专利名称：对准全息rom系统的设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种对准全息ROM系统的设备和方法。更特别地，涉及这样一种对准全息ROM系统的设备和方法，用于在全息介质上记录数据模式之前，防止数据遮罩和全息介质没有对准，进而减少记录和读出时的错误。
背景技术：
传统的全息存储系统一般采用逐页存储方法。诸如SLM(空间光调制器)的输入装置以二维阵列(被称作一页)的形式来呈现记录数据，同时利用诸如CCD照相机的检测器阵列根据读出值来检索记录数据的页。此外，还提出了其它的方案，其中用逐位记录取代逐页方法。但是，所有这些系统都有共同的缺点它们需要记录大量的分离全息图，以便将存储器填充到其全部容量。典型的使用兆位级阵列的面向页系统，需要记录几十万个全息页，以达到100GB或更大的容量。即使是毫秒级的全息曝光时间，填充100GB级存储器所需的全部记录时间，尽管不是几小时也至少能轻易地达到几十分钟。于是，开发了另一种传统的全息ROM系统，其产生100GB级容量光盘所需的时间可减少到不足一分钟，甚至能达到秒的数量级。
图1示出了一种传统的全息ROM系统，它包括光源10；快门12；反射镜14、28、34、40；HWP(半波片)16、24、36；空间滤波器18、30、42；透镜20、44；PBS(偏振分束器)22；偏振器26、38；锥形反射镜32；数据遮罩46和全息介质48。
光源10发射具有恒定波长、如532nm波长的激光束。该激光束只是一种线偏振光，如P-偏振光或S-偏振光，并经由快门12提供到反射镜14，其中当在全息介质48上记录数据时，该快门打开用以经过其中传送激光束。反射镜14将激光束反射到HWP 16上。该HWP 16将激光束的偏振旋转θ度(优选45°)。然后，偏振旋转的激光束输送到空间滤波器18，以便消除包含在该偏振旋转的激光束中的噪声。然后，将偏振旋转的激光束提供到透镜20，用于将激光束的光束尺寸扩展到预定尺寸。之后，将扩展后的激光束提供到PBS 22。
PBS 22通过反复沉积至少两种具有不同折射率的材料而制成，并用于沿光路S1来透射例如水平方向偏振的激光束，即S-偏振光束，并用于沿光路S2来反射例如垂直方向偏振的激光束，即P-偏振光束。这样，PBS 22将扩展后的激光束分成分别具有不同偏振的透射激光束(下文称为“参考光束”)和反射激光束(下文称为“信号光束”)。
例如S-偏振的信号光束被反射镜34所反射。然后，被反射的信号光束依次地经过HWP 36和偏振器38提供到反射镜40。由于HWP 36能够将信号光束的偏振旋转θ’角度，并且偏振器38仅适于通过P-偏振信号光束，因此HWP 36和偏振器38能通过改变θ’来调节到达反射镜40的P-偏振信号光束的数量。然后，P-偏振信号光束被反射镜40朝向空间滤波器42而反射，用以消除信号光束中不完全的偏振成分，而只允许其中的纯P-偏振成分透射过去。而后，具有完全或纯偏振的信号光束提供到透镜44，用以将信号光束的光束尺寸扩展到预期尺寸。之后，被扩展的信号光束经数据遮罩46投射到全息介质48上。呈现用于记录的数据模式的数据遮罩46，用作输入装置，例如空间光调制器(SLM)。
同时，参考光束依次地经HWP 24和偏振器26输送到反射镜28。由于HWP 24能将参考光束的偏振旋转θ”角度，并且偏振器26仅适于通过P-偏振参考光束，因此HWP 24和偏振器26可以通过变换θ”来调节到达反射镜28的P-偏振参考光束数量。因而，参考光束的偏振变得与信号光束的偏振相同。而后，反射镜28朝向空间滤波器30反射P-偏振参考光束，且仅允许其纯的P-偏振成分从其中透射过去，其中该空间滤波器30用于消除参考光束中的不完全偏振成分。然后，将具有完全的或纯偏振的参考光束投射在锥形反射镜32上(锥形反射镜32由具有圆形基底的圆锥体所形成，并在圆形基底和锥形体之间具有一预定的底角)，该锥形反射镜32由一个支架(未示出)固定。锥形反射镜32朝向全息介质48反射参考光束。被反射的参考光束在全息介质48上的入射角，由锥形反射镜32的底角所确定。
