專利名稱：具有集成相位掩模的全息存儲介質的制作方法
技術領域：
本發明涉及全息存儲介質，更具體而言，涉及一種適于相關復用
(correlation multiplexing )或散斑復用(speckle multiplexing )的具有集成相 位掩模的全息存儲介質。
背景技術：
增大光存儲介質容量的一種思想是使用全息數據存儲。在該情況下，全 息存儲介質的表面或整個體積用于存儲信息，而不是如常規光存儲介質那樣 僅用若干層。此外，數據可存儲為數據頁(data page)。通常，數據頁包含 明暗圖案(light-dark-pattern)的矩陣，其編碼多個位(bit )。除了增大的存 儲密度之外，這允許實現增大的數據速率。全息數據存儲的又一優點在于能 在同一體積中存儲多個數據，例如通過改變兩個束(beam)之間的角度或者 通過使用偏移復用(shift multiplexing )等。
在全息數據存儲中，數字數據通過記錄兩個相干激光束的重疊產生的干 涉圖案而被存儲，其中一個束，所謂的"對象束(objectbeam)",被空間光 調制器調制且攜載將以凄t據頁形式記錄的信息。第二束用作參考束。干涉圖 案導致存儲材料的特定屬性的改變，這取決于干涉圖案的局部強度。所記錄 的全息圖的讀取通過使用與記錄期間相同的條件用參考束照射全息圖來進 行。這導致所記錄的對象束的再現。
全息數據存儲系統的性能可通過在光學裝置中實施相位掩模而得到改 善。這樣的相位掩模將隨機相移或偽隨機相移引入到參考束和/或對象束，這 導致系統的更佳偏移選擇性。另外，全息存儲介質內高的束強度被避免，因 為聚焦束的聚焦直徑擴大。該技術被稱為相關復用或散斑復用。該方法的一 個缺點在于具有完全相同圖案的相位掩模必須實施在全部兼容的全息數據 存儲系統中以使得由另 一 系統寫的全息存儲介質能被讀出。原因在于全息圖 的基本方面用于讀出的參考束(也稱為探測束)必須具有與寫期間使用的 參考束相同的屬性。這包括參考束的相位分布(phase distribution )。
為了避免上述缺點，M. Bunsen等人在"Hologram multiplexing method with photorefractive beam-fanning speckle", Advanced Optical and Quantum Memories and Computing, Proc. of the SPIE， Vol. 5362 (2004)， pp. 128-135中提 出了4吏用光折射光束散射效應(photorefractive beam-fanning effect)產生的 散斑的參考束的全息圖復用法。在該方法中，光折射塊晶起到產生各種散斑 場(speckle field )以及存儲全息圖的作用。用于全息記錄的參考束的散斑場 通過存儲晶體本身中的光折射光束散射效應產生。需要晶體軸相對于參考束 和對象束的特定取向來確保用于參考束的散斑場的產生，同時避免對象束的 過大光束散射效應。
發明內容
本發明的一個目的是提出一種具有集成相位掩模的全息存儲介質，其具 有減小的對對象束的影響。
根據本發明，該目的通過具有在全息存儲層頂部上具有相位掩模層的全 息存儲介質來實現，該相位掩模層具有一個或更多相位圖案區以及一個或更 多中性區，該一個或更多相位圖案區用于耦入(couple-in)參考束且在參考 束上印上(imprinting)相位圖案，該一個或更多中性區用于耦入對象束和/ 或耦出(couple-out)再現的對象束。通過僅在全息存儲介質的特定位置集成 相位掩模，相關/散斑復用的優點保持未受影響。完全相同的相位掩模在光學 路徑中，即使全息存儲介質被送到另一全息存儲系統。不再必須在全息存儲 系統中實施具有限定屬性的特定相位掩模。此外，不同全息存儲介質中的相 位掩模無需完全相同，僅基本參數需相同。換言之，并非確切圖案，而是相 位方差(phase variance )的量和變化(variation)的空間尺寸需相同。同時， 相位掩模僅影響參考束。對象束，以及再現的對象束，保持不受影響。這大 大改善了再現的對象束的圖像質量，其簡化了數據取回。
有利地，相位掩模層的相位圖案區域通過介質的粗糙表面來實現。這構 成了非常有效的方案，因為粗糙表面可以容易地產生。優選地，粗糙表面被 保護層覆蓋。這防止了表面結構的任何變化，否則所述變化會在后面的讀出 期間引起問題。相位掩模層和保護層的材料需要具有不同衍射指標 (diffraction indices )以實現期望的束書f射，即其波前的期望變形。
