了對(duì)應(yīng)于圖19A-19C的圓形微全息圖的模擬的近場(chǎng)分布(z
=_2 ii m);圖22A-22C分別示出了對(duì)應(yīng)于圖21A-21C的近場(chǎng)分布的遠(yuǎn)場(chǎng)分布；圖23A-23C示出了模擬的折射率分布的輪廓；圖24A-24C示出了對(duì)應(yīng)于圖23A-23C的圓形微全息圖的模擬的近場(chǎng)分布；圖25A-25C分別示出了對(duì)應(yīng)于圖24A-24C的近場(chǎng)分布的遠(yuǎn)場(chǎng)分布；圖26A-26D示出了跟蹤和聚焦檢測(cè)器配置以及示范性的感測(cè)的條件；圖27是示出了聚焦和跟蹤伺服系統(tǒng)；圖28示出了具有交替方向螺旋軌道的格式化；圖29示出了各種軌道開(kāi)始和結(jié)束點(diǎn)；圖30示出了包括基本圓形的微全息圖的格式化；圖31示出了包括伸長(zhǎng)的微全息圖的格式化；圖32示出了離軸微全息圖記錄；圖33示出了離軸微全息圖反射；圖34A-34C示出了離軸微全息圖記錄和讀??；圖35示出了準(zhǔn)備母版(Master)微全息介質(zhì)的配置；圖36示出了根據(jù)母版微全息介質(zhì)準(zhǔn)備相配母版(Conjugatemaster)微全息介質(zhì)
的配置;圖37示出了根據(jù)相配母版微全息介質(zhì)準(zhǔn)備分布微全息介質(zhì)的配置；
圖38示出了根據(jù)母版微全息介質(zhì)準(zhǔn)備分配微全息介質(zhì)的配置； 圖39示出了通過(guò)改變預(yù)格式化的微全息圖陣列來(lái)記錄數(shù)據(jù)； 圖40示出了讀取基于微全息圖陣列的存儲(chǔ)器裝置的配置； 圖41示出了存儲(chǔ)在全息介質(zhì)中的微全息圖的一個(gè)層的徑向定向的截面圖； 圖42-44示出了圖41的層的各部分； 圖45-48也示出了在全息介質(zhì)中沿軌道存儲(chǔ)的微全息圖層的一部分的截面圖，其 中軌道中的相鄰比特相對(duì)于彼此有垂直偏移； 圖49A和49B也示出了在全息介質(zhì)中沿軌道存儲(chǔ)的微全息圖層的一部分的徑向視
圖，其中微全息圖的相鄰軌道相對(duì)于彼此有垂直偏移； 圖50A-52C示出了對(duì)于不同比特和軌道垂直偏移的模擬結(jié)果； 圖53示出了適用于寫和/或讀全息介質(zhì)的系統(tǒng)的框圖，其中該全息介質(zhì)中存儲(chǔ)有
多個(gè)微全息圖；以及 圖54示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于調(diào)整讀取微全息圖的功率的過(guò)程流。
具體實(shí)施例方式
要理解本發(fā)明的附圖和描述已經(jīng)被簡(jiǎn)化，以為了清楚理解本發(fā)明而示出相關(guān)的元 件，同時(shí)為了清楚的目的省去了在典型的全息方法和系統(tǒng)中看到的許多其他元件。然而，由 于這種元件在本領(lǐng)域是公知的，并且因?yàn)樗鼈儾⒉淮龠M(jìn)本發(fā)明的更好理解，在此不提供這 種元件的論述。本文的公開(kāi)內(nèi)容針對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的所有這種變型和修改。
概述 體光學(xué)存儲(chǔ)系統(tǒng)具有滿足高容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求的潛力。與數(shù)字信息存儲(chǔ)在單個(gè) (或至多兩個(gè))反射層中的傳統(tǒng)光盤存儲(chǔ)格式(諸如光盤(CD)和數(shù)字多功能盤(DVD)格 式)不同，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，數(shù)字內(nèi)容作為多個(gè)體積中的局部化的折射率變化存儲(chǔ)， 所述多個(gè)體積布置在存儲(chǔ)介質(zhì)中垂直堆疊、橫向定向的軌道中。每個(gè)軌道可以定義對(duì)應(yīng)的 橫向(例如徑向)定向的層。 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，數(shù)據(jù)的單個(gè)比特或比特組可以編碼為單獨(dú)的微全息圖， 每個(gè)微全息圖基本上包含在對(duì)應(yīng)的一個(gè)體積中。在一個(gè)實(shí)施例中，所述介質(zhì)采用可注射模 制的熱塑盤的形式并且呈現(xiàn)出一個(gè)或多個(gè)非線性的功能特性。所述非線性功能特性可以實(shí) 現(xiàn)為折射率變化，所述折射率變化是所經(jīng)受的能量(諸如入射光強(qiáng)度或能量或加熱)的非 線性函數(shù)。在這種實(shí)施例中，通過(guò)在給定體積的介質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生干涉條紋，可以在該體積中將數(shù) 據(jù)的一個(gè)或多個(gè)比特選擇性地編碼為之后可檢測(cè)的折射率調(diào)制。因此，折射率變化的三維 的分子的光響應(yīng)矩陣由此可以用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，非線性功能特性可以建立閾值能量響應(yīng)條件，在該條件 之下折射率不發(fā)生重大變化，并且在該條件之上引發(fā)折射率中可測(cè)量的變化。通過(guò)此方式， 通過(guò)使具有小于閾值的傳遞能量的光束撞擊可以讀取或還原選定的體積，并且使用具有高 于所述閾值的傳遞能量的光束可以寫入或擦除選定的體積。相應(yīng)地，可以建立體積的密集 矩陣，每個(gè)體積可以或可以不在其中基本上包含微全息圖。每個(gè)微全息圖被實(shí)現(xiàn)為具有不 同折射率的子區(qū)域的交替圖案(pattern)，其對(duì)應(yīng)于用于寫入微全息圖的對(duì)向傳播的光束 的干涉條紋。在折射率調(diào)制作為距目標(biāo)體積(諸如編碼比特中心)的距離的函數(shù)快速衰減
5的情況下，可以更密集地裝填(pack)體積。 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，特定體積中的折射率變化可以由局部化的加熱圖案而引 發(fā)一所述加熱圖案對(duì)應(yīng)于穿過(guò)該體積的對(duì)向傳播的激光束的干涉條紋。在一個(gè)實(shí)施例中， 折射率變化是由熱塑介質(zhì)的非晶態(tài)和晶態(tài)之間的密度差引起的。通過(guò)在其中的干涉條紋處 熱激活目標(biāo)體積的子體積，可以選擇性地在介質(zhì)的目標(biāo)體積中引發(fā)從一個(gè)態(tài)到另一個(gè)態(tài)的 轉(zhuǎn)變?？蛇x地，可以通過(guò)介質(zhì)的目標(biāo)體積的子體積內(nèi)的化學(xué)變化來(lái)引發(fā)折射率變化，所述化 學(xué)變化諸如在位于目標(biāo)體積內(nèi)的染料或染料內(nèi)的其他催化劑中的發(fā)生的化學(xué)變化。這種化 學(xué)變化也可以使用熱激活來(lái)選擇性地弓I發(fā)。 利用非線性響應(yīng)介質(zhì)的配置非常適于用于提供面向比特(與基于頁(yè)面相反)的微 全息介質(zhì)和系統(tǒng)，其使用單個(gè)緊密聚焦的光束、聚焦的、稍微聚焦的或不聚焦的反射光束。 這樣的配置提供的優(yōu)勢(shì)包括對(duì)記錄光學(xué)器件的未對(duì)準(zhǔn)的改進(jìn)的容限以及更簡(jiǎn)單的更便宜 的微全息系統(tǒng)。因此，具有很小曲率或沒(méi)有曲率的反射元件可以用在根據(jù)本發(fā)明一方面的 微全息系統(tǒng)中。數(shù)據(jù)記錄盤的一個(gè)表面可以用作反射元件(具有或沒(méi)有反射涂層)。
例如，具有低曲率特征的可注射模制的熱塑介質(zhì)可以被模制為介質(zhì)表面，并且可 以被噴涂金屬并且用于產(chǎn)生反射以及用于跟蹤。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，熱塑介質(zhì)可以被 模制為將稍微彎曲的元件結(jié)合到盤中，然后該盤可以用于以更高的功率密度產(chǎn)生反射。這 些特征可非常適于跟蹤，如同DVD上的凹槽。此外，一個(gè)或多個(gè)元件可以用于校正反射的光 束。例如，曲面鏡可以用于產(chǎn)生準(zhǔn)直的光束并且液晶單元可以用于偏移由去到不同層而產(chǎn) 生的路徑長(zhǎng)度差?；蛘撸裱苌湓粯悠鹱饔玫娜涌梢远ㄎ辉诮橘|(zhì)表面附近，以便給 光束提供校正。外部鏡或盤表面可以用于產(chǎn)生反射。 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，在不同層的數(shù)據(jù)讀出可以不同。因?yàn)榉瓷湓诓煌瑢泳哂?不同的像差，像差可以用于聚焦過(guò)程中的層索引。在盤背面的設(shè)計(jì)可以用于提供對(duì)反射的 光束的更好控制以便增加有效光柵強(qiáng)度。多層涂層和/或表面結(jié)構(gòu)(類似于顯示器膜結(jié) 構(gòu))適于使用。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，吸收傾斜入射光束并且反射垂直光束的設(shè)計(jì)也可 以被用于減少噪聲以及控制微全息圖的取向。此外，微全息圖的光柵強(qiáng)度對(duì)于不同層不需 要是相同的?？梢允褂霉β收{(diào)度在不同層進(jìn)行記錄。 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，使用一個(gè)聚焦光束和一個(gè)平面波光束在閾值材料中記錄 微全息圖可以被實(shí)現(xiàn)。雖然這種方法可能利用兩個(gè)輸入光束，與常規(guī)方法相比對(duì)準(zhǔn)要求不 那么嚴(yán)格，而同時(shí)微全息圖取向和強(qiáng)度仍被很好地控制并且在各層中是均勻的。也可以更 好地預(yù)測(cè)讀出信號(hào)。
單比特全息術(shù) 單比特微全息圖相比其他全息技術(shù)呈現(xiàn)出幾個(gè)光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)在參考圖 l，示出了使用對(duì)向傳播的光束在介質(zhì)內(nèi)形成全息圖的示范性配置100。其中，微全息記錄 是由兩個(gè)對(duì)向傳播的光束110、 120產(chǎn)生的，這兩個(gè)光束干涉以在記錄介質(zhì)130的體積140 中產(chǎn)生條紋?？梢酝ㄟ^(guò)以近衍射極限直徑(諸如大約l微米(ym)或更小)將光束110、 120聚焦在記錄介質(zhì)140內(nèi)的目標(biāo)體積(例如期望位置)處來(lái)實(shí)現(xiàn)干涉?？梢允褂糜糜诠?束110的常規(guī)透鏡115和用于光束120的透鏡125來(lái)聚焦光束110、 120。雖然示出了簡(jiǎn)單 的透鏡化，但是當(dāng)然可以使用復(fù)合透鏡形式。 圖2示出了用于使用對(duì)向傳播的光束在支持全息圖的介質(zhì)內(nèi)形成全息圖的可選配置200。在配置200中，透鏡125被曲面鏡220代替，使得光束110的聚焦反射120與光 束110自身干涉。配置100、200要求透鏡115、125或透鏡115和鏡子220相對(duì)于彼此的高 度精確對(duì)準(zhǔn)。因此，采用這種配置的微全息記錄系統(tǒng)限于穩(wěn)定的無(wú)振動(dòng)環(huán)境，諸如那些結(jié)合 了常規(guī)的高精度定位平臺(tái)的環(huán)境。 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，聚焦的、稍微聚焦的或未聚焦的反射光束(相對(duì)于對(duì)向 傳播的聚焦光束)可用于記錄。圖3示出了使用對(duì)向傳播光束在介質(zhì)內(nèi)形成全息圖的可選 配置300。配置300使用來(lái)自鏡子320的光束110的未聚焦的對(duì)向傳播反射310。在示出 的實(shí)施例中，鏡子320采取基本平面的鏡子的形式。 圖4示出了使用對(duì)向傳播光束在介質(zhì)內(nèi)形成全息圖的可選配置400。配置400使 用來(lái)自鏡子420的光束110的稍微聚焦的對(duì)向傳播反射410。配置400的所示實(shí)施例還包 括光程長(zhǎng)度校正元件425，其例如可以采取液晶單元、玻璃楔或楔對(duì)的形式。
圖5示出了使用對(duì)向傳播光束在介質(zhì)內(nèi)形成全息圖的另一可選配置500。類似于 配置300 (圖3)，配置500使用基本平面的反射表面。然而，配置500使用介質(zhì)130自身的 一部分520來(lái)提供光束110的反射510。部分520可以采取介質(zhì)130的反射(諸如涂覆金 屬的)后表面、介質(zhì)130內(nèi)的反射層或基本形成介質(zhì)130中的反射表面的一個(gè)或多個(gè)全息 圖的形式，所有這些形式都作為非限制性的示例。 在配置300、400和500中，光束110在目標(biāo)體積或區(qū)域中比光束310、410、510具有 更小的斑點(diǎn)大小和更大的功率密度，使得微全息圖尺寸將由更小斑點(diǎn)大小的尺寸來(lái)驅(qū)動(dòng)。 這兩個(gè)光束之間的功率密度差的潛在缺點(diǎn)是在干涉圖案中導(dǎo)致基礎(chǔ)或直流分量。這樣的基 礎(chǔ)或直流分量消耗了材料130的記錄能力(動(dòng)態(tài)范圍)的相當(dāng)大部分，其中材料130呈現(xiàn) 出折射率隨經(jīng)歷的曝光強(qiáng)度線性的變化。 圖6示出了從對(duì)向傳播的光束的經(jīng)歷的光強(qiáng)度隨位置改變一從而形成了干涉條 紋。如圖7所示的，在線性響應(yīng)的材料中，折射率基本線性地隨經(jīng)歷的光強(qiáng)度相對(duì)于n。變 化，(相對(duì))未聚焦的光束因此消耗比對(duì)應(yīng)于期望全息圖的目標(biāo)體積大很多的體積中的動(dòng) 態(tài)范圍，從而降低了其他體積和微全息圖的可能反射率。動(dòng)態(tài)范圍還在其中對(duì)向傳播的光 束也處于垂直的入射(參見(jiàn)例如圖l和2)的整個(gè)介質(zhì)深度中被消耗了。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，在全息圖形成期間除了目標(biāo)體積之外的受影響體積中動(dòng) 態(tài)范圍的這種消耗通過(guò)使用對(duì)經(jīng)歷的功率強(qiáng)度呈現(xiàn)出非線性響應(yīng)的記錄材料而減弱。換言 之，呈現(xiàn)非線性記錄性質(zhì)的介質(zhì)與微全息圖方法結(jié)合使用。該材料的非線性記錄性質(zhì)被用 于促進(jìn)與光強(qiáng)度成非線性的(例如，平方、立方或閾值類型)記錄，使得記錄基本上僅僅發(fā) 生在某個(gè)光強(qiáng)度之上。材料的這種非線性記錄特性減少或消除了在非針對(duì)的體積中動(dòng)態(tài)范 圍的消耗，并且促進(jìn)了微全息圖以及因此目標(biāo)體積的尺寸的減小。 圖10A-B以及11A-B示出了線性記錄介質(zhì)的記錄特性，而圖10C-D以及11C-D示 出了閾值類型的非線性記錄介質(zhì)的記錄特性。更具體而言，圖10A-D示出了將如圖1和2 所示的兩個(gè)聚焦的、對(duì)向傳播的光束干涉產(chǎn)生了光強(qiáng)度的調(diào)制，其中位置O(-O. 5和0. 5中 間)對(duì)應(yīng)于沿兩個(gè)聚焦光束的介質(zhì)厚度的焦點(diǎn)。在表現(xiàn)出線性記錄性質(zhì)的介質(zhì)的情況中， 將導(dǎo)致像圖10B所示那樣的折射率調(diào)制一其遵循圖IOA中示出的強(qiáng)度分布。雖然折射率調(diào) 制最終可能在位置0附近最大化，但是可注意的是其基本上在材料的整個(gè)厚度上延伸并且 不限于例如圖10B中的位置(橫坐標(biāo))值一使得所得到的微全息圖基本上不包含在其中多個(gè)體積一個(gè)疊一個(gè)地堆疊的介質(zhì)內(nèi)的特定體積內(nèi)。另一方面，在呈現(xiàn)出非線性或閾值性 質(zhì)的記錄介質(zhì)(圖IOD示出的閾值條件)中，記錄1010基本上僅僅發(fā)生在滿足閾值條件 1020的體積中，使得所得到的微全息圖基本上包含在其中多個(gè)體積一個(gè)疊一個(gè)地堆疊的特 定體積內(nèi)。圖10D示出了引發(fā)微全息圖的條紋在大約3iim上延伸。