專利名稱：全息光盤存儲器的同軸讀寫鏡頭的制作方法
技術領域：
本發明涉及全息光盤存儲器的同軸讀寫鏡頭，屬于光存儲技術領域。
背景技術：
全息光盤存儲器作為一種新型的高密度光存儲系統，由于其存儲容量大、高冗余度、快的數據傳輸速率和存取時間短的各項優點，正在進一步走向實用化。
最近幾年，除了光折變晶體材料之外，有機的光致聚合物作為體全息存儲材料的得到了迅速發展，其理化性能比起以前有了很大的提高，由于這種材料非常適合做成大面積盤式材料，大批量生產的成本也比較低廉，使它越來越有可能發展成為類似于傳統的CD-ROM、DVD-ROM的商用全息光盤。隨著各國科技工作者對體全息存儲技術和機理的不斷研究，采用物光和參考光共軸的同軸體全息存儲系統成為一個重要的研究方向，它可以做成類似傳統光盤的讀寫鏡頭，縮小體全息存儲器的體積，利于走向商用化。
為了使全息光盤技術進一步走向實用化，有必要使讀寫系統更為簡化，使之與現行光盤驅動器有所兼容。常見的全息光盤存儲系統中物光和參考光離軸的系統由于在光路結構上需要將一束光束分成兩束光，各自走不同的路徑，需要獨立的鏡頭系統，所以結構上比較復雜，很難再把體積縮小。所以有必要使物光束與參考光(讀出光)的信號光束共用同一光路，發展簡單緊湊的同軸光學系統是一個重要的發展方向。目前即使是采用物光和參考光同軸的系統，也是使物光和參考光共用一對傅立葉變換鏡頭。然而，根據體全息存儲理論，當物光與參考光采用同一對傅立葉變換鏡頭的同軸系統時，物光束和參考光束的夾角很小，所以全息復用的角度選擇性很差，不利于提高全息光盤的存儲密度。尤其是有機光致聚合物材料制成的全息光盤，很難做成很厚的介質，這樣其角度選擇性就更不好。因此有必要設計出一種既可以實現物光和參考光同軸的同軸激光讀寫鏡頭，也有必要解決二者光束夾角過小的問題，以此提高利于全息光盤存儲密度并走向實用化。
發明內容
本發明的目的是為了解決上述提出的全息光盤存儲器物光和參考光離軸光學系統體積過大的問題以及物光和參考光共用一對傅立葉變換鏡頭的夾角過小而影響角度選擇性的問題，提出一種利用環形球面反射鏡的同軸全息光盤激光讀寫鏡頭，不僅可以有效的減小全息光盤存儲器光學系統的尺寸，而且可以增加物光和參考光的夾角，有效的提高全息存儲的角度選擇性，提高存儲密度。
本發明采用對參考光進行位相編碼的技術，可以進一步提高選擇性，抑制存儲復用中出現的串擾噪聲。
本發明所設計的全息光盤存儲器的同軸讀寫鏡頭，具體結構參見圖1。本發明的激光讀寫鏡頭11由空間光調制器2、前組傅立葉變換鏡頭3、隨機位相板4、第一環形球面反射鏡5、第二環形球面反射鏡6、雜光光闌7、后組傅立葉變換鏡頭8、面陣光電耦合器件9組成，所有器件的光軸在同一軸線上。其中空間光調制器2位于前組傅立葉變換鏡頭3的前焦面上，前組傅立葉變換鏡頭3的后焦點與后組傅立葉變換鏡頭8的前焦點重合，將全息光盤10放置于前組傅立葉變換鏡頭3的后焦面附近，面陣光電耦合器件9位于后組傅立葉變換鏡頭8的后焦面上。第一環形球面反射鏡5和第二環形球面反射鏡6形成鏡頭組的前焦面放置隨機位相板4，后焦面與前組傅立葉變換鏡頭3的后焦面重合。
在記錄全息圖時，一束經過擴束準直的準直激光束1的中心作為物光束，照射在空間光調制器2上，將所需要存儲的圖像信息加載，然后經過前組傅立葉變換鏡頭3后，使物光束20在前組傅立葉變換鏡頭3的后焦面形成譜面。準直激光束1的中心外環形部分作為參考光，經過隨機位相板4后，形成隨機位相編碼的參考光19，該光束照射在第一環形球面反射鏡5的表面，然后由第一環形球面反射鏡5反射到第二環形球面反射鏡6表面，會聚到前組傅立葉變換鏡頭3的焦點位置。這束參考光與前組傅立葉變換鏡頭3后焦面的物光束零級譜形成干涉全息圖，將全息光盤10放置于前組傅立葉變換鏡頭3的后焦面附近，即可將此干涉全息圖記錄下來，實現同軸全息存儲。
