用于讀取全息存儲介質上的數據的系統的制作方法

專利名稱：用于讀取全息存儲介質上的數據的系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于讀取全息存儲介質上的數據的系統。
背景技術：
下 一代光學存儲的候選之一是全息存儲介質。與用來在層上存儲數
據的已知光盤標準(即CD、 DVD和藍光光盤......)相反，全息存儲基
于立體存儲。這允許實現更高的存儲容量，在12cm的盤上的典型的值 為 1T字節。
然而，在對全息存儲介質進行讀出期間，全息存儲的光學路徑效率 較低。事實上，從發射的激光光子到所檢測到的電子的典型光學路徑效 率通常處于10—4到10—5的數量級，這主要是因為全息材料的衍射效率較 低所造成的。這導致系統的功率效率非常低下，妨礙了將全息存儲技術 引入到便攜式設備中。
圖1闡釋了用于讀取全息存儲介質HSM的系統。可以記起，衍射 效率對應于光子在所要讀出的全息圖上被衍射的部分。由于存儲在全息 存儲介質中的全息圖和全息存儲介質HSM的基質材料之間的折射率之 差較小，所以這個數量通常很低。在這樣的系統中，所述衍射效率不佳, 是因為大部分來自入射探針S—in(即讀出激光束)的光^皮透射(沿著波 向量k),而僅有被衍射的信號S一diff攜帶出來的衍射部分(沿著波向 量Kd)才含有關于存儲在全息存儲介質中的數據的信息。例如，衍射的 信號S—diff可能包括0.001%的光子，而傳輸的信號S_trans可以包括 99.999%的光子。
此外，這樣低的衍射效率需要大量采用糾錯算法和噪聲抑制技術， 以維持可用的信噪比。

發明內容
本發明的目的是提出一種改進的用于從全息存儲介質上讀取數據 的系統。
為此，提出一種用于讀取全息存儲介質的系統，所述系統包括限定
閉合光學路徑的光學環形腔。
根據本發明，使用于讀取全息存儲介質的參考束的光在所述環形腔 中反復循環，從而允許增加光學路徑效率。
下面將給出本發明的詳細解釋和其它方面。


現在將參照下文描述的實施例解釋本發明的特定方面，并且結合附 圖來考慮本發明的特定方面，其中以同樣的方式指定相同的部分或子步 驟
圖1闡釋了對全息存儲介質的讀取，
圖2表示用于讀取全息存儲介質的線形腔， 圖3表示根據本發明的用于讀取全息存儲介質的第一實施例， 圖4表示根據本發明的用于讀取全息存儲介質的第二實施例， 圖5表示根據本發明的用于讀取全息存儲介質的第三實施例。
具體實施例方式
圖2表示用于讀取全息存儲介質的線形腔。該線形腔由第一反射鏡 Ml和第二反射鏡M3封口 。該線形腔還包括增益介質GM和耦合鏡M2。 讀出束在每個巡回行程中穿過全息存儲介質HSM兩次。在該線形腔中， 在返回路徑上，光以相反的方向穿過全息存儲介質HSM。所述光的所謂 的波向量k現在變成了 -k，因此也在相反的方向上發生離開檢測器的衍 射。于是產生了包含有關存儲在全息圖中的數據的信息的第一衍射束 S—diffl和第二衍射束S—diff2。
可能會發生兩種截然不同的限制情形
-耦合鏡M2具有很低的反射率并且基本上不存在。在此情形下， 全息存儲介質HSM是激光腔(內腔結構)的一部分，并且所迷系統激 光的產生強烈地依賴于全息圖特性。
-耦合鏡M2具有足夠高的反射率，使得即使全息存儲介質HSM和 反射鏡M3不存在也會產生激光。在此擴展的腔結構中，有望得到更佳 的穩定性，但是總效率較差。
為了在第二次通過中以與第一次通過中的方向相同的方向保持光 的k-向量，人們不能使用簡單的線形腔。
只有當采用含有單向元件的環形腔時，未^L全息存儲介質折射的光 的波向量才將保持原樣。之后每次穿過全息存儲介質都將有助于數據讀 出。
圖3表示根據本發明的用于讀取全息存儲介質HSM的第 一光學腔。 所述光學腔由連接起來的許多元件組成，從而限定一條閉合的光學 路徑。由于該光學路徑的形狀的原因，所述光學腔也可以稱為環形腔， 沿著所述光學路徑，相同的光子不進行向前和向后的傳播(即非重疊的 路徑部分)。
