一种全息光存储光路系统，包括参考光路、信号光路、伺服光路和再现光路。参考光路和信号光路中均包含第一傅里叶透镜和第二傅里叶透镜，用于传输参考光以及携带数据信息的信号光，并调节参考光和信号光在存储介质上的入射位置和角度；全息光存储光路系统中还包括：参考光物镜，用于汇聚参考光；第三傅里叶透镜，用于对信号光场进行傅里叶变换；第四傅里叶透镜，用于对再现信号光场进行傅里叶变换以读取数据信息。第一傅里叶透镜、第二傅里叶透镜、第三傅里叶透镜、第四傅里叶透镜和参考光物镜均为菲涅尔透镜或超透镜。本发明专利技术还提供了对上述全息光存储光路系统中菲涅尔透镜和超透镜的设计方法。设计方法。设计方法。
【技术实现步骤摘要】
一种全息光存储光路系统及其菲涅尔透镜或超透镜的设计
[0001]本专利技术属于全息光存储领域，具体属于全息光存储中的一种透镜，尤其涉及一种全息光存储光路系统及其菲涅尔透镜或超透镜的设计。
技术介绍
[0002]目前广泛应用的普通光存储技术是利用激光热作用烧蚀光道上的材料形成反射率差异以实现数据的记录，例如DVD、蓝光光存储等。其光路系统只需将入射激光在存储介质内部一定距离上聚焦为衍射受限的单个汇聚光斑即可，光场横纵尺寸约百纳米量级。相较之下，全息光存储有以下特点：首先，全息光存储依靠参考光和信号光在记录介质内部干涉形成具有一定体积的三维分布干涉条纹，并通过光化学反应将条纹记录在感光介质内部。相比普通光存储，其需要生成稳定的两束光，因而光路系统具有较高的复杂性。第二，全息光存储光路系统在介质内部生成的参考光场和信号光场都具有一定较大的尺寸，相比利用烧蚀效应的记录来说，全息光存储的光场要具有更好的均匀性，以保证在光场范围内可均匀曝光，这就对光路系统提出更高要求。第三，全息光存储通过将二维数据页图像加载到信号光经与参考光干涉记录到介质当中成为全息图，并通过参考光照射全息图复现出携带数据信息的信号光，经过光路系统将二维数据页图像投射到图像传感器上。整个过程当中需要将二维数据页图像信息完整进行记录、再现和传递，需要光路系统具有较好的成像特性，也即需要其具有较大的口径，且需要消除光路系统的大视场像差，需消除的像差包括球差、色差、慧差、畸变、场曲、像散等。因此全息光存储光路中的光学物镜均由包含多个透镜的透镜组构成，其体积和质量均较大。第四，为保证在记录和再现全息图的过程中，两束光始终照射在准确位置上，需要设置伺服系统以通过实时移动或转动光路系统中的一个或多个透镜(组)来矫正光束相对存储介质的偏离。为保证矫正过程的响应频率和响应速度，降低移动或转动透镜(组)过程中的像差，需要在降低透镜(组)体积、质量的同时保证其光学性能。第五，全息光存储中的透镜(组)具有更多丰富的功能，例如其中的傅里叶透镜用于将二维数据页光场变换到频谱面实现傅里叶变换全息记录；参考光物镜用于汇聚参考光；倍率镜用于匹配空间光调制器和图像传感器像素尺寸等。
[0003]由此可知，全息光存储光路系统更复杂，光学元器件功能更丰富；为实现全息光存储设备的小型化、集成化，需要在满足其功能和性能的前提下，对各光学元器件进行优化改进。
[0004]菲涅尔透镜利用环带状的微小曲面实现对入射光束的相位调制，从而实现对入射光束的汇聚或发散。超透镜是一种特殊的超表面，它们都是由光学纳米天线构成的平面光学器件，能够对光的相位、振幅及偏振方向等多参量进行精确控制。菲涅尔透镜和超透镜均具有设计灵活、质量小、平面化及结构紧凑等优点。通过理论设计或仿真优化可获得满足消像差特性的二维相位调制，根据该相位调制制成的菲涅尔透镜或超透镜具有和多个透镜构成的透镜组一样优良的光学性能。
[0005]因此，将菲涅尔透镜或超透镜应用于全息光存储光路系统中，意义巨大。
技术实现思路
[0006]为克服上文所提到的问题并实现全息光存储系统的小型化、集成化，本专利技术提出了如下方案。
[0007]一种全息光存储光路系统，包括参考光路、信号光路、伺服光路和再现光路。参考光路和信号光路中均包含第一傅里叶透镜和第二傅里叶透镜，用于传输参考光以及携带数据信息的信号光，并调节参考光和信号光在存储介质上的入射位置和角度；全息光存储光路系统中还包括：参考光物镜，用于汇聚参考光；第三傅里叶透镜，用于对信号光场进行傅里叶变换；第四傅里叶透镜，用于对再现信号光场进行傅里叶变换以读取数据信息。其中，第一傅里叶透镜、第二傅里叶透镜、第三傅里叶透镜、第四傅里叶透镜和参考光物镜由菲涅尔透镜或超透镜组成。
[0008]傅里叶透镜有完整传递数据信息的功能要求，而参考光物镜则需要有较高的数值孔径和较大的工作距离，因此其口径都比较大。同时，由于需要消除像差的影响，傅里叶透镜和参考光物镜往往为由多个透镜构成的透镜组，体积和质量都较大。将其设计为菲涅尔透镜或超透镜，可最大化缩减透镜体积和质量。体积和质量的缩小一方面利于整个全息光存储系统的小型化；另一方面，有利于通过伺服系统控制透镜的移动实现对光盘的膨胀(或收缩)和偏离进行补偿。全息光盘的膨胀(或收缩)包括写入数据之后由于光致聚合物单体聚合为大分子带来的体积收缩以及温度变化带来的体积变化，该体积变化引起全息光栅发生变化。光盘的偏离则包括三个轴方向上的平移偏离以及绕三个轴的角度偏离。为了补偿全息光盘的体积变化以及偏离带来的影响以完整再现所存数据信息，可通过控制光路上的透镜(例如第二傅里叶透镜或其他透镜)移动或转动，进行补偿。为了便于控制并实现快速响应，必须尽量降低这些透镜的体积和质量，用菲涅尔透镜和超透镜替换传统透镜(组)是重要甚至唯一的实现方法。