優選地，相位圖案區域布置在全息存儲層的記錄全息圖的區域之上。若參考束的光學軸垂直于全息存儲介質的表面，則該布置尤其合適。在該情況 下，對象束或者再現的對象束的光學軸相對于該表面傾斜。可選擇地，相位 圖案區域布置在全息存儲層的記錄全息圖的區域旁邊。若參考束的光學軸相 對于全息存儲介質的表面傾斜，該布置尤其合適。在該情況下，對象束或者 再現的對象束的光學軸優選垂直于該表面。根據本發明的一個方面，該全息存儲介質是盤形存儲介質。盤形全息存 儲介質提供以下優點，它們可用于還能重放或記錄當前的光學存儲介質例如緊湊盤(compact disk, CD)，數字多功能盤(digital versatile disk, DVD),藍光光盤等的全息存儲器件中。在該情況下，相位圖案區域是同心環或螺旋 (spiral )。它們可類似地包括以同心環或螺旋布置的多個單獨的相位圖案區 域。該單獨區域例如是圓形或矩形區域。當然，在本發明的范圍內類似的是 將中性區域布置為同心環或螺旋，或者布置成同心環或螺旋的多個單獨的中 性區域。根據本發明的另一方面，該全息存儲介質是卡片(card)形存儲介質。 在該情況下，該相位圖案區域是線(line)或者布置成線的多個單獨的相位 圖案區域。如上面一樣，類似地可以將中性區域布置為線，或者布置為線的 多個單獨的中性區域。優選地，在用于讀取和/或記錄根據本發明的全息存儲介質的裝置中，光 源產生的參考束相對于對象束或者再現的對象束傾斜地布置，使得參考束落 在相位掩^^莫層的相位圖案區域上，且對象束或再現的對象束落在相位掩模層 的中性區域上。光學軸的相對傾斜使得能夠通過相位掩模層的不同區域傳輸 參考束和對象束或者再現的對象束。
為了更好的理解，現在將參考附圖在下面的描述中更詳細地說明本發 明。應理解，本發明不限于該示范性實施例，具體特征還能適當地組合和/ 或修改而不偏離本發明的范圍。附圖中圖1示意性示出全息存儲系統；圖2示出現有技術全息存儲介質的橫截面；圖3示出根據本發明的全息存儲介質的第一實施例的頂視圖；圖4示出圖3的全息存儲介質的橫截面； 圖5示出根據本發明的全息存儲介質的第二實施例的頂視圖； 圖6示出圖5的全息存儲介質的橫截面； 圖7示出根據本發明的矩形全息存儲介質的頂視圖。
具體實施方式
在全息數據存儲中，數字數據通過記錄兩個相干激光束的重疊產生的干 涉圖案而被存儲。全息存儲系統l的示范性裝置適于圖1中。相干光的源例 如激光二極管2發射光束3，其被準直透鏡4準直。光束3然后分成兩個分 開的光束7、 8。在該示例中，光束3的分開使用第一分束器5實現。然而， 同樣可以使用其他光學部件用于該目的。空間光調制器(SLM) 6調制所述 兩個束之一即對象束7以印上二維數據圖案。對象束7和另一束即參考束8 兩者都通過物鏡9聚焦到全息存儲介質10例如全息盤或卡片中。在對象束7 和參考束8的交叉處出現干涉圖案，其被記錄在全息存儲介質10的光敏層 中。 所存儲的數據通過僅用參考束8照射被記錄的全息圖而從全息存儲介質 IO取回。參考束8被全息圖結構衍射且產生原始對象束7的拷貝，即再現的 對象束11。再現的對象束11被物鏡9準直且通過第二分束器12被引導到二 維陣列檢測器13例如CCD陣列上。陣列檢測器13允許再現所記錄的數據。 圖2示出現有技術全息存儲介質10的橫截面。還示出的是對象束7和 參考束8的傳播。全息存儲介質具有覆蓋層20、相位掩才莫層21、全息存儲 材料層22、反射層23和基板24。相位掩模層21的相位圖案通過到全息存 儲材料層22的不規則邊界示出。對象束7和參考束8兩者都穿過相位掩模 層21。結果，它們的聚焦尺寸增大。 下面，參照反射型盤形全息存儲介質10說明本發明。當然，本發明可 類似地應用于透射型盤形全息存儲介質10和卡片形全息存儲介質。 在圖3中，根據本發明的盤形全息存儲介質IO的第一實施例的頂視圖 被示出。全息圖27由虛線圓表示。它們可利用一種或更多合適的復用法(例 如偏移復用或相關復用)以交疊方式沿寫方向寫入，以在全息存儲介質10 上獲得更高的數據密度。全息存儲介質10包括相位掩模層21。該相位掩模 層21的主區域25,其對應于全息記錄區域，設置有相位圖案以用于印上相 位變化到參考束8上。然而，位于全息圖27的記錄區域旁邊的是中性區域(neutral area) 26，其不攜載相位圖案且對象束7穿過該中性區域。在圖中， 這些區域26由同心黑圓表示。它們可類似地包括多個小的單獨區域，例如 用于每個全息圖27的一個矩形或圓形區域。此外，中性區域26可類似地形 成螺旋，而不是同心圓。中性區域26的寬度主要由對象束7的直徑確定。 當然，類似地可以在大的中性區域26中提供多個小的單獨相位圖案區域25。 和以前一樣，相位掩模層21的相位圖案由到全息存儲材料層22的不規則邊 界表示。這不意味著該邊界事實上是不規則的，盡管這構成一個可行的方案。 類似地可以為相位掩模層21的上表面提供不規則表面結構。其他方案中的 另 一選擇是制造非均質材料的相位圖案區域25。