在微全息圖的橫向尺 寸上呈現(xiàn)出類似的特性，如圖11A-11D所示。如由此所展示的，通過(guò)使用閾值類型的非線性 材料，減弱了介質(zhì)的非目標(biāo)體積的動(dòng)態(tài)范圍的不希望的消耗。 雖然為了解釋討論了閾值類型的非線性材料，但是應(yīng)該理解對(duì)于一階近似，在線 性響應(yīng)材料中折射率調(diào)制的幅度隨光強(qiáng)度線性變化(參見(jiàn)圖IOA-B， 11A-B)。因此，即使具 有記錄閾值的材料可能證明是特別期望的，對(duì)曝光呈現(xiàn)出非線性光學(xué)響應(yīng)的、其中折射率 調(diào)制的幅度例如像大于一的冪(或多個(gè)冪的組合)變化的材料將顯著減弱其他受影響體積 中的動(dòng)態(tài)范圍消耗。 再次返回到閾值類型的非線性材料，并且再次參考圖10C-D和IIC-D，在這種情況 下，閾值響應(yīng)介質(zhì)通過(guò)基本上僅在入射能量密度或功率密度1015高于閾值1020時(shí)才經(jīng)歷 光學(xué)引發(fā)的折射率變化1010而操作。在閾值1020之下，介質(zhì)基本上不經(jīng)歷折射率的變化。 用于記錄的對(duì)向傳播光束之一 (例如反射光束)可以被聚焦(圖1和2)、稍微聚焦(圖4) 或甚至不聚焦(圖3和5)。盡管如此，使用這樣的閾值響應(yīng)材料具有減少聚焦容限要求的 效果。另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于反射裝置可以被合并到介質(zhì)中，諸如盤，類似于當(dāng)前的表面技術(shù)光學(xué) 存儲(chǔ)裝置，例如如圖5中所示。 現(xiàn)在還參考圖8和9，使用與較大的基于頁(yè)面的全息圖相對(duì)的較小的微全息圖，提 供了對(duì)溫度波動(dòng)和角度未對(duì)準(zhǔn)的改進(jìn)的系統(tǒng)容限。圖8示出了作為記錄和讀取溫度之差的 函數(shù)的全息圖的預(yù)期的布拉格解諧(k 1/L，其中L是全息圖長(zhǎng)度)?；鶞?zhǔn)810對(duì)應(yīng)于微全 息圖的期望性能，而基準(zhǔn)820對(duì)應(yīng)于基于頁(yè)面的全息圖的預(yù)期性能。圖9示出了作為角度 變化的函數(shù)的全息圖的預(yù)期的布拉格解諧(k 1/L，其中L是全息圖長(zhǎng)度)?；鶞?zhǔn)910對(duì)應(yīng) 于微全息圖的預(yù)期性能，而基準(zhǔn)920對(duì)應(yīng)于基于頁(yè)面的全息圖的預(yù)期性能。
僅作為非限制性的進(jìn)一步的解釋，以近衍射極限尺寸聚焦的入射光束可能在稍微 聚焦或完全沒(méi)有聚焦的情況下被反射，使得反射的光束相對(duì)于對(duì)向傳播的聚焦的入射光束 未聚焦(或稍微聚焦)。反射元件可能在盤表面上，并且例如可能采取平面鏡、或稍微彎曲 的鏡子的形式。如果在聚焦光束和反射之間發(fā)生某種未對(duì)準(zhǔn)，則干涉圖案將由聚焦光束在 反射光束具有其相前的相對(duì)大的曲率的位置驅(qū)動(dòng)。大的曲率在聚焦的斑點(diǎn)相對(duì)于反射光束 移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生小的功率密度變化。
非線性響應(yīng)材料示例1 光聚合物已經(jīng)被提議作為全息存儲(chǔ)系統(tǒng)的介質(zhì)候選。基于光聚合物的介質(zhì)具有在 夾在玻璃襯底之間的凝膠狀狀態(tài)下記錄的合理的折射率變化和敏感性。然而，期望的是提 供簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)，諸如模制的盤。此外，光聚合物系統(tǒng)對(duì)于環(huán)境條件(即環(huán)境照明)是敏感的， 并且經(jīng)常需要在記錄過(guò)程之前、期間以及甚至有時(shí)在記錄過(guò)程之后的特殊處理。也希望消 除這些缺點(diǎn)。 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，其中經(jīng)由曝光于光束而引發(fā)折射率調(diào)制的聚合物相變材 料被用作全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施例中，折射率的可檢測(cè)變化是由熱引發(fā)的材料的 非晶成分和晶體成分之間的 部化變化而產(chǎn)生的。這提供了潛在大的使用小能量引發(fā)的折射率調(diào)制。這種材料也可以提供閾值條件，其中閾值之下的光學(xué)曝光能量對(duì)材料的折射 率具有很少的影響或基本上沒(méi)有影響，而閾值之上的光學(xué)曝光能量造成可檢測(cè)的折射率變 化。 更特別地，可引發(fā)相變的聚合物材料可以在可注射模制、環(huán)境穩(wěn)定的熱塑襯底中 提供大的折射率變化(AnX).01)，并具有良好的敏感性(S > 500或更多cm/J)。此外， 這種材料還提供了使用基本閾值響應(yīng)記錄過(guò)程的潛力一使得對(duì)于記錄和讀取兩者能夠使 用相同波長(zhǎng)的激光，同時(shí)防止環(huán)境光曝光嚴(yán)重惡化存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施例中，可檢測(cè)的 折射率變化對(duì)應(yīng)于共聚物熱塑襯底的其中一個(gè)成分的非晶態(tài)和晶態(tài)之間的折射率差。這種 襯底可以通過(guò)將共聚物提升至熔化溫度(Tm)之上并且快速冷卻或淬火該材料以使得該材 料的先前晶體的成分在非晶態(tài)下冷卻而制備。 現(xiàn)在還參考圖14A和14B，光束在材料的目標(biāo)體積內(nèi)干涉以作為在那里的能量吸 收的結(jié)果局部加熱其對(duì)應(yīng)于干涉條紋的子體積。 一旦局部溫度被升高到臨界溫度之上，例 如玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)(圖14A)，材料的晶體成分熔化并且隨后冷卻到非晶態(tài)，導(dǎo)致相對(duì) 于材料中其他晶態(tài)體積的折射率差。臨界溫度可選地可以在納米域成分材料的熔化溫度 (Tm)附近。無(wú)論如何，如果入射光束的能量不足以將材料的溫度提升到臨界溫度之上，則基 本上沒(méi)有變化發(fā)生。這在圖14B中示出，其中臨界值F^T之上的光能流引起導(dǎo)致寫入全息 圖的相變，并且小于臨界值Fcm的光能流基本上不引起這種變化一并且因此適于讀取記錄 的全息圖，從而還原記錄的數(shù)據(jù)。 為了進(jìn)一步解釋的非限制性目的，臨界值由Fcm二LX p XcpX AT給出，其中L是 微全息圖的長(zhǎng)度或深度，P是材料密度，Cp是材料的比熱，AT是經(jīng)歷的溫度變化(即Tg-T。， 其中Tg是玻璃化轉(zhuǎn)變溫度并且T。是材料的環(huán)境溫度)。作為示例，在使用密度為1.2g/cm3 并且比熱為1. 2J/(k g)的聚碳酸酯的情況下，微全息圖的長(zhǎng)度是5X 10—4cm，并且溫度變 化是125t: (K)，F(xiàn)cm = 90mj/cm2。轉(zhuǎn)化為能量項(xiàng)，達(dá)到臨界能流Fcm需要的能量(Ecm)為
Eawr-FoyrX」z^cR/rX^"其中A是全息圖的橫斷面積，w。是光束腰。提供Ecm所需
的在焦點(diǎn)處的能量EF是^ = (^-"其中e—"是透射，a = a。+a/， a 。是材料的線
性吸收，c^是材料的非線性吸收，F(xiàn)是最大入射光能流，L是微全息圖的長(zhǎng)度。傳遞到材
料以在焦點(diǎn)提供所需能量EF的入射能量EIN為Aw - (1 —e—。e-aD。其中e-"是透射，a =
a 。+ a NlF， a 。是材料的線性吸收，a是材料的非線性吸收，F(xiàn)是最大入射光能流，L是微全 息圖的長(zhǎng)度，D是材料的深度(或長(zhǎng)度)(例如介質(zhì)盤的厚度)?，F(xiàn)在還參考圖15A-15C，假 設(shè)光束腰w。為0. 6X 10—4cm，全息圖的橫斷面積A為5. 65X 10—9cm2。還假設(shè)微全息圖的深 度L為5X10—、m，材料的深度D(例如整個(gè)介質(zhì)盤)為lmm，入射能量EIN和a之間的預(yù)測(cè) 關(guān)系如圖15A所示。還假設(shè)材料的線性吸收a。為0.0181/cm，并且材料的非線性吸收a 是1000cm/J(材料長(zhǎng)度仍為.lcm)，透射和能流之間的預(yù)測(cè)關(guān)系在圖15B示出。使用這些 相同的假設(shè)，光束腰和距離之間的預(yù)測(cè)關(guān)系以及歸一化的吸收和距離之間的預(yù)測(cè)關(guān)系在圖 15C示出。 —致地并且如圖16A和16B所示，預(yù)期這種共聚物材料介質(zhì)的對(duì)向傳播光束曝光將以對(duì)應(yīng)于對(duì)向傳播光束干涉條紋的固定折射率調(diào)制的形式寫入微全息圖，這是由于那里的晶體聚合物的納米域的形成或破壞而導(dǎo)致的。也就是說(shuō)，相變/分離機(jī)制基于遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于所用光波長(zhǎng)的晶體納米域的形成或破壞而生成折射率調(diào)制。使用兩個(gè)對(duì)向傳播光束來(lái)預(yù)測(cè)圖16B的值，每個(gè)光束具有75mW的入射單光束功率(PI = P2) ， a = 20cm—、曝光時(shí)間(T)為lms。預(yù)測(cè)的形成微全息圖的得到的折射率變化(An = 0.4)在圖16C示出。如在其中可見(jiàn)的，實(shí)現(xiàn)為對(duì)應(yīng)于對(duì)向傳播光束的干涉條紋的一系列折射率變化的微全息圖基本上僅僅在局部化加熱超過(guò)閾值條件(例如溫度超過(guò)15(TC)使得閾值記錄條件發(fā)生的位置出現(xiàn)。
作為非限制性示例，適于使用的聚合物包括顯示部分結(jié)晶性的均聚物、由非晶和晶體聚合物組成的均聚物的混合物，以及各種包括無(wú)規(guī)和嵌段共聚物的共聚物組成、以及具有或沒(méi)有均聚物的共聚物的混合物。僅作為非限制性示例，這種材料適于在大約3微米的深度存儲(chǔ)全息圖。材料的線性吸收可能較高，使得材料不透明并且限制了敏感性。
響應(yīng)于光學(xué)吸收染料的熱引發(fā)反應(yīng)非常適于將折射率變化機(jī)制與光反應(yīng)機(jī)制分開(kāi)，從而實(shí)現(xiàn)潛在較大的敏感性。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，熱引發(fā)過(guò)程可以為光學(xué)引發(fā)的折射率變化提供非線性響應(yīng)機(jī)制。該機(jī)制或閾值條件使得能夠以低功率和高功率使用相同波長(zhǎng)的光束來(lái)分別進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取和記錄。該特性還防止了環(huán)境光嚴(yán)重惡化存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。具有反飽和吸收(RSA)性質(zhì)的染料是有用的，其中吸收是能流的函數(shù)并且隨著增加的能流而增大。結(jié)果，吸收在光束焦點(diǎn)處最高，這意味著背景線性吸收較小，最終產(chǎn)生了幾乎透明的材料。僅作為非限制性示例，這種染料的示例包括卟啉和酞化青染料。 此外，非晶/晶體共聚物非常適于在可注射模制的熱塑襯底(諸如盤)中提供期望的性質(zhì)。使用熱塑塑料使得能夠在穩(wěn)定襯底中記錄數(shù)據(jù)而沒(méi)有很多的后處理要求，使得折射率變化、敏感性、穩(wěn)定性和"固定"通過(guò)單個(gè)共聚物材料本身提供。而且，大于常規(guī)光聚合物的折射率調(diào)制通過(guò)共聚物組成的選擇是可能的。材料的敏感性可能依賴于所用染料的光吸收性質(zhì)。在已知的反飽和吸收染料的情況中，可以實(shí)現(xiàn)是常規(guī)全息光聚合物2-3倍那么高的敏感性。閾值條件也提供以相同波長(zhǎng)讀寫數(shù)據(jù)的能力，并且在數(shù)據(jù)記錄之后需要很少的或不需要后處理。這與光聚合物形成對(duì)比，光聚合物通常需要在數(shù)據(jù)記錄之后進(jìn)行整個(gè)襯底曝光以將系統(tǒng)達(dá)到充分硬化(cure)。最后，共聚物襯底在數(shù)據(jù)記錄之前可能處于熱塑狀態(tài)，與光聚合物的凝膠狀狀態(tài)相對(duì)。與光聚合物相比較這有利地簡(jiǎn)化了介質(zhì)的物理結(jié)構(gòu)，因?yàn)闊崴軤顟B(tài)材料可能自身是注射模制的并且例如不需要包含在包含體或載體內(nèi)。
因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，非晶/晶體共聚物可以用于支持光學(xué)引發(fā)的相變和得到的折射率調(diào)制。線性吸收染料可以與非晶/晶體相變材料結(jié)合使用以將光學(xué)能量轉(zhuǎn)換為溫度增加。反飽和吸收染料可以用于有效地產(chǎn)生溫度增加。通過(guò)染料和相變/分離材料，光學(xué)激活可以與折射率變化引發(fā)分開(kāi)，實(shí)現(xiàn)折射率變化的閾值條件。
作為進(jìn)一步的解釋，在某些嵌段共聚物組成中，單獨(dú)的聚合物相自發(fā)分離成規(guī)則有序的域結(jié)構(gòu)，由于共聚物的性質(zhì)該結(jié)構(gòu)不會(huì)像聚合物混合物那樣宏觀地增長(zhǎng)。Sakurai在TRIP第三巻，1995，第90頁(yè)以及下列等等討論了這個(gè)現(xiàn)象。組成共聚物的各單獨(dú)的聚合物可以顯示依賴于溫度的非晶和/或晶體行為。單獨(dú)的聚合物的重量比往往指示分開(kāi)的微相是形成球形、圓柱形還是薄片?？梢允褂眠@樣的共聚物系統(tǒng)，其中在高于各單獨(dú)嵌段的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)和熔化溫度(Tm)之上的簡(jiǎn)短(或延長(zhǎng))加熱后兩個(gè)相都是非晶的。當(dāng)冷卻到低溫時(shí)，其中一個(gè)相結(jié)晶，同時(shí)保持了原始微相的形狀。該現(xiàn)象的示例在聚(環(huán)氧乙烷)/聚苯乙烯嵌段共聚物中示出，如Hung等在Macromolecules， 34， 2001第6649頁(yè)以及下列等等中報(bào)告的。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，例如可以以75%/25%的比率使用聚(環(huán)氧乙烷)/聚苯乙烯嵌段共聚物。 例如，光化學(xué)和熱穩(wěn)定的染料，諸如酞花青染料，像銅酞菁、鉛酞菁、鋅酞菁、銦酞菁、四丁基銦酞菁、鎵酞菁、鈷酞菁、鉑酞菁、鎳酞菁、tera-4-sulfonatophenylporphyrinato-copper (II)或tetra_4_sulfonatophenylporphyrinato_zinc (II)可以被添加到這種共聚物并且注射模制為120mm直徑的盤。該模制將共聚物的溫度提高到聚苯乙烯的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)以及聚(環(huán)氧乙烷)的熔化溫度(Tm)之上，從而產(chǎn)生微相分離的非晶材料。將盤冷卻(例如淬火)到大約3(TC使得聚(環(huán)氧乙烷)相在整個(gè)材料中結(jié)晶。在晶體區(qū)域的域尺寸足夠小，諸如小于100納米(例如< 100nm)的位置，光不會(huì)被介質(zhì)散射，并且該介質(zhì)甚至在厚的襯底中也將保持透明。通過(guò)在盤的特定區(qū)域(例如在目標(biāo)體積中)干涉兩個(gè)激光束(或光束和其反射)可以將數(shù)據(jù)記錄到材料中。
當(dāng)曝光于一個(gè)或多個(gè)記錄光束(例如高功率激光束)時(shí)，染料在干涉條紋處吸收強(qiáng)光，暫時(shí)將對(duì)應(yīng)的盤的體積或區(qū)域中的溫度提升到聚(環(huán)氧乙烷)相的熔化溫度(Tm)之上的點(diǎn)。這使得該區(qū)域變成基本非晶的，產(chǎn)生了與周圍材料中的晶體域不同的折射率。在不將聚合物加熱到各單獨(dú)聚合物的Tg或Tm之上的激光功率被使用的情況下，為了讀取記錄的微全息圖以及隨著微全息圖反射還原對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)的目的而隨后曝光于低能量的激光束不造成材料中的任何重大變化。因此，諸如閾值響應(yīng)的非線性光學(xué)響應(yīng)的全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)可以被提供，其對(duì)于長(zhǎng)的時(shí)間段并且在很多次讀取上基本上是穩(wěn)定的。
