單目全息數據存儲系統結構的制作方法

專利名稱：單目全息數據存儲系統結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于記錄(存儲)和/或讀取(恢復)全息數據的全息數據存儲裝置、 系統、產品和方法。
背景技術：
在全息數據存儲中，存在許多用于將復用的數據頁記錄在全息存儲介質中的相同位置的方法。將許多信息頁復用到相同位置給與全息數據存儲如此巨大的可能的實際位密度(1. 6Tb/in2以上)。復用幾何結構的選擇相當復雜，并且具有許多需要考慮的因素尺寸、成本、復雜性、對于諸如溫度的外部環境的魯棒性等。對于消費品而言，尺寸可能是生產廉價系統的非常重要的因素。減少全息系統中透鏡元件的數目對于減小尺寸也可能是重要的。另外，較小的空間光調制器和照相機對于尺寸減小可能是重要的。用于讀寫全息存儲介質的透鏡的尺寸在確定系統的總體高度/尺寸方面也可能是重要的。

發明內容
根據本發明的一個寬泛的方面，提供了一種全息數據存儲裝置或系統，其使用了數據光束和參考光束在進入全息存儲介質之前所通過的、可組合角度和多源復用 (polytopic multiplexing)的單物鏡(單目結構)，并且使用多重全息圖的相位共軛重建和讀出。這些裝置或系統中的單目結構提供了全息存儲介質中更為緊湊的數據頁的記錄和讀取。而且，根據本發明的另一個寬泛的方面，提供了使用這樣的裝置或系統進行數據存儲和/或數據恢復的方法。另外，根據本發明的另一個寬泛的方面，提供了包括用于使用這樣的裝置或系統記錄或讀取記錄數據的全息存儲介質的產品。


以下將結合

本發明，其中圖1是顯示出使用移動參考光束透鏡產生角度復用光束的單目全息存儲裝置或系統的數據存儲的示意性視圖；圖2是顯示出圖1的裝置或系統中的參考光束的抖動的示意性視圖；圖3是可在圖1的裝置或系統中使用的SLM的矩形橫截面；圖4是在圖1的裝置或系統中使用的替換SLM的圓形橫截面；圖5是顯示出使用移動物鏡產生角度復用光束的單目全息存儲裝置和系統中的數據存儲的示意性視圖；圖6是顯示出通過移動圖5的裝置或系統中的物鏡抖動參考光束的示意性視圖；圖7是可在圖5的裝置和系統中使用的SLM的圓形橫截面視圖；圖8是顯示出具有參考光束與數據光束的最少重疊的全息存儲裝置或系統的數據存儲的示意圖；圖9是顯示出顯示具有相同寬度的參考光束與數據光束之間的重疊的全息存儲裝置或系統的數據存儲的示意圖；圖10是顯示出顯示其中參考光束寬于數據光束的參考光束與數據光束之間的重疊的全息存儲裝置或系統的數據存儲的示意圖；圖11是顯示出根據本發明的一個實施例的、顯示較寬的參考光束與數據光束的內、外部分之間的重疊區域的全息存儲裝置或系統的數據存儲的示意圖；圖12是其中物鏡位于極限位置的數據光束和參考光束的角域表示；圖13是其中示出光柵矢量的數據光束和參考光束的角域表示；圖14是示出光柵矢量的數據光束和與圖13中不同的參考光束角的角域表示；圖15是角錐棱鏡對入射光束的作用的示意性視圖；圖16是顯示出根據本發明的一個實施例的使用處于相位共軛幾何結構的圖15的角錐棱鏡的單目全息存儲裝置和系統的數據恢復的示意圖；圖17是顯示出根據本發明的一個實施例的使用處于不同相位共軛幾何結構的圖 