專利名稱：從全息存儲(chǔ)介質(zhì)讀和/或向其寫(xiě)的裝置的參考光束耦合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從全息存儲(chǔ)介質(zhì)讀取和/或向全息存儲(chǔ)介質(zhì)寫(xiě)入的裝置 的參考光束耦合器、使用該參考光束耦合器的復(fù)用配置、以及使用這樣的參 考光束耦合器或復(fù)用配置從全息存儲(chǔ)介質(zhì)讀取和/或向全息存儲(chǔ)介質(zhì)寫(xiě)入的 裝置。
背景技術(shù)：
在全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中，通過(guò)記錄由兩個(gè)相干激光束的疊加產(chǎn)生的千涉圖案 來(lái)存儲(chǔ)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，其中一個(gè)光束，所謂的"物光束"，由空間光調(diào)制器調(diào)制， 并且攜帶要記錄的信息。第二光束充當(dāng)參考光束。干涉圖案引起存儲(chǔ)材料的 特定性質(zhì)的修改，所述修改取決于干涉圖案的局部亮度。通過(guò)利用使用與記 錄期間相同的條件的參考光束照射全息圖，來(lái)執(zhí)行所記錄的全息圖的讀取。 這導(dǎo)致了所記錄的物光束的重建。
全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是增加的數(shù)據(jù)容量。與常規(guī)光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)相反，
使用全息存儲(chǔ)介質(zhì)的體積(volume)來(lái)存儲(chǔ)信息，而非使用僅僅單個(gè)或幾個(gè) 二維層。全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的另一優(yōu)點(diǎn)是能夠例如通過(guò)改變兩個(gè)光束之間的角度 或者通過(guò)使用移位復(fù)用(shift multiplexing)等而在同 一體積中存儲(chǔ)多個(gè)數(shù)據(jù)。 此外，取代存儲(chǔ)單個(gè)比特，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為數(shù)據(jù)頁(yè)。 一般地，數(shù)據(jù)頁(yè)由對(duì)多個(gè) 比特編碼的明暗圖案的矩陣，即二維二進(jìn)制陣列或者灰度值陣列組成。除了 增大的存儲(chǔ)密度以外，該全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)還允許實(shí)現(xiàn)增大的數(shù)據(jù)速率。數(shù)據(jù)頁(yè) 被空間光調(diào)制器(SLM)印制(imprint)到物光束上，并且利用檢測(cè)器陣列 來(lái)檢測(cè)。
在共線的全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中，物光束和一個(gè)或多個(gè)參考光束沿共同的光軸 傳播。為此，需要將該物光束和一個(gè)或多個(gè)參考光束組合在共同的光軸上的 光學(xué)系統(tǒng)。下文中，此光學(xué)系統(tǒng)將被稱為"參考光束耦合器"
例如，WO2006/003077公開(kāi)了反射型全息記錄介質(zhì)的共線光學(xué)頭，其能 夠獲得增大的容量。該光學(xué)頭包括特殊的參考光束耦合器，其由6f透鏡系統(tǒng)、 特殊的雙衍射光束生成器和專門(mén)形成的傅立葉(Fourier)濾光器組成。下面 將參照?qǐng)D1和圖2更詳細(xì)地描述參考光束耦合器。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提出簡(jiǎn)化的和對(duì)于準(zhǔn)直(alignment)較不敏感的參 考光束耦合器。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)從全息存儲(chǔ)介質(zhì)讀取和/或向全息存儲(chǔ)介質(zhì)寫(xiě)入的裝置 的參考光束耦合器達(dá)成此目的，該參考光束耦合器具有
-基底；
-經(jīng)過(guò)基底的一根或多根光纖，其用于耦合一個(gè)或多個(gè)參考光束；以及 -基底上的反射區(qū)域，其用于反射物光束。
