專利名稱：全息記錄介質(zhì)和用于該全息記錄介質(zhì)的記錄設(shè)備和再現(xiàn)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種記錄介質(zhì)，更具體地講，涉及一種經(jīng)物光束和參考光束的使用來(lái)在其上將數(shù)據(jù)記錄為干涉條紋的全息記錄介質(zhì)。本發(fā)明還涉及一種在全息記錄介質(zhì)上記錄/再現(xiàn)數(shù)據(jù)的記錄設(shè)備和再現(xiàn)設(shè)備。
背景技術(shù)：
通過(guò)使用全息術(shù)將數(shù)據(jù)記錄在記錄介質(zhì)上的全息記錄方法通過(guò)同時(shí)照射物光束和參考光束而被執(zhí)行。物光束具有將被記錄在全息記錄介質(zhì)中的圖像數(shù)據(jù)。這些光束的同時(shí)照射引起干涉條紋，這些干涉條紋將被寫在全息記錄介質(zhì)上。當(dāng)從全息記錄介質(zhì)再現(xiàn)數(shù)據(jù)時(shí)，與在記錄操作中使用的參考光束相同的參考光束輻射到該全息記錄介質(zhì)上，并通過(guò)檢測(cè)由干涉條紋引起的衍射來(lái)再現(xiàn)記錄在該全息記錄介質(zhì)上的圖像數(shù)據(jù)。
在另一種全息記錄方法中，通過(guò)另外利用全息記錄介質(zhì)的厚度方向，上述的干涉條紋可被三維地記錄。由于該全息記錄介質(zhì)具有能夠在相同的區(qū)域上重疊地再記錄二維圖像數(shù)據(jù)的能力，因此與諸如CD或DVD的表面二維記錄介質(zhì)相比，該全息記錄介質(zhì)具有顯著增加的記錄容量。
全息記錄和/或再現(xiàn)設(shè)備是一種利用物光束和參考光束之間的干涉的干涉系統(tǒng)。在這樣的干涉系統(tǒng)中，難以穩(wěn)定地照射兩個(gè)光束。這一困難已導(dǎo)致各種旨在克服此缺點(diǎn)的研究。一種解決方法利用精細(xì)的步測(cè)設(shè)備，在該步測(cè)設(shè)備中已使用被稱為共用光路型干涉系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)。在這樣的光學(xué)系統(tǒng)中，兩個(gè)光束沿著相同的光路傳播。因此，由諸如振動(dòng)或空氣湍流的干擾引起的光路中的變化同等地影響兩個(gè)光束，從而這些變化被消去。因此，可實(shí)現(xiàn)不受光路中的變化影響的穩(wěn)定的設(shè)備。
被廣泛使用的這樣的光學(xué)系統(tǒng)的一個(gè)例子是Normarski干涉系統(tǒng)或Normarski顯微鏡。另外，在共用光路型干涉系統(tǒng)中，由于兩個(gè)光束沿相同的光路傳播，因此光學(xué)系統(tǒng)可被形成為具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)和小尺寸。
圖12是在傳統(tǒng)的全息記錄和/或再現(xiàn)設(shè)備中的光學(xué)系統(tǒng)的透視圖，在第6,108,110號(hào)美國(guó)專利中公開(kāi)了該光學(xué)系統(tǒng)的示例。參照?qǐng)D12，空間光調(diào)制器(SLM)圍繞光學(xué)系統(tǒng)的中心布置，以顯示記錄的數(shù)據(jù)，所述記錄的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換為二維數(shù)字圖像。在圖12所示的SLM中，光束的強(qiáng)度被調(diào)制以攜帶信息并被用作物光束。
如圖12所示，參考光束被設(shè)置在物光束的外部的位置。物光束和參考光束照射到全息記錄介質(zhì)中以記錄干涉條紋。在記錄期間，全息記錄介質(zhì)旋轉(zhuǎn)，從而來(lái)自物光束的數(shù)據(jù)被復(fù)用記錄在該全息記錄介質(zhì)上。當(dāng)從該全息記錄介質(zhì)再現(xiàn)數(shù)據(jù)時(shí)，從SLM輸出的光束被阻擋，而參考光束照射到干涉條紋上，從而諸如CCD的二維圖像傳感器接收從該干涉條紋再現(xiàn)的圖像數(shù)據(jù)并再現(xiàn)數(shù)據(jù)。
由于使用這種全息記錄方法將大量的圖像數(shù)據(jù)復(fù)用記錄在全息記錄介質(zhì)的相同的區(qū)域上，因此可通過(guò)增加該全息記錄介質(zhì)的厚度來(lái)增加該全息記錄介質(zhì)的容量。然而，實(shí)際上，所述全息記錄介質(zhì)的記錄容量由于各種原因而受到限制，并且如果由光學(xué)裝置發(fā)出的光束被例如像散透鏡或全息記錄介質(zhì)本身散射，則將引起嚴(yán)重的問(wèn)題。
通常，當(dāng)復(fù)用圖像的數(shù)量(即，干涉條紋的數(shù)量)增加時(shí)，在每一干涉條紋處被衍射的再現(xiàn)光束的衍射效率迅速下降。另一方面，當(dāng)光束照射到諸如透鏡或全息記錄介質(zhì)的光學(xué)裝置上時(shí)，由于全息記錄介質(zhì)的材料的不均勻或表面的粗糙，將產(chǎn)生散射的光束。因而，防止光束的散射基本上是不可能的。因此，圖像傳感器拾取與參考光束混合在一起的散射光束。另外，所述散射光束是一種光學(xué)噪聲，并且干擾衍射效率低的再現(xiàn)光束的檢測(cè)。因而，再現(xiàn)光束的光強(qiáng)與散射光束的光強(qiáng)之比，換言之S/N比，決定了全息記錄介質(zhì)的最大記錄容量。