15的角錐棱鏡的單目全息存儲裝置和系統的數據恢復的示意圖；圖18是顯示出根據本發明的一個實施例的使用處于相位共軛幾何結構的角錐棱鏡陣列的單目全息存儲裝置和系統的數據恢復的示意圖；圖19是顯示出根據本發明的一個實施例的使用另一相位共軛幾何結構的單目全息存儲裝置或系統的數據恢復的示意圖；圖20是在圖19的裝置或系統中使用的空間光調制器(SLM)的俯視圖；圖21是根據本發明的一個實施例的電光(EO)晶體裝置或系統的示意圖；圖22是顯示出根據本發明的一個實施例的使用圖21的EO晶體裝置或系統的單目全息存儲裝置或系統的數據恢復的示意圖；圖23是根據本發明的一個實施例的衍射裝置或系統的示意圖；圖對是顯示出根據本發明的一個實施例的使用圖23的衍射裝置或系統的單目全息存儲裝置或系統的數據恢復的示意圖；圖25是顯示出根據本發明的一個實施例的單目全息存儲裝置或系統的數據存儲的示意圖；圖沈是圖25的相同或相似的裝置或系統的、然而顯示出數據恢復的示意圖；圖27是顯示出根據本發明的一個實施例的單目全息存儲裝置或系統的數據存儲的示意圖；圖觀是圖27的相同或相似的裝置或系統的、然而顯示出數據恢復的示意圖；圖四是根據本發明的一個實施例的顯示出數據存儲和數據恢復兩者的單目全息存儲裝置或系統的示意圖；圖30是示意性地顯示出根據本發明的一個實施例的處于記錄(寫)配置的各種組件的、單目全息存儲裝置或系統的一個實施例的結構圖；圖31是圖30的裝置或系統的、然而處于讀(恢復)配置的結構圖；圖32顯示出對于圖30的裝置或系統的、全息圖的布拉格選擇性與標準理論布拉格角度選擇性相比較的掃描；圖33顯示出通過移動圖30的裝置或系統的參考光束透鏡而復用的13個全息圖的信噪比(SNR)和相對強度的曲線圖；圖34顯示出恢復的數據頁的圖像；并且圖35顯示出圖34的恢復的數據頁的SNR圖。
具體實施例方式在說明本發明之前定義一些術語是有利的。應該理解的是以下定義在整個本申請中使用。定義在術語的定義偏離該術語的常用含義的情況下，除特別指明以外，申請人意在使用以下提供的定義。對于本發明，術語“相干光束”指包括具有特定(例如，恒定)相位關系的波的光束，例如激光束。相干光束也可指在光束方向的法線上的各點處的所有電磁波的相位相同的光。對于本發明，術語“角錐棱鏡”或“角形反射器”指具有三個相互垂直的反射面的部分立方體的形狀的光學裝置。這樣的光學裝置將任何入射角度的光束在例如圖15中所示的角錐棱鏡內部反射三次之后，沿與入射光束平行的方向進行反射。對于本發明，術語“數據光束，，指包含數據信號的光束。例如，數據光束可包括已由諸如空間光調制器(SLM)的調制器進行調制的光束，以及響應于入射在全息存儲介質上的參考光束而生成的、包括數據的光束。數據光束的調制可以是振幅、相位或振幅和相位的某種組合。SLM可以是反射的或透射的。數據光束可被調制為雙態或多態。對于本發明，術語“數據調制光束”指已由諸如空間光調制器(SLM)的調制器進行調制的數據光束。數據光束的調制可以是振幅、相位或振幅和相位的某種組合。SLM可以是反射的或透射的。數據光束可被調制為雙態或多態。對于本發明，術語“數據調制器”指能夠從信號光束將數據以一維或二維光學地表示的任何裝置。對于本發明，術語“數據頁”或“頁”指關于全息術所使用的數據頁的常規含義。例如，數據頁可以是將被記錄或記錄在全息存儲介質中的數據的頁面(即，數據的二維集合)、一幅或多幅圖像等。對于本發明，術語“探測器”指能夠檢測事物的任何類型的裝置。例如，示例性的探測器可包括能夠檢測光的存在或強度的裝置，例如，照相機或四元元件(quad cell)，互補金屬氧化物半導體(CMOS)成像傳感器或陣列，電荷耦合器件(CCD)陣列等。對于本發明，術語“盤”指盤狀全息存儲介質。對于本發明，術語“抖動”指前后移動例如透鏡、鏡、反射層等的物體。對于本發明，術語“全息光柵”、“全息照相(holograph) ”、或“全息圖 (hologram)”(此后共同地且可互換地稱為“全息圖”)被用于常規意義，指在信號光束和參考光束相互干涉時所形成的干涉圖樣。