根據(jù)本發(fā)明的參考光束耦合器利用光纖光學(xué)系統(tǒng)，并且將參考光束的生 成集成于單個(gè)元件。這具有參考光束耦合器非常緊湊和堅(jiān)固的優(yōu)點(diǎn)。此外， 不需要分別準(zhǔn)直參考光束。將激光輻射耦合到單模光纖中是足夠的。這通常 不在藍(lán)色波長(zhǎng)范圍中進(jìn)行。然而，此過(guò)程是在電信業(yè)務(wù)中良好建立的技術(shù)。 此外，光纖技術(shù)和光纖激光器正在變得越來(lái)越普遍。反射區(qū)域例如是通過(guò)涂 覆基底或者通過(guò)在基底上放置諸如鏡之類的反射元件來(lái)產(chǎn)生的
有利地，將一根或多根光纖鄰近反射區(qū)域排列。這具有生成基本上是圓 形的參考光束的優(yōu)點(diǎn)，該參考光束與物光束共線排列。
作為替換，反射區(qū)域部分地覆蓋一根或多根光纖。此布置允許生成半錐全息圖是有用的。
優(yōu)選地，反射區(qū)域充當(dāng)物光束的Fourier濾光器。這具有不需要提供物光束的單獨(dú)的Fourier濾光器的優(yōu)點(diǎn)。將參考光束的生成和物光束的Fourier濾 光集成于單個(gè)光學(xué)元件。
有利地，布置參考光束耦合器，使得其可繞著垂直于反射區(qū)域的軸旋轉(zhuǎn)。 這允許實(shí)現(xiàn)非常高效的角度復(fù)用(angular multiplexing )。對(duì)于復(fù)用，將參考 光束耦合器旋轉(zhuǎn)期望的復(fù)用角度是足夠的。為了避免光纖的扭曲而提供擋塊 (stopper )，其將參考光束耦合器的旋轉(zhuǎn)限制到適當(dāng)?shù)慕嵌确秶?br>
作為替換，參考光束耦合器包括光纖環(huán)，可選擇性地將激光輻射耦合到 該光纖環(huán)。同樣，可如此實(shí)現(xiàn)角度復(fù)用。此解決方案具有不需要可移動(dòng)的機(jī)
械部件的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)將激光輻射耦合到光纖束(fiber bundle )的期望的光纖， 來(lái)執(zhí)行角度復(fù)用。
優(yōu)選地， 一才艮或多才艮光纖為保偏單才莫光纖(polarization-maintaining single -mode fibers)的。單模光纖的使用保證保持適當(dāng)?shù)墓馐|(zhì)量。偏振的保持使 得能夠在接下來(lái)的光學(xué)路徑中使用偏振光束分光元件，其減少了光學(xué)系統(tǒng)的 總的光學(xué)損耗。
一種共線的全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的復(fù)用方法，其利用根據(jù)本發(fā)明的參考光束耦 合器，該方法具有以下步驟
-利用參考光束耦合器將一個(gè)或多個(gè)參考光束耦合到從全息存儲(chǔ)介質(zhì)讀 取和/或向全息存儲(chǔ)介質(zhì)寫(xiě)入的裝置的光學(xué)路徑；
-讀取或?qū)懭氲谝蝗?將一個(gè)或多個(gè)參考光束移動(dòng)一復(fù)用角度；以及 -讀取或?qū)懭氲诙D。
通過(guò)旋轉(zhuǎn)參考光束耦合器和/或通過(guò)使用光纖環(huán)在不同的參考光束之間 切換來(lái)進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)參考光束的移動(dòng)。在這兩種情況下， 一個(gè)或多個(gè)參考 光束在全息存儲(chǔ)介質(zhì)上的位置都被移動(dòng)。在讀取或?qū)懭腚S后的全息圖時(shí)，可 將此旋轉(zhuǎn)移位用于角度復(fù)用。這使得能夠增大記錄的數(shù)據(jù)速率，這是因?yàn)橐?位復(fù)用所需的全息存儲(chǔ)介質(zhì)的逐步的移動(dòng)限制了數(shù)據(jù)速率。
有利地，除了將參考光束耦合器旋轉(zhuǎn)復(fù)用角度之外，該復(fù)用方法還具有 將全息存儲(chǔ)介質(zhì)移動(dòng)一移位距離的步驟。這允許另外實(shí)現(xiàn)將移位復(fù)用和角度 復(fù)用組合的復(fù)用過(guò)程。取代對(duì)于移位復(fù)用以較大的步階旋轉(zhuǎn)全息存儲(chǔ)介質(zhì)， 以與移位距離相對(duì)應(yīng)的較小的步階來(lái)旋轉(zhuǎn)全息存儲(chǔ)介質(zhì)。同時(shí)，將參考光束 耦合器旋轉(zhuǎn)一復(fù)用角度。同樣，在此情況下，記錄的數(shù)據(jù)速率增大，這是因 為只需要將全息存儲(chǔ)介質(zhì)旋轉(zhuǎn)較小的步階。