所述腔包括增益介質GM，該增益介質GM用于沿著所述光學路徑 產生激光束，為了讀取存儲在全息存儲介質中的全息數據，所述激光束 穿過沿著閉合的光學路徑放置的全息存儲介質HSM。該增益介質GM確 定所產生的激光束的波長和其它特征。所述增益介質GM受一個負責提 供能量的泵源(未在圖中示出)激勵，以產生粒子數反轉，并且在所述 增益介質中發生光子的自發發射和受激發射，導致光學放大的現象，也 稱為光學增益。例如，所述增益介質可以是液體、氣體、固體或半導體 型的。
所述光學腔包括一組沿著光學路徑定位的反射鏡(Ml、 M2、 M3、 M4)以便閉合該光學路徑。有益的是，這些反射鏡中的至少一個(例如 M4)可以旋轉地和/或平移地移動，以便通過更簡單的激光發射調整對 所述光學路徑進行控制。
如旋轉的箭頭所示，例如以改變全息存儲介質HSM相對于光學路 徑的角度來執行對所述全息存儲介質HSM的讀出。
可選的并且有益的是，所述光學腔可以包括光隔離器01。所述光隔 離器是單向器件，即通常基于法拉第(Faraday)效應( 一種^茲光效應) 的基本光學元件。通常，光隔離器是偏振敏感的，并且含有圍繞具有高 維爾德(Verdet)常數的透明材料的磁體和線性偏振器。光隔離器的目 的是用于防止光子朝"不希望的方向"行進。實際上，由于光子具有明確 定義的所謂波向量k,所以以相反方向行進的光子具有相反的波向量 (即-k)。這樣的朝不希望的方向進行的光子因此會導致相位共軛地 讀出全息圖，導致重構未到達檢測器的波前，因而導致不期望的光損失。 在當前情況下，只產生一束衍射束S一diff。
圖4表示根據本發明的用于讀取全息存儲介質HSM的第二光學腔。
所述光學腔由連接起來的各種元件組成，從而限定了閉合的光學路 徑。由于閉合光學路徑的形狀的原因，所述光學腔也可以稱為環形腔， 沿著所述光學路徑，相同的光子不進行向前和向后的傳纟番(即非重疊的 ^各徑部分)。
二的單一腔(°如圖3中所示)。因為，希望使全息存儲介質沿著光學路 徑放置并旋轉以便讀取全息數據，而這可能會影響激光發射現象的穩定性。
因此所述閉合的光學路徑包括也稱為"激光增益腔"的第一回路和 也稱為"讀出腔，，的第二回路，第一回路和第二回路與耦合鏡M1耦合。
耦合鏡M1的目的是將第一回路與第二回路解除耦合。耦合鏡可以 具有介于百分之幾到(但小于)100%之間的透射率。耦合鏡的反射率 越高，增益腔越穩定，因為其與外部世界、特別是用于讀出全息存儲介 質的第二回路更為隔離。高反射率耦合鏡的缺點為根據所述腔那個部
分中的光學損失，第二回路中的光強度可能被降低。
當連續地將新光子送進第二回路以便取代由于衍射或其他光學損 失而損失的光子時，這導致更穩定的激光發射現象。
所述第一回路包括
-增益介質GM:此元件確定所產生的激光束的波長和其它特征。 所述增益介質受負責提供能量的泵源(未在圖中示出)激勵，以產生粒 子數反轉，并且在所述增益介質中發生光子的自發發射和受激發射，導 致光學增益現象，即放大。例如，所述增益介質可以是液體、氣體、固 體或半導體型的。
- 一組反射鏡(M2、 M3、 M4)，用于與耦合鏡M1 —起使所述第 一回路的光學路徑閉合。
可選地，笫一回路包括沿著所述第一回路光學路徑插入的光隔離器 OI。所述光隔離器是單向器件，即通常基于法拉第(Faraday)效應(一 種磁光效應)的基本光學元件。通常，光隔離器是偏振敏感的，并且含 有圍繞具有高維爾德(Verdet)常數的透明材料的磁體和線性偏振器。 光隔離器的目的是防止光子朝"不希望的方向，，行進由于光子具有明確 定義的波向量k,因此以相反方向行進的光子具有相反的波向量(即
-k)。這樣的朝不希望的方向行進的光子因此導致相位共軛地讀出全息 圖，導致重構的波前無法到達檢測器，因而導致不期望的光損失。
所述第二回路包括