由于在圖12的傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，參考光束和物光束沿著相同的光路傳播，因此該設(shè)備可以是穩(wěn)定的和小型的。然而，由于共用光路，散射光束很容易被輸入到圖像傳感器。因此，圖12的共用光路型全息記錄和/或再現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)不能實(shí)質(zhì)上增加記錄容量。
圖10是示出當(dāng)0.2千吉字節(jié)(tera-byte)、0.5千吉字節(jié)和1千吉字節(jié)的數(shù)據(jù)將被記錄在具有與CD相同的記錄區(qū)域的全息記錄介質(zhì)上時(shí)，物鏡的數(shù)值孔徑(NA)與復(fù)用的全息圖的數(shù)量之間的關(guān)系的曲線圖。當(dāng)傳統(tǒng)的物鏡的NA被確定為0.5時(shí)，對(duì)于0.2千吉字節(jié)、0.5千吉字節(jié)和1千吉字節(jié)的數(shù)據(jù)，復(fù)用全息圖的數(shù)量分別為400、1,000和2,000。
圖11是示出衍射效率與復(fù)用的全息圖的數(shù)量之間的關(guān)系的曲線圖。通過(guò)以全息復(fù)用數(shù)量(M)來(lái)除表示記錄材料的特性的M數(shù)(M#)并對(duì)結(jié)果進(jìn)行平方，來(lái)計(jì)算衍射效率(h)。例如，當(dāng)傳統(tǒng)的全息記錄介質(zhì)的M數(shù)為5，并且全息復(fù)用數(shù)量為1,000和2,000時(shí)，衍射效率分別為2.5×10-5和6.3×10-6。
圖9是示出在圖12的傳統(tǒng)的全息盤存儲(chǔ)系統(tǒng)中測(cè)量的散射光的量與衍射效率(h)之間的關(guān)系的曲線圖。參照?qǐng)D9，由于傳統(tǒng)的系統(tǒng)中的散射光束，最小衍射效率為1×10-2，而獲得千吉字節(jié)的記錄容量所需的如1×10-5一樣小的衍射效率不能被檢測(cè)到。
在圖12的傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，物光束位于光學(xué)系統(tǒng)的中心，參考光束圍繞物光束，這樣這兩個(gè)光束被空間分離開(kāi)。然而，在這樣的構(gòu)造中，散射光束可沿著各個(gè)方向傳播。因此，通過(guò)將參考光束和物光束進(jìn)行簡(jiǎn)單地空間分離來(lái)消除散射光束是困難的。
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題需要使散射光束噪聲最小化并增加全息記錄介質(zhì)的記錄容量。然而，散射光束可沿各個(gè)方向傳播。因此，通過(guò)將參考光束和物光束進(jìn)行簡(jiǎn)單地空間分離來(lái)消除散射光束是困難的。
技術(shù)解決方案本發(fā)明的一方面提供一種全息記錄介質(zhì)以及與該全息記錄介質(zhì)一起使用的記錄設(shè)備和再現(xiàn)設(shè)備，其通過(guò)在參考光束和物光束沿著相同的光路傳播的光學(xué)系統(tǒng)中，除了使用空間分離之外還使用偏振光束來(lái)使散射光束噪聲最小化并增加記錄容量。
有益效果根據(jù)本發(fā)明，可通過(guò)在除了記錄層之外的記錄介質(zhì)的所有層中使物光束和參考光束的偏振保證正交，來(lái)使作為在參考光束和物光束沿著相同的光路傳播的共用光路型光學(xué)系統(tǒng)中的最嚴(yán)重的問(wèn)題之一的散射光束噪聲最小化，并且在該記錄介質(zhì)中包括透射參考光束并反射物光束的反射層和位于反射層下面的吸收參考光束的濾色器。另外，可簡(jiǎn)化所述光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)并增加其記錄容量。
從下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例進(jìn)行描述，本發(fā)明的這些和/或其他方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚，附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的全息記錄介質(zhì)的截面圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的記錄和/或再現(xiàn)設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)的剖視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的像面的平面圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的1/2波片的平面圖；圖5示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的在記錄設(shè)備中的記錄操作；圖6示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的在再現(xiàn)設(shè)備中的再現(xiàn)操作；圖7示出使用根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的具有不同反射層的全息記錄介質(zhì)的記錄操作；圖8示出使用根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的具有不同反射層的全息記錄介質(zhì)的再現(xiàn)操作；圖9是示出在傳統(tǒng)的全息記錄介質(zhì)中散射光的量與衍射效率之間的關(guān)系的曲線圖；圖10是示出物鏡的數(shù)值孔徑與復(fù)用的全息圖的數(shù)量之間的關(guān)系的曲線圖；圖11是衍射效率對(duì)復(fù)用的全息圖的數(shù)量的曲線圖；和圖12是傳統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)的透視圖。