優(yōu)選地，從全息存儲(chǔ)介質(zhì)讀取和/或向全息存儲(chǔ)介質(zhì)寫(xiě)入的裝置包括根據(jù) 本發(fā)明的參考光束耦合器，或者該裝置被適配為執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的復(fù)用方法。 這樣的裝置具有更堅(jiān)固并且更不復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)。同時(shí)，通過(guò)新的復(fù)用方法 增大了數(shù)據(jù)容量。
為了更好的理解，現(xiàn)在將參照附圖在下面的描述中更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明。
應(yīng)理解本發(fā)明不限于此示例實(shí)施例，并且在不偏離本發(fā)明的范圍的前提下、 可將特定的特征方便地組合和/或修改。附圖中 圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的參考光束生成器，
圖2示例性地描述了現(xiàn)有技術(shù)的參考光束生成器的Fourier濾光器， 圖3示出了從全息存儲(chǔ)介質(zhì)讀取和/或向全息存儲(chǔ)介質(zhì)寫(xiě)入的裝置中的物 光束路徑，
圖4示出了圖3的裝置中的參考光束路徑，
圖5描述了根據(jù)本發(fā)明的參考光束耦合器的第一實(shí)施例，
圖6描述了根據(jù)本發(fā)明的參考光束耦合器的第二實(shí)施例，以及
圖7圖示了根據(jù)本發(fā)明的參考光束耦合器的第三實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的高NA半錐參考光束101的一維陣列的參考 光束耦合器1。參考光束耦合器1包括6f透鏡系統(tǒng)，其含有三個(gè)遠(yuǎn)心中繼透 鏡(telecentric relay lens ) 2、 3、 4。特殊的雙衍射光束生成器5的兩個(gè)部分5，、 5"從光束6形成半圓形的光束。特殊的衍射光束生成器5的上部分5'只衍射 正衍射階(positive diffraction orders )的光束6,而其阻止零階和負(fù)階。下部 分5"只衍射負(fù)階的光束6，并阻止零階和正階。第一中繼透鏡2由衍射的半 圓形光束形成半錐形的聚焦的光束。位于第一中繼透鏡2的焦平面中的是相 位空間光調(diào)制器7 (相位SLM)。相位SLM 7的像素8將半錐形的聚焦的光 束的相位延遲(retard)零或丌弧度。這被稱為相位編碼。另外的中繼透鏡3、 4在第一 Fourier平面9上形成相位SLM 7的清晰圖像。位于此Fourier平面9 中的是Fourier濾光鏡10,下面將參照?qǐng)D2對(duì)其進(jìn)行更詳細(xì)的描述。利用此參 考光束耦合器1,實(shí)現(xiàn)了具有適當(dāng)?shù)南辔痪幋a的參考光束101的陣列。可通 過(guò)適當(dāng)選擇第二透鏡3和第三透鏡4的焦距，來(lái)調(diào)整第一 Fourier平面中的半 錐形光束的焦點(diǎn)之間的距離。
圖2示出了第一 Fourier平面9中的Fourier濾光鏡10。這里，通過(guò)記錄 Fourier鏡11將參考光束101與物光束100耦合。此鏡11具有特殊的形狀。 在鏡孔徑的相對(duì)側(cè)存在兩個(gè)不反射的、透明的矩形區(qū)域12、 13，用于耦合參 考光束101。記錄Fourier鏡11的圓形形狀通過(guò)阻斷特定的Fourier分量來(lái)對(duì) 物光束100進(jìn)行低通濾光。參考光束101經(jīng)過(guò)不反射區(qū)域12、 13,而物光束
100被記錄Fourier鏡11反射。通過(guò)適當(dāng)選擇Fourier鏡11的尺寸、矩形區(qū)域 12、 13的尺寸、以及由參考光束101的光斑形成的線的長(zhǎng)度，可優(yōu)化總的系 統(tǒng)存儲(chǔ)容量。光束IOO、 101在第二 Fourier平面和第三Fourier平面中的布置 與在圖2所示的對(duì)于第一 Fourier平面9的布置類似。
