用于全息记录和再现的方法及其装置制造方法及图纸

一种用于全息记录和再现的方法，包括记录过程和再现过程。在记录过程中，依照待记录的信息来空间调制相干参考光束，以产生信号光束，并使该信号光束会聚。会聚的信号光束进入并穿过由光敏材料制成的记录介质。在位于信号光束的零级光束和衍射光束在记录介质内部彼此发生干涉的部分中，根据光干涉图案形成衍射光栅区域。在再现过程中，通过利用参考光束照射衍射光栅区域产生对应于信号光束的再现波。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种由光敏材料制成的记录介质，所谓的全息存储器，尤其是，本专利技术涉及一种用于全息记录和再现的方法，以及利用这种全息存储器的光学信息记录和再现装置。
技术介绍
体积全息记录系统作为一种利用全息照相术原理的数字数据记录系统而众所周知。这种系统的特征在于在由光敏材料制成的记录介质上记录信息，光敏材料诸如介质折射率变化的光折变材料(photorefractive material)。一种常规的全息记录和再现方法利用傅里叶变换来进行记录和再现。参考附图说明图1，在常规的4f系列全息记录和再现装置中，分束器13将激光源11产生的激光束12分为光束12a和12b。扩束器BX扩大光束12a的直径。然后，平行光束12a作用于空间光调制器SLM，如透射TFT液晶显示器(LCD)的面板等。空间光调制器SLM接收将要记录的信息，如通过编码器编码的电子信号，以形成二维数据，也就是在平面上形成与该信息相对应的亮和暗光点图案等。当光束12a穿过空间光调制器SLM时，空间光调制器SLM将光束12a光学调制为包括数据信号分量的信号光束。由于包括光点图案信号分量的信号光束12a穿过设置在与空间光调制器SLM相隔焦距f处的傅里叶变换透镜16，因此光点图案信号分量被变换为傅里叶分量，并会聚到记录介质10上。由分束器13分离的光束12b通过反射镜18和19引导至记录介质10中。光束12b作为参考光束，在记录介质10的内部与信号光束12a的光路相交。光束12b和信号光束12a相干涉形成光干涉图。整个光干涉图记录为衍射光栅，如折射率的变化(折射率光栅)等。如上所述，光点图案数据使相干的平行光束发生衍射，并利用傅里叶变换透镜形成光学图像。在傅里叶变换透镜的焦平面上，即傅里叶平面上的图像分布与相干参考光束干涉。然后，在焦点附近，将干涉条纹记录在记录介质上。在完成第一页的记录之后，使可转动反射镜旋转预定度数，并平行移动，以便改变参考光束12b入射到记录介质10的入射角。然后，遵循与上述相同的过程记录第二页。按照这种方式可执行多角度记录。另一方面，在再现光点图案图像中使用傅里叶逆变换。在再现已记录的信息中，如图1中所示，例如，空间光调制器SLM，截断信号光束12a的光路，因此只有参考光束12b入射到记录介质10上。反射镜的位置和角度可通过改变其旋转和移动的组合来进行控制，从而使参考光束12b的入射角能够与在将要再现页的记录过程中的入射角相同。再现出已记录的信号光束的再现出的光束出现在已记录的信号光束12a入射到记录介质10的相反侧。将再现出的光束引导至傅里叶逆变换透镜16a并执行傅里叶逆变换，从而再现出光点图案信号。光点图案信号由置于透镜16a焦距位置的诸如电荷耦合器件CCD等的光电探测器20接收，并且再转变为电数字数据信号。然后，将该数字数据信号发送到解码器从而解码出原始数据。参考图1，通常利用多角度和多波长将多个图像记录在记录介质的几毫米体积中，以便以高密度在记录介质的一定体积中记录信息。因此，信号光束和参考光束的宽视场和长距离相干对于确保角度和波长的选择性是必需的。由此，降低了用于记录的单位光量的光束强度。多次记录对于高密度记录是必需的，因此需要具有大的擦除时间常数且易于执行多次记录的记录介质。常规的全息记录和再现装置需要高标准(high spec)的两个透镜，即傅里叶变换透镜和傅里叶逆变换透镜。该装置还需要配有高精度分页控制机构，用于控制在对信息进行记录和再现过程中的参考光束。因此，存在这样一个缺点，即该装置的尺寸变大。