雖然球形、圓柱形和薄片是常見(jiàn)結(jié)構(gòu)，但是可以形成其他變換并且同樣工作很好。各種嵌段共聚物(包括聚碳酸酯/聚酯嵌段共聚物)可選地可以被使用并且允許不同的晶體域形成溫度，以及破壞它們的溫度。在用于吸收輻射并且產(chǎn)生熱的染料采取反飽和吸收劑的形式時(shí)，可以得到精確定點(diǎn)哪里發(fā)生加熱的良好控制。微全息圖的橫向延伸可以明顯小于聚焦激光束的腰的直徑。限制或消除在記錄的微全息圖之外的記錄材料的動(dòng)態(tài)范圍的消耗(從而增加每個(gè)微全息圖的反射率以及因此增加數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量)因而可以通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明方面的非線性記錄介質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 閾值材料也可以給出比線性材料對(duì)記錄更敏感的附加益處。該優(yōu)勢(shì)可以轉(zhuǎn)換為微全息系統(tǒng)的更高可實(shí)現(xiàn)記錄數(shù)據(jù)率。此外，由介質(zhì)的閾值特性產(chǎn)生的階躍式折射率調(diào)制可以用于產(chǎn)生反射比使用線性材料時(shí)更少的微全息圖。然而，反射率對(duì)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)應(yīng)用可以保持得足夠高?，F(xiàn)在還參考圖12，預(yù)期反射率隨增加的折射率調(diào)制而增加。還預(yù)期熱漫射不應(yīng)造成不適當(dāng)?shù)膯?wèn)題。在微全息圖形成期間的熱漫射也已經(jīng)被考慮，并且預(yù)期溫度圖案遵循對(duì)向傳播光束的干涉條紋，即曝光圖案。為了維持折射率圖案中的條紋，熱漫射可以被基本上限制于達(dá)到相變溫度的條紋之間的區(qū)域。圖12中的曲線1210對(duì)應(yīng)于線性響應(yīng)材料，并且圖12中的曲線1220對(duì)應(yīng)于閾值響應(yīng)材料?，F(xiàn)在還參考圖13A和13B，示出了作為位置的函數(shù)的預(yù)期溫度升高分布圖。相應(yīng)地，預(yù)期從目標(biāo)體積到周圍體積的熱泄露不應(yīng)將周圍體積升高到閾值溫度1020。
非線性材料示例2 根據(jù)另一配置，聚合物基體中的有機(jī)染料可以用于支持折射率變化(An)以實(shí)現(xiàn)全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，其中該有機(jī)染料相對(duì)于聚合物基體具有大的諧振增強(qiáng)的折射率。在這種情況下，在特定區(qū)域或目標(biāo)體積中漂白染料可以用于產(chǎn)生用于全息術(shù)的折射率梯度?？梢酝ㄟ^(guò)在介質(zhì)內(nèi)干涉光束以漂白特定區(qū)域來(lái)寫入數(shù)據(jù)。然而，在干涉光穿過(guò)整個(gè)介質(zhì)的情況中，(即使僅要漂白特定區(qū)域)并且存在對(duì)漂白輻射的線性響應(yīng)，(即使光束強(qiáng)度在聚焦區(qū)域是最高的，并且在那里產(chǎn)生最多的漂白)，預(yù)期相對(duì)低水平的染料在整個(gè)撞擊的介質(zhì)中被漂白。因此，在數(shù)據(jù)被寫入多個(gè)層次之后，預(yù)期在線性記錄介質(zhì)中發(fā)生不希望的附加漂白。這最終可以限制可以寫入到介質(zhì)中的數(shù)據(jù)層的數(shù)目，這又限制線性記錄介質(zhì)的整體存儲(chǔ)容 另一個(gè)顧慮來(lái)自認(rèn)識(shí)到記錄介質(zhì)需要具有高的量子效率(QE)以便對(duì)于商業(yè)應(yīng)用具有有用的敏感性。QE指的是撞擊光反應(yīng)成分的將產(chǎn)生電子空穴對(duì)的光子的百分比并且是裝置的敏感性的度量。具有高QE的材料通常經(jīng)受所存儲(chǔ)全息圖以及因此數(shù)據(jù)的快速漂白，即使當(dāng)使用低功率讀取激光時(shí)也是如此。與此一致地，在線性響應(yīng)介質(zhì)中的數(shù)據(jù)基本變得無(wú)法讀取之前該數(shù)據(jù)僅能被讀取有限的次數(shù)。 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，使用非線性光學(xué)響應(yīng)介質(zhì)來(lái)解決這些缺陷。再次，基于熱塑塑料而不是光聚合物的材料解決方案可以在全息系統(tǒng)中用于提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和取回。這在工藝、處理和存儲(chǔ)以及與各種全息技術(shù)的兼容性方面證明是有利的。 作為進(jìn)一步的解釋，熱塑塑料材料中的窄帶吸收染料可以用于全息光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。相信剛性聚合物網(wǎng)絡(luò)妨礙了某些光化學(xué)反應(yīng)的量子效率(QE)。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，將聚合物網(wǎng)絡(luò)局部化加熱到例如熱塑塑料的Tg附近或之上的溫度可用于將材料的局部化QE增大，例如以〉100的因子。該改進(jìn)以對(duì)全息光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)有用的方式直接增強(qiáng)了材料的敏感性。此外，其提供了開(kāi)啟過(guò)程或閾值過(guò)程，其中介質(zhì)的離散熔化區(qū)域中的染料分子比周圍非晶材料中更快地經(jīng)受光化學(xué)反應(yīng)一進(jìn)而促進(jìn)了在介質(zhì)的許多虛擬層上的寫入而不會(huì)顯著影響其他層。換言之，其實(shí)現(xiàn)了在沒(méi)有有害地造成其他體積的顯著漂白的情況下的讀寫。 現(xiàn)在參考圖17A-17C，包含聚合物基體的ortho-nitrostilbene(o-nitrostilbene)可以用于全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。造成ortho-nitrostilbene的漂白的光化學(xué)反應(yīng)是眾所周知的，并且例如在Splitter和Calvin的J0C， 1955，第20巻，第1086-1115頁(yè)有所論述。McCulloch之后使用該類化合物通過(guò)漂白染料以形成覆層材料而制作薄膜應(yīng)用中的波導(dǎo)(參見(jiàn)Macromolecules， 1994，第27巻第1697-1702頁(yè))。McCulloch報(bào)告了在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基體中特定o-nitrostilbene的QE是0.000404。然而，他注意到在稀釋的己烷溶液中相同染料的QE在相同的漂白波長(zhǎng)下為O. 11。McCulloch還推測(cè)該差異是由于在從聚合物薄膜轉(zhuǎn)到己烷溶液中拉姆達(dá)最大(lambda max)的向藍(lán)移造成的。其可能與遷移率效應(yīng)有關(guān)，因?yàn)閯傂跃酆衔镏衞-nitrostilbene的穩(wěn)定構(gòu)造可能由于初始周環(huán)反應(yīng)而沒(méi)有適當(dāng)對(duì)準(zhǔn)。圖17A示出了指示在25。C和160。C下利用100mW 532nm激光漂白的數(shù)據(jù)。增強(qiáng)可能是由于因更高溫度引起的增加的遷移率或僅僅更快的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)或兩者的組合造成的。與圖17A相一致，圖17B示出了預(yù)期在大于大約65t:處的所討論基體的增強(qiáng)的QE。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，o-nitrostilbene染料與聚碳酸酯基體結(jié)合使用以提供與PMMA材料可比的性能，不過(guò)稍微更高的QE是可能的。 然而，應(yīng)該理解，本發(fā)明不限于該類染料。相反，本發(fā)明考慮使用任何這樣的光活染料材料，所述材料在固態(tài)聚合物基體中在室溫或接近室溫時(shí)具有足夠低的QE并且在加熱時(shí)表現(xiàn)出QE的增加，諸如QE的指數(shù)增加。這提供了非線性的記錄機(jī)制。應(yīng)理解的是加熱不需要將溫度升高到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)之上或者加熱可以將溫度升高到明顯高于Tg，只要QE變得顯著增強(qiáng)。這種光活染料的QE可以在包含基本均勻分布的染料的聚合物基體的特定區(qū)域內(nèi)得以增強(qiáng)。在聚碳酸酯基體的情況中，通過(guò)將包含光活染料的聚碳酸酯基體加熱到其Tg之上，可以實(shí)現(xiàn)漂白速率的增加。漂白速率的增加可以為大約> 100倍。
任選地，除了將光反應(yīng)染料添加到像o-nitrostilbene的聚碳酸酯基體之外，第二熱穩(wěn)定且光化學(xué)穩(wěn)定的染料也可以被添加到基體以充當(dāng)光吸收劑，從而在對(duì)向傳播的激光束的焦點(diǎn)處的干涉條紋處產(chǎn)生局部化加熱。例如，聚焦點(diǎn)處的時(shí)間、激光功率和染料濃度可以用于將預(yù)期溫度調(diào)整到基體的Tg附近或之上的希望范圍。在這樣的實(shí)施例中，用于光漂白的光的第一和第二波長(zhǎng)同時(shí)聚焦在大致相同的基體區(qū)域中。由于材料的加熱區(qū)域中的敏感性預(yù)期比周圍的冷卻剛性聚合物區(qū)域(參見(jiàn)圖17)高，例如大約為IOO倍，可以使用相對(duì)較低功率的光束將信息快速記錄在目標(biāo)加熱體積中，所述光束對(duì)周圍區(qū)域的漂白影響明顯較小。因而，之前記錄的區(qū)域或尚未記錄有數(shù)據(jù)的區(qū)域經(jīng)歷最小的漂白，從而減弱在那里的不希望的動(dòng)態(tài)范圍消耗并且整體上允許更多數(shù)據(jù)層寫入介質(zhì)中。而且，通過(guò)利用用于加熱特定區(qū)域進(jìn)行寫入的激光波長(zhǎng)以相對(duì)較低功率來(lái)讀取，在讀出期間的不經(jīng)意的染料漂白也被減弱?？蛇x地，單個(gè)波長(zhǎng)或波長(zhǎng)范圍的光可以用于加熱和漂白，使得僅僅使用一個(gè)波長(zhǎng)(或波長(zhǎng)范圍)的光而不是兩個(gè)不同的波長(zhǎng)。 雖然為了局部化加熱的目的各種染料適于用作熱穩(wěn)定且光化學(xué)穩(wěn)定的染料，表現(xiàn)得非線性的染料證明是特別適用的。 一個(gè)這種類別的染料(稱為反飽和吸收劑(RSA)，又稱為激發(fā)態(tài)吸收劑)尤其具有吸引力。這些包括各種金屬酞青和富勒烯染料，其通常具有與染料的其他強(qiáng)吸收很大分離開(kāi)的部分光譜中的非常弱的吸收，但是當(dāng)光強(qiáng)度超過(guò)閾值水平時(shí)形成強(qiáng)的瞬態(tài)三重態(tài)-三重態(tài)吸收。對(duì)應(yīng)于使用extendeddimethylaminodinitrostilbene的非限制性示例的數(shù)據(jù)在圖17C中示出。與此相一致地，預(yù)期一旦在合并了 dimethylamino dinitrostilbene的介質(zhì)中在對(duì)向傳播光束的干涉條紋處的光強(qiáng)度超過(guò)了閾值水平，則該染料在聚焦點(diǎn)處強(qiáng)吸收并且可以快速將對(duì)應(yīng)的材料體積加熱到高溫。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，使用熱開(kāi)啟事件來(lái)使得相對(duì)較低的能量能夠?qū)?shù)據(jù)寫到介質(zhì)的目標(biāo)體積中(由此呈現(xiàn)出增加的敏感性)，同時(shí)最小化了在介質(zhì)的其他體積中不想要的曝光引發(fā)的反應(yīng)。
跟蹤和聚焦 在一個(gè)實(shí)施例中，微全息圖沿徑向延伸的螺旋軌道在多個(gè)垂直堆疊的層中存儲(chǔ)在體介質(zhì)中，其中該介質(zhì)的形式是轉(zhuǎn)動(dòng)的盤(例如參見(jiàn)圖28和30)。光學(xué)系統(tǒng)將光束聚焦到介質(zhì)中的特定目標(biāo)體積中，以在那里檢測(cè)微全息圖的存在或不存在，以便還原或讀出之前存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)或在那里產(chǎn)生干涉條紋以產(chǎn)生微全息圖。因此，重要的是目標(biāo)體積被精確瞄準(zhǔn)以進(jìn)行數(shù)據(jù)寫入和還原光束照射。 在一個(gè)實(shí)施例中，撞擊光束的反射的空間特性被用于輔助包含微全息圖陣列的介質(zhì)的所選體積的精確瞄準(zhǔn)。如果目標(biāo)體積(例如微全息圖)離焦或偏離軌道，反射的圖像按可預(yù)測(cè)方式不同于來(lái)自焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)且在軌的微全息圖的反射。這又可以被監(jiān)控并且用來(lái)控制致動(dòng)器精確瞄準(zhǔn)特定體積。例如，來(lái)自離焦微全息圖的反射的大小與焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)的微全息圖的那些有所不同。此外，來(lái)自未對(duì)準(zhǔn)的微全息圖的反射與來(lái)自適當(dāng)對(duì)準(zhǔn)的微全息圖的反
13射相比被拉長(zhǎng)，例如在性質(zhì)上更橢圓。 作為進(jìn)一步的解釋，在上面討論的材料系統(tǒng)中，(不同于常規(guī)CD和DVD技術(shù)的)非金屬化層被用于反射入射的讀取光束。如圖18所示，包含在介質(zhì)1820中的微全息圖1810將讀取光束1830反射到定位在一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件(例如透鏡)1850周圍的環(huán)形檢測(cè)器1840。光學(xué)元件1850將光束1830聚焦到對(duì)應(yīng)于微全息圖1810的目標(biāo)體積中一使得微全息圖1810產(chǎn)生入射在光學(xué)元件1850和環(huán)形檢測(cè)器1840上的反射。在示出的實(shí)施例中，光學(xué)元件1850將該反射傳送到數(shù)據(jù)還原檢測(cè)器(未示出)。應(yīng)該理解，雖然示出了僅僅單個(gè)微全息圖1810，但是在實(shí)際中預(yù)期介質(zhì)1820包含定位在各個(gè)位置(例如XY坐標(biāo)或沿著軌道)以及許多層(例如Z坐標(biāo)或深度平面或偽平面)中的微全息圖的陣列。使用一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器，光學(xué)元件1850可以被選擇性地瞄準(zhǔn)到對(duì)應(yīng)于所選微全息圖的不同目標(biāo)體積。