該同軸全息存儲在數據寫入和讀出時，參考光快門13和物光束快門17分別對應參考光束和物光束的有效通光孔徑，來控制物光束和參考光束的開啟與關閉。寫入時，參考光快門13和物光束快門17都呈開啟狀態，讀出時，物光束快門17關閉，參考光快門13開啟。用參考光照射全息光盤10上記錄的干涉全息圖，經過后組傅立葉變換鏡頭8以后，并且使全息光盤位于后組傅立葉變換鏡頭8的前焦面，在后組傅立葉變換鏡頭8的后焦面位置上放置面陣光電耦合器件9，在面陣光電耦合器件9的表面就可以將記錄的圖像數據信息再現，實現數據的讀出。其中的雜光光闌7是由一個環形的吸收光材料組成的環形光闌，用來阻擋經過全息光盤10后的參考光，即能去除該光形成的雜光干擾，同時也滿足再現光信息通過。
其中，對于照射到該同軸全息光盤存儲器的激光讀寫鏡頭11的準直激光束1來說，物光束和參考光束所分配的光束能量或者光斑面積各占該準直激光束1的一半。由第一環形球面反射鏡5和第二環形球面反射鏡6組成的鏡頭組的像方數值孔徑與前組傅立葉變換鏡頭3的像方數值孔徑差值介于0.4～0.7之間，使經過第一環形球面反射鏡5反射的會聚光束與物光束20的夾角介于30°～60°，可以有效的增加物光和參考光的夾角，提高全息復用存儲的角度選擇性。參考光經過隨機位相板編碼后，可以進一步提高選擇性，抑制存儲復用中出現的串擾噪聲。隨機位相板4位于由第一環形球面反射鏡5和第二環形球面反射鏡6形成的鏡頭組的前焦面位置，而第一環形反射鏡5和第二環形球面反射鏡6形成的鏡頭組的后焦面恰好和前組傅立葉變換鏡頭3的后焦面位置重合。
全息光盤10位于前組傅立葉變換鏡頭3的后焦面上前離焦1～5mm范圍內，全息光盤的材料可以是光折變晶體或者光致聚合物。
參考光束19在經過第一環形球面反射鏡5和第二環形球面反射鏡6時，兩個反射鏡的可以將環形的參考光束全部反射而無光線阻擋現象，見圖1。
本發明采用同一光束就可以實現全息光盤存儲器中的全息圖記錄與讀出，有效的利用了同一光束激光的能量，簡化了傳統的離軸全息存儲光路，可以縮小全息光盤存儲器的體積，便于開發出體積更小功能更強的單光束讀寫系統，有助于使全息光盤存儲器走向實用化和商業化。
圖1，同軸全息光盤存儲器的激光讀寫鏡頭示意圖；1.準直激光束 2.空間光調制器 3.前組傅立葉變換鏡頭(FTL1) 4.環形隨機位相板 5.第一環形球面反射鏡 6.第二環形球面反射鏡 7.雜光光闌 8.后組傅立葉變換鏡頭(FTL2) 9.面陣光電耦合器件 10.全息光盤 11.同軸全息光盤存儲器的激光讀寫鏡頭 19.參考光束 20.物光束圖2，同軸全息光盤存儲器的光學系統示意圖；12.激光器 13.參考光快門 14.擴束濾波準直系統 15.高斯光束均勻化器 16.第一平面反射鏡 17.物光束快門 18.第二平面反射鏡。
具體實施例方式
下面結合附圖具有說明本發明的優選實施例。
實施例見圖2，從激光器12中出來的垂直線偏振高斯光束經過參考光快門13，然后由擴束濾波準直系統14實現擴束、濾波準直后，經過高斯光束均勻化器15，將光束變成照度均勻的光斑，然后經過第一平面反射鏡16，光束偏轉90°然后到達第二平面反射鏡18，其中光束的中心部分經過快門17，然后經過平面反射鏡18反射后形成準直激光束1，準直激光束1的光斑直徑為55mm。在記錄全息圖時，準直激光束1的中心作為物光束，光斑直徑為27mm，照射在空間光調制器2上，空間光調制器2位于前組傅立葉變換鏡頭3的前焦面上(前工作焦距為88.433mm)，將所需要存儲的圖像信息加載，然后經過前組傅立葉變換鏡頭3后，使物光束20在前組傅立葉變換鏡頭3的后焦面(后工作焦距41.698mm)形成譜面。準直激光束1的環形部分作為參考光，環形光斑直徑為36mm(內環)和55mm(外環)經過隨機位相板4后，形成隨機位相編碼的參考光19，該光束照射在第一環形球面反射鏡5的表面，該反射鏡的曲率為-72mm，可以將全部參考光反射到第二環形球面反射鏡6表面，通過第二環形球面反射鏡6的-258mm的曲率表面，將參考光會聚到前組傅立葉變換鏡頭3的焦點位置。這束會聚的參考光與前組傅立葉變換鏡頭3后焦面的物光束零級譜形成干涉全息圖，將全息光盤10放置于前組傅立葉變換鏡頭3的后焦面附近，即可將此干涉全息圖記錄下來，實現同軸全息存儲。