最佳方式根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種全息記錄介質(zhì)，其包括記錄層，物光束和參考光束輻射到該記錄層上以在該記錄層上將物光束的數(shù)據(jù)記錄為干涉條紋；以及第一相位差層和第二相位差層，分別位于所述記錄層的上方和下方，用于轉(zhuǎn)換入射光束的偏振。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，由所述第一相位差層和第二相位差層來(lái)轉(zhuǎn)換物光束和參考光束的偏振。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，物光束和參考光束的偏振被控制為彼此不同，直至通過(guò)從反射層反射物光束并使物光束兩次透射通過(guò)第二相位差層，該物光束和參考光束在記錄層中相遇。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，在所述記錄層中，物光束和參考光束的偏振相同，從而可形成干涉條紋。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，所述全息記錄介質(zhì)還包括直接形成于第二相位差層下面的反射層。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，所述反射層選擇性地反射物光束。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，由于所述反射層直接形成于第二相位差層下面，因此在除了記錄層之外的記錄介質(zhì)的所有的層中，物光束和參考光束的偏振正交，而在記錄層中，物光束和參考光束的偏振相同。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，由于所述反射層選擇性地反射物光束，因此物光束和參考光束被分離開(kāi)，以使散射光束噪聲最小化。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，所述全息記錄介質(zhì)還包括用于吸收參考光束的濾光層，該濾光層直接形成于所述反射層的下面。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，由于所述濾光層吸收通過(guò)記錄層的參考光束，所以物光束和參考光束被分離開(kāi)以使散射光束噪聲最小化。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，所述全息記錄介質(zhì)被形成盤形全息記錄介質(zhì)或者被形成為卡形。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，通過(guò)使用傳統(tǒng)的光盤記錄/再現(xiàn)設(shè)備可在所述全息記錄介質(zhì)上進(jìn)行數(shù)據(jù)的記錄和/或再現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，所述全息記錄介質(zhì)可被應(yīng)用于各種領(lǐng)域。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，所述全息記錄介質(zhì)被形成為帶形。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于在所述全息記錄介質(zhì)上記錄數(shù)據(jù)的記錄設(shè)備，其中，物光束和參考光束沿相同的光路傳播，在記錄層中物光束和參考光束具有相同的偏振，而在除了記錄層之外的其他的每個(gè)層中，物光束和參考光束具有彼此正交的偏振。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于從所述全息記錄介質(zhì)再現(xiàn)數(shù)據(jù)的再現(xiàn)設(shè)備，其中，物光束和參考光束沿相同的光路傳播，在記錄層中物光束和參考光束具有相同的偏振，而在除了記錄層之外的其他的每個(gè)層中，物光束和參考光束具有彼此正交的偏振。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種在所述全息記錄介質(zhì)上記錄數(shù)據(jù)/從該全息記錄介質(zhì)再現(xiàn)數(shù)據(jù)的記錄/再現(xiàn)設(shè)備，其中，物光束和參考光束沿相同的光路傳播，在記錄層中物光束和參考光束具有相同的偏振，而在除了記錄層之外的其他的每個(gè)層中，物光束和參考光束具有彼此正交的偏振。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，由于在除了記錄層之外的記錄介質(zhì)的所有的層中，物光束和參考光束的偏振彼此正交，并且從參考光束產(chǎn)生的散射光束具有與參考光束相同的偏振，因此通過(guò)諸如檢偏振器的偏振光束分離裝置，可容易地消除該散射光束。