如果微全息圖1810處于讀取光束1830的焦點(diǎn)處，讀取激光束1830被反射，從而在光學(xué)元件1850產(chǎn)生反射信號(hào)，該信號(hào)被傳送到數(shù)據(jù)還原檢測(cè)器。所述數(shù)據(jù)還原檢測(cè)器例如可以采取定位為檢測(cè)光束1830反射的光電二極管的形式。如果在焦點(diǎn)處不存在微全息圖1810，數(shù)據(jù)還原檢測(cè)器不產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的信號(hào)。在數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)系統(tǒng)中，檢測(cè)到的信號(hào)可以被解釋為"1"并且不存在檢測(cè)到的信號(hào)被解釋為"0"，反之亦然?，F(xiàn)在還參考圖19A-19C，示出了對(duì)應(yīng)于焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)、在軌的圓形微全息圖的模擬反射數(shù)據(jù)，其中使用的讀取光束的入射波長(zhǎng)為0. 5 ii m，激光斑點(diǎn)尺寸為D/2 = 0. 5 ii m，左圓偏振，共焦光束參數(shù)z/2 = 2. 5 y m，并且遠(yuǎn)場(chǎng)半衍射角9 /2 = 11. 55° (場(chǎng))或e /2 = 8. 17° (功率)。 現(xiàn)在還參考圖20，為了使微全息圖正確反射讀取激光束，激光束應(yīng)當(dāng)被正確聚焦并且在橫向上以微全息圖為中心。在圖20中，看到入射光束具有波前2010，其正交于在其中心部分2030中的傳播光軸2020。微全息圖基本上僅反射匹配某個(gè)方向的那些波矢(即k矢量)的光。聚焦的高斯光束(諸如在圖20中示出的光束)是許多小波與各個(gè)波矢的重疊。波矢的最大角度由聚焦物鏡的數(shù)值孔徑確定。相應(yīng)地，微全息圖并不反射所有波矢一使得微全息圖像僅反射具有某些波矢的入射光的濾光器那樣起作用。當(dāng)遠(yuǎn)離焦點(diǎn)時(shí)，僅入射光的中心部分與微全息圖重疊。因此，僅中心部分得以反射。在這種情形下，反射效率的變化降低。 當(dāng)聚焦光束沒(méi)有與軌道中的微全息圖適當(dāng)對(duì)準(zhǔn)時(shí)，沿垂直于該軌道的方向的波矢沒(méi)有同沿該軌道的方向上一樣強(qiáng)烈的反射。在這種情況下，在近場(chǎng)中光束在垂直于該軌道的方向上被拉長(zhǎng)，而在遠(yuǎn)場(chǎng)中該光束在該方向上被擠壓。相應(yīng)地，可以提供分離的跟蹤全息圖。 圖21A-21C示出了對(duì)應(yīng)于圖19A-19C的圓形微全息圖的模擬的近場(chǎng)分布(z=-2iim)。圖21A示出了在x二y = 0以及z = 0.01處被發(fā)射到介質(zhì)中的數(shù)據(jù)還原光束。圖21B示出了由x = 0. 5的偏移造成的離軌條件反射。圖21C示出了由z = 1. 01的偏移造成的離焦或失焦條件反射。因此，在離焦條件下光束效率降低，而在離軌條件下反射空間失真。現(xiàn)在還參考圖22A-22C，示出了分別對(duì)應(yīng)于圖21A-21C的近場(chǎng)分布的遠(yuǎn)場(chǎng)分布。圖22A示出了在x = y = 0以及z = 0. 01處發(fā)射到介質(zhì)中的數(shù)據(jù)還原光束提供了 X和Y方向上的類似遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角(全)，在示出的情況中在X方向和Y方向上都是11.88。。圖22B示出了由x = 0. 5的偏移造成的離軌條件反射導(dǎo)致X和Y上的不同遠(yuǎn)場(chǎng)分布角，在示出的情況中在X方向上是4.6。，在Y方向上是6.6。。最后，圖22C示出了由z = 1.01的偏移造成的離焦或失焦條件反射導(dǎo)致在X和Y方向上類似的遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角(全)，在示出的情況中，在X方向和Y方向上都是9.94。。因此，微全息圖用作k-空間濾光器，使得遠(yuǎn)場(chǎng)斑點(diǎn)在離軌條件下是橢圓的，并且在離焦條件下遠(yuǎn)場(chǎng)斑點(diǎn)較小。 應(yīng)該理解，微全息圖不需要是圓形的。例如，可以使用長(zhǎng)方形的微全息圖?，F(xiàn)在還參考圖23A-23C，示出了對(duì)應(yīng)于焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)、在軌的長(zhǎng)方形微全息圖的模擬，其中使用的讀取光束的入射波長(zhǎng)為0. 5iim，激光斑點(diǎn)尺寸為D/2 = 0. 5iim，左圓偏振，瑞利范圍z/2 =2. 5iim，并且遠(yuǎn)場(chǎng)半衍射角e/2 = 11. 55° (場(chǎng))或e/2 = 8. 17° (功率)，與圖19A-19C的模擬類似。圖24A-24C示出了對(duì)應(yīng)于圖23A-23C的長(zhǎng)方形微全息圖的模擬的近場(chǎng)分布(z=-2iim)。圖24A示出了在x = y = 0以及z = 0.01發(fā)射到介質(zhì)中的數(shù)據(jù)還原光束。圖24B示出了由x = 0. 5的偏移造成的離軌條件反射。圖24C示出了由z = 1. 01的偏移造成的失焦或離焦條件反射。因此，在離焦條件下光束效率降低，而在離軌條件下反射空間失真?，F(xiàn)在還參考圖25A-25C，示出了分別對(duì)應(yīng)于圖24A-24C的近場(chǎng)分布的遠(yuǎn)場(chǎng)分布。圖25A示出了在x = y = 0以及z = 0. 01處發(fā)射到介質(zhì)中的數(shù)據(jù)還原光束提供了依賴于微全息圖的長(zhǎng)方形性的遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散，在示出的情況中在X方向上是8.23。，在Y方向上是6. 17° 。圖25B示出了由x = 0. 5的偏移造成的離軌條件反射導(dǎo)致X和Y上的不同遠(yuǎn)場(chǎng)分布角，在示出的情況中在X方向上是4. 33° ，在Y方向上是5.08。。最后，圖25C示出了由z = 1. 01的偏移造成的離焦或失焦條件反射導(dǎo)致在X和Y方向上不同的遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角(全)，在示出的情況中，在X方向上是5.88。，在Y方向上是5.00。。 因此，長(zhǎng)方形的微全息圖也用作k-空間濾光器，并且雖然長(zhǎng)方形的微全息圖導(dǎo)致橢圓的遠(yuǎn)場(chǎng)斑點(diǎn)空間分布圖，但是在離軌條件下拉長(zhǎng)的方向可能不同，并且在離焦條件下遠(yuǎn)場(chǎng)斑點(diǎn)較小。 僅為了解釋的非限制性目的，將進(jìn)一步關(guān)于圓形微全息圖來(lái)討論本發(fā)明。在離軌
方向的光束形狀變化以及光束空間強(qiáng)度可以使用四極矩檢測(cè)器(諸如圖26中所示的)來(lái)
確定。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，微全息圖反射的空間分布圖被用來(lái)確定讀取光束是否焦點(diǎn)對(duì)
準(zhǔn)和/或在軌。該信號(hào)還可以用于將這兩種光束聚焦情形(離焦和離軌)分開(kāi)，并且提供
反饋信號(hào)到驅(qū)動(dòng)伺服以例如校正激光光學(xué)器件頭的位置。例如，將微全息圖反射轉(zhuǎn)換為電
信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)器可以用于檢測(cè)微全息圖的反射圖像中的變化一并且因此用于為
光學(xué)元件定位致動(dòng)器提供聚焦和跟蹤反饋。各種光檢測(cè)器可以用于檢測(cè)微全息圖反射。作
為示例，一個(gè)或多個(gè)光電二極管可以用于以常規(guī)方式檢測(cè)來(lái)自微全息圖的反射。二極管的
制造和使用是相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員眾所周知的。這些檢測(cè)器提供的信息被用于在光學(xué)系統(tǒng)
中執(zhí)行致動(dòng)器的實(shí)時(shí)控制以便維持焦點(diǎn)并且保持在正確的數(shù)據(jù)軌道上。 這樣的伺服控制系統(tǒng)因而主要可以處理對(duì)于激光束離焦條件可能發(fā)生的兩種情
形第一種情形是激光束未聚焦到正確層上時(shí)，并且第二種是激光束與要讀取的微全息圖
橫向未對(duì)準(zhǔn)時(shí)；同時(shí)也配置為在存在噪聲源時(shí)優(yōu)化跟蹤和聚焦性能。諸如卡曼濾波器的估
計(jì)技術(shù)可以用于推斷該系統(tǒng)的過(guò)去、現(xiàn)在或未來(lái)狀態(tài)的最優(yōu)估計(jì)以便減小實(shí)時(shí)誤差并且減
小讀寫誤差。 圖26A-26D示出了確定該系統(tǒng)是否焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)或在軌的檢測(cè)器配置或陣列(圖26A)以及各種檢測(cè)到的條件(圖26B-26D)。在一個(gè)實(shí)施例中，四象限檢測(cè)器陣列2600可以用于確定光學(xué)系統(tǒng)是否離焦或離軌。檢測(cè)器陣列2600的每個(gè)象限檢測(cè)器2600A、2600B、2600C、2600D產(chǎn)生與反射到其上的能量的量成比例的電壓。例如，檢測(cè)器陣列2600合并了光電二極管陣列，每個(gè)光電二極管對(duì)應(yīng)于其中一個(gè)象限，形式諸如為四極矩檢測(cè)器。在示出的實(shí)施例中，檢測(cè)器陣列2600響應(yīng)于在大于聚焦光學(xué)器件(例如透鏡2620)的面積上傳播的光學(xué)能量，所述聚焦光學(xué)器件用于將光束中繼(例如聚焦)到體存儲(chǔ)介質(zhì)中以及對(duì)來(lái)自體存儲(chǔ)介質(zhì)中的反射進(jìn)行中繼。例如，四極矩檢測(cè)器2600可以定位在物鏡之后以檢測(cè)光束形狀變化，所述物鏡用于撞擊和接收來(lái)自目標(biāo)體積的反射。在圓形微全息圖的情況中，如果所檢測(cè)的光束形狀是橢圓的，可以推斷出該光束離軌，從而離軌方向是橢圓光束的短軸。如果所檢測(cè)的光束小于預(yù)期(具有較小的數(shù)值孔徑)，但是變化本質(zhì)上是對(duì)稱的，則可以推斷出光束離焦。在從體介質(zhì)反射的讀取光束的空間分布圖中所檢測(cè)的這些變化用作驅(qū)動(dòng)聚焦和/或跟蹤控制的反饋。任選地，可以在物鏡周圍使用較小的透鏡陣列以聚焦失真的反射信號(hào)。此外，反射光束的傳播角中的變化也可以用作未對(duì)準(zhǔn)方向的指示。 象限環(huán)檢測(cè)器2600A-2600D產(chǎn)生的信號(hào)的總量由a表示。如果系統(tǒng)焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)，如圖26B所示，聚焦的斑點(diǎn)將是圓形的，具有最小尺寸并且產(chǎn)生最少量的信號(hào)amin。在a >a^的情況下，如圖26C所示，可以確定光束斑點(diǎn)離焦。透鏡2620可以定位在檢測(cè)器陣列2600的中心以將讀取光束傳遞并聚焦在微全息圖上。最小化a的常規(guī)反饋控制機(jī)制可以用于維持微全息圖的聚焦?，F(xiàn)在還參考圖26D，如果傳感器頭離軌移動(dòng)，則檢測(cè)到非對(duì)稱模式。在軌時(shí)，所有四個(gè)象限檢測(cè)器2600A、2600B、2600C、2600D接收相等的能量，使得13 =(1800B+1800D)-(1800A+1800C) =0。因此，條件P # 0表示離軌條件。作為進(jìn)一步的示例，如果傳感器頭離軌并且變量13 (相對(duì)象限之間的差)變得更正或更負(fù)，則反射的信號(hào)被拉長(zhǎng)。常規(guī)反饋控制機(jī)制可以與跟蹤伺服結(jié)合使用以通過(guò)最小化13的絕對(duì)值來(lái)減少跟蹤誤差。在一個(gè)實(shí)施例中，可以建立時(shí)間基準(zhǔn)因此在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間對(duì)a和P進(jìn)行采樣。鎖相環(huán)(PLL)可以用于建立該基準(zhǔn)并且形成采樣的跟蹤和聚焦控制系統(tǒng)。來(lái)自盤的旋轉(zhuǎn)速率和當(dāng)前讀取頭位置的信息也可以用于產(chǎn)生該系統(tǒng)的主時(shí)間基準(zhǔn)T。 可以對(duì)誤差源(諸如偏心盤、盤扭曲和/或丟失數(shù)據(jù))進(jìn)行補(bǔ)償。卡曼濾波器可以用于計(jì)及誤差源并且基于過(guò)去信息預(yù)測(cè)記錄的微全息圖的未來(lái)路徑。螺旋路徑軌跡的正常前進(jìn)也可以被估計(jì)并轉(zhuǎn)發(fā)到跟蹤伺服。該信息可用于增強(qiáng)跟蹤和聚焦伺服的性能并且減少跟蹤和聚焦伺服誤差。圖27示出了適用于實(shí)施聚焦和跟蹤控制的伺服系統(tǒng)2700的框圖。系統(tǒng)2700包括焦點(diǎn)和軌道路徑估計(jì)器2710、2720，其在一個(gè)實(shí)施例中采取常規(guī)卡曼濾波器的形式。焦點(diǎn)路徑卡曼濾波器2720使用伺服定時(shí)脈沖(t)，介質(zhì)的旋轉(zhuǎn)速度、焦點(diǎn)誤差值(O(希望的軌道路徑和實(shí)際軌道路徑之間的差)以及當(dāng)前觸針(例如讀取頭)位置來(lái)在介質(zhì)旋轉(zhuǎn)時(shí)提供估計(jì)的焦點(diǎn)軌跡。軌道路徑卡曼濾波器2720使用伺服定時(shí)脈沖(O ，介質(zhì)的旋轉(zhuǎn)速度、軌道誤差值(O以及當(dāng)前觸針位置來(lái)提供估計(jì)的軌道軌跡。系統(tǒng)2700還包括全息圖檢測(cè)、邊緣檢測(cè)、提供伺服定時(shí)脈沖(t)的鎖相環(huán)(PLL)2730，其響應(yīng)于檢測(cè)的總信號(hào)a (即與電動(dòng)機(jī)速度以及當(dāng)前觸針位置直接有關(guān)的電動(dòng)機(jī)定時(shí)信號(hào))來(lái)提供伺服定時(shí)脈沖(t )。例如合并了差動(dòng)放大器的常規(guī)調(diào)節(jié)電路2740響應(yīng)于象限檢測(cè)器2600A、2600B、2600C、2600D(圖26A)提供總信號(hào)a以及前述信號(hào)|3 。 聚焦伺服2750響應(yīng)于來(lái)自焦點(diǎn)路徑卡曼濾波器2710的估計(jì)的焦點(diǎn)軌跡以及伺服定時(shí)脈沖(t )、總信號(hào)a以及來(lái)自常規(guī)層和軌道尋找邏輯(未示出)的層尋找命令來(lái)控制聚焦致動(dòng)器2760。跟蹤伺服2770響應(yīng)于來(lái)自軌道路徑卡曼濾波器2720的估計(jì)的軌道軌跡以及伺服定時(shí)脈沖(T)、信號(hào)|3和來(lái)自常規(guī)層和軌道尋找邏輯(未示出)的層尋找命
令來(lái)控制跟蹤致動(dòng)器2780。本質(zhì)上，致動(dòng)器2760、2780響應(yīng)于來(lái)自常規(guī)層和軌道尋找邏輯 (未示出)的對(duì)應(yīng)的層和軌道尋找命令來(lái)將讀和/或?qū)懝馐ㄎ徊⒕劢沟浇橘|(zhì)中頭的目標(biāo) 體積。 要理解，通過(guò)轉(zhuǎn)換染料分子形成的全息圖可以被寫入為提供與多于二進(jìn)制量化的 等級(jí)對(duì)應(yīng)的一個(gè)范圍的讀取返回功率，以便每個(gè)全息圖能夠存儲(chǔ)多于一個(gè)比特的數(shù)據(jù)。在 一個(gè)配置中，這可以通過(guò)調(diào)整寫入功率來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述寫入功率進(jìn)而控制轉(zhuǎn)換的染料分子的 百分比。在另一配置中，這可以通過(guò)使用成對(duì)的緊密定位的堆疊光柵使得所述光柵共享公 共軸而引入多于兩個(gè)量化等級(jí)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在光柵包絡(luò)中心之間存在固定距離的情況下，通過(guò) 在記錄時(shí)改變兩個(gè)條紋圖案之間的相對(duì)相位，可以產(chǎn)生這樣的結(jié)構(gòu)當(dāng)用讀出光束掃描所 述結(jié)構(gòu)時(shí)，該結(jié)構(gòu)對(duì)于朝向檢測(cè)器傳播的衍射光束將產(chǎn)生相長(zhǎng)的或相消的干涉。在這種配 置中，折射率變化可能是離散的(例如階躍狀的)，如在閾值折射率變化材料中一樣，并且 仍能夠以稍微增加的單個(gè)元件的尺寸(例如在這個(gè)示例中為光柵對(duì))為代價(jià)生成多個(gè)反射 率等級(jí)。而且，當(dāng)使用閾值材料生成折射率變化時(shí)，光柵的深度(例如沿寫入/讀取光束的 尺寸)由于在光束的焦點(diǎn)區(qū)域的外圍的閾值截止而被減小，因此這兩個(gè)光柵可以更緊密地 定位在一起使得單個(gè)(多等級(jí))元件占據(jù)的有效體積被減小。 在另一方面，當(dāng)讀取微全息圖時(shí)控制返回功率的變化可以用于減小檢測(cè)到的微全 息圖的動(dòng)態(tài)范圍，并且實(shí)現(xiàn)對(duì)于承認(rèn)的微全息圖檢測(cè)的更緊的閾值。這還可以改進(jìn)全息介 質(zhì)的誤碼率。參考圖54示出的示范性配置400，通過(guò)基于要讀取的層調(diào)整讀取功率，返回 功率的變化被減小。在示范性實(shí)施例中，盤讀取設(shè)備400接收來(lái)自盤控制器460的讀取層 n的命令。該命令導(dǎo)致兩個(gè)動(dòng)作。首先，功率調(diào)整模塊450調(diào)整讀取激光器410功率，使得 預(yù)期的從讀取層n的深度處的全息圖返回的光功率將基本上與預(yù)期的從讀取任何其它層 的深度處的全息圖返回的光功率相同。其次，調(diào)整深度調(diào)整光學(xué)器件430以將讀取激光器 410提供的讀取能量聚焦到層n上的全息圖。然后通過(guò)反射光學(xué)器件440引導(dǎo)經(jīng)過(guò)功率調(diào) 整和聚焦的激光束425，使得其落在盤160的頂表面上。因而，使用可調(diào)整功率激光器來(lái)讀 取微全息圖，其中激光器的功率根據(jù)激光照射的盤表面之下微全息圖的深度來(lái)調(diào)整。