图2详细地显示了一种用于在全息ROM上记录数据的传统方法。如图2所示，全息介质48是用于记录数据模式的盘形材料。数据遮罩46也具有与全息介质48类似尺寸的圆盘形状，用于提供将要保存在全息介质48中的数据模式。通过使用正常入射的平面波即信号光束来照射数据遮罩46，并使用从相反侧入射的参考光束在图2所示的反射几何形状中记录全息图，从而将衍射模式记录在全息介质48上。选择圆锥光束的形状，以便使得平面波参考光束在光盘的所有位置上都近似地具有恒定的径向角，从而在读出过程中当光盘转动时，能通过固定角的窄平面波从本处读取全息图。另外，可利用具有不同底角的锥形反射镜32，来实现角度多路复用。
然而，当数据遮罩46的中心46a和全息介质48的中心48a没有对准时，即数据遮罩46和全息介质48没有同轴地对准，如图3所示，数据模式将沿同样没有与全息介质48相对准的光道48c被记录下来。这样，在读出过程中，由于记录光道48c与光道48b并不匹配，因此在读出过程中很难重新生成数据模式。因而，应该在记录数据模式之前使得数据遮罩46与全息介质48对准。
发明内容
因此，本发明的一个目的在于，通过在全息介质上记录数据模式之前检测数据遮罩和全息介质是否对准，来提供一种对准全息ROM系统的设备和方法。
根据本发明的一个方面，本发明的全息设备，包括一个光束提供单元，用来提供入射激光束；一个传送单元，用来接收所述入射激光束并产生聚焦的激光束；一个包括全息介质的反射单元，用于通过一个开口来接收所述聚焦的激光束，并且之后将接收到的激光束往回反射到该开口，其中穿过该开口的被反射激光束的数量，取决于所述全息介质与所述开口是否对准，而且，其中穿过该开口的被反射激光束返回到所述传送单元，并且之后被所述传送单元转换成返回激光束；和一个检测单元，用于检测该返回激光束的数量，从而确定所述开口和所述全息介质是否对准。
根据本发明的另一个方面，本发明的全息设备，包括一个光束提供单元，用来提供入射激光束；一个透镜，用来将所述入射激光束聚焦在一个开口处，以产生聚焦的激光束；一个数据遮罩，用来在全息介质上记录包含在所述数据遮罩中的数据，并且在其中心部分具有所述开口，用来通过所述开口来传送所述聚焦的激光束；和一个反射镜，它与所述全息介质相联结，用来反射由所述数据遮罩所传送的聚焦的激光束，其中将穿过所述开口的被反射激光束提供给检测单元，用来检测穿过所述开口的被反射激光束的数量，以确定所述数据遮罩和所述全息介质是否对准。
根据本发明更进一步的方面，本发明的全息方法包括以下步骤(a)提供入射激光束；(b)通过位于数据遮罩的中央部分上的一个开口来传送所述入射激光束，该数据遮罩被用于在全息介质上记录包含在所述数据遮罩中的数据；(c)由与所述全息介质相联结的反射镜，来反射被传送的入射激光束；(d)通过所述开口来传送被反射的激光束；和(e)检测穿过所述开口的被反射激光束的数量，以确定所述数据遮罩和所述全息介质是否对准。
通过以下结合附图对优选实施例的描述，本发明的上述及其它目的和特征将变得更加清楚。
图1显示传统的全息ROM系统；图2详细地描述一种用来记录全息ROM的传统方法；图3示出了全息介质和数据遮罩之间没有对准的排列；图4根据本发明优选实施例示出了一种用于对准全息介质和数据遮罩的设备；图5A和5B分别示出了当全息介质和数据遮罩对准和没有对准时的光束路径。
具体实施例方式
图4是根据本发明的优选实施例所表示的一种设备，用于使用数据遮罩在全息介质上记录数据之前，将全息介质和数据遮罩对准。图4中的设备包括光源100；快门102；HWP(半波片)104；偏振器105；空间滤波器106；PBS(偏振分束器)108；QWP(四分之一波片)110；透镜112；数据遮罩114；全息介质116；半球反射镜118；用于将半球反射镜118夹到全息介质116的中心孔隙117上的夹具120；主轴马达122；检测器124和控制器126。
