具有变迹滤光器的全息存储系统技术方案

本发明专利技术涉及用于读取和／或写入全息存储介质（８）的装置，并且更具体地涉及具有变迹滤光器（４２）的、用于读取和／或写入全息存储介质（８）的装置。根据本发明专利技术，一种用于读取和／或写入全息存储介质（８）的装置，具有参考光束（２１）与物体光束（２０）或重构的物体光束（３０）的共线分离孔径布局，包括用于参考光束（２１）的变迹滤光器（４２）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于读取和/或写入全息存储介质的装置，并且更具体地涉及具有变迹滤光器(apodization filter)的、用于读取和/或写入全息存储介质 的装置。
技术介绍
在全息数据存储中，通过记录由两个相干激光束的叠加而产生的干涉图 案来存储数字数据，其中，所谓物体光束的一个光束由空间光调制器来 调制，并且承载要记录的信息。第二光束充当参考光束。干涉图案带来存储 材料的具体性质的变化，其取决于千涉图案的局部强度。通过利用与记录期 间相同的条件的参考光束来照射全息图，来执行所记录的全息图的读取。这 导致所记录的物体光束的重构。全息数据存储的 一个优点是增加了数据容量。与传统的光学存储介质相 比，使用全息存储介质的整体(vol腿e)来存储信息，而不仅仅是几层。全息 数据存储的另 一优点是在相同整体中存储多种数据的可能性，例如通过改变 两个光束之间的角度或者通过使用平移多路复用等。另外，取代了存储单纯 的位，而是将数据存储为数据页。典型地，数据页由亮暗图案的矩阵组成， 即，二维二进制阵列或灰度值的阵列，其编码了多个位。除了增加存储密度 之外，这允许增加数据比。数据页被空间光调制器(SLM)标印(imprint)到物 体光束上，并且利用检测器阵列来检测。在具有共轴布局的全息存储系统中，参考光束和物体光束使用单个分离 孔径。此外，由相同的SLM调制这两个光束。以多路复用傅立叶全息图的形 式来存储信息。对于反射型共轴全息存储系统，难以在记录期间耦合物体光 束和参考光束，而且难以在读取期间从重构的物体光束中解耦出(couple out) 参考光束。如EP1624451所公开的，为了增加所谓共线布局的选择性，还将 参考光束像素化。利用相同的SLM调制物体光束和参考光束。此布局也被称 为所谓分离孔径布局，因为全息光学系统的物体平面和图像平面这两者都被分离为物体区域和参考区域。在作为检测器的平面的图像平面上，参考像素形成尖锐图像，并且被阻挡。在US6108110中公开了类似的透射型共轴分离孔径系统。在读取期间，将参考光束部分地衍射到图像区(zone)。在图1中绘出了 这一点，图1示出了没有任何物体光束的衍射参考光束的模型。数据像素全 部为关(off)。图1的部分a)使用线性缩放，而部分b)使用对数缩放。此衍 射噪声的原因是光学系统的低通滤波行为。光学系统的出口光瞳(pupi 1)带来 高频成分的锐截止(sharp cutting)。因为此锐截止，参考光束展开到才企测器 表面上。这意味着需要高衍射效率来达到图像图案相对于参考光束衍射噪声 的足够的信噪比(SNR)。在传统设置中，参考光束几乎0. 1%的能量被衍射到 图像区域。在实践中可接受的衍射效率10—6到10—5上，这意味着衍射噪声的 总能量是重构数据图案的总能量的数倍大( 一般是50 - 500倍大)。如可从图 l看到的，SNR在图像圓的中心处较好，而在接近外边缘处较差。为达到低错 误率，需要高衍射效率，这需要在全息存储材料中记录高折射指数的光栅。结果，即使共线布局具有非常好的选择性，其SNR也是有限的。对于进一步的细节，参见Horimai等的Col 1 inear Holography, A卯l. Opt. Vol.44, 2575-2579以及Horimai等的High-density recording storage systemby Col linear holography, Proc. SPIE 6187, 618701。作为有限SNR的结果，数据密度也受到材料的动态范围的限制，因为不能以足够大的衍射效率来多路复用大量的全息图。噪声产生的主要因素是高频成分的锐截止。因而，如果高频成分仍然被尖锐截止，则增加物体空间数值孔径，或者换句话说，增加傅立叶平面滤光 器的半径，将不会产生足够的作用。表1示出了对于不同半径的傅立叶平面 滤光器的、图像区域中的噪声总功率除以参考光束的总功率。在该表中，给 出与尼查斯特(Nyquist)孔径Dw有关的半径，被定义为D = ^w像素大小其中f是傅立叶物镜的焦距。在存储材料中测量波长。