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种用于全息记录和再现的方法以及为此的装置，其能够减小尺寸并在全息记录介质上记录全息图。根据本专利技术，提供一种用于全息记录和再现的方法，该方法包括记录过程和再现过程，记录过程包括以下步骤依照所要记录的信息通过空间调制相干参考光束来产生信号光束；用信号光束照射由光敏材料制成的记录介质，以允许信号光束穿过所述记录介质；以及在信号光束的零级光束和衍射光束在所述记录介质内部彼此干涉的部分中，产生由光干涉图案记录的衍射光栅区域；以及再现过程包括以下步骤用所述参考光束照射所述衍射光栅区域，以产生对应于该信号光束的再现波。信号光束是由依照所要记录的信息进行空间调制相干参考光束的这种操作而产生的光束，该信号光束包括零级光束，其波前不管是否进行空间调制都具有相同的形状；和经历空间调制的衍射光束。因此，本专利技术利用信号光束的零级光束作为用于全息记录的参考光。在记录中，利用信号光束照射记录介质，以产生由信号光束的光路中的零级光束和衍射光束形成的光学干涉条纹图案，从而在记录介质中记录下对应于该干涉条纹图案的折射率光栅。在再现中，用没有经过空间调制的信号光束，即利用与记录中所用信号光束相同的位置条件和角度条件的非调制参考光束，来照射记录介质，特别是其中的折射率光栅。由于非调制参考光束包括作为主要成分的零级光束，因此非调制的参考光束照射到记录介质的折射率光栅产生与记录中所用信号光束波前相同的再现波。在再现波的检测中，从记录介质中的折射率光栅发出的再现波与用于再现的非调制参考光束重叠。去掉或减少用于再现的非调制参考光束有助于容易地检测再现波，和在电学上再现记录信息。根据本专利技术，还提供一种记录介质，由能够利用相干光束照射而记录的光敏材料制成，该记录介质包括入射光束处理区，其设置在所述记录介质中位于光束入射的记录介质入射面的相对侧上，该入射光束处理区将光束的零级光束和衍射光束彼此分开，从而将一部分入射光束返回到所述记录介质内部。为了去掉或减少用于再现的非调制参考光束，如图2中所示，记录介质10具有一入射光束处理区R，该入射光束处理区包括处理信号光束的零级光束和非调制参考光束的零级光束处理区R1，以及处理信号光束的衍射光束的衍射光束处理区R2，该入射光束处理区域按照如下方式配置，即，该入射光束处理区置于非调制参考光束的光束腰部，其中非调制参考光束由聚光透镜会聚，聚焦在有光束入射到该记录介质的入射面的相对侧上。考虑将相位共轭波用作在记录和再现方法中用于全息记录和再现系统的方法之一。类似于其他方法，利用相位共轭光束的再现方法一般需要在记录和再现中使用相同的参考光束。例如，一种用于记录和再现信息的方法，其中按照如下方式通过在记录介质中的干涉来产生和记录折射率光栅，即，将信号光束照射到记录介质上，并由反射镜反射，以产生回到记录介质的相位共轭波，从而使相位共轭波和信号光束彼此干涉。在这种记录和再现方法中，存在很多缺点，如需要插入和移开反射镜，由于信号光束特别是零级光束返回而引起光源退化，以及包括防止返回光的光学系统的大型器件。相反，根据本专利技术，入射光束处理区解决了上述问题，因为利用不同的处理，如通过分离对入射光中的零级光束和衍射光束单独进行处理，以将一部分入射光束返回到记录介质内部来。此外，不同于常规的全息记录和再现方法，本专利技术不需要为参考光束和信号光束提供各自的两个光学系统。而且，本专利技术的方法不需要用作物镜等的高性能的聚光透镜。采用这种记录和再现方法高效地简化和小型化记录和再现装置，因为利用包括在信号光束中的零级光束和衍射光束(依照要记录的信息进行空间调制)。根据本专利技术，进一步提供一种用于全息记录的方法，包括以下步骤依本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于全息记录和再现的方法，该方法包括记录过程和再现过程，该记录过程包括步骤：　依照待记录的信息，通过空间调制相干参考光束，来产生信号光束；用该信号光束照射由光敏材料制成的记录介质，以允许该信号光束穿过所述记录介质 ；以及在位于该信号光束的零级光束和衍射光束在所述记录介质内部彼此发生干涉的部分中，产生通过光干涉图案记录的衍射光栅区域；以及再现过程包括以下步骤：用所述参考光束照射所述衍射光栅区域，以产生对应于该信号光束的再现波。