光源100发射具有恒定波长、如532nm波长的激光束。该激光束只是一种线偏振光，如P-偏振光或S-偏振光，并经由快门102提供到HWP 104，其中当使全息介质116和数据遮罩114相对准时，该快门打开用以经过其中传送激光束。该HWP 104将激光束的偏振旋转θ度(优选45°)。然后，偏振旋转的激光束输送到仅能透射例如S-偏振激光束的偏振器105。将透射的S-偏振激光束提供给空间滤波器106，以便消除包含在该透射的S-偏振激光中的噪声。
然后，将S-偏振激光束提供给PBS 108，该PBS 108能够仅透射例如水平偏振的激光束，即S-偏振光束，和仅反射例如垂直偏振的激光束，即P-偏振光束。由于将S-偏振激光束提供给PBS108，激光束透射穿过其中。然后，透射过的激光束提供给QWP 110。一般地，QWP具有将圆偏振光转换为线偏振光的独特性能，同时也具有将线偏振光转换为圆偏振光的独特性能。更具体地，S-偏振光束(或P-偏振光束)在穿过QWP之后变成圆偏振光束，然后圆偏振光束再一次通过QWP时转变成P-偏振光束(或S-偏振光束)。
因此，QWP 110将输入的S-偏振激光束转换为圆偏振激光束，该圆偏振激光束随后被输送到透镜112。由于数据遮罩114位于透镜112的焦距位置处，透镜112在针孔115处聚焦该圆偏振激光束，该针孔位于数据遮罩114的中心位置，其尺寸例如如是5μm。这样，透镜112就能通过针孔115和孔隙117将圆偏振激光束提供给半球反射镜118，其中该孔隙是全息介质116的一个中心孔部分。半球反射镜118可以在夹具120的凹入部分上形成为一单独体或一分离体。夹具120，例如被插入孔隙117中，用来将全息介质116的中心与半球反射镜118的中心对准，并且连接到夹具120的主轴马达122带动全息介质116旋转。
如果数据遮罩114和全息介质116如图5A所示地完全对准，则针孔115的中心应该对应于虚拟球面的中心，该虚拟球面的表面包含了半球反射镜118的表面。也就是说，数据遮罩114的针孔115的中心应当基本上与半球反射镜118的焦点相重合。这样，半球反射镜118将通过针孔115的中心将圆偏振激光束往回反射到透镜112上，被反射的圆偏振激光束在针孔115的中心处聚焦。因此，穿过针孔115的圆偏振激光束的数量达到了最大值。
然后，透镜112将被反射的圆偏振激光束提供给QWP 110。这之后，QWP 110将被反射的圆偏振激光束转换为P-偏振激光束，然后再将该P-偏振激光束提供给PBS 108。由于P-偏振激光束是由PBS 108的特性所反射，因而检测器124检测P-偏振激光束。当借助于半球反射镜118，全息介质116的中心与针孔115完全对准时，由检测器124所检测的P-偏振激光束的数量也能达到最大值。
另一方面，如果数据遮罩114和全息介质116如图5B中所示并没有完全对准时，则针孔115的中心并没有对应于包含半球反射镜118表面的虚拟球面的中心。这样，被半球反射镜118反射的圆偏振激光束不能够通过针孔115的中心被全部地传送给透镜112。因此，穿过针孔115的被反射的圆偏振激光束的数量小于最大值。这样，由检测器124所检测到的被反射的圆偏振激光束的数量也变得小于最大值，这就意味数据遮罩114和全息介质116并没有完全对准。之后，如果被反射的圆偏振激光束的数量小于接近最大值的预先设定的阈值时，检测器124就向用于控制致动器(未示出)的控制器126发出代表没有对准的信号。然后，致动器调节数据遮罩114的位置或者全息介质116的位置，以对准数据遮罩114和全息介质116。当数据遮罩114和全息介质116对准后，它们被使用在如图1示出的全息ROM系统上，用以在全息介质116上记录数据。
在图4所示的设备中，如果光源100发出S-偏振光，则快门102、HWP 104、偏振器105和空间滤波器106可以省略。然而，优选采用快门102、HWP 104、偏振器105和空间滤波器106，用于获得一更准确和标准的结果。
尽管本发明是由优选实施例来示出和描述，但是本领域技术人员应当懂得，可能的不同变换和改进并不脱离如下面权利要求所限定的本发明中的保护精神和范围。