本發(fā)明的另外的和/或其他方面和優(yōu)點(diǎn)將部分地從下面的描述被闡述，并且部分地將從該描述變得明顯，或者從本發(fā)明的實(shí)施而了解。
本發(fā)明的方式現(xiàn)在，將詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例，其例子示于附圖中，在附圖中相同的標(biāo)號(hào)始終表示相同的部件。下面，將參照附圖描述這些實(shí)施例以解釋本發(fā)明。
圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的全息記錄介質(zhì)的截面圖。參照?qǐng)D1，根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的全息記錄介質(zhì)D依次包括覆蓋層1、相位差層A(1/4層)2、記錄層3、相位差層B(1/4層)4、膽甾型液晶濾光器5、濾色器6和基底7。然而，應(yīng)該理解，在本發(fā)明的所有方面中，也可使用另外的層并且也可不使用這些層中的一些。
如圖所示，相位差層2和4轉(zhuǎn)換入射光束的偏振。例如，層2和4將左旋圓偏振光束、右旋圓偏振光束、S偏振光束和P偏振光束分別轉(zhuǎn)換為S偏振光束、P偏振光束、右旋圓偏振光束和左旋圓偏振光束。盡管不是在所有的方面都需要，但是記錄層3可由光聚合物形成。物光束和參考光束照射到記錄層3的相同的部位，以將物光束的數(shù)據(jù)記錄為干涉條紋。
膽甾型液晶濾光器5由具有周期性螺旋分子結(jié)構(gòu)的膽甾型液晶形成，并選擇性地反射由其螺旋分子結(jié)構(gòu)的周期確定的波長(zhǎng)的光。例如，右旋圓膽甾型液晶具有圓二向色性(circular dichroism)，其易于反射右旋圓偏振光束并透射左旋圓偏振光束。
濾色器6是吸收記錄/再現(xiàn)光束的光學(xué)裝置。覆蓋層1保護(hù)全息記錄介質(zhì)的內(nèi)部?；?是全息記錄介質(zhì)的基部。
圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的記錄和/或再現(xiàn)設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)的剖視圖。參照?qǐng)D2，記錄和/或再現(xiàn)設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)包括作為光源的半導(dǎo)體激光器11、擴(kuò)束器12、偏振分束器(PBS)13、1/4波片14a、14b和14c、產(chǎn)生物光束的空間光調(diào)制器(SLM)15、聚焦透鏡16、光闌17、反射鏡18、1/2層19、分束器20、檢偏振器21、圖像傳感器22和物鏡23。擴(kuò)束器12擴(kuò)展從半導(dǎo)體激光器11發(fā)射的激光束的直徑。PBS 13使入射光偏振并將入射光分為兩個(gè)或更多偏振光束。1/4波片14a、14b和14c轉(zhuǎn)換入射光束的偏振，聚焦透鏡16使入射光束聚焦。光闌17在聚焦透鏡16的焦點(diǎn)處具有圓孔。反射鏡18將透射通過(guò)光闌17的光束反射。1/2波片19轉(zhuǎn)換入射光的偏振，分束器20將入射光束分為兩個(gè)或更多光束。檢偏振器21去除與再現(xiàn)光束正交的光學(xué)成分，圖像傳感器22接收再現(xiàn)光束。另外，物鏡23將入射光束聚焦，以在全息記錄介質(zhì)的記錄層3上成像。在這種情況下，應(yīng)該理解，只要除了半導(dǎo)體激光器之外的其他激光器的波長(zhǎng)適合于全息記錄介質(zhì)，就可使用該激光器。
現(xiàn)在，將參照?qǐng)D2至圖6描述在全息記錄介質(zhì)上的數(shù)據(jù)記錄和數(shù)據(jù)再現(xiàn)。
半導(dǎo)體激光器11輸出偏振(例如，S偏振)激光束，以將數(shù)據(jù)記錄在全息記錄介質(zhì)上和/或從該全息記錄介質(zhì)再現(xiàn)數(shù)據(jù)。擴(kuò)束器12擴(kuò)展從半導(dǎo)體激光器11輸出的激光束的直徑，PBS 13反射該激光束。1/4波片14a將反射的激光束轉(zhuǎn)換為右旋圓偏振光束，并且轉(zhuǎn)換的光束被輸入到SLM 15。
因此，如圖3所示，物光束和參考光束被設(shè)置在光學(xué)系統(tǒng)的像面上。在圖3中，物光束位于光學(xué)系統(tǒng)的中心，參考光束圍繞著物光束。然而，應(yīng)該理解，物光束和參考光束的這種布置可被顛倒。而且，圖3的物光束占據(jù)矩形區(qū)域。然而，應(yīng)該理解，該區(qū)域可以是諸如圓形或其他形狀的可選的形狀。
基于預(yù)定的編碼邏輯，將被記錄在全息記錄介質(zhì)上的數(shù)據(jù)預(yù)先被轉(zhuǎn)換為二維數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并且這樣的圖像數(shù)據(jù)被顯示在SLM 15上。為了實(shí)現(xiàn)在移位復(fù)用操作中的大量復(fù)用，參考光束應(yīng)該是隨機(jī)相位調(diào)制散斑光束，或者隨機(jī)強(qiáng)度調(diào)制散斑光束。在圖3所示的情況下，從位于SLM 15外側(cè)的漫射板產(chǎn)生的散斑光束可被用作參考光束。