圖3中，示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的從全息存儲(chǔ)介質(zhì)讀取和/或向全息 存儲(chǔ)介質(zhì)寫(xiě)入的裝置中的物光束路徑。為了簡(jiǎn)潔，忽略了伺服系統(tǒng)。由激光 器21發(fā)射的光通過(guò)光纖22傳輸?shù)焦饫w分光器模塊23,其將激光輻射分配到 物光束26的光纖24和兩個(gè)參考光束的一對(duì)光纖25。當(dāng)然，本發(fā)明不限于兩 個(gè)參考光束。同樣可以使用三個(gè)或更多個(gè)參考光束。此外，可不使用光纖24 同樣將物光束26耦合到光學(xué)路徑。在寫(xiě)入期間，線偏振的物光束26被第一 透鏡27校準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)第一四分之一波片28和空間光調(diào)制器29，并被第二透鏡 30聚焦，通過(guò)偏振光束分光器31和第二四分之一波片32而到達(dá)根據(jù)本發(fā)明 的參考光束耦合器50。下面將參照?qǐng)D5和圖6更詳細(xì)地討論參考光束耦合器 50。物光束26被參考光束耦合器50反射，并再次經(jīng)過(guò)第二四分之一波片32。 因此，由偏振光束分光器31傳輸該物光束。隨后，物光束經(jīng)過(guò)第三四分之一 波片33并被第三透鏡34校準(zhǔn)，之后其被第四透鏡35聚焦到反射型全息存儲(chǔ) 介質(zhì)36的全息層中。
在讀取期間，重建的物光束37被全息存儲(chǔ)介質(zhì)36的反射層反射。其接 著被第四透鏡35校準(zhǔn)，并被第三透鏡34經(jīng)由第三四分之一波片33、針孔 (pin-hole) 38以及第五透鏡39成像(image )到陣列檢測(cè)器40上。針孔38 對(duì)該重建的物光束37進(jìn)行Fourier濾光。
圖4描述與圖3相同的裝置，但這次圖示了參考光束路徑。為了更清楚， 只示出了 一個(gè)參考光束41 。參考光束41被參考光束耦合器50耦合到光學(xué)路 徑中。在經(jīng)過(guò)第二四分之一波片32、偏振光束分光器31以及第三四分之一 波片33之后，參考光束40被第三透鏡34和第四透鏡35聚焦到全息存儲(chǔ)介 質(zhì)36的全息層中。反射的參考光束42經(jīng)過(guò)第四透鏡35、第三透鏡34以及 第三四分之一波片33。其接著被偏振光束分光器31導(dǎo)向針孔38。由于參考 光束41不被排列在光學(xué)路徑的光軸上，因此反射參考光束42被針孔38阻擋 并且不到達(dá)陣列檢測(cè)器40。
圖5中，示意性地圖示了根據(jù)本發(fā)明的參考光束耦合器50的第一實(shí)施例。 參考光束耦合器50由具有兩個(gè)或多個(gè)孔52的玻璃基底51組成。光纖25,
優(yōu)選地是保偏單模光纖，被安裝在這些孔52中。此外，將反射涂層(coating) 53布置在玻璃基底51上。涂層53被用于反射物光束26并對(duì)其進(jìn)行Fourier 濾光，而光纖25被用于生成參考光束41。因此，參考光束耦合器50適于替 代圖1和圖2中所示的現(xiàn)有技術(shù)的光學(xué)系統(tǒng)。
圖6中示出了根據(jù)本發(fā)明的參考光束耦合器50的第二實(shí)施例。參考光束 耦合器50允許生成半錐形的參考光束40。通過(guò)增大反射涂層53的直徑，光 纖出口的一部分被阻擋，而半錐形的參考光束40保留。
根據(jù)本發(fā)明的參考光束耦合器50對(duì)于角度復(fù)用非常有用。通過(guò)旋轉(zhuǎn)參考 光束耦合器50，移動(dòng)參考光束41在全息存儲(chǔ)介質(zhì)36上的位置?？蓪⒋诵D(zhuǎn) 用于角度復(fù)用。參考光束耦合器50的質(zhì)量小于全息存儲(chǔ)介質(zhì)36的質(zhì)量。此 允許另外實(shí)現(xiàn)組合移位復(fù)用，即全息存儲(chǔ)介質(zhì)36的移位，以及參考光束耦合 器50的旋轉(zhuǎn)的復(fù)用過(guò)程。取代對(duì)于移位復(fù)用以較大的步階旋轉(zhuǎn)全息存儲(chǔ)介質(zhì) 36，以與移位距離相對(duì)應(yīng)的較小的步階旋轉(zhuǎn)全息存儲(chǔ)介質(zhì)36。同時(shí)，將參考 光束耦合器50旋轉(zhuǎn)一復(fù)用角度。此使得能夠增大用于記錄的數(shù)據(jù)速率，這是 因?yàn)槿⒋鎯?chǔ)介質(zhì)36的逐步移動(dòng)限制了數(shù)據(jù)速率。
取代對(duì)于參考光束耦合器50只使用兩根光纖25，同樣可以使用以環(huán)形 方式排列的一捆光纖。這在圖7中示意性地描述，圖7示出了具有光纖環(huán)25 的參考光束耦合器50的頂視圖。通過(guò)將這些光纖連接到將激光輻射導(dǎo)向選擇 的光纖的光纖轉(zhuǎn)換器，可以進(jìn)行復(fù)用，而不需機(jī)械旋轉(zhuǎn)參考光束耦合器50。
權(quán)利要求