-用于沿著光學路徑改變波向量符號的裝置A(其可以稱為束移位 補償器)該裝置包括偏振束分離器PBS、四分之一波片WP1、反射鏡 M7和半波片WP2。所述光首先穿過所述偏振束分離器。這樣的束分離 器反射具有一種線性偏振的光，同時透射具有另一種線性偏振的光。所 述四分之一波片WP2具有這樣的特性其將所述腔中的光的線性偏振 改變為圓偏振光，以及使其變回來。隨后，所述光被反射鏡M7反射， 并且所述光一旦被反射便改變偏手性。所述偏振又通過第二次穿過所述 四分之一波片WP1而再次改變為線性的，^f旦是現在的所述偏4展的方向 垂直于所述腔內的原始偏振，并且由此被所述偏振束分離器PBS透射而 達到所述半波片WP2。所述半波片用于再次旋轉所述束的線性偏振。在 所述束穿過所述半波片之后，所述束最后已經返回到原始的線性偏振。 裝置A的目的是保持所述腔的光學路徑長度，即該裝置入射和出射束之 間的橫向位移，而不考慮全息介質和補償板的旋轉。注意，這也可以例 如通過包括兩個所謂五棱鏡型的反射鏡(即具有風箏的形狀)的適當裝 置(未示出)來實現。
-用于補償由所述全息存儲介質移位導致的光學路徑長度變化的光
這個實施例包括致'動裝置(未示出)口，用于^轉所述光'學元件、^E以便 跟隨所述全息存儲介質的角位移。有益的是，所述光學元件可以是所述 全息圖的一部分，如圖5中所示。有益的是，這個光學元件OE與為了 讀出而準備插入所述笫二回路光學路徑中的全息圖具有相同的厚度和 相同的折射率。
-用于與耦合鏡M1和裝置A—起閉合所述第二回路的光學路徑的 一組反射鏡(M5， M6)。有益的是，這些反射鏡中一個(例如M5)可 以平移地和/或旋轉地移動，以便調節路徑長度以保持所述腔處于諧振狀態。
盡管已經用圖和前面的描述圖示并描述了本發明，這樣的圖示和描 述應考慮為說明性的或示例性的而不是限制性的；本發明不限于公開的
實施例。
本領域技術人員在根據附圖、本公開和所附權利要求的研究實施被 保護的本發明中能夠理解并實現所公開的實施例的其他變形。在權利要 求中，措辭"包括"不排除其他的元件或步驟，不定冠詞"一"或"一個"不 排除多個。權利要求中的任何附圖標記不應理解為限制范圍。
權利要求
1.一種用于讀取全息存儲介質(HSM)的系統，所述系統包括限定了閉合光學路徑的光學環形腔。
2. 如權利要求1所述的系統，其中所述光學環形腔進一步包括用 于沿著所述閉合光學路徑產生用來穿過全息存儲介質(HSM)的激光束 的增益介質(GM)。
3. 如權利要求1所述的系統，其中所述光學環形腔進一步包括沿 著所述閉合光學路徑定位的光隔離器(01)。
4. 如權利要求1所述的系統，其中所述閉合光學路徑包括用耦合 鏡(M1 )耦合的第一回路和第二回路，所述第一回路包括所述增益介質(GM),所述第二回路包括用于沿著所述閉合光學路徑改變波向量符 號的裝置(A);以及用于補償由所述全息存儲介質(HSM)移位導致 的閉合光學路徑長度變化的光學元件(OE)。
5. 如權利要求4所述的系統，進一步包括用于旋轉所述光學元件 (OE)以便跟隨所述全息存儲介質(HSM)的角位移的致動裝置。
6. 如權利要求4所述的系統，其中所述光學元件具有的厚度和折 射率與所述全息存儲介質(HSM)的相同。
7. 如權利要求4所述的系統，其中所述光學元件(OE)是所述全 息存儲介質的一部分。
8. 如權利要求4、 5、 6或7所述的系統，其中所述光學環形腔進 一步包括沿著所述閉合光學路徑定位的光隔離器(OI)。
全文摘要
本發明涉及一種用于從全息存儲介質(HSM)讀取數據的系統，考慮到通過延長光學路徑來增加光學路徑效率，所述系統包括光學環形腔，該光學環形腔限定閉合的光學路徑，以便循環用于讀出所述全息存儲介質的參考束的光。
文檔編號G11B7/0065GK101351843SQ200680049686
公開日2009年1月21日 申請日期2006年12月25日 優先權日2005年12月27日
發明者F·J·P·舒爾曼斯, F·蘇伊弗, M·B·馬克 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司