為了產(chǎn)生這樣的散斑光束，使用液晶或被稱為隨機(jī)相位片的特殊設(shè)計(jì)的光學(xué)裝置的空間相位調(diào)制器可被使用?？蛇x地，通過(guò)使用顯示物光束以在物光束的外部顯示隨機(jī)圖樣的相同的SLM 15而產(chǎn)生的散斑光束可被用作參考光束。
當(dāng)在一個(gè)SLM 15上顯示物光束和參考光束二者，并且反射型液晶顯示器被用作SLM 15時(shí)，SLM 15起到1/4波片的作用。因此，當(dāng)SLM 15提供這樣的作用時(shí)，可省略位于PBS 13和SLM 15之間的1/4波片14a。然而，在數(shù)字微鏡裝置(DMD)被用作SLM 15的情況下，1/4波片14a是必需的，以使入射光束與偏振光束正交。
無(wú)論使用何種方法，從像面反射的物光束和參考光束的光變?yōu)镻偏振，并穿透PBS 13。然后，透射通過(guò)PBS 13的光的光束透射通過(guò)另一1/4波片14b并由聚焦透鏡16聚焦。圓形光闌17和反射鏡18被設(shè)置在聚焦透鏡16的焦點(diǎn)處。這里，聚焦透鏡16的焦點(diǎn)和全息記錄介質(zhì)中的物鏡23的焦點(diǎn)具有共軛關(guān)系。另外，位于焦點(diǎn)處的光闌17消除不必要的光束，如高階衍射光束或散射光束，從而防止全息圖的大小的增加。
由反射鏡18反射的光束返回到1/4波片14b，在該1/4波片14b處，返回的光束從P偏振光束被轉(zhuǎn)換回S偏振光束。然后，該光束被PBS 13反射，以在SLM 15的共軛位置處成像。在像面上，相應(yīng)于圖3的參考光束和物光束的布置來(lái)布置圖4中所示的1/2波片19。在這種情況下，參考光束的偏振和物光束的偏振彼此正交。并且，在圖4的示例中，1/2波片19b被設(shè)置在物光束的區(qū)域內(nèi)，玻璃片19a被設(shè)置在參考光束的區(qū)域內(nèi)。然而，應(yīng)該理解，這些層的配置可顛倒。
透射通過(guò)波片19的參考光束和物光束又透射通過(guò)1/4波片14c。因此，物光束被轉(zhuǎn)換為左旋圓偏振光束，參考光束被轉(zhuǎn)換為右旋圓偏振光束。另外，物光束和參考光束通過(guò)分束器20，然后由物鏡23聚焦在全息記錄介質(zhì)中。
現(xiàn)在，將參考圖5描述使用偏振光束來(lái)在全息記錄介質(zhì)中將數(shù)據(jù)記錄為干涉條紋的記錄操作。輸入到全息記錄介質(zhì)的物光束是左旋圓偏振光束(L)，并且由于通過(guò)相位差層A(1/4層)2，因此在記錄層3處變?yōu)镾偏振光束。隨后，S偏振光束通過(guò)位于記錄層3之下的相位差層B(1/4層)4，從而變?yōu)橛倚龍A偏振光束(R)。
另外，當(dāng)圖5的膽甾型液晶材料以右螺旋排列而形成時(shí)，右旋圓偏振物光束R從膽甾型液晶濾光器5反射。當(dāng)物光束隨后被透射通過(guò)相位差層B4時(shí)，物光束被轉(zhuǎn)換為P偏振光束，其偏振與記錄層3中的入射光束的偏振正交。
同時(shí)，輸入到全息記錄介質(zhì)的參考光束是右旋圓偏振光束R，其偏振與物光束的偏振正交。當(dāng)參考光束通過(guò)相位差層A2時(shí)，參考光束變?yōu)镻偏振光束。因此，P偏振物光束和P偏振參考光束彼此干涉并且干涉條紋被記錄在記錄層3中。
通過(guò)相位差層A2和相位差層B4的參考光束被轉(zhuǎn)換為左旋圓偏振光束L。由于膽甾型液晶濾光器5透射左旋圓偏振光，因此參考光束入射到位于膽甾型液晶濾光器5之下的濾色器6。濾色器吸收入射的參考光束。
現(xiàn)在，將參照?qǐng)D6描述使用偏振光束來(lái)再現(xiàn)在全息記錄介質(zhì)中被記錄為干涉條紋的數(shù)據(jù)的再現(xiàn)操作。再現(xiàn)操作中的參考光束基本上與記錄操作中的參考光束相同。當(dāng)參考光束輻射到記錄在全息記錄介質(zhì)中的干涉條紋上時(shí)，在記錄操作中被記錄的物光束通過(guò)衍射從干涉條紋被再現(xiàn)。盡管再現(xiàn)光束是從右旋圓偏振光束R產(chǎn)生的，但是由于再現(xiàn)光束具有與返回到相位差層A2的參考光束的偏振相同的偏振，因此當(dāng)再現(xiàn)光束出射全息記錄介質(zhì)時(shí)，再現(xiàn)光束變?yōu)樽笮龍A偏振光束L，其偏振與參考光束的偏振正交。
再現(xiàn)光束以與圖2的光學(xué)系統(tǒng)的輸入方向相反的方向返回，通過(guò)物鏡23，從分束器20被反射，在1/4波片14c上變?yōu)橹本€偏振光束，通過(guò)檢偏振器21，并被諸如CCD的圖像傳感器22接收。
參考光束的沒(méi)有被轉(zhuǎn)換為再現(xiàn)光束的一部分通過(guò)膽甾型液晶濾光器5，從而被下面的濾色器6吸收。因此，由于在檢測(cè)方?jīng)]有參考光束向圖像傳感器傳播，所以抑止了散射光束噪聲。另外，全息記錄介質(zhì)的表面反射成分的偏振與再現(xiàn)光束的偏振正交。因此，這些表面反射光束被位于圖像傳感器22的前方的檢偏振器21消除。
根據(jù)上述的本發(fā)明實(shí)施例，通過(guò)使用參考光束和物光束沿著相同的光路傳播的共用光路型光學(xué)系統(tǒng)并使用吸收參考光束的濾色器，顯著降低了散射光束噪聲。在上述的本發(fā)明實(shí)施例中，使用了包括膽甾型液晶濾光器的全息記錄介質(zhì)，該膽甾型液晶濾光器選擇性地反射物光束。然而，如圖7和圖8所示，也可通過(guò)使用包括作為反射層的鋁層的全息記錄介質(zhì)來(lái)獲得相同或相似的效果。