【技术特征摘要】
JP 2002-8-1 225052/2002;JP 2002-8-1 225053/20021.一种用于全息记录和再现的方法，该方法包括记录过程和再现过程，该记录过程包括步骤依照待记录的信息，通过空间调制相干参考光束，来产生信号光束；用该信号光束照射由光敏材料制成的记录介质，以允许该信号光束穿过所述记录介质；以及在位于该信号光束的零级光束和衍射光束在所述记录介质内部彼此发生干涉的部分中，产生通过光干涉图案记录的衍射光栅区域；以及再现过程包括以下步骤用所述参考光束照射所述衍射光栅区域，以产生对应于该信号光束的再现波。2.根据权利要求1的用于全息记录和再现的方法，进一步包括一入射光束处理区，其设置在所述记录介质中，位于所述信号光束入射到所述记录介质的入射面的相对侧上，该入射光束处理区将该零级光束和该衍射光束彼此分开，以将一部分该入射光束返回到所述记录介质内部。3.根据权利要求2的用于全息记录和再现的方法，进一步包括在所述入射光束处理区的一部分中形成的线形轨道。4.根据权利要求3的用于全息记录和再现的方法，其中所述轨道具有所述入射光束处理区相对于所述记录介质的定位信息。5.根据权利要求2的用于全息记录和再现的方法，其中所述入射光束处理区包括零级光束处理区和衍射光束反射区，该零级光束处理区允许该零级光束穿过，或散射该零级光束，或偏转该零级光束，或吸收该零级光束，该衍射光束反射区限定该零级光束处理区并反射该衍射光束。6.根据权利要求2的用于全息记录和再现的方法，其中所述入射光束处理区包括零级光束处理区和衍射光束反射区，该零级光束处理区反射该零级光束，或散射该零级光束，或偏转该零级光束，或吸收该零级光束，该衍射光束反射区限定零级光束处理区并允许该衍射光束穿过。7.根据权利要求2的用于全息记录和再现的方法，其中所述入射光束处理区包括零级光束处理区和衍射光束反射区，该零级光束处理区反射该零级光束，或散射该零级光束，或偏转该零级光束，或允许零级光束穿过，该衍射光束反射区限定该零级光束处理区并吸收该衍射光束。8.根据权利要求5至7中任一项权利要求的用于全息记录和再现的方法，进一步包括空间光调制器，该空间光调制器包括像素的行和列矩阵，以空间调制所述参考光束，其中按照使得所述信号光束的衍射光束不会照射到所述零级光束处理区的方式，来相对地设置所述空间光调制器和所述记录介质。9.根据权利要求8的用于全息记录和再现的方法，其中按照下述方式使所述空间光调制器和所述记录介质相对于所述信号光束的光轴相对地设置，即，使得所述空间光调制器的一行或一列的延伸方向与所述零级光束处理区的一个延伸方向成预定的θ(θ≠0)角。10.根据权利要求6的用于全息记录和再现的方法，其中在所述再现过程中，从信号光束入射到所述记录介质的入射面的相对侧输出所述再现波。11.一种用于全息记录的方法，包括步骤依照待记录的信息，通过空间调制相干参考光束，来产生信号光束；利用该信号光束照射由光敏材料制成的记录介质，以允许信号光束穿过所述记录介质；以及在位于该信号光束的零级光束和衍射光束在所述记录介质内部彼此发生干涉的部分中，产生通过光干涉图案记录的衍射光栅区域。12.根据权利要求11的用于记录全息图的方法，进一步包括一入射光束处理区，其设置在所述记录介质中，位于所述信号光束入射到所述记录介质的入射面的相对侧上，该入射光束处理区将该零级光束和该衍射光束彼此分开，以将一部分该入射光束返回到所述记录介质内部。13.根据权利要求12的用于记录全息图的方法，进一步包括在所述入射光束处理区的一部分中形成的线形轨道。14.根据权利要求13的用于记录全息图的方法，其中所述轨道具有所述入射光束处理区相对于所述记录介质的定位信息。15.根据权利要求12的用于记录全息图的方法，其中所述入射光束处理区包括零级光束处理区和衍射光束反射区，该零级光束处理区允许该零级光束穿过，或散射该零级光束，或偏转该零级光束，或吸收该零级光束，该衍射光束反射区限定该零级光束处理区并反射该衍射光束。16.