因而，公開(kāi)了一種聚焦和跟蹤空間存儲(chǔ)介質(zhì)中的微全息圖的方法。對(duì)于采樣的跟 蹤和聚焦產(chǎn)生主系統(tǒng)定時(shí)基準(zhǔn)。基于由離軌條件產(chǎn)生的微全息圖反射不對(duì)稱和/或由離焦 條件產(chǎn)生的擴(kuò)展來(lái)產(chǎn)生誤差信號(hào)?？鼮V波器用于在微全息圖的跟蹤控制伺服中估計(jì)和校 正跟蹤路徑誤差?？鼮V波器可以用于在微全息圖的聚焦控制伺服中校正焦點(diǎn)路徑誤差。 如果數(shù)據(jù)是基于不同層的或在各層之間變化則可以使用伺服控制。 應(yīng)該理解，這里描述的跟蹤和聚焦系統(tǒng)以及方法不限于使用非線性和/或閾值響 應(yīng)材料的體存儲(chǔ)系統(tǒng)和方法，而是對(duì)一般的體存儲(chǔ)系統(tǒng)和方法具有廣泛的適用性，包括使 用線性響應(yīng)材料的那些系統(tǒng)，諸如在美國(guó)專利公開(kāi)20050136333中描述的系統(tǒng)，該專利公 開(kāi)在此全文引入以供參考。 將指示數(shù)據(jù)的微全息圖用于跟蹤的可旋轉(zhuǎn)體存儲(chǔ)盤的格式化
現(xiàn)在參考圖41，微全息圖(其中之一在圖41中標(biāo)為4100)可以使用多個(gè)垂直層 4110并且沿著每個(gè)層中的一個(gè)或多個(gè)徑向定向的軌道n到n+x (在所示情況中n+5)存儲(chǔ)在 可旋轉(zhuǎn)的介質(zhì)盤中。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)的格式對(duì)系統(tǒng)性能和成本可能具有顯著影響。例如，相
17鄰層中的微全息圖的相鄰層的接近性可以導(dǎo)致微全息圖之間的串?dāng)_。這個(gè)問(wèn)題隨著盤中層 數(shù)的增加而加劇。 現(xiàn)在參考圖42，示出了兩個(gè)微全息圖4100(標(biāo)為4202、4204)的截面圖，所述兩個(gè) 微全息圖并排放置在全息存儲(chǔ)介質(zhì)中的相鄰軌道4210、4220中。所述軌道的周期性或間隔 稱為軌道間距。對(duì)應(yīng)于寫入期間的干涉條紋的折射率變化的各單個(gè)區(qū)域的每一個(gè)4215分 開(kāi)寫入光束波長(zhǎng)的1/2(入/2)。如從圖43中可見(jiàn)的，當(dāng)具有適當(dāng)波長(zhǎng)的相干光的高斯光束 4310聚焦在其中一個(gè)微全息圖上時(shí)，該微全息圖用作布拉格光柵并且反射能量。在沒(méi)有微 全息圖被照射的情況下，不發(fā)生反射。因而，反射的存在與否指示微全息圖的存在與否，并 且因此指示對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)狀態(tài)的存在與否?，F(xiàn)在參考圖44，當(dāng)讀取光束4310在軌道4210、 4220之間未對(duì)準(zhǔn)時(shí)，來(lái)自兩個(gè)軌道的能量被反射，使得難以確定在讀取哪個(gè)數(shù)據(jù)比特。再次 參考圖41，線4130表示光束4310的反射強(qiáng)度一其最終可以使用檢測(cè)器來(lái)檢測(cè)以確定比特 狀態(tài)。如那里所示的，在兩個(gè)軌道之間，存在信號(hào)的稍微降低，但是沒(méi)有到零附近。這使得 微全息圖檢測(cè)和數(shù)據(jù)還原變得復(fù)雜。 現(xiàn)在還參考圖45，示出了在共同軌道(例如圖41中的n+l)中的兩個(gè)相鄰數(shù)據(jù)比 特4510、4520。類似于圖44中描繪的情況，當(dāng)光束4310聚焦在數(shù)據(jù)比特4510、4520之間時(shí)， 則來(lái)自兩個(gè)比特的能量被反射?，F(xiàn)在還參考圖46，示出了在共同軌道中的相鄰比特4510、 4520之間的串?dāng)_是如何表現(xiàn)自己的。線4610表示光束4310的反射強(qiáng)度一其最終可以使用 檢測(cè)器來(lái)檢測(cè)以確定比特狀態(tài)。如在那里示出的，在兩個(gè)比特之間，存在信號(hào)的稍微降低， 但是沒(méi)有到零附近。這也使微全息圖檢測(cè)和數(shù)據(jù)還原變得復(fù)雜。 去除數(shù)據(jù)比特模糊性(軌道內(nèi)和軌道間)的一種方法是分別增加比特和軌道之間 的距離。不過(guò)這可能會(huì)不希望地人為限制存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)密度。 可選地，或除此之外，并且現(xiàn)在參考圖47，示出了其中在稍微不同的垂直位置(由 箭頭4705表示)寫入相鄰全息圖4510、4520的格式化。在所示情況中，微全息圖4520相對(duì) 于微全息圖4510垂直(例如深度方向上)偏移光束4310的四分之一波長(zhǎng)(入/4)。這在從 微全息圖4520反射的光中產(chǎn)生了相對(duì)于從微全息圖4510反射的光的l/2波長(zhǎng)(A/2)偏 移。在光束4310相干的情況下，兩個(gè)反射信號(hào)將抵消，造成在線4710的虛線部分4715所 示的相位反轉(zhuǎn)。在幅度檢測(cè)器用于還原存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)狀態(tài)的情況下，那么反射的信號(hào)在兩個(gè) 比特上都作為正響應(yīng)被檢測(cè)到(如線4710所示)。然而，有利的是，利用示出的相移，檢測(cè) 器信號(hào)在相鄰比特4510、4520之間到達(dá)零，如圖48所示。這導(dǎo)致改進(jìn)的精確檢測(cè)微全息圖 和對(duì)應(yīng)比特狀態(tài)的存在的能力。 再次參考圖41，線4130示出了相鄰軌道之間的類似影響。線4130示出了跨微全 息圖的6個(gè)相鄰軌道(n-n+5)的反射光束強(qiáng)度。如圖41所示，軌道間的信號(hào)不顯著下降， 并且因此可能使區(qū)分一個(gè)軌道與下一個(gè)軌道變得復(fù)雜。現(xiàn)在還參考圖49A，線4910示出了 在垂直方向上將相鄰軌道的位置改變四分之一波長(zhǎng)(A/4)的效果。在這樣的格式化中，所 反射的信號(hào)又在軌道之間到達(dá)零(如線4910所示)，使得更容易在這些微全息圖軌道上正 確定位檢測(cè)光學(xué)器件。這種格式化進(jìn)一步在圖49B示出。其中，全息介質(zhì)盤4950包括在多 個(gè)垂直堆疊的、徑向延伸的層(示出了單個(gè)層)的每一個(gè)中的多個(gè)軌道4920、4930。在所 示實(shí)施例中，每隔一個(gè)軌道被調(diào)制為具有相同的相對(duì)垂直定位。例如，軌道4920對(duì)應(yīng)于圖 49A的軌道n+l和n+3，而軌道4930對(duì)應(yīng)于圖49B的軌道n和n+2。仍參考圖49B，軌道之間的調(diào)制變化發(fā)生在盤4950的公共區(qū)域4940內(nèi)，諸如在每個(gè)軌道的開(kāi)始和/或結(jié)束附近。
還應(yīng)該理解雖然在各個(gè)附圖中示出了兩級(jí)調(diào)制，但是可以使用其他數(shù)目。 圖50A-52C示出了模擬結(jié)果。圖50A示出了單層測(cè)試微全息案的頂視圖。示
出的測(cè)試圖案包括0. 5 P m直徑的微全息圖，其具有0. 6 ii m的軌道間距，以及四(4)種不同
的包含和插入微全息圖的區(qū)域(例如平面和凹坑)尺寸。圖50B示出了模擬的高斯讀取光
束。圖50B還示出了所示出的高斯光束從圖50A的測(cè)試圖案的模擬反射。 現(xiàn)在參考圖51A，示出了當(dāng)圖50B的高斯光束沿圖50A的測(cè)試圖案的第二內(nèi)側(cè)軌道
(如在圖50B中標(biāo)為51A)居中時(shí)該高斯光束的模擬的反射幅度。圖51B示出了當(dāng)圖50B的
高斯光束在圖50A的測(cè)試圖案的第二和第三內(nèi)側(cè)軌道(如在圖50B中標(biāo)為51B)之間居中
時(shí)該高斯光束的模擬的反射幅度。 圖52A和52B示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的比特和軌道相位調(diào)制的各方面。反射 的信號(hào)幅度在圖片(slide)的右下角示出，其中圖52A示出了對(duì)于沒(méi)有相位調(diào)制的系統(tǒng)跨 測(cè)試圖案的軌道的信號(hào)平均，并且圖52B示出了在采用四分之一波長(zhǎng)的垂直軌道到軌道偏 移時(shí)的信號(hào)平均。如可見(jiàn)的，在反射信號(hào)幅度中，這種偏移增強(qiáng)了軌道區(qū)分。圖52C示出了 +/_45度垂直比特到比特偏移以及四分之一波長(zhǎng)垂直軌道到軌道偏移的模擬反射。如其中 所示的，預(yù)測(cè)軌道和比特到比特間距相比諸如圖52A所示的未調(diào)制情況有所改善。
現(xiàn)在參考圖53，示出了微全息圖數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)寫/讀系統(tǒng)5300的表示。系統(tǒng) 5300包括光束源5302，諸如脈沖二極管激光器，其通過(guò)偏振控制1/2波板5315、隔離分束 器5317(它們共同提供功率控制)以及束整形光學(xué)器件5319光學(xué)耦合。之后，源5302光 束5305穿過(guò)1/4波板5321之后撞擊到分束器5309。分束器5309提供兩個(gè)輸出光束一寫 光束5303和讀/基準(zhǔn)光束5307。寫光束5303被引導(dǎo)通過(guò)光閘5312、分束器5323U/4波 板5325以及物鏡化(0L2)進(jìn)入全息介質(zhì)5310的目標(biāo)體積中。通過(guò)分束器5327、 1/2波板 5329、分束器5331、 1/4波板5333和物鏡化(0L1)將讀/基準(zhǔn)光束5307也聚焦到介質(zhì)5310 的目標(biāo)體積中。通過(guò)分束器5331、透鏡化5335以及針孔5336將讀/基準(zhǔn)光束5307介質(zhì) 5310微全息圖反射引導(dǎo)到檢測(cè)器5337。通過(guò)介質(zhì)5310的讀/基準(zhǔn)光束5307透射被引導(dǎo) 到聚焦傳感器陣列5339。讀/基準(zhǔn)光束5307的光程長(zhǎng)度校正(以匹配寫光束5303)由微 級(jí)定位的反射器5341提供。軸5343機(jī)械地旋轉(zhuǎn)介質(zhì)5310 (其在所示情況中采取可旋轉(zhuǎn)盤 的形式)，而3-軸定位臺(tái)5345定位透鏡化0L1和0L2以將光束5303、5307聚焦到全息介質(zhì) 5310的不同目標(biāo)體積中。 在寫過(guò)程中，光束5305被偏振分束器5309分成寫光束5303和基準(zhǔn)光束5307。在 偏振調(diào)整之后，由物鏡化0L1和0L2聚焦的兩個(gè)對(duì)向傳播光束被重疊在介質(zhì)5310的相同體 積中。得到局部化的干涉條紋并且該干涉條紋使得微全息圖被創(chuàng)建。在讀過(guò)程中，寫光束 5303被光閘5312阻擋。讀光束5307被聚焦到目標(biāo)體積，并且如果在該目標(biāo)體積中存在微 全息圖，大約1%或更少的讀光束5307從斑點(diǎn)被衍射/反射到檢測(cè)器5337。基于檢測(cè)器 5337檢測(cè)的反射的存在或不存在確定對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)狀態(tài)。在讀寫期間，讀/基準(zhǔn)光束5337能 量的大部分透射通過(guò)該介質(zhì)到達(dá)檢測(cè)器陣列5339。同樣，在寫期間，寫光束5303的大部分 穿過(guò)介質(zhì)5310并且可以被檢測(cè)器5337感測(cè)到。 系統(tǒng)5300還包括衰減元件5350。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，元件5350可以采取磁或 電光調(diào)制器的形式。在這種情況下，元件5350可以被選擇性地激活以相對(duì)于讀/基準(zhǔn)光束5307將延遲或光程長(zhǎng)度調(diào)整引入到寫光束5303中。通過(guò)逐比特和/或逐軌道地調(diào)制衰減 元件5350，這種選擇性調(diào)制可以用于垂直地或在深度方向上將介質(zhì)5310中形成的微全息 圖的位置逐比特和/或逐軌道地偏移。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，衰減元件5350可以引入 入/2延遲，其中A是光束5303和5307的中心波長(zhǎng)。例如，光束5305、5303和5307的中心 波長(zhǎng)可以大約為405nm或532nm。 圖28示出了格式2800，用于通過(guò)在兩個(gè)徑向方向上的螺旋中將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在介質(zhì) (諸如可旋轉(zhuǎn)盤)上來(lái)克服不同層之間的數(shù)據(jù)不連續(xù)性。例如，在向內(nèi)旋轉(zhuǎn)的螺旋中將微全 息圖存儲(chǔ)在一個(gè)層2810中。在該層2810的結(jié)束處，該數(shù)據(jù)通過(guò)在沿相反方向旋轉(zhuǎn)的螺旋 中聚焦在盤中的另一個(gè)層2820上而以最小的中斷繼續(xù)。相鄰層(例如2830)可以繼續(xù)在 開(kāi)始位置和方向上交替。以此方式，否則的話傳感器頭回到前一螺旋2810開(kāi)始的位置將要 花費(fèi)的時(shí)間被消除。當(dāng)然，如果希望在與前一螺旋相同的起始點(diǎn)處開(kāi)始，可以提前存儲(chǔ)數(shù)據(jù) 并且在檢測(cè)器移動(dòng)回到起始點(diǎn)的同時(shí)以希望的系統(tǒng)速率讀出數(shù)據(jù)?？蛇x地，不同組的層可 以具有一個(gè)起始位置，和/或前進(jìn)方向，而其他組的層具有另一起始位置和/或前進(jìn)方向。 在相鄰層中反轉(zhuǎn)螺旋的方向也可以通過(guò)在沿相同方向前進(jìn)的螺旋之間提供隔離而減少層 間串?dāng)_的量。 現(xiàn)在還參考圖29，通過(guò)改變每個(gè)螺旋的起始點(diǎn)或定相可以進(jìn)一步減少串?dāng)_。圖29 示出了格式2900，其包括多個(gè)潛在的微全息圖軌道起始/結(jié)束點(diǎn)2910A-2910G。應(yīng)認(rèn)識(shí)到， 雖然示出了八(8)個(gè)軌道起始/結(jié)束點(diǎn)，但是可以使用任何合適數(shù)目(更多或更少)。根據(jù) 本發(fā)明的一個(gè)方面，每個(gè)層的相位或起始/結(jié)束點(diǎn)可以交替。通過(guò)改變不同層上數(shù)據(jù)螺旋 的結(jié)束點(diǎn)可以減少層間的串?dāng)_。也就是說(shuō)，例如，在第一層開(kāi)始于點(diǎn)2910A并且向內(nèi)螺旋到 點(diǎn)2910H的情況下，下一層可以開(kāi)始于點(diǎn)2910H并且向外螺旋移動(dòng)到點(diǎn)2910D，在該位置向 內(nèi)螺旋移動(dòng)的下一層然后開(kāi)始。當(dāng)然，可以使用起始/結(jié)束點(diǎn)的其他特定分組。