現(xiàn)在，將參照?qǐng)D7和圖8描述使用包括作為反射層的鋁層的全息記錄介質(zhì)的記錄操作和再現(xiàn)操作。輸入到全息記錄介質(zhì)的物光束和參考光束的偏振與上述的本發(fā)明實(shí)施例相同。
參照?qǐng)D7，輸入到全息記錄介質(zhì)的物光束是左旋圓偏振光束L。當(dāng)物光束通過(guò)相位差層A2時(shí)，該物光束變?yōu)樵谌⒂涗浗橘|(zhì)的記錄層3中的S偏振光束。當(dāng)物光束通過(guò)位于記錄層3之下的相位差層B4時(shí)，該物光束被轉(zhuǎn)換為右旋圓偏振光束R并從反射層8反射。從反射層8反射的物光束返回通過(guò)相位差層B4，在相位差層B4，反射的物光束被轉(zhuǎn)換為P偏振光束并被輸入到記錄層3。
同時(shí)，輸入到全息記錄層的參考光束是右旋圓偏振光束。參考光束通過(guò)相位差層A2，在相位差層A2，參考光束在進(jìn)入記錄層3之前被轉(zhuǎn)換為P偏振光束。該參考光束通過(guò)位于記錄層3之下的相位差層B4并被轉(zhuǎn)換為左旋圓偏振光束L，并從反射層8反射。從反射層8反射的參考光束通過(guò)相位差層B4并被轉(zhuǎn)換為S偏振光束，并被輸入到記錄層3。
在記錄層3中，S偏振物光束和S偏振參考光束彼此干涉以記錄全息圖Holo-S。另外，P偏振物光束和P偏振參考光束彼此干涉以記錄全息圖Holo-P。
如圖8所示，當(dāng)再現(xiàn)全息圖時(shí)，右旋圓偏振參考光束被輸入到全息記錄介質(zhì)。該參考光束透射通過(guò)相位差層A2并在進(jìn)入記錄層3之前被轉(zhuǎn)換為P偏振光束。當(dāng)該參考光束輻射到Holo-P上時(shí)，來(lái)自Holo-P的再現(xiàn)光束通過(guò)相位差層A2并被轉(zhuǎn)換為左旋圓偏振光束L，并被輸入回光學(xué)系統(tǒng)中。
透射通過(guò)相位差層B4的參考光束被轉(zhuǎn)換為左旋圓偏振光束L并從反射層8反射。該參考光束通過(guò)相位差層B4并在進(jìn)入記錄層3之前被轉(zhuǎn)換為S偏振光束。當(dāng)該參考光束輻射到Holo-S上時(shí)，來(lái)自Holo-S的再現(xiàn)光束兩次通過(guò)相位差層B4，并通過(guò)相位差層A2，從而被轉(zhuǎn)換為左旋圓偏振光束L，并被輸入回光學(xué)系統(tǒng)。因此，即使當(dāng)反射層由鋁層形成時(shí)，只要在除了記錄層3之外的其他所有的層中，物光束和參考光束的偏振相反，那么在記錄層3中物光束和參考光束的偏振就可相同。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)在除了記錄層之外的記錄介質(zhì)的所有層中使物光束和參考光束的偏振保證正交，并通過(guò)在該記錄介質(zhì)中包括透射參考光束并反射物光束的反射層和位于反射層下面的吸收參考光束的濾色器，可使作為在參考光束和物光束沿著相同的光路傳播的共用光路型光學(xué)系統(tǒng)中的最嚴(yán)重的問(wèn)題之一的散射光束噪聲最小化。另外，可簡(jiǎn)化所述光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)并增加其記錄容量。
另外，應(yīng)該理解，所述介質(zhì)可被實(shí)現(xiàn)為盤形(如CD或DVD)、卡形(如軟盤或安全數(shù)字卡)、或帶形(如盒式磁帶或卷帶型存儲(chǔ)器)。
盡管以顯示和描述了本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離本發(fā)明的原則和精神的情況下，可在這些實(shí)施例中進(jìn)行改變，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明涉及一種記錄介質(zhì)，更具體地講，涉及一種經(jīng)物光束和參考光束的使用來(lái)在其上將數(shù)據(jù)記錄為干涉條紋的全息記錄介質(zhì)。本發(fā)明還涉及一種用于在全息記錄介質(zhì)上記錄/再現(xiàn)數(shù)據(jù)的記錄設(shè)備和再現(xiàn)設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種全息記錄介質(zhì)，包括記錄層，物光束和參考光束輻射到該記錄層上以在該記錄層上將物光束的數(shù)據(jù)記錄為干涉條紋；和第一相位差層和第二相位差層，分別位于所述記錄層的上方和下方，用于轉(zhuǎn)換入射到所述第一相位差層和第二相位差層的物光束和參考光束的偏振。
2.如權(quán)利要求1所述的全息記錄介質(zhì)，還包括反射層，該反射層以第二相位差層位于該反射層和所述記錄層之間的方式布置。
3.如權(quán)利要求2所述的全息記錄介質(zhì)，其中，所述反射層選擇性地反射物光束。
4.如權(quán)利要求2所述的全息記錄介質(zhì)，還包括用于吸收參考光束的濾光層，該濾光層以所述反射層位于該濾光層和第二相位差層之間的方式布置。
5.如權(quán)利要求1所述的全息記錄介質(zhì)，其中，所述介質(zhì)是盤形。
6.如權(quán)利要求1所述的全息記錄介質(zhì)，其中，所述介質(zhì)是卡形。
7.如權(quán)利要求1所述的全息記錄介質(zhì)，其中，所述介質(zhì)是帶形。