該同軸全息存儲在數據寫入和讀出時，參考光快門13和物光束快門17分別對應參考光束和物光束的有效通光孔徑，來控制物光束和參考光束的開啟與關閉。寫入時，參考光快門13和物光束快門17都呈開啟狀態，讀出時，物光束快門17關閉，參考光快門13開啟。用參考光照射全息光盤10上記錄的干涉全息圖，經過后組傅立葉變換鏡頭8以后，并且使全息光盤位于后組傅立葉變換鏡頭8的前焦面(前工作焦距27.310mm)，在后組傅立葉變換鏡頭8的后焦面位置上(后工作焦距39.996mm)放置面陣光電耦合器件9，在面陣光電耦合器件9的表面就可以將記錄的圖像數據信息再現，實現數據的讀出。附表為實施例中該同軸鏡頭11的設計參數表1前組傅立葉變換鏡頭3基本設計參數(mm)
表2前組傅立葉變換鏡頭8基本設計參數(mm)
表3環形反射鏡的設計參數(mm)
權利要求
1.全息光盤存儲器的同軸讀寫鏡頭，包括空間光調制器(2)、前組傅立葉變換鏡頭(3)、后組傅立葉變換鏡頭(8)、面陣光電耦合器件(9)，其特征在于還包括隨機位相板(4)、第一環形球面反射鏡(5)、第二環形球面反射鏡(6)；其中，所有器件的光軸在同一軸線上，空間光調制器(2)位于前組傅立葉變換鏡頭(3)的前焦面上，前組傅立葉變換鏡頭(3)的后焦點與后組傅立葉變換鏡頭(8)的前焦點重合，前組傅立葉變換鏡頭(3)的后焦面位于全息光盤(10)附近，面陣光電耦合器件(9)位于后組傅立葉變換鏡頭(8)的后焦面上，第一環形球面反射鏡(5)和第二環形球面反射鏡(6)形成鏡頭組的前焦面放置隨機位相板(4)，后焦面與前組傅立葉變換鏡頭(3)的后焦面重合。
2.根據權利要求1所述的全息光盤存儲器的同軸讀寫鏡頭，其特征在于還包括用來阻擋經過全息光盤(10)后的參考光的雜光光闌(7)，位于全息光盤與后組傅立葉變換鏡頭(8)之間。
3.根據權利要求1或2所述的全息光盤存儲器的同軸讀寫鏡頭，其特征在于前組傅立葉變換鏡頭(3)的后焦面位于全息光盤(10)前1～5mm范圍內。
4.根據權利要求1至3任一項所述的全息光盤存儲器的同軸讀寫鏡頭，其特征在于由第一環形球面反射鏡(5)和第二環形球面反射鏡(6)組成的鏡頭組的像方數值孔徑與前組傅立葉變換鏡頭(3)的像方數值孔徑差值介于0.4～0.7之間。
全文摘要
本發明涉及一種全息光盤存儲器的同軸讀寫鏡頭，屬于光存儲技術領域。激光讀寫鏡頭的所有器件的光軸在同一軸線上。其中空間光調制器(2)位于前組傅立葉變換鏡頭(3)的前焦面上，前組傅立葉變換鏡頭的后焦點與后組傅立葉變換透鏡頭(8)的前焦點重合，將全息光盤(10)放置于前組傅立葉變換鏡頭的后焦面附近，面陣光電耦合器件(9)位于后組傅立葉變換透鏡頭的后焦面上。第一環形球面反射鏡(5)和第二環形球面反射鏡(6)形成鏡頭組的前焦面放置隨機位相板(4)，后焦面與前組傅立葉變換鏡頭的后焦面重合。本發明可以縮小全息光盤存儲器的體積，便于開發出體積更小功能更強的單光束讀寫系統，有助于使全息光盤存儲器走向實用化和商業化。
文檔編號G11B7/00GK1851811SQ200610012079
公開日2006年10月25日 申請日期2006年6月1日 優先權日2006年6月1日
發明者陶世荃, 王也, 萬玉紅, 王大勇, 江竹青 申請人:北京工業大學