因此，可以在螺旋軌道中將微全息圖存儲(chǔ)在各層中，所述螺旋軌道在不同層上沿 不同方向螺旋移動(dòng)，以便減少讀/寫檢測(cè)器頭移動(dòng)到下一螺旋(例如下一層的起始點(diǎn))所 需的時(shí)間。在檢測(cè)器頭從一個(gè)層移動(dòng)到另一層的間隔期間，可以使用一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 器來(lái)維持到用戶或系統(tǒng)的一致的數(shù)據(jù)流。在檢測(cè)器頭向下一螺旋層移動(dòng)的同時(shí)，來(lái)自先前 數(shù)據(jù)層的存儲(chǔ)在該存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)可以被讀出。通過(guò)在相鄰或不同層上將螺旋反轉(zhuǎn)可以減 少層間串?dāng)_。還可以通過(guò)改變每個(gè)層的相位或起始點(diǎn)并且改變不同層上數(shù)據(jù)螺旋的結(jié)束點(diǎn) 來(lái)減少層間串?dāng)_。要連續(xù)讀取的不同層上的起始和結(jié)束點(diǎn)可以被間隔開(kāi)，以避免在聚焦到 下一連續(xù)數(shù)據(jù)層上所需的時(shí)間期間數(shù)據(jù)的不必要或延長(zhǎng)的中斷。 在一個(gè)實(shí)施例中，長(zhǎng)方形形狀的微全息圖被用作體數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)的格式。換言之， 提供了自跟蹤微全息圖。有利地，使用長(zhǎng)方形形狀的微全息圖可以允許微全息圖尺寸在至 少一個(gè)橫向維度上比還原激光斑點(diǎn)尺寸小。為了跟蹤的目的，長(zhǎng)方形形狀的微全息圖被用 于通過(guò)檢測(cè)反射形狀來(lái)確定軌道取向?；诜瓷涔獾牟罘中盘?hào)可用于增加系統(tǒng)魯棒性。
現(xiàn)在還參考圖30，在單比特全息存儲(chǔ)介質(zhì)中，通過(guò)以與數(shù)據(jù)全息圖相同的方式以 周期性結(jié)構(gòu)局部地調(diào)制折射率，可以寫入格式微全息圖。微全息圖生成讀取激光束的部分 反射。當(dāng)不存在微全息圖時(shí)，讀激光穿過(guò)局部區(qū)域。通過(guò)檢測(cè)反射的光，驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生指示內(nèi) 容為1還是O的信號(hào)。在圖30的所示情況中，比特是基本圓形的微全息圖3010，其尺寸由寫 激光斑點(diǎn)尺寸確定。由于微全息圖寫過(guò)程遵循激光的高斯空間分布，微全息比特在空間輪廓上也是高斯的。高斯分布傾向于在光束腰(或斑點(diǎn)直徑)之外具有相當(dāng)多的能量。為了 減少來(lái)自相鄰比特(微全息圖1、2、3、4和5)的干擾，比特間隔(兩個(gè)比特之間的距離dt) 可能需要是激光斑點(diǎn)尺寸的三倍大。結(jié)果，層上的內(nèi)容密度實(shí)際上可能比CD或DVD層上的 內(nèi)容密度小得多。另一與圓形格式相關(guān)的可能缺陷與跟蹤有關(guān)，其中介質(zhì)盤以方向3020旋 轉(zhuǎn)。仍參考圖30，希望的是在讀取比特1后激光斑點(diǎn)移動(dòng)到比特2。然而，由于微全息圖比 特1是對(duì)稱的，驅(qū)動(dòng)器沒(méi)有指示包括比特1和2的軌道3030的方向的附加信息。相應(yīng)地， 該驅(qū)動(dòng)器可能無(wú)意地使激光漂到另一軌道3040、3050，例如比特4或5。
現(xiàn)在還參考圖31，為了幫助校正潛在的軌道未對(duì)準(zhǔn)，可以使微全息圖斑點(diǎn)形狀為 非圓形或非對(duì)稱的，使得激光頭可以確定軌道取向。為了在至少一個(gè)橫向維度上具有小于 讀激光斑點(diǎn)尺寸3110的比特間隔，具有高反射率的長(zhǎng)方形形狀的微全息圖3120沿軌道 3130、3140、3150形成。值得注意的是對(duì)比而言，諸如CD和DVD的單層格式使用長(zhǎng)方形形 狀的凹坑，其產(chǎn)生干擾，從而導(dǎo)致相對(duì)低反射率的區(qū)域。為了寫入如圖31所示的格式，沿軌 道(例如3130)旋轉(zhuǎn)介質(zhì)盤，并且取決于在局部體積中是否希望反射而開(kāi)啟和關(guān)斷寫激光。 換言之，在曝光期間相對(duì)于激光斑點(diǎn)前移介質(zhì)，從而暴光介質(zhì)的伸長(zhǎng)部分。經(jīng)由寫激光開(kāi)啟 的時(shí)間長(zhǎng)度和前進(jìn)或旋轉(zhuǎn)速度寫入具有受控長(zhǎng)度的長(zhǎng)方形形狀的微全息圖。這有利地用于 消除在逐斑點(diǎn)寫入時(shí)快速地脈動(dòng)寫激光的需要。當(dāng)讀激光聚焦在長(zhǎng)方形形狀的微全息圖上 時(shí)，圓形的高斯激光斑點(diǎn)沿軌道取向比垂直于軌道取向具有更大強(qiáng)度的反射。微全息圖反 射的信號(hào)不再是完美的圓形(例如參見(jiàn)圖25A-25C)，并且諸如象限檢測(cè)器的檢測(cè)器可以用 于確定反射光束形狀以及因此軌道方向一其然后用作反饋來(lái)幫助保持激光頭在軌。為了增 加系統(tǒng)敏感性，常規(guī)的CD/DVD格式方法(諸如通過(guò)使用基于反射的差分信號(hào))也可以被合 并。 因此，在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)于體數(shù)據(jù)存儲(chǔ)物理格式，沿介質(zhì)內(nèi)部的軌道提供長(zhǎng)方形 形狀的微全息圖。格式微全息圖可以編碼數(shù)據(jù)本身，或任選地記錄在不同位置的，或共同定 位但以不同角度記錄的和/或以與指示主要數(shù)據(jù)的微全息圖不同的波長(zhǎng)記錄的附加數(shù)據(jù)。 在記錄介質(zhì)提供非線性光學(xué)響應(yīng)(即閾值響應(yīng))的情況下，長(zhǎng)方形標(biāo)記的寬度(短維度) 可以被進(jìn)一步減小從而進(jìn)一步增加層容量。 應(yīng)當(dāng)理解，這里描述的格式化系統(tǒng)和方法不限于使用非線性和/或閾值響應(yīng)材料
的體存儲(chǔ)系統(tǒng)和方法，而是對(duì)一般的體存儲(chǔ)系統(tǒng)和方法具有廣泛的適用性，包括使用線性 響應(yīng)材料的那些系統(tǒng)，諸如在美國(guó)專利公開(kāi)20050136333中描述的系統(tǒng)，該專利公開(kāi)在此
全文引入以供參考。 使用分離的全息元件的可旋轉(zhuǎn)體盤的格式化 可選地，或除了指示自跟蹤數(shù)據(jù)的微全息圖之外，可以將分離的跟蹤元件合并到 介質(zhì)中。在沒(méi)有主動(dòng)聚焦將激光斑點(diǎn)維持聚焦到正確的層并且保持激光頭在正確的軌道上 的情況下，至少部分由于包括但不限于表面粗糙度和劃痕的物理限制，在介質(zhì)盤內(nèi)部存儲(chǔ) 微米或亞微米尺寸特征在商業(yè)上可能是不切實(shí)際的。 單層存儲(chǔ)格式(例如CD， DVD)使用反射非對(duì)稱光束進(jìn)行聚焦，并且使用三光束機(jī) 制進(jìn)行跟蹤。然而，體存儲(chǔ)介質(zhì)不包括介質(zhì)中數(shù)據(jù)記錄層次處的高度反射的層。在可記錄或 可重寫版本的CD和DVD格式中，預(yù)先形成軌道或凹槽，使得激光頭在寫入數(shù)字內(nèi)容時(shí)遵循 該軌道。公開(kāi)的美國(guó)專利申請(qǐng)2001/0030934以及2004/0009406以及美國(guó)專利號(hào)6512606
21提出在單比特全息介質(zhì)內(nèi)部預(yù)先形成軌道，使得激光頭在內(nèi)容寫入過(guò)程中可以遵循該軌 道，這兩者的全部公開(kāi)內(nèi)容都在此引入以供參考，就好像在這里全部闡述它們一樣。在讀取 過(guò)程期間激光頭也遵循該軌道。 在一個(gè)實(shí)施例中，軌道預(yù)格式化和/或離軸微全息圖用于編碼跟蹤數(shù)據(jù)(例如深 度和半徑位置信息)。更特別地，在體存儲(chǔ)介質(zhì)內(nèi)部存儲(chǔ)微全息比特之前，在介質(zhì)中的各種 深度和位置處預(yù)先記錄用離軸微全息光柵編碼的軌道。這種跟蹤微全息圖可以被定向以便 產(chǎn)生偏離撞擊激光束的法線的反射。取向角可以與跟蹤微全息圖深度和半徑相關(guān)，使得跟 蹤微全息圖用作檢查點(diǎn)。在讀或?qū)戇^(guò)程中，跟蹤微全息圖將入射光反射偏離光學(xué)法線軸，其 例如可以使用分離的檢測(cè)器檢測(cè)到。基于有角度的離軸反射的檢測(cè)來(lái)確定盤中當(dāng)前位置的 聚焦深度和半徑。預(yù)先形成的微全息圖因此可用于向驅(qū)動(dòng)器提供關(guān)于光學(xué)頭位置的反饋信 號(hào)。 精確的定位平臺(tái)和寫激光器適用于將軌道寫到全息介質(zhì)內(nèi)部。每個(gè)軌道可以螺旋 移動(dòng)通過(guò)介質(zhì)內(nèi)部的各種半徑和/或深度。當(dāng)然，不過(guò)，包括圓形或基本同心軌道的其他配 置也可以使用。通過(guò)沿每個(gè)軌道形成微全息圖寫入數(shù)字比特。例如通過(guò)聚焦高功率激光以 局部地改變介質(zhì)的折射率可以形成軌道。局部折射率調(diào)制生成從入射聚焦光到跟蹤檢測(cè)器 的部分反射并且提供關(guān)于軌道的信息。相反地，軌道可以被寫入到全息母版(master)中并 且光學(xué)復(fù)制到介質(zhì)裝置(例如盤)中，如這里討論的。 圖32示出了形式為盤的介質(zhì)3200可以旋轉(zhuǎn)以使讀寫頭遵循預(yù)編程的軌道。非 常鄰近該介質(zhì)的激光頭將光束3210聚焦到局部區(qū)域以促進(jìn)介質(zhì)中軌道的寫入。光束3210 垂直于介質(zhì)。形成的微全息圖用于將軌道位置編碼為離軸角度。從介質(zhì)另一側(cè)撞擊的第二 激光束3220與激光束3210照射相同的體積。光束3220是從盤法線軸離軸的。兩個(gè)光束 3210、3220干涉并且形成與介質(zhì)法線離軸的微全息圖3230。該離軸角度可以用于編碼軌道 的物理或邏輯位置，即深度或半徑。如相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所理解的，微全息圖3230 的離軸角度小依賴于光束3220的離軸角度(K其中光束3210垂直于介質(zhì)3200。因此，通 過(guò)改變撞擊光束3220的角度，可以編碼形成的全息圖的位置。 光束3210可以采取連續(xù)波的形式以寫入連續(xù)的軌道，或是發(fā)脈沖的。在發(fā)脈沖的 情況下，脈沖重復(fù)率確定在內(nèi)容寫和/或讀期間可以檢查軌道位置的頻率?？蛇x地，或除此 之外，微全息圖以變化的重復(fù)率突然出現(xiàn)，或除了角度依賴性之外或代替角度依賴性可以 使用大量的脈沖來(lái)編碼軌道位置信息。然而，在使用微全息圖寫光束的發(fā)脈沖，使得脈沖重 復(fù)率或脈沖數(shù)量指示軌道位置的情況下，可能需要讀取多于一個(gè)的跟蹤微全息圖以確定有 用的定位信息。 再次返回到使用角度依賴性，在內(nèi)容讀寫過(guò)程期間，預(yù)先形成的離軸微全息圖 3230將與介質(zhì)垂直的入射激光束3210'反射為離軸的，以提供關(guān)于軌道的信息。諸如版 權(quán)信息的其他信息可以任選地被編碼。在這種情況下，離軸光束可以被調(diào)制以編碼這種其 他數(shù)據(jù)，并且處于指示介質(zhì)內(nèi)的位置的角度?，F(xiàn)在還參考圖33，當(dāng)垂直于介質(zhì)的入射光束 3210'被聚焦到局部預(yù)先寫入的跟蹤微全息圖3230時(shí)，跟蹤微全息圖3230部分地將該光 反射為光束3310，其具有與微全息圖記錄過(guò)程中使用的的第二激光束(例如光束3220，圖 32)類似的方向和空間分布。離軸傳感器或傳感器陣列可以用于檢測(cè)反射的有角度的光束 3310并且確定入射光束3210'的聚焦斑點(diǎn)的位置。
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因此，軌道和/或其他信息可以被編碼在預(yù)先形成的離軸微全息圖中。在離軸角 度光束用作編碼器的情況下，光學(xué)驅(qū)動(dòng)器可以通過(guò)讀取單個(gè)跟蹤微全息圖而確定聚焦的入 射光束的位置。收集的信息可以用于聚焦和跟蹤，例如被提供給類似于圖27所示的聚焦/ 跟蹤系統(tǒng)。例如，離軸信號(hào)可以用于確定入射光是否處于適當(dāng)?shù)纳疃炔⑶疫m當(dāng)?shù)耐哥R是否 被用于校正與深度相關(guān)的球形像差。 在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)微全息圖可以包括離軸和/或偏心的部件?，F(xiàn)在 還參考圖34A，諸如相位掩?；蚬鈻诺娜⒀苌鋯卧獙⑷肷涔馐殖捎糜谧x/寫的主光束 3410和用于跟蹤的至少一個(gè)離軸光束3420。離軸光束3420的傳播角9與介質(zhì)3400中的 離軸、偏心跟蹤微全息圖3430 —致，使得反射的光束沿著入射離軸光束3420的方向傳播回 去。在這種情形中，可能不需要物鏡之外的附加收集光學(xué)器件。然而，微全息圖3430的離 軸角度e是固定的并且可能有必要使用微全息圖脈沖重復(fù)率或脈沖數(shù)調(diào)制來(lái)對(duì)軌道位置 進(jìn)行索引。 圖32-34A示出了一個(gè)離軸微全息圖?？蛇x地，數(shù)據(jù)微全息圖可以用兩個(gè)離軸微全 息圖(每一側(cè)各有一個(gè))進(jìn)行格式化。在圖34B中示出了3個(gè)重疊的微全息圖的寫入。通 過(guò)基準(zhǔn)光束3440和數(shù)據(jù)光束3450寫入微全息圖數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)光束3450沿著與基準(zhǔn)光束相同 的軸線對(duì)向傳播。兩個(gè)離軸微全息圖可以通過(guò)同一基準(zhǔn)光束3440和離軸寫入光束3460、 3470之間的干涉來(lái)寫入。 在讀過(guò)程中(圖34C)，基準(zhǔn)光束3440'用作讀取光束。這三個(gè)微全息圖已經(jīng)被存 儲(chǔ)在一個(gè)位置中?；鶞?zhǔn)光束3440'因此將沿三個(gè)方向衍射從數(shù)據(jù)微全息圖的背反射3482 以及從兩個(gè)離軸微全息圖的側(cè)反射3484、3486。當(dāng)兩個(gè)側(cè)反射形成的平面垂直于微全息圖 數(shù)據(jù)軌道方向時(shí)，這兩個(gè)側(cè)反射作為用于跟蹤的指標(biāo)。 應(yīng)該理解，這里描述的跟蹤和聚焦系統(tǒng)和方法不限于使用非線性和/或閾值響應(yīng) 材料的體存儲(chǔ)系統(tǒng)和方法，而是對(duì)一般的體存儲(chǔ)系統(tǒng)和方法具有廣泛的適用性，包括使用 線性響應(yīng)材料的那些系統(tǒng)，諸如在美國(guó)專利公開(kāi)20050136333中描述的系統(tǒng)，該專利公開(kāi) 在此全文引入以供參考。