8.一種在如權(quán)利要求1所述的全息記錄介質(zhì)上記錄數(shù)據(jù)的記錄設(shè)備，該設(shè)備包括光束發(fā)射器，用于發(fā)射物光束和參考光束；和光束聚焦單元，位于光束發(fā)射器和全息記錄介質(zhì)之間，用于將物光束和參考光束聚焦在所述記錄介質(zhì)上，其中物光束和參考光束沿著基本相同的光路從光束發(fā)射器傳播到所述記錄介質(zhì)，并且在所述記錄層中，物光束和參考光束具有基本相同的偏振，而在除了記錄層之外的其他每個(gè)層中，物光束和參考光束具有基本正交的偏振。
9.一種從如權(quán)利要求1所述的全息記錄介質(zhì)再現(xiàn)數(shù)據(jù)的再現(xiàn)設(shè)備，該設(shè)備包括光束發(fā)射器，用于發(fā)射物光束和參考光束；和光束聚焦單元，位于光束發(fā)射器和全息記錄介質(zhì)之間，用于將物光束和參考光束聚焦在所述記錄介質(zhì)上，其中物光束和參考光束沿著基本相同的光路從光束發(fā)射器傳播到所述記錄介質(zhì)，并且在所述記錄層中，物光束和參考光束具有基本相同的偏振，而在除了記錄層之外的其他每個(gè)層中，物光束和參考光束具有基本正交的偏振。
10.一種與全息記錄/再現(xiàn)介質(zhì)一起使用的記錄/再現(xiàn)設(shè)備，該設(shè)備包括光束發(fā)射器，用于發(fā)射物光束和參考光束；和光束聚焦單元，位于光束發(fā)射器和所述介質(zhì)之間，用于將物光束和參考光束聚焦在所述介質(zhì)上，并針對(duì)所述介質(zhì)的記錄層傳遞數(shù)據(jù)，該介質(zhì)包括第一相位差層，用于轉(zhuǎn)換物光束和參考光束的偏振；第二相位差層，用于轉(zhuǎn)換物光束和參考光束的偏振；和記錄層，位于第一相位差層和第二相位差層之間，物光束和參考光束輻射到該記錄層上的相同的部分以將數(shù)據(jù)記錄為干涉條紋和/或從該記錄層再現(xiàn)被記錄為干涉條紋的數(shù)據(jù)。
11.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，所述第一相位差層包括1/4相位差層，第二相位差層包括另一1/4相位差層。
12.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，所述介質(zhì)還包括具有周期性螺旋分子結(jié)構(gòu)的膽甾型液晶濾光器，該膽甾型液晶濾光器選擇性地反射由其螺旋分子結(jié)構(gòu)的周期確定的波長(zhǎng)的光。
13.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，所述介質(zhì)還包括覆蓋層，用于保護(hù)所述介質(zhì)的內(nèi)部；濾色器，用于吸收從參考光束產(chǎn)生的再現(xiàn)光束；和基底，用于提供所述介質(zhì)的基部。
14.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，所述第一層和第二層將左旋圓偏振光束轉(zhuǎn)換為S偏振光束，將右旋圓偏振光束轉(zhuǎn)換為P偏振光束，將S偏振光束轉(zhuǎn)換為右旋圓偏振光束，并將P偏振光束轉(zhuǎn)換為左旋圓偏振光束。
15.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，所述記錄層包括光聚合物。
16.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，所述膽甾型液晶濾光器包括具有圓二向色性的右旋圓膽甾型液晶，以反射右旋圓偏振光束并透射左旋圓偏振光束。
17.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，所述光束發(fā)射器包括輸出偏振激光束的半導(dǎo)體激光器。
18.如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，還包括位于光束發(fā)射器和所述介質(zhì)之間的擴(kuò)束器，該擴(kuò)束器用于擴(kuò)展所述激光束的直徑。
19.如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，還包括用于反射激光束的偏振分束器。
20.如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，還包括1/4波片，用于將反射的激光束轉(zhuǎn)換為右旋圓偏振光束；和空間光調(diào)制器，按照所述1/4波片位于所述偏振分束器和該空間光調(diào)制器之間的方式布置，該空間光調(diào)制器從自1/4波片接收的轉(zhuǎn)換的激光束產(chǎn)生物光束。
21.如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中，所述物光束對(duì)準(zhǔn)光學(xué)系統(tǒng)的中心，所述參考光束圍繞物光束。
22.如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中，所述物光束包括矩形光束。
23.如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中，將被記錄在全息記錄介質(zhì)上的數(shù)據(jù)基于預(yù)定的編碼邏輯預(yù)先被轉(zhuǎn)換為二維數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并且這樣的圖像數(shù)據(jù)被顯示在空間光調(diào)制器上。