根据权利要求12的用于记录全息图的方法，其中所述入射光束处理区包括零级光束处理区和衍射光束反射区，该零级光束处理区反射该零级光束，或散射该零级光束，或偏转该零级光束，或吸收该零级光束，该衍射光束反射区限定该零级光束处理区并允许该衍射光束穿过。17.根据权利要求12的用于记录全息图的方法，其中所述入射光束处理区包括零级光束处理区和衍射光束反射区，该零级光束处理区反射该零级光束，或散射该零级光束，或偏转该零级光束，或允许该零级光束穿过，该衍射光束反射区限定该零级光束处理区并吸收该衍射光束。18.根据权利要求15至17中任一项权利要求的用于记录全息图的方法，进一步包括空间光调制器，该空间光调制器包括像素的行和列矩阵，以空间调制所述参考光束，其中按照使得所述信号光束的衍射光束不会照射到所述零级光束处理区的方式，来相对地设置所述空间光调制器和所述记录介质。19.根据权利要求18的用于记录全息图的方法，其中按照下述方式使所述空间光调制器和所述记录介质相对于所述信号光束的光轴相对地设置，即，使得所述空间光调制器的一行或一列的延伸方向与所述零级光束处理区的一个延伸方向成预定的θ(θ≠0)角。20.一种用于全息再现的方法，包括以下步骤提供由光敏材料制成的记录介质，其具有通过记录过程形成的衍射光栅区域，该记录过程包括步骤依照待记录的信息，通过空间调制相干参考光束来产生信号光束；利用该信号光束照射该记录介质，以允许该信号光束穿过所述记录介质，以便在位于该信号光束的零级光束和衍射光束在所述记录介质内部彼此发生干涉的部分中，形成通过光干涉图案记录的该衍射光栅区域；以及将相干参考光束照射到该衍射光栅区域，以产生对应于该信号光束的再现波。21.根据权利要求20的用于再现全息图的方法，进一步包括一入射光束处理区，其设置在所述记录介质中，位于所述信号光束入射到所述记录介质的入射面的相对侧上，该入射光束处理区将该零级光束和该衍射光束彼此分开，以将一部分入射光束返回到所述记录介质内部。22.根据权利要求21的用于再现全息图的方法，进一步包括在所述入射光束处理区的一部分中形成的线形轨道。23.根据权利要求22的用于再现全息图的方法，其中所述轨道具有所述入射光束处理区相对于所述记录介质的定位信息。24.根据权利要求21的用于再现全息图的方法，其中所述入射光束处理区包括零级光束处理区和衍射光束反射区，该零级光束处理区允许该零级光束穿过，或散射该零级光束，或偏转该零级光束，或吸收该零级光束，该衍射光束反射区限定该零级光束处理区并反射该衍射光束。25.根据权利要求21的用于再现全息图的方法，其中所述入射光束处理区包括零级光束处理区和衍射光束反射区，该零级光束处理区反射该零级光束，或散射该零级光束，或偏转该零级光束，或吸收该零级光束，该衍射光束反射区限定该零级光束处理区并允许该衍射光束穿过。26.根据权利要求21的用于再现全息图的方法，其中所述入射光束处理区包括零级光束处理区和衍射光束反射区，该零级光束处理区反射该零级光束，或散射该零级光束，或偏转该零级光束，或允许该零级光束穿过，该衍射光束反射区限定该零级光束处理区并吸收该衍射光束。27.根据权利要求24至26中任一项权利要求的用于再现全息图的方法，其中按照下述方式通过利用包括像素的行和列矩阵的空间光调制器来记录该记录介质的衍射光栅区域，即，使得所述空间光调制器和所述记录介质相对地设置，从而所述信号光束的衍射光束不会照射到所述零级光束处理区。28.根据权利要求27的用于再现全息图的方法，其中按照下述方式使所述空间光调制器和所述记录介质相对于所述信号光束的光轴相对地设置，即，使得所述空间光调制器的一行或一列的延伸方向与所述零级光束处理区的一个延伸方向成预定的θ(θ≠0)角。29.根据权利要求25的用于再现全息图的方法，其中在再现过程中，从所述信号光束入射到所述记录介质的入射面的相对侧输出所述再现波。30.