預(yù)先記錄介質(zhì)批復(fù)制 光學(xué)復(fù)制非常適于分配大量的記錄為支持介質(zhì)中的微全息圖的數(shù)字信息。與基于 頁(yè)面的全息方法相比，使用微全息技術(shù)的光學(xué)復(fù)制的工業(yè)過(guò)程看起來(lái)是希望的。使用線性 材料的光學(xué)復(fù)制的一個(gè)問(wèn)題是光學(xué)復(fù)制系統(tǒng)中的任何不希望的反射將產(chǎn)生不希望的全息 圖。因?yàn)楣鈱W(xué)復(fù)制中一般涉及高功率的激光器，那些不希望的全息圖可能明顯干擾指示數(shù) 據(jù)和/或格式化的全息圖。而且，在線性材料中記錄的全息圖的強(qiáng)度將直接與記錄激光束 的功率密度的比值成正比。對(duì)于與1差別很大的比值，全息圖將是弱的，并且將不希望地消 耗大量的動(dòng)態(tài)范圍(材料的記錄能力)。再次，這可以通過(guò)使用非線性光學(xué)響應(yīng)介質(zhì)而解 決。 現(xiàn)在參考圖35、36和37，示出了適于與非線性光學(xué)響應(yīng)介質(zhì)一起使用的光學(xué)復(fù)制 技術(shù)的實(shí)施方式。圖35示出了用于制備母版介質(zhì)的系統(tǒng)，圖36示出了用于制備相配母版 介質(zhì)的系統(tǒng)，并且圖37示出了用于制備拷貝介質(zhì)例如用于分發(fā)的系統(tǒng)。首先參考圖35，示 出了用于記錄母版介質(zhì)3510的系統(tǒng)3500。在示出的實(shí)施例中，母版介質(zhì)3510采取光學(xué)非 線性響應(yīng)材料模制盤的形式，諸如本文所描述的那些。通過(guò)逐個(gè)形成微全息圖3520的陣列來(lái)對(duì)母版全息介質(zhì)3510進(jìn)行記錄。系統(tǒng)3500包括光學(xué)耦合到分束器3552的激光器3550。 激光器3550可以采取532nm、100mW CW、單縱模、腔內(nèi)倍頻、二極管泵浦固態(tài)Nd:YAG激光器 的形式，其中分束器3552例如采取偏振立方分束器的形式。聚焦光學(xué)器件3532、3542用于 將分開(kāi)的光束3530、3540聚焦到介質(zhì)3510內(nèi)的共同體積，其中它們對(duì)向傳播、干涉并且形 成條紋圖案，包括微全息圖形成，如上面所述的。聚焦光學(xué)器件3532、3542可以采取例如高 數(shù)值孔徑非球面透鏡的形式。光閘3554用于選擇性地使光束3530通過(guò)到介質(zhì)3510，以編 碼數(shù)據(jù)和/或促進(jìn)微全息圖3520的有序形成。例如，光閘3554可以采取機(jī)械、電光、或聲 光光閘的形式，并具有大約2. 5ms的窗口時(shí)間。 為了使得微全息圖能夠在特定的目標(biāo)體積中形成，聚焦光學(xué)器件3532、3542被致 動(dòng)以選擇性地聚焦到距旋轉(zhuǎn)介質(zhì)(例如盤3510)中心的不同半徑處。也即是說(shuō)，它們橫向地 在距旋轉(zhuǎn)介質(zhì)(例如盤3510)中心不同半徑處平移聚焦區(qū)域。介質(zhì)3510由精確定位平臺(tái) 3556支持，精確定位平臺(tái)3556旋轉(zhuǎn)該介質(zhì)并且允許聚焦光束3530、3540在介質(zhì)3520中的 不同垂直層的垂直對(duì)準(zhǔn)。角度定位通過(guò)在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間選擇性地打開(kāi)光閘3554來(lái)控制。例 如，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或空氣軸承主軸可以用于旋轉(zhuǎn)介質(zhì)3510，使得可以在對(duì)應(yīng)于旋轉(zhuǎn)介質(zhì)3510 的不同角位置的各個(gè)時(shí)間選擇性地打開(kāi)和關(guān)閉光閘。 現(xiàn)在參考圖36，示出了系統(tǒng)3600的框圖。系統(tǒng)3600包括光源3610。光源3610 例如可以采取532nm、90W、lKHz重復(fù)率脈沖控制的Nd:YAG激光器的形式，諸如商業(yè)可獲得 的相干進(jìn)化(Coherent Evolution)型號(hào)90。源3610通過(guò)相配母版介質(zhì)3620照射母版介 質(zhì)3510。在示出的實(shí)施例中，相配母版介質(zhì)3620采取光學(xué)線性響應(yīng)材料模制盤的形式，諸 如在美國(guó)專利公開(kāi)20050136333中描述的那個(gè)，該美國(guó)專利公開(kāi)的全部?jī)?nèi)容在此引入以供 參考。通過(guò)快速地經(jīng)過(guò)相配母版介質(zhì)3620將母版介質(zhì)3510暴露于源3610發(fā)射3615，來(lái)自 母版介質(zhì)3510的反射與直接來(lái)自源3510的發(fā)射干涉，以在相配母版介質(zhì)3620中形成條紋 圖案。在相配母版介質(zhì)3620中形成的全息圖案與母版介質(zhì)3510的全息圖案并不相同，而 是指示從其的反射。根據(jù)本發(fā)明的一方面，整個(gè)母版介質(zhì)3510和相配母版介質(zhì)3620對(duì)可 以被一次閃光曝光或批曝光?？蛇x地，發(fā)射3615可以機(jī)械地掃描母版/相配母版介質(zhì)對(duì)， 如橫向箭頭3618所指示的。 圖37示出了系統(tǒng)3700。像系統(tǒng)3600 —樣，系統(tǒng)3700包括光源3710。光源3710 例如可以采取532nm、90W、lKHz重復(fù)率脈沖控制的Nd: YAG激光器的形式，諸如商業(yè)可獲得 的相干進(jìn)化(Coherent Evolution)型號(hào)90。源3710通過(guò)分配介質(zhì)3720照射相配母版介 質(zhì)3620。在示出的實(shí)施例中，介質(zhì)3720像母版介質(zhì)3510和相配母版介質(zhì)3620 —樣采取光 學(xué)非線性響應(yīng)材料模制盤的形式，諸如本文所描述的那些。更具體地，源3710發(fā)出的發(fā)射 3715穿過(guò)分配介質(zhì)3720并且到相配母版介質(zhì)3620中。對(duì)應(yīng)于來(lái)自微全息圖陣列3520 (圖 35、36)的反射的其中的折射率變化產(chǎn)生反射。這些反射再次橫穿過(guò)分配介質(zhì)3720，在那里 它們與對(duì)向傳播的發(fā)射3715干涉，形成指示微全息圖陣列3730的干涉條紋圖案。在光發(fā) 射3715和發(fā)射3615在方向和波長(zhǎng)方面基本相同的情況下，陣列3730對(duì)應(yīng)于陣列3520 (圖 35、36) —從而將母版介質(zhì)3510復(fù)制為分配介質(zhì)3720。整個(gè)相配母版介質(zhì)3620和分配介 質(zhì)3720對(duì)可以被一次閃光曝光或批曝光。可選地，發(fā)射3715可以掃描相配母版介質(zhì)/分 配介質(zhì)對(duì)，如橫向箭頭3718所指示的。 應(yīng)該理解，系統(tǒng)3500、3600、3700僅是示例，并且設(shè)置中的若干變化將導(dǎo)致類似的結(jié)果。此外，母版介質(zhì)、相配母版介質(zhì)和分配介質(zhì)不需要由相同材料制成并且可以由線性和 非線性材料的組合制成?？蛇x地，它們可以都由例如閾值響應(yīng)材料制成。
現(xiàn)在還參考圖38，在不同的實(shí)施方式3800中，分配介質(zhì)3810最終從其創(chuàng)建的母版 可以采取帶子的形式，其具有孔徑、或孔、或至少基本透明的區(qū)域?？蛇x地，分配介質(zhì)3810 最終從其創(chuàng)建的母版介質(zhì)可以采取空間光調(diào)制器的形式，其具有二維的像素或孔徑陣列。 不管哪種方式，系統(tǒng)3800包括激光器3820，激光器3820例如可以采取532nm、Q開(kāi)關(guān)的、高 功率(例如90W、lKHz重復(fù)率脈沖控制的)Nd:YAG激光器的形式，諸如商業(yè)可獲得的相干進(jìn) 化型號(hào)90。激光器3820光學(xué)耦合到分束器3830，分束器3830例如可以采取偏振立方分束 器的形式。分束器3830因而產(chǎn)生第一和第二光束3830、3840，它們?cè)诮橘|(zhì)3810的特定體積 內(nèi)以適于形成指示存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的微全息圖3815的陣列的方式對(duì)向傳播，如本文所討論的。更 具體地，光束3840通過(guò)調(diào)節(jié)光學(xué)器件3845傳送到介質(zhì)3810中。光束3850通過(guò)調(diào)節(jié)光學(xué) 器件3855傳送到介質(zhì)3810中。 調(diào)節(jié)光學(xué)器件3845、3855可以采取一個(gè)或多個(gè)微透鏡陣列的形式，其適于將激光 束轉(zhuǎn)換為一系列聚焦斑點(diǎn)或二維的聚焦斑點(diǎn)陣列。在所述透鏡具有高數(shù)值孔徑的情況下， 可以通過(guò)以小得足以使曝光產(chǎn)生交錯(cuò)的陣列的增量來(lái)移動(dòng)介質(zhì)而實(shí)現(xiàn)密集封裝。調(diào)節(jié)光學(xué) 器件3845、3855因而將對(duì)向傳播的光束3840、3850聚焦到介質(zhì)3810的單個(gè)層內(nèi)的二維的 聚焦點(diǎn)陣列。根據(jù)本發(fā)明的一方面，該點(diǎn)陣列對(duì)應(yīng)于在整個(gè)層中記錄的數(shù)字0或1的陣列。 因此，通過(guò)激活激光器3850，可以通過(guò)在其中形成微全息圖陣列的斑點(diǎn)的干涉條紋在介質(zhì) 3810的單個(gè)層中記錄都是數(shù)字0或1的層。在介質(zhì)采取光學(xué)非線性響應(yīng)材料盤(諸如本文 已描述的)的形式的情況中這尤其有用。 根據(jù)本發(fā)明的一方面，帶子或空間光調(diào)制器3860可以用于提供在介質(zhì)3810的單 個(gè)層中記錄不同數(shù)據(jù)。帶子或空間光調(diào)制器3860可以包括一系列的孔徑或孔，或者孔徑或 孔的陣列?？讖降拇嬖谂c否可以對(duì)應(yīng)于對(duì)應(yīng)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字狀態(tài)。也即是說(shuō)，取決于微全 息圖是否被記錄(這取決于對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)狀態(tài))，缺少孔徑的區(qū)域選擇性地阻擋光束3840。
在任一種情況中，一次僅在記錄介質(zhì)的一個(gè)區(qū)域中記錄一個(gè)層的數(shù)據(jù)。例如使用 定位平臺(tái)3870，介質(zhì)3810可以被前進(jìn)或旋轉(zhuǎn)若干次以記錄完整的層。例如，同樣使用定位 平臺(tái)3870，介質(zhì)可以被上下移動(dòng)以記錄其他層。 因此，可以使用對(duì)母版介質(zhì)的泛光照射以記錄中間或相配母版介質(zhì)。還可以使用 對(duì)母版或相配母版的泛光照射以在分配介質(zhì)中記錄數(shù)據(jù)。帶子或空間光調(diào)制器可以用作母 版來(lái)記錄分配介質(zhì)。并且，記錄的全息圖的衍射效率(強(qiáng)度)可以獨(dú)立于記錄激光束功率 密度的比值。 預(yù)格式化的介質(zhì) 如所述的，全息介質(zhì)盤可以用指示數(shù)據(jù)狀態(tài)的微全息圖的陣列來(lái)記錄。這些陣列 可以在光學(xué)非線性或閾值響應(yīng)記錄材料制成的介質(zhì)的基本所有體積上散布。在一個(gè)實(shí)施例 中，通過(guò)擦除或不擦除某些微全息圖來(lái)在預(yù)格式化的介質(zhì)中記錄特定數(shù)據(jù)(例如交替的數(shù) 據(jù)狀態(tài))。擦除可以通過(guò)使用單個(gè)光束來(lái)實(shí)現(xiàn)，該光束具有足夠的聚焦能量以將微全息圖的 體積帶到閾值條件之上，例如加熱到接近組成聚合物基體的Tg。 更具體地，將數(shù)據(jù)記錄到預(yù)格式化的介質(zhì)(例如光學(xué)非線性響應(yīng)材料內(nèi)的指示單 個(gè)數(shù)據(jù)狀態(tài)(例如全O或全1)的微全息圖的陣列)中可以通過(guò)擦除或不擦除所選擇的預(yù)先記錄的或預(yù)格式化的微全息圖來(lái)實(shí)現(xiàn)?？梢酝ㄟ^(guò)在其上聚焦一個(gè)或多個(gè)激光束來(lái)有效地 擦除微全息圖。在光束傳遞的能量超過(guò)寫閾值強(qiáng)度時(shí)，如上討論的，擦除微全息圖。因而， 閾值條件可以與首先形成目標(biāo)微全息圖所需要滿足的條件相同。光束可以從傳統(tǒng)的二極管 激光器發(fā)出，類似于傳統(tǒng)上在CD和DVD技術(shù)中使用的那些。圖39示出了系統(tǒng)3900，其中通 過(guò)聚焦在以預(yù)格式化的陣列預(yù)提供的微全息圖上，并且選擇性地擦除對(duì)應(yīng)于要寫入比特的 那些微全息圖來(lái)由單個(gè)激光束記錄數(shù)據(jù)。 更具體地，由聚焦光學(xué)器件3920將激光束3910聚焦到包含預(yù)先形成的微全息圖 (未示出)的介質(zhì)3930中的目標(biāo)體積3940。擦除目標(biāo)全息圖的實(shí)際機(jī)制可以類似于首先 用于形成該全息圖的機(jī)制。例如，可以通過(guò)使用單個(gè)入射光束來(lái)使得體積單元的任何先前 未受影響的部分(即原始條紋之間的區(qū)域)經(jīng)歷折射率變化從而導(dǎo)致條紋圖案的破壞一從 而產(chǎn)生具有連續(xù)折射率的區(qū)域，來(lái)擦除預(yù)格式化的全息圖。此外，激光器不需要是單縱模， 因?yàn)椴恍枰缮?，使得微全息圖數(shù)據(jù)裝置的讀取和記錄激光器有利地簡(jiǎn)單并且可能相對(duì)便 且。 任選地，可以在介質(zhì)中光學(xué)地記錄序列號(hào)。該序列號(hào)例如可以用于跟蹤可記錄介 質(zhì)的物主身份以促進(jìn)版權(quán)保護(hù)。該序列號(hào)可以被以促進(jìn)其光學(xué)檢測(cè)的方式而光學(xué)記錄。該 序列號(hào)可以在使用空間光調(diào)制器復(fù)制數(shù)據(jù)之前、基本同時(shí)地、之后被光學(xué)記錄在介質(zhì)中的 一個(gè)或多個(gè)預(yù)定位置。 微全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)配置的這種預(yù)格式化的非線性記錄格式可以促進(jìn)實(shí)現(xiàn)低成本的 微全息記錄系統(tǒng)。利用介質(zhì)單側(cè)上的光學(xué)器件，也可以使用簡(jiǎn)化的光學(xué)頭。此外，非單縱模 激光器可以用于記錄數(shù)據(jù)。而且，由于僅使用單個(gè)光束，還可以實(shí)現(xiàn)微全息系統(tǒng)的容忍振動(dòng) 的記錄系統(tǒng)。 應(yīng)該理解，這里描述的預(yù)格式化系統(tǒng)和方法不限于使用非線性和/或閾值響應(yīng)材
料的體存儲(chǔ)系統(tǒng)和方法，而是對(duì)一般的體存儲(chǔ)系統(tǒng)和方法具有廣泛的適用性，包括使用線
性響應(yīng)材料的那些系統(tǒng)，諸如在美國(guó)專利公開(kāi)20050136333中描述的系統(tǒng)，該專利公開(kāi)在
此全文引入以供參考。 還原微全息圖存儲(chǔ)的數(shù)據(jù) 圖40示出了系統(tǒng)4000。系統(tǒng)4000適于檢測(cè)在介質(zhì)(諸如旋轉(zhuǎn)盤介質(zhì))內(nèi)的特定 位置處是否存在微全息圖。系統(tǒng)4000可以被目標(biāo)確定為使用這里描述的跟蹤和聚焦機(jī)構(gòu) 選擇體積。在示出的實(shí)施例中，激光束4010被聚焦光學(xué)器件4020聚焦以通過(guò)分束器4050 撞擊介質(zhì)盤4040內(nèi)的目標(biāo)體積4030。光束4010可以從傳統(tǒng)的激光二極管(諸如CD和DVD 播放器中使用的那些)發(fā)出。這種激光器例如可以采取基于GaAs或GaN的二極管激光器 的形式。分束器4050例如可以采取偏振立方分束器的形式。聚焦光學(xué)器件4020例如可以 采取高數(shù)值孔徑聚焦物鏡化的形式。當(dāng)然，其他配置是可能的。 不管這些具體細(xì)節(jié)如何，在目標(biāo)體積4030中存在微全息圖的情況下，光束4010被
反射通過(guò)光學(xué)器件4020回到分束器4050。分束器4050將反射重定向到檢測(cè)器4060，檢測(cè)
器4060檢測(cè)反射的存在與否。檢測(cè)器4060例如可以采取由象限檢測(cè)器圍繞的光電二極管
的形式，諸如商業(yè)可獲得的H咖amatsu Si Pin光電二極管型號(hào)S6795。 應(yīng)該理解，這里描述的數(shù)據(jù)還原系統(tǒng)和方法不限于使用非線性和/或閾值響應(yīng)材
料的體存儲(chǔ)系統(tǒng)和方法，而是對(duì)一般的體存儲(chǔ)系統(tǒng)和方法具有廣泛的適用性，包括使用線性響應(yīng)材料的那些系統(tǒng)，諸如在美國(guó)專利公開(kāi)20050136333中描述的系統(tǒng)，該專利公開(kāi)在