在以頁方式記錄數字數據的情況下，可使用例如空間光調制器等的數據調制器來編碼信號光束。對于本發明，術語“存儲介質”指能夠存儲信息的任何組件、材料等，例如全息存儲介質。對于本發明，術語“全息存儲介質”指具有能夠記錄和存儲一個或多個全息圖(例如以位方式、線性陣列方式或頁方式)作為印刻在介質中的一個或多個變化折射率的圖樣的至少一個組件、材料、層等的介質。此處有用的全息介質的實例包括，但不限于在以下文獻中說明的那些2000年8月15日發布的美國專利第6，103，454號(Dhar等)；2002 年11月19日發布的美國專利第6，482，551號(Dhar等)；2003年11月18日發布的美國專利第6，650，447號(Curtis等)，2004年6月1日發布的美國專利第6，743，552號 (Setthachayanon 等)；2004 年 7 月 20 日的美國專利第 6，765，061 號(Dhar 等)；2004 年 8月M日發布的美國專利第6，780，M6號(Trentler等)；2003年11月6日公開的美國專利申請第2003/0206320號(Cole等)；和2004年2月12日公開的美國專利申請第 2004/0027625號(Trentler等)，其全部內容和公開通過引用結合于此。本發明的全息存儲介質可以是任何類型的全息存儲介質，包括透明的全息存儲介質，包括多個諸如反射層的組件或層的全息存儲介質，包括反射層和偏振層從而可由偏振控制反射的全息存儲介質， 包括可以透過、吸收、反射光束或對其透明等的可變光束透射層、用于反射光束的光柵層、 基片、具有伺服標記的基片等的全息存儲介質。對于本發明，術語“上表面”指用作空氣與全息存儲介質之間的界面的全息存儲介質的表面。對于本發明，術語“全息記錄”指在全息存儲介質中記錄全息圖的行為。全息記錄可提供位方式存儲(即，記錄數據的一個位)，可提供數據的1維線性陣列的存儲(即，1X N 陣列，其中N是線性數據位數)，或可提供數據頁的2維存儲。對于本發明，術語“復用”指通過變化包括但不限于角度、波長、相位編碼、移位、相關性、周圍發生(peristrophic)等，包括例如角度-多源復用的參數組合的記錄參數，在全息存儲介質的相同卷或近乎相同卷中記錄、存儲多個全息圖等。例如，角度復用涉及在相同卷中記錄存儲多個全息圖的過程中，變化參考光束的平面波或近乎平面波的角度。被記錄、 存儲等的復用全息圖可通過使用用于記錄、存儲各全息圖等的相同的記錄參數而被讀取、 檢索、重建、恢復等。對于本發明，術語“光源”指具有單波長或多波長的電磁輻射源。光源可以來自激光器、一個或多個發光二極管(LED)等。對于本發明，術語“模式”指由光源生成的光的波長。對于本發明，術語“單模”指由光源生成的光的單一波長。例如，單模激光器產生單一的主波長。對于本發明，術語“多模”指由光源生成的光的多個波長。例如，多模激光器產生具有顯著能量的光的多個波長。對于本發明，術語“光操縱子系統”指能夠使光指向特定方向的任何裝置或裝置的組合。示例性的光操縱子系統可包括鏡(例如，電流計鏡(galvo mirror))、鏡的組合、透鏡、和/或其它裝置等。對于本發明，術語“部分反射面”指能夠反射一部分光而使另一部分光通過表面的物體的任何表面。對于本發明，術語“平面波”指其波前(恒定相位的表面)為基本上或近乎平行的恒定振幅的平面并與波的方向垂直，且存在于空間的局部區域中的恒定頻率波。示例性的平面波可包括諸如與激光筆的激光束相關的準直光。對于本發明，術語“處理器”指例如能夠執行指令、實現邏輯、計算和存儲值等的裝置。