一种全息记录和再现装置，用于将信息记录为记录介质中的衍射光栅区域，并用于从所述衍射光栅区域再现所述记录信息，所述全息记录和再现装置包括保持部分，用于可拆卸地保持由光敏材料制成的记录介质；光源，用于产生相干参考光束；信号光束产生单元，包括空间光调制器，所述空间光调制器依照待记录的所述信息空间调制所述参考光束，以产生信号光束；干涉单元，包括照射光学系统，用于利用该信号光束照射所述记录介质，以允许该信号光束进入并穿过所述记录介质，所述照射光学系统，在位于该信号光束的零级光束和衍射光束在所述记录介质内部彼此发生干涉的部分中，根据光干涉图案形成衍射光栅区域，所述照射光学系统利用所述参考光束照射所述衍射光栅区域，以产生对应于该信号光束的再现波；以及检测单元，用于检测由该再现波形成于一图像中的所述记录信息。31.根据权利要求30的全息记录和再现装置，进一步包括一入射光束处理区，设置在所述记录介质中，位于所述信号光束入射到所述记录介质的入射面的相对侧上，该入射光束处理区将该零级光束和该衍射光束彼此分开，以将一部分入射光束返回到所述记录介质内部。32.根据权利要求31的全息记录和再现装置，进一步包括在所述入射光束处理区的一部分中形成的线形轨道。33.根据权利要求32的全息记录和再现装置，其中所述轨道具有所述入射光束处理区相对于所述记录介质的定位信息。34.根据权利要求31的全息记录和再现装置，其中所述入射光束处理区包括零级光束处理区和衍射光束反射区，该零级光束处理区允许该零级光束穿过，或散射该零级光束，或偏转该零级光束，或吸收该零级光束，该衍射光束反射区限定该零级光束处理区并反射该衍射光束。35.根据权利要求31的全息记录和再现装置，其中所述入射光束处理区包括零级光束处理区和衍射光束反射区，该零级光束处理区反射该零级光束，或散射该零级光束，或偏转该零级光束，或吸收该零级光束，该衍射光束反射区限定该零级光束处理区并允许该衍射光束穿过。36.根据权利要求31的全息记录和再现装置，其中所述入射光束处理区包括零级光束处理区和衍射光束反射区，该零级光束处理区反射该零级光束，或散射该零级光束，或偏转该零级光束，或允许该零级光束穿过，该衍射光束反射区限定该零级光束处理区并吸收该衍射光束。37.根据权利要求34至36中任一项权利要求的全息记录和再现装置，进一步包括空间光调制器，该空间光调制器包括像素的行和列矩阵，以空间调制所述参考光束，其中按照使得所述信号光束的衍射光束不会照射到所述零级光束处理区的方式，来相对地设置所述空间光调制器和所述记录介质。38.根据权利要求37的全息记录和再现装置，其中按照下述方式使所述空间光调制器和所述记录介质相对于所述信号光束的光轴相对地设置，即，使得所述空间光调制器的一行或一列的延伸方向与所述零级光束处理区的一个延伸方向成预定的θ(θ≠0)角。39.根据权利要求35的全息记录和再现装置，从所述信号光束入射到所述记录介质的入射面的相对侧输出所述再现波。40.根据权利要求34或36的全息记录和再现装置，进一步包括分离单元，将所述再现波与所述参考光束的光路分开。41.一种全息记录装置，用于将信息记录为记录介质中的衍射光栅区域，包括保持部分，用于可拆卸地保持由光敏材料制成的记录介质；光源，用于产生相干参考光束；信号光束产生单元，包括空间光调制器，所述空间光调制器依照待记录的所述信息，空间调制所述参考光束，以产生信号光束；以及干涉单元，包括照射光学系统，用于利用该信号光束照射所述记录介质，以允许该信号光束进入并穿过所述记录介质，所述照射光学系统，在位于信号光束的零级光束和衍射光束在所述记录介质内部彼此发生干涉的部分中，根据光干涉图案形成衍射光栅区域。42.根据权利要求41的全息记录装置，其中所述记录介质包括一入射光束处理区，其设置在所述记录介质中，位于所述信号光束入射到所述记录介质的入射面的相对侧上，该入射光束处理区将该零级光束和该衍射光束彼此分开，以将一部分入射光束返回到所述记录介质内部。43.根据权利要求42的全息记录装置，进一步包括在所述入射光束处理区的一部分中形成的线形轨道。44.根据权利要求43的全息记录装置，其中所述轨道具有所述入射光束处理区相对于所述记录介质的定位信息。45.根据权利要求42的全息记录装置，其中所述入...

【专利技术属性】
技术研发人员：洼田义久，田中觉，伊藤善尚，橘昭弘，黑田和男，杉浦聪，
申请(专利权)人：先锋株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]