权利要求
1.一种全息设备，它包括一个光束提供单元，用来提供入射激光束；一个传送单元，用来接收所述入射激光束并产生聚焦的激光束；一个包括全息介质的反射单元，用于通过一个开口来接收所述聚焦的激光束，并且之后将接收到的激光束往回反射到该开口，其中穿过该开口的被反射激光束的数量，取决于所述全息介质与所述开口是否对准；而且，其中穿过该开口的被反射激光束返回到所述传送单元，并且之后被所述传送单元转换成返回激光束；和一个检测单元，用于检测该返回激光束的数量，从而确定所述开口和所述全息介质是否对准。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述反射单元进一步包括一个数据遮罩，所述开口设置在数据遮罩的中心处，和一个反射镜，它与所述全息介质相联结，用来将接收到的激光束反射到所述开口，从而使得所述全息介质与所述数据遮罩对准。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述数据遮罩用于在对准完成后在所述全息介质上记录数据。
4.根据权利要求2所述的设备，其中所述反射镜是半球反射镜，并且所述数据遮罩的开口的中心基本上与该半球反射镜的焦点相重合。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述传送单元包括一个偏振分束器，用来透射所述入射激光束；一个四分之一波片，用来将所述入射激光束转换成第一平行激光束；和一个透镜，用来在所述开口处聚焦所述第一平行激光束，以产生聚焦的激光束，其中由所述反射单元将穿过所述开口的被反射激光束提供给所述透镜，且所述透镜将该被反射的激光束转换成第二平行激光束，和其中所述四分之一波片将所述第二平行激光束转换成返回激光束，该返回激光束由所述偏振分束器朝向所述检测单元而反射。
6.根据权利要求5所述的设备，其中所述开口位于所述透镜的焦距位置处。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述光束提供单元包括一个光源，用来产生源激光束，和一个滤波单元，用来从所述源激光束中产生线偏振的入射激光束。
8.一种全息设备，包括一个光束提供单元，用来提供入射激光束；一个透镜，用来将所述入射激光束聚焦在一个开口处，以产生聚焦的激光束；一个数据遮罩，用来在全息介质上记录包含在所述数据遮罩中的数据，并且在其中心部分具有所述开口，用来通过所述开口来传送所述聚焦的激光束；和一个反射镜，它与所述全息介质相联结，用来反射由所述数据遮罩所传送的聚焦的激光束，其中将穿过所述开口的被反射激光束提供给检测单元，用来检测穿过所述开口的被反射激光束的数量，以确定所述数据遮罩和所述全息介质是否对准。
9.一种全息方法，它包括以下步骤(a)提供入射激光束；(b)通过位于数据遮罩的中央部分上的一个开口来传送所述入射激光束，该数据遮罩被用于在全息介质上记录包含在所述数据遮罩中的数据；(c)由与所述全息介质相联结的反射镜，来反射被传送的入射激光束；(d)通过所述开口来传送被反射的激光束；和(e)检测穿过所述开口的被反射激光束的数量，以确定所述数据遮罩和所述全息介质是否对准。
全文摘要
本发明公开了一种全息设备和方法。在全息介质上记录包含在数据遮罩中的数据之前，通过一个对准器使数据遮罩和全息介质对准，该对准器包括一个用来提供入射激光束的光束提供单元；一个传送单元，用来接收入射激光束并产生聚焦的激光束；一个包括全息介质的反射单元，用于通过一个针孔来接收聚焦的激光束，然后将接收到的激光束往回反射到该针孔，其中穿过该针孔的被反射的激光束返回到传送单元，然后被该传送单元转换成返回激光束；和一个检测单元，用于检验返回激光束的数量，以确定针孔和全息介质是否对准。
文档编号G11B7/0065GK1577181SQ200410002738
公开日2005年2月9日 申请日期2004年1月19日 优先权日2003年6月30日
发明者金近律 申请人:株式会社大宇电子