示例性的處理器可包括專用集成電路(ASIC)、中央處理單元、諸如可從htel和AMD市購的微處理器等。對于本發明，術語“讀取數據”指檢索、恢復、或重建存儲在全息存儲介質中的全息數據。對于本發明，術語“記錄數據”指將全息數據存儲或寫入全息存儲介質中。對于本發明，術語“記錄光”指用于將信息、數據等記錄在全息存儲介質中的光源。對于本發明，術語“相位共軛”在涉及光束時指這樣的光束，其為第二光束的精確或非常接近的復制，但精確或非常接近地沿第二光束的相反方向傳播。對于本發明，術語“相位共軛光學系統”指使得全息存儲裝置或系統的參考光束 (在用于數據恢復時也稱作“重建光束”)沿參考(重建)光束的路徑在相反方向上向回反射(指引)的任何裝置。相位共軛光學系統的實例可包括角錐棱鏡、角錐棱鏡陣列、受控電光(EO)晶體、受控閃耀光柵、全息光柵、表面浮雕結構、和可變層與光柵(全息光柵或表面浮雕結構)的組合，例如如圖觀和四等中所示。對于本發明，術語“恢復光束”指由相位共軛光學系統提供的參考(重建)光束所生成的光束。參考(重建)光束的相位共軛將對重建沿原始數據光束的光學路徑向回傳播以便由探測器(例如，照相機)恢復為數據頁的數據光束的相位共軛進行重建。恢復光束由從存儲在全息存儲介質中的數據頁的全息圖衍射的相位共軛參考(重建)光束形成。例如，利用角度復用全息圖，對于給定的角度，一定的數據頁將被布拉格匹配，并且相位共軛參考(重建)光束將會衍射并形成恢復光束。由于相位共軛參考(重建)光束在該正確角度和波長(布拉格條件)下使用，所以期望的數據頁將被重建為傳播回數據光束的起源處的相位共軛光束重建。相位共軛特性允許恢復光束消除可能在記錄全息圖的過程中引入的像差，并在探測器處形成更高質量的數據頁。這發生在全息圖和參考(重建)光束處于作為原始參考光束的相位共軛的容差和關于相似光學部件的相對位置的容差中的情況下。對于一些光學設計，這些容差可以是相位共軛參考(重建)平面波中的像差的多次波，并且在全息圖和光學系統的相對位置中為幾十微米。參考(重建)光束也可布拉格匹配傳統的全息圖，但將傳播出光學系統(即，不返回探測器/SLM)。對于本發明，術語“參考光束”指不由數據調制的光束。示例性的參考光束包括在將數據記錄到或從全息存儲介質中讀取數據時使用的非數據承載激光束。在一些實施例中，參考光束可指用于記錄全息圖的原始參考光束，當用于從全息存儲介質中恢復數據時的重建光束，或者原始參考(重建)光束的相位共軛。對于本發明，術語“折射率分布”指記錄在全息存儲介質中的折射率圖樣的三維 (X，Y，Z)映射。對于本發明，術語材料的“動態范圍”或“Μ#”指在材料(例如，記錄材料層、全息存儲介質等)中的給定位置可復用特定衍射效率下的多少張全息圖的常規測量，并且與材料指標改變、材料厚度、光波長、光學幾何結構等相關。對于本發明，術語“空間光調制器(SLM) ”指通過例如調制光束的空間強度和/或相位分布在光束上存儲信息的裝置。對于本發明，術語“空間光強度”指在給定體積的空間中的光強分布或變化光強的圖樣。對于本發明，術語“冊”或“棧”指跨越特定角度范圍的一組角度復用的全息圖。冊是可全部處于全息存儲介質中的一個位置中或彼此輕微移位或從另一組全息圖移位的一組角度復用的全息圖。術語冊既指傳統冊，也指復合冊。對于本發明，術語“短棧，，指冊的地址范圍內的全息圖的子群。例如，冊可被認為是包含角度1-500的地址的集合。此角度范圍可被進一步分為“短棧”，使得#1短棧包含角度1-100，#2短棧包含角度101-200等。對于本發明，術語“復合冊”指其中冊的至少一些短棧不占用相同的空間位置的冊。事實上，通過將短棧置于不同的空間位置來“抹掉”任何光學上引起的畸變可能是有用的。在復合冊中，短棧的空間位置可部分彼此重疊，但空間上充分不同以減輕由于在相同位置的多重記錄而引起的任何不理想的介質累積(buildup)。對于本發明，術語“光束阻擋部(beam block) ”指能夠吸收例如入射光束的光的任