圖4示出根據本發明第一實施例的全息存儲介質10的一黃截面。在該實 施例中，對象束7的光學軸相對于全息存儲介質IO的表面傾斜，而參考束8 的光學軸垂直于該表面。可以看出，僅參考束8穿過相位掩模層21的相位 圖案區域25，而對象束7穿過中性區域26。因此，對象束7不被相位掩模 層21影響。在該示例中，相位掩模層21還用作覆蓋層。當然，可以提供單 獨的覆蓋層。
根據本發明的盤形全息存儲介質IO的第二實施例的頂視圖示于圖5中。 與圖3的實施例不同，相位掩模層21的中性區域26與全息記錄區域一致， 而設置有相位圖案的區域25布置在全息圖27的記錄區域旁邊。
圖5的全息存儲介質10的橫截面示于圖6中。在該示例中，對象束7 的光學軸垂直于全息存儲介質10的表面，而參考束8的光學軸相對于該表 面傾斜。另一選擇是對于對象束7和參考束8兩者使用傾斜的光學軸，相位 掩模區域25和中性區域26具有相應的布置。
圖7示出根據本發明的矩形全息存儲介質10的頂視圖。中性區域實現
性區域。由交疊的虛線矩形表示的全息圖27沿透明矩形在方向28上記錄。
權利要求
1.一種全息存儲介質(10)，具有在全息存儲層(22)頂部上的相位掩模層(21)，其中所述相位掩模層(21)具有一個或更多相位圖案區域(25)以及一個或更多中性區域(26)，所述一個或更多相位圖案區域(25)用于耦入參考束(8)并在所述參考束(8)上印上相位圖案，所述一個或更多中性區域(26)用于耦入對象束(7)和/或耦出再現的對象束(11)。
2. 根據權利要求1的全息存儲介質(10 )，其中所述相位圖案區域(25 ) 是具有粗糙表面的區域或者非均質材料構成的區域。
3. 根據權利要求1或2的全息存儲介質(10)，還具有在所述相位掩模 層(21)頂部上的覆蓋層(20)。
4. 根據權利要求1至3中的任一項的全息存儲介質(10),其中所述相 位圖案區域(25)布置在所述全息存儲層(22)的記錄全息圖(27)的區域 之上。
5. 根據權利要求1至3中的任一項的全息存儲介質(10)，其中所述相 位圖案區域(25)布置在所述全息存儲層(22)的記錄全息圖(27)的區域旁邊。
6. 根據權利要求1至5中的任一項的全息存儲介質(10),其中所述全 息存儲介質(10)是盤形存儲介質。
7. 根據權利要求6的全息存儲介質(10)，其中所述相位圖案區域(25) 或所述中性區域(26)是同心環或螺旋，或者布置成同心環或螺旋的多個單 獨的相位圖案區域(25)或中性區域(26)。
8. 根據權利要求1至5中的任一項的全息存儲介質(10)，其中所述全 息存儲介質(10)是卡片形存儲介質。
9. 根據權利要求8的全息存儲介質(10 )，其中所述相位圖案區域(25 ) 或所述中性區域(26)是線或者布置成線的多個單獨的相位圖案區域(25) 或中性區域(26)。
10. —種包括根據權利要求1至9的任一項的全息存儲介質(10)和用 于讀寫所述全息存儲介質(10)的裝置的系統，所述系統具有光源(2)，用 于產生參考束(8)或者用于產生對象束(7)和參考束(8),其中所述參考 束(8)相對于所述對象束(7)或者再現的對象束(11 )的光學路徑傾斜布 置，使得所述參考束(8)落在所述相位掩模層(21 )的相位圖案區域(25) 上且所述對象束(7)或所述再現的對象束(11 )落在所述相位掩模層(21 )的中性區域(26)上。
全文摘要
具有集成相位掩模的全息存儲介質。本發明涉及一種全息存儲介質(10)，更具體而言，涉及一種具有集成相位掩模(21)的全息存儲介質(10)。根據本發明，全息存儲介質(10)具有在全息存儲層(22)頂部上的相位掩模層(21)，其中該相位掩模層(21)具有用于耦入參考束(8)并在該參考束(8)上印上相位圖案的一個或更多相位圖案區域(25)，以及用于耦入對象束(7)和/或耦出再現的對象束(11)的一個或更多中性區域(26)。
文檔編號G11B7/24044GK101339784SQ20081013195
公開日2009年1月7日 申請日期2008年7月2日 優先權日2007年7月2日
發明者弗蘭克·普齊戈達 申請人:湯姆森特許公司