24.如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中，所述參考光束是隨機(jī)相位調(diào)制散斑光束或隨機(jī)強(qiáng)度調(diào)制散斑光束之一。
25.如權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中，經(jīng)使用液晶、隨機(jī)相位片或其組合的空間相位調(diào)制器產(chǎn)生所述散斑光束。
26.如權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中，經(jīng)在物光束的外部顯示隨機(jī)圖樣的空間光調(diào)制器來(lái)產(chǎn)生所述散斑光束。
27.如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中，所述空間光調(diào)制器包括反射型液晶顯示器或數(shù)字微鏡裝置之一，從而當(dāng)所述空間光調(diào)制器包括反射型液晶顯示器時(shí)，物光束和參考光束二者被顯示在該空間光調(diào)制器上，該空間光調(diào)制器起到1/4波片的作用。
28.如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中，所述光束聚焦單元包括聚焦透鏡，其中，已從像面反射的物光束和參考光束的光變?yōu)镻偏振并透過(guò)偏振分束器，透射通過(guò)1/4波片，并被聚焦透鏡聚焦。
29.如權(quán)利要求28所述的設(shè)備，還包括物鏡，其中，所述聚焦透鏡包括位于該聚焦透鏡的焦點(diǎn)處的圓形光闌和反射鏡，所述聚焦透鏡的焦點(diǎn)和所述物鏡的焦點(diǎn)具有共軛關(guān)系。
30.如權(quán)利要求29所述的設(shè)備，其中，由所述反射鏡反射的光束返回到所述1/4波片，在該1/4波片處，返回的光束從P偏振光束轉(zhuǎn)換為S偏振光束。
31.如權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其中，所述光束被偏振分束器反射，以在空間光調(diào)制器的共軛位置處成像。
32.如權(quán)利要求31所述的設(shè)備，其中，所述參考光束和物光束分別被轉(zhuǎn)換為右旋圓偏振光束和左旋圓偏振光束。
33.一種全息記錄介質(zhì)，包括記錄層，物光束和參考光束輻射到該記錄層上以在該記錄層上將物光束的數(shù)據(jù)記錄為干涉條紋；和多個(gè)相位差層，相對(duì)于所述記錄層布置，以使物光束的相位和參考光束的相位在所述記錄層內(nèi)是相同的，而在其他層內(nèi)是不同的。
34.一種將數(shù)據(jù)作為干涉條紋記錄在具有記錄層的全息記錄介質(zhì)中和/或從該全息記錄介質(zhì)再現(xiàn)被記錄為干涉條紋的數(shù)據(jù)的方法，包括以下步驟將以第一方向偏振的物光束和以與第一方向不同的第二方向偏振的參考光束輸入到所述介質(zhì)中；在物光束和參考光束到達(dá)記錄層之前，在所述介質(zhì)內(nèi)使物光束和參考光束偏振，以使在所述記錄層中物光束和參考光束的偏振相同；和通過(guò)具有所述相同的偏振的物光束和參考光束之間的干涉在所述介質(zhì)中產(chǎn)生干涉條紋，來(lái)記錄和/或再現(xiàn)數(shù)據(jù)。
35.如權(quán)利要求34所述的方法，還包括以下步驟在記錄和/或再現(xiàn)之后，使物光束右旋圓偏振，并使參考光束左旋圓偏振；從所述介質(zhì)的膽甾型液晶濾光器反射右旋圓偏振的物光束；透射左旋圓偏振的參考光束；和吸收該參考光束。
36.如權(quán)利要求34所述的方法，其中，在物光束被膽甾型液晶濾光器反射之后，該物光束被轉(zhuǎn)換為P偏振光束，其偏振與記錄層中的入射光束的偏振正交。
37.如權(quán)利要求34所述的方法，還包括從所述介質(zhì)再現(xiàn)數(shù)據(jù)，所述再現(xiàn)包括將參考光束輻射到干涉條紋上以產(chǎn)生再現(xiàn)的數(shù)據(jù)。
38.如權(quán)利要求37所述的方法，其中，參考光束的沒(méi)有被轉(zhuǎn)換為再現(xiàn)光束的一部分通過(guò)所述介質(zhì)的膽甾型液晶濾光器以被吸收，從而抑止散射光束噪聲。
全文摘要
一種全息記錄介質(zhì)以及用于該全息記錄介質(zhì)的記錄設(shè)備和再現(xiàn)設(shè)備，通過(guò)該介質(zhì)，在物光束和參考光束沿著相同的光路傳播的光學(xué)系統(tǒng)中，使用空間分離和偏振分離來(lái)使散射光束噪聲最小化并增加記錄容量。所提供的全息記錄介質(zhì)包括記錄層，物光束和參考光束輻射到該記錄層上以將物光束的數(shù)據(jù)記錄為干涉條紋；以及第一相位差層和第二相位差層，分別位于所述記錄層的上方和下方，用于轉(zhuǎn)換入射光束的偏振。
文檔編號(hào)G11B7/0065GK1774748SQ200580000308
公開(kāi)日2006年5月17日 申請(qǐng)日期2005年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月9日
發(fā)明者森一成, 木村一彥 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社