何裝置。對于本發明，術語“波片”指可用于改變光的偏振的任何裝置。波片有時也稱作延遲器，并且這些術語在此可互換使用。示例性的波片包括可用于例如在光束中引起可導致將線性偏振光改變為圓形且反之亦然的1/4波長的相移的λ/4波片(QWP)。另外，例如，兩次通過λ /4波片的光束可在光的線性偏振中經歷90度旋轉。對于本發明，術語“裝置”可指儀器、機構、設備、機械等。對于本發明，術語“全息存儲裝置或系統”指可記錄(存儲)全息數據、可讀取(恢復)全息數據、或可記錄(存儲)并讀取(恢復)全息數據的裝置或系統。說明在全息數據存儲中，存在可用于在全息存儲介質中的相同位置記錄復用的數據頁的許多方法。參見例如2004年4月13日發布的美國專利第6，721，076號(King等)(角度復用)，其全部公開和內容由此通過引用予以結合。在這些方法中，使用相位共軛幾何結構用于讀出數據的角度-多源復用可用于同時實現更高的容量和更快的傳輸速率。參見例如2006 年 8 月 15 日發布的美國專利第 7，092，133 號(Anderson 等)；Ken Anderson 等，“High Speed Holographic Data Storage at 500Gb/in2, " SMPTE Motion Imaging Journal, May/June 2006pp 200-20，前述文獻的全部內容和公開由此通過引用予以結合。在諸如角度-多源復用的許多復用技術中，可使用兩個光束路徑物體(數據)光束路徑和參考光束路徑。但由于透鏡縮小，這些光學部件的工作距離變得非常小，并且可能難于將這些光束中繼到全息存儲介質中。由于各種組件盡可能地接近全息存儲介質，當透鏡變得更小、焦距縮短等時，數據光束路徑透鏡和參考光束路徑透鏡兩者可能競爭空間。一種在全息存儲結構中處理此工作距離問題的方法是對兩個記錄光束，即數據光束和參考光束使用單透鏡。這允許單透鏡與全息存儲介質平行，從而顯著改進了工作距離問題，由此允許透鏡在尺寸上進一步縮小。已提出了許多用于通過將數據(物體)光束和參考光束的組合聚焦到全息存儲介質上或其中的單透鏡將數據(物體)光束和參考光束兩者合并的全息存儲結構。多數這些系統使用相關復用(復合參考光束)或移位復用(球形參考光束)。參見例如2005年6月21日發布的美國專利第6，909，529號(Curtis)(相關復用)，Yukiko Nagasaka 等,“Multiplexing Method with Non-Coaxial Spherical Waves for Holographic Data Storage "I SOM 2006，ThH8 (移位復用)，和 2006 年 2 月 7 日發布的美國專利第6，995，882號(Horimai)(移位復用)。相關復用和移位復用在傳輸速率、 散射、噪聲和環境效應(諸如全息存儲介質隨溫度的膨脹)方面可能存在一些缺點。這些方法中的一些還使用不為平面波和/或不適于角度復用的參考光束。以前，單透鏡全息術可能使用依賴于全息存儲介質在頁面之間移動的復用方法， 但通常過慢而不能實現合理的傳輸速率。另外，數據光束可能使用的可實現的數值孔徑 (NA)是有限的，因此可實現的密度被限制于較低值。并且，盡管可由角度復用的全息圖展示出溫度補償和互換性，然而很難實現并且仍未實現依賴于全息圖到復用全息圖之間的轉變的復用方法。