如可看到的，通 过因子1. 6将滤光器半径从0. 67 x 增加到1. 07 x DN,这意味着噪声减少到 其原始值的大约1/30。对于具有入=267腿(材料折射指数是n=l. 5)、 f=7mm 和12jum的像素大小的系统，这意味着直径从249jam增加到3Miam。然而，噪声仍然与重构的物体光束处于同数量级，这是不够的。另外，此解决方案具有如下缺点，它需要具有物体空间中的更大NA的更好的镜头系统。表l:不同半径的傅立叶平面滤光器的、 图像区域中的噪声总功率除以参考光束的总功率<table>table see original document page 5</column></row><table>在Kimura的 Improvement of the optical signal—to—noise ratio in common-path holographic storage by use of a polarization-controlling media structure, Opt. Let. ， Vol. 30， 2005中，公开了一种用于抑制从 参考光束产生的噪声的偏振方法。根据此解决方案，对重构的物体光束和参 考光束进行正交偏振。通过偏振滤光器来抑制由参考光束产生的噪声。此解 决方案需要在全息存储材料的顶部和底部上配备四分之一 波片的复杂的全息 存储介质结构。基于偏振的抑制的效率取决于数值孔径。抑制仅仅对于小NA 才能正确工作。然而，为了高数据密度存储，需要傅立叶平面中的高NA。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供在具有共轴布局的、用于读取和/或写入全息存 储介质的装置中减少参考光束衍射噪声的另 一解决方案。根据本专利技术，通过以下来实现此目的 一种用于读取和/或写入全息存储 介质的装置，具有参考光束与物体光束或重构的物体光束的共线分离孔径布 局，该装置包括用于参考光束的变迹滤光器。变迹意味着对光学系统的孔径 的幅值透射率的改变，例如，通过使用向着边缘增加的衰减来柔化孔径的边缘。在读取期间，在共轴分离孔径全息布局的图像区域上产生参考光束衍射 噪声。此噪声的起源是光学系统的转移函数的有限带宽，这导致了参考光束 的像素扩散到物体区域中。当使用变迹滤光器时，将此参考光束衍射噪声减 少大约2个数量级。当通过变迹减少参考光束衍射噪声时，所记录全息图的 数百倍低的衍射效率足以达到与无变迹地记录的全息图相同的信噪比。这允 许将在记录全息图的过程中必须获得的折射指数的改变减少到它在无变迹的情况下的值的1/20到1/30。换言之，可将数据密度增加20到30倍，同时 保持全息存储材料的相同饱和水平。此外，在开发具有更高Mf(即，更高的 动态范围)的改进型全息存储材料的情况下，变迹带来的必要能量的减少将 会允许避免全息存储材料的非线性域。这带来了更短的写时间。优选地，变迹滤光器的透射率在截止半径周围的、从内径到外径的范围 中逐渐减小。有利地，该逐渐减少遵循线性函数、二次函数、或者高斯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于读取和／或写入全息存储介质（８）的装置，具有参考光束（２１）与物体光束（２０）或重构的物体光束（３０）的共线分离孔径布局，其特征在于，该装置包括用于所述参考光束（２１）的变迹滤光器（４２）。

【技术特征摘要】
EP 2006-10-13 06122230.3;EP 2006-11-8 06123657.61、一种用于读取和/或写入全息存储介质(8)的装置，具有参考光束(21)与物体光束(20)或重构的物体光束(30)的共线分离孔径布局，其特征在于，该装置包括用于所述参考光束(21)的变迹滤光器(42)。2、 如权利要求l所述的装置，其中，所述变迹滤光器(42)的透射率在截 止半径(r加)周围的、从内径(kra—)到外径(r^+r8p。d)的范围(2rap。d)中逐渐 减小。3、 如权利要求2所述的装置，其中所述截止半径(r。ut)在尼奎斯特孔径 (D》的0. 67倍和1.27倍之间。4、 如权利要求2或3所述的装置，其中逐渐减少的范围(2r，d)是在尼奎 斯特孔径(DN)的5. 4°/ 和27%之间。5、 如权利要求2至4之一所...

【专利技术属性】
技术研发人员：加博扎瓦斯，克里茨琴班科，佐尔坦卡帕蒂，扎博尔克斯考特尼，
申请(专利权)人：汤姆森特许公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]