[0009]全息光存储光路系统中还包括伺服光校准透镜，用于校准伺服光斑；该伺服光校准透镜为菲涅尔透镜或超透镜。
[0010]伺服光校准透镜用于调整伺服光汇聚光斑的位置，在光路校准过程中，需要经常移动校准透镜的位置来完成伺服光的对焦。使用菲涅尔透镜或超透镜替代普通透镜制作的校准透镜，可极大减小透镜的体积和质量，更有利于校准透镜的快速移动。
[0011]全息光存储光路系统中还包括伺服光物镜，用于聚焦伺服光；该伺服光物镜为菲涅尔透镜或超透镜。
[0012]伺服光物镜由菲涅尔透镜或超透镜组成，简化了透镜的体积，减轻了透镜质量，利于系统小型化集成，且利于伺服光物镜的快速移动。
[0013]全息光存储光路系统中还包括倍率镜，用于匹配空间光调制器和图像传感器的像素尺寸；该倍率镜为菲涅尔透镜或超透镜。
[0014]参考光路、信号光路包括扩束准直透镜组，用于对参考光和信号光进行扩束，扩束准直透镜组由菲涅尔透镜或超透镜组成，减小了体积，利于系统小型化集成。
[0015]全息光存储光路系统中还包括像散柱透镜，用于利用像散检测伺服光离焦情况；该像散柱透镜为菲涅尔透镜或超透镜。
[0016]参考光经参考光物镜后，主光线方向发生改变，以一定角度向信号光侧方向汇聚。
[0017]信号光经第三傅里叶透镜后，主光线方向发生改变，以一定角度向参考光侧方向
汇聚。
[0018]在离轴全息光存储系统中，信号光和参考光以一定的夹角入射到全息光盘上。使用传统透镜(组)作为第三傅里叶透镜和参考光物镜，这两者的光轴必有一夹角。这样的结构存在以下问题，首先，如果要通过控制这两个透镜(组)实现伺服，两者必须沿各自的光轴移动，如此一来它们的移动无法使用统一的驱动机构实现，也无法同步调移动；其次，由于这两个透镜(组)成一定夹角放置，其前表面无法同时贴合全息光盘，因此难以使用大数值孔径的透镜(组)。利用菲涅尔透镜或超透镜，可通过叠加倾斜相位的方式，实现将垂直照射透镜光束朝侧方向偏折并汇聚的效果，从而可将第三傅里叶透镜和参考光物镜并排放置于同一平面上，在信号光和参考光均垂直照射这两个透镜的情况下，透射的信号光和参考光可以一本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种全息光存储光路系统，包括参考光路、信号光路、伺服光路和再现光路，所述参考光路和信号光路中均包含第一傅里叶透镜和第二傅里叶透镜，用于传输参考光以及携带数据信息的信号光，并调节参考光和信号光在存储介质上的入射位置和角度；所述全息光存储光路系统中还包括：参考光物镜，用于汇聚参考光；第三傅里叶透镜，用于对信号光场进行傅里叶变换；第四傅里叶透镜，用于对再现信号光场进行傅里叶变换以读取数据信息；其特征在于，所述第一傅里叶透镜、第二傅里叶透镜、第三傅里叶透镜、第四傅里叶透镜和参考光物镜由菲涅尔透镜或超透镜组成。2.根据权利要求1所述的全息光存储光路系统，其特征在于，还包括伺服光校准透镜，用于校准伺服光斑；所述校准透镜为菲涅尔透镜或超透镜。3.根据权利要求1所述的全息光存储光路系统，其特征在于，还包括伺服光物镜，用于聚焦伺服光；所述伺服光物镜为菲涅尔透镜或超透镜。4.根据权利要求1所述的全息光存储光路系统，其特征在于，还包括倍率镜，用于匹配空间光调制器和图像传感器的像素尺寸；所述倍率镜为菲涅尔透镜或超透镜。5.根据权利要求1所述的全息光存储光路系统，其特征在于，参考光路、信号光路还包括扩束准直透镜组，用于对参考光和信号光进行扩束，所述扩束准直透镜组由菲涅尔透镜或超透镜组成。6.根据权利要求1所述的全息光存储光路系统，其特征在于，还包括像散柱透镜，用于利用像散检测伺服光离焦情况；所述像散柱透镜为菲涅尔透镜或超透镜。7.根据权利要求1
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6任一项所述的全息光存储光路系统，其特征在于，参考光经所述参考光物镜后，主光线方向发生改变，以一定角度向信号光侧方向汇聚。8.根据权利要求1
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6任一项所述的全息光存储光路系统，其特征在于，信号光经所述第三傅里叶透镜后，主光线方向发生改变，以一定角度向参考光侧方向汇聚。9.一种如权利要求1
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6任一项所述的在全息光存储光路系统中应用的菲涅尔透镜和超透镜的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.对全息光存储光路系统进行光学设...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡德骄，刘义诚，田军，陶晓晓，
申请(专利权)人：广东紫晶信息存储技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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