此全文引入以供參考。 收入保護(hù) 預(yù)先記錄的光學(xué)介質(zhì)的盜版以及甚至偶然復(fù)制代表了娛樂(lè)和軟件工業(yè)的經(jīng)濟(jì)損 失的重要源頭。具有高速(諸如高達(dá)177Mbps)數(shù)據(jù)傳輸速率的可記錄介質(zhì)的可用性使得 復(fù)制包含受版權(quán)保護(hù)的音樂(lè)或正片的CD或DVD相當(dāng)容易。在軟件工業(yè)中，內(nèi)容提供商通常 使用產(chǎn)品激活碼來(lái)試圖減少軟件的盜版。然而，產(chǎn)品激活碼和盤上的數(shù)據(jù)并不被唯一地聯(lián) 系，并且軟件的若干拷貝可以被安裝在許多機(jī)器上而沒(méi)有或很少有辦法來(lái)檢測(cè)多個(gè)拷貝或 防止同時(shí)使用。 在傳統(tǒng)的預(yù)先記錄的光學(xué)介質(zhì)(例如CD或DVD)中，傳統(tǒng)上通過(guò)在注射模制過(guò)程 期間將對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)模壓到介質(zhì)中來(lái)復(fù)制預(yù)先記錄的內(nèi)容。這個(gè)過(guò)程可以用于將數(shù)據(jù)從單個(gè) 母版復(fù)制到上萬(wàn)個(gè)盤上，這固有地限制了唯一識(shí)別單個(gè)盤的能力。已經(jīng)進(jìn)行了若干嘗試來(lái) 提供附加的設(shè)備和過(guò)程以在模制過(guò)程之后標(biāo)記每個(gè)盤。然而，這些過(guò)程通常需要在模制的 盤上記錄新數(shù)據(jù)或從模制的盤擦除數(shù)據(jù)來(lái)標(biāo)記該盤。例如，已經(jīng)嘗試使用高功率激光器來(lái) 以可由驅(qū)動(dòng)器讀取的方式來(lái)"標(biāo)記"盤。然而，盤上的數(shù)據(jù)比激光聚焦到的斑點(diǎn)要小得多， 使得這些標(biāo)記通常比數(shù)據(jù)大并且不容易被驅(qū)動(dòng)器解釋。 此外，傳統(tǒng)的用于分配預(yù)先記錄的內(nèi)容的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置(例如DVD) —般具有 足夠用于至多兩個(gè)完整長(zhǎng)度正片的容量。通常，內(nèi)容提供商使用容量來(lái)容納同一內(nèi)容的兩 個(gè)不同觀看格式，例如傳統(tǒng)的4:3格式與在最近的電視機(jī)型號(hào)上流行的16:9格式組合。
根據(jù)本發(fā)明的單比特微全息系統(tǒng)可以用于在例如單個(gè)CD大小的盤上提供多個(gè) (諸如高達(dá)50個(gè)之上)單獨(dú)的正片。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)盤被標(biāo)記有單獨(dú)唯一的識(shí)別號(hào) 或基本唯一的識(shí)別號(hào)，該識(shí)別號(hào)嵌入在數(shù)據(jù)中并且可被全息驅(qū)動(dòng)器讀取。全息數(shù)據(jù)可以光 學(xué)方式復(fù)制的事實(shí)促進(jìn)了此。唯一識(shí)別每個(gè)大容量盤的能力實(shí)現(xiàn)了傳遞內(nèi)容的新商業(yè)模 型，其中每個(gè)盤例如可以包括按各種類別(諸如類型、導(dǎo)演、男主演或女主演)分組的許多 正片。 在這樣的實(shí)施例中，消費(fèi)者可以例如通過(guò)購(gòu)買來(lái)獲取預(yù)先記錄的盤。例如，成本可 能與傳統(tǒng)的讓用戶訪問(wèn)一個(gè)內(nèi)容特征(例如一個(gè)正片)的介質(zhì)相當(dāng)。根據(jù)本發(fā)明的一方面， 消費(fèi)者隨后可以通過(guò)例如購(gòu)買來(lái)激活盤上包含的附加內(nèi)容，諸如附加的正片。這可以通過(guò) 內(nèi)容提供商發(fā)布與特定盤或盤的離散集合上編碼的識(shí)別號(hào)關(guān)聯(lián)的單獨(dú)訪問(wèn)碼來(lái)實(shí)現(xiàn)。在盤 序列號(hào)是不可復(fù)制的情況中，訪問(wèn)碼并不適合用于使得能夠在另一不同序列化的盤上觀看 盜版內(nèi)容。 此外，例如可以鼓勵(lì)消費(fèi)者復(fù)制盤(例如通過(guò)還原數(shù)據(jù)并且將其再次復(fù)制到另一 類似的介質(zhì)盤)并且基于嵌入在預(yù)格式化的可記錄盤上的序列號(hào)來(lái)接收他們自己的訪問(wèn) 代碼。通過(guò)這種方式，實(shí)際上鼓勵(lì)用戶間的內(nèi)容分配，同時(shí)保持了內(nèi)容所有者的收入流。
在一個(gè)實(shí)施例中，如這里討論的，通過(guò)注射模制空盤并且隨后通過(guò)光學(xué)復(fù)制(例 如閃光曝光)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖P，可以將單比特微全息數(shù)據(jù)復(fù)制用于大量分配。在要復(fù)制的 數(shù)據(jù)的初始曝光期間，可以故意使得盤上的若干位置為空白。例如，使用空間光調(diào)制器，隨 后經(jīng)由對(duì)應(yīng)于識(shí)別號(hào)的附加光學(xué)曝光來(lái)記錄這些位置，其中每個(gè)號(hào)對(duì)于每個(gè)盤或盤的集合 是唯一的。這些位置還可以用于識(shí)別預(yù)格式化的空盤上的號(hào)。
僅作為非限制性的示例，基于預(yù)期的存儲(chǔ)要求和存儲(chǔ)容量，傳統(tǒng)CD大小的含有內(nèi) 容的微全息盤可以包含高達(dá)50個(gè)標(biāo)準(zhǔn)清晰度完整長(zhǎng)度的正片或10個(gè)高清(HD)的完整長(zhǎng) 度影片?？梢砸匀魏螖?shù)量的方式對(duì)內(nèi)容分組。例如，內(nèi)容提供商可能在盤上放置給定系列 中的影片或具有特定男主演或女主演的影片或落入相同類型的影片。當(dāng)準(zhǔn)備進(jìn)行零售時(shí)可 以在盤上或盤的包裝上指示盤的序列號(hào)。當(dāng)消費(fèi)者購(gòu)買盤時(shí)，包裝可以包括在播放該盤時(shí) 提示用戶將其輸入的訪問(wèn)碼。訪問(wèn)碼對(duì)應(yīng)于關(guān)聯(lián)的序列化的盤以使得用戶能觀看該盤上的 一個(gè)且僅一個(gè)特定特征(或特征的離散集合)?？蛇x地，盤的播放器可以配備有硬件/軟件 以使得其能夠與使用管理方通信，所述使用管理方響應(yīng)于該序列號(hào)，以及可能播放器的標(biāo) 識(shí)符，以及當(dāng)前允許的訪問(wèn)級(jí)別給播放器提供激活碼。 無(wú)論如何，驅(qū)動(dòng)器或讀取設(shè)備可以包括存儲(chǔ)器，諸如固態(tài)或磁存儲(chǔ)設(shè)備，用于在訪
問(wèn)碼被輸入后存儲(chǔ)該訪問(wèn)碼，從而以后觀看該特征將不需要再次輸入該碼。 用戶可以經(jīng)由諸如因特網(wǎng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或經(jīng)由電話(例如經(jīng)由免費(fèi)電話呼叫)聯(lián)
系內(nèi)容提供商或其代理，以獲得對(duì)應(yīng)于在盤上包含的其他特征的附加激活碼?？蛇x地，播放
器可以提示用戶確定該用戶是否希望購(gòu)買附加內(nèi)容，例如在用戶嘗試選擇該數(shù)字內(nèi)容時(shí)。
當(dāng)用戶輸入另一激活碼時(shí)，或該碼由例如使用管理方提供時(shí)，播放器可以針對(duì)盤的序列號(hào)
檢查該碼，并且僅在該碼和序列號(hào)對(duì)應(yīng)或關(guān)聯(lián)的情況下才使得能夠播放該特征。相應(yīng)地，對(duì)
于不可復(fù)制的特定盤序列號(hào)編制(key)訪問(wèn)碼，使得雖然對(duì)應(yīng)于盤上的特征的數(shù)據(jù)可以被
復(fù)制，但是允許訪問(wèn)該特征的訪問(wèn)碼是原始盤特有的并且不會(huì)使其他盤上的拷貝能夠被播放。 根據(jù)本發(fā)明的一方面，例如，內(nèi)容本身可以被復(fù)制到預(yù)格式化的空介質(zhì)盤上。內(nèi)容 提供商甚至可以鼓勵(lì)消費(fèi)者向其他消費(fèi)者提供盤的拷貝，以允許下游拷貝用戶受限地訪問(wèn) 盤的內(nèi)容。每個(gè)盤(預(yù)格式化的且預(yù)先記錄的)可以被提供有唯一的或基本唯一的標(biāo)識(shí)符。 該序列號(hào)在復(fù)制期間將不轉(zhuǎn)移。類似于原始介質(zhì)的用戶，原始介質(zhì)的拷貝的用戶可以聯(lián)系 內(nèi)容提供商或代理并且請(qǐng)求對(duì)應(yīng)于拷貝介質(zhì)盤的序列號(hào)的訪問(wèn)碼，或從拷貝介質(zhì)盤的序列 號(hào)導(dǎo)出的訪問(wèn)碼。通過(guò)這種方式，傳播了內(nèi)容，同時(shí)管理了對(duì)應(yīng)的數(shù)字權(quán)利。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，微全息復(fù)制系統(tǒng)因而可以提供以可由微全息驅(qū)動(dòng)器讀取的 方式(至少基本)唯一地序列化每個(gè)盤的能力。例如通過(guò)干涉兩個(gè)對(duì)向傳播的激光束可以 在介質(zhì)盤的保留區(qū)域中記錄微全息圖。介質(zhì)盤可以包括多個(gè)內(nèi)容，諸如正片或其他內(nèi)容，所 述內(nèi)容諸如可以通過(guò)購(gòu)買而單獨(dú)地訪問(wèn)。 硬件和/或軟件可以用于比較訪問(wèn)碼和盤上的序列號(hào)以看它們是否對(duì)應(yīng)。存儲(chǔ)器 可以用于存儲(chǔ)訪問(wèn)碼，因此未來(lái)觀看內(nèi)容不需要重新輸入該碼。其中可以購(gòu)買新碼以獲取 對(duì)盤上附加內(nèi)容的訪問(wèn)的商業(yè)模型可以被提供。預(yù)序列化的可記錄盤可以被提供，在該盤 上可以復(fù)制內(nèi)容并且對(duì)于該盤可以使用新訪問(wèn)碼來(lái)訪問(wèn)復(fù)制的內(nèi)容。 使用具有唯一序列號(hào)的包含微全息圖的盤和讀取驅(qū)動(dòng)器，以及使得能夠在獲取介 質(zhì)之后購(gòu)買內(nèi)容的商業(yè)模型可以提供幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。例如，通過(guò)促進(jìn)已經(jīng)包含在用戶的盤上的 附加內(nèi)容的購(gòu)買可以產(chǎn)生收入。經(jīng)由包含內(nèi)容且可記錄的盤的序列編號(hào)以及禁止序列號(hào)的 復(fù)制可以增強(qiáng)數(shù)字權(quán)利保護(hù)。經(jīng)由用戶復(fù)制含有內(nèi)容的盤以及隨后授權(quán)這些盤的內(nèi)容分配 的收入可以被提供。多個(gè)正片、專輯或其他內(nèi)容可以被提供，并且這些內(nèi)容在單個(gè)盤上可被 獨(dú)立激活。
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應(yīng)該理解，這里描述的收入模型不限于使用非線性和/或閾值響應(yīng)材料的體存儲(chǔ) 系統(tǒng)和方法，而是對(duì)一般的體存儲(chǔ)系統(tǒng)和方法具有廣泛的適用性，包括使用線性響應(yīng)材料 的那些系統(tǒng)，諸如在美國(guó)專利公開(kāi)20050136333中描述的系統(tǒng)，該專利公開(kāi)在此全文引入 以供參考。 對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下可以對(duì) 本發(fā)明的設(shè)備和過(guò)程進(jìn)行修改和變化。本發(fā)明旨在涵蓋本發(fā)明的這些修改和變化，包括其 所有等同物。
權(quán)利要求
一種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置，包括塑料襯底，其具有在多個(gè)垂直堆疊的橫向延伸的層(4110)中沿軌道(n+1)布置的多個(gè)體積(4510，4520)，其中在所述層中的一個(gè)常規(guī)層中至少一些所述體積相對(duì)于在該常規(guī)層中的至少其他所述體積垂直偏移；以及多個(gè)微全息圖(4202，4204)，每個(gè)微全息圖都包含在對(duì)應(yīng)的一個(gè)所述體積中；其中每個(gè)所述體積中存在或不存在微全息圖指示了所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)部分。
2. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中在給定的一個(gè)所述軌道中的至少一些體積(4510， 4520)相對(duì)于所述給定軌道中的其他體積垂直偏移。
3. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中每個(gè)層包括多個(gè)軌道(n+l)，并且在一常規(guī)層中的至 少一個(gè)所述軌道中的體積相對(duì)于在該常規(guī)層中的至少一個(gè)其他所述軌道中的體積垂直偏 移。
4. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中每個(gè)微全息圖包括具有交替折射率的多個(gè)區(qū)域，其 中相鄰的具有相同折射率的區(qū)域具有入/2的間隔，其中A是用于形成具有交替折射率的 該多個(gè)區(qū)域的光束的中心波長(zhǎng)。
5. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述襯底包括熱塑塑料。
6. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述熱塑塑料具有非線性的功能特性。
7. —種存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的方法，包括提供塑料襯底，所述塑料襯底具有在多個(gè)堆疊并延伸的層(4110)中沿軌道(n+1)布置 的多個(gè)體積(4510,4520); 提供多個(gè)光束(4310);選擇至少一些體積作為目標(biāo)體積；并且對(duì)于每個(gè)目標(biāo)體積根據(jù)所選擇的目標(biāo)體積的相對(duì)位置對(duì)至少一個(gè)所述光束(4310)進(jìn)行相位調(diào)制；以及 在所選擇的目標(biāo)體積內(nèi)干涉所述相位調(diào)制的光束與至少一個(gè)其他所述光束，從而在所述襯底中形成多個(gè)微全息圖(4202,4204);其中每個(gè)所述微全息圖基本包含在對(duì)應(yīng)的一個(gè)所述體積中并且每個(gè)所述體積中存在或不存在微全息圖指示所述數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)部分。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述微全息圖(4202,4204)依賴于所述數(shù)據(jù)而被選 擇性地形成。
9. 如權(quán)利要求7所述的方法，還包括聚焦一個(gè)所述光束(4310)。
10. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中至少一個(gè)所述微全息圖存儲(chǔ)多于一個(gè)比特的數(shù)據(jù)。
全文摘要
一種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置，包括塑料襯底，其具有多個(gè)體積(4510，4520)，布置在沿其中的多個(gè)垂直堆疊的橫向延伸的層(4110)的軌道中；以及多個(gè)微全息圖(4202，4204)，每個(gè)微全息圖都包含在對(duì)應(yīng)的一個(gè)所述體積中；其中每個(gè)所述體積中微全息圖的存在與否指示所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)部分。
文檔編號(hào)G11B7/0065GK101783148SQ20091026193
公開(kāi)日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2009年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月23日
發(fā)明者B·L·勞倫斯, J·A·F·羅斯, J·E·赫爾希, K·B·韋爾斯, P·P·吳, V·P·奧斯特羅弗霍夫, X·施, 任志遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:通用電氣公司