1.一種從全息存儲(chǔ)介質(zhì)(36)讀取和/或向全息存儲(chǔ)介質(zhì)(36)寫(xiě)入的裝置的參考光束耦合器(50)，具有-基底(51)；-經(jīng)過(guò)基底(51)的一根或多根光纖(25)，其用于耦合一個(gè)或多個(gè)參考光束(41)；以及-基底(51)上的反射區(qū)域(53)，其用于反射物光束(26)，其中該反射區(qū)域(53)充當(dāng)物光束(26)的傅立葉Fourier濾光器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的參考光束耦合器(50),其中，鄰近所述反射 區(qū)域(53)排列所述一根或多根光纖(25)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的參考光束耦合器(50)，其中，所述反射區(qū)域 (53)部分地覆蓋所述一根或多根光纖(25)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的參考光束耦合器(50),其中，所述 反射區(qū)域(53)充當(dāng)物光束(26)的Fourier濾光器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的參考光束耦合器(50),其中，排列 該參考光束耦合器(50)使得其可繞垂直于所述反射區(qū)域(53)的軸旋轉(zhuǎn)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的參考光束耦合器(50),其中，該參 考光束耦合器(50)包括光纖(25)環(huán)，可將激光輻射選擇性地耦合于該環(huán)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的參考光束耦合器(50)，其中，所述 一根或多根光纖(25)為保偏單模光纖。
8. —種共線的全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的復(fù)用方法，具有以下步驟-利用根據(jù)權(quán)利要求1至7之一的參考光束耦合器(50)將一個(gè)或多個(gè) 參考光束(41 )耦合到從全息存儲(chǔ)介質(zhì)(36 )讀取和/或向全息存儲(chǔ)介質(zhì)(36 ) 寫(xiě)入的裝置的光學(xué)路徑中；-讀取或?qū)懭氲谝蝗D；-將所述一個(gè)或多個(gè)參考光束(41)移動(dòng)一復(fù)用角度；以及 -讀取或?qū)懭氲诙D。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的復(fù)用方法，其中，通過(guò)將所述參考光束耦合器 (50 )旋轉(zhuǎn)一復(fù)用角度和/或通過(guò)將激光輻射選擇性地耦合到光纖環(huán)的一根或多根光纖(25)，執(zhí)行將所述一個(gè)或多個(gè)參考光束移動(dòng)該復(fù)用角度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的復(fù)用方法，還具有以下的步驟除了將 所述一個(gè)或多個(gè)參考光束(41 )移動(dòng)該復(fù)用角度外，還將全息存儲(chǔ)介質(zhì)(36) 移動(dòng)一移位距離。
11. 一種從全息存儲(chǔ)介質(zhì)(36)讀取和/或向全息存儲(chǔ)介質(zhì)(36)寫(xiě)入的 裝置，其特征在于其包括根據(jù)權(quán)利要求1至7之一的參考光束耦合器(50 )， 或者其被適配為執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求8至10之一的復(fù)用方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種從全息存儲(chǔ)介質(zhì)(36)讀取和/或向全息存儲(chǔ)介質(zhì)(36)寫(xiě)入的裝置的參考光束耦合器(50)、使用該參考光束耦合器(50)的復(fù)用配置、以及使用這樣的參考光束耦合器(50)或復(fù)用配置從全息存儲(chǔ)介質(zhì)(36)讀取和/或向全息存儲(chǔ)介質(zhì)(36)寫(xiě)入的裝置。根據(jù)本發(fā)明，該參考光束耦合器(50)具有基底(51)；經(jīng)過(guò)基底(51)的一根或多根光纖(25)，用于耦合一個(gè)或多個(gè)參考光束(41)；以及基底(51)上的反射區(qū)域(53)，用于反射物光束(26)，該反射區(qū)域(53)充當(dāng)物光束(26)的傅立葉Fourier濾光器。
文檔編號(hào)G11B7/135GK101206878SQ20071019932
公開(kāi)日2008年6月25日 申請(qǐng)日期2007年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月22日
發(fā)明者喬基姆·尼特爾 申請(qǐng)人:湯姆森特許公司