由于這些原因，角度復用具有能夠利用諸如機械旋轉鏡或移動透鏡的快速機構實現快速的頁面到頁面的寫和讀的優點和益處。但之前使用兩個光束通過一個物鏡透射的角度復用的嘗試沒有使用高密度或快速傳輸速率可能需要的較大二維頁面，其還需要高數值孔徑(NA)的光學部件。因此，將角度和多源復用與單透鏡設計結合，同時將多重全息圖的相位共軛重建用于讀出記錄數據不是顯而易見的。本發明提供了用于增加密度的存儲的角度復用、或組合的角度和多源復用的新穎的和非顯而易見的方法，其提供了單透鏡設計的優點和益處，同時仍保留了傳統角度復用或角度-多源復用的優點和益處。本發明使用了可在使用更小的光學部件和更簡單且更快速的機械機構的非常簡單的結構中用于實現角度復用或角度-多源復用的技術來實現復用。此結構利用了更靠近全息存儲介質的單物鏡將數據光束和參考光束兩者聚焦到全息存儲介質中，例如，透鏡的焦距在從大約1至大約7mm，例如從大約1至大約4mm的范圍中，并且從透鏡到全息存儲介質的表面的工作距離在從大約500至大約3000微米的范圍中。因此能夠結合角度復用的益處與單透鏡結構的簡單性。這種具有用于數據恢復的相位共軛重建的結構技術此后被稱為“單目結構”。通過使用相位共軛，可使用更高的數值透鏡，因此可實現更高的存儲密度。在單目結構中，參考光束與數據光束共享物鏡(也可互換地稱為“物鏡(object lens)”或“存儲透鏡”)的一部分。通過物鏡的聚焦參考光束的入射角與聚焦光束離物鏡光軸的距離h相關。在單目結構中，距離h可以若干不同方式改變，因此產生全息存儲介質內的參考光束的角度變化。一種用于改變h的方法是使用在期望的角度改變的平面中的方向上前后抖動的參考光束透鏡來產生h，例如，如以下更加詳述的圖1和2的裝置或系統中所示。這種抖動可由例如諸如DVD或CD物鏡上的彎曲支架非常快速地完成。這在光軸保持固定的同時改變了焦點的位置。可改變此角度的第二種方法是通過使焦點固定同時抖動物鏡的光軸來改變h(參見例如以下更為詳述的圖5和6)。因為抖動物鏡也改變了數據光束的角度，所以其實現不是顯而易見的。但從由于數據光束不斷移動，上述情況減輕了數據光束的相關噪聲建立的角度出發，發現上述情況不成問題并且實際上可提供某些優點和益處。也可使用電流計鏡或微型機電系統(MEMs)鏡來改變入射到參考光束透鏡的參考光束的角度。這將形成標準的雙透鏡四焦距GF)中繼系統。根據本發明的一個實施例，提供了一種全息存儲裝置或系統，包括用于生成參考光束的參考光束源；用于生成數據光束的數據光束源；數據光束和參考光束在進入全息存儲介質之前通過的物鏡；和用于移動物鏡從而改變參考光束相對于全息存儲介質的角度的物鏡移動裝置，其中參考光束和數據光束在通過物鏡后干涉，以在全息存儲介質中記錄一個或多個數據頁。根據本發明的另一實施例，提供了一種全息存儲裝置或系統，包括用于生成參考光束的參考光束源；用于生成數據光束的數據光束源；數據光束和參考光束在進入全息存儲介質之前通過的物鏡；參考光束通過的參考光束透鏡；和用于移動參考光束透鏡從而改變參考光束相對于全息存儲介質的角度的參考光束透鏡移動裝置，其中參考光束和數據光束在通過物鏡后干涉，以在全息存儲介質中記錄一個或多個數據頁。根據本發明的另一實施例，提供了一種包括以下步驟的方法(a)傳輸參考光束通過參考光束透鏡；(b)通過在參考光束和數據光束已通過相同的物鏡之后干涉聚焦的參考光束和數據光束，在全息存儲介質中記錄一個或多個數據頁；和(c)相對于物鏡移動參考光束透鏡，從而改變參考光束在全息存儲介質上的入射根據本發明的另一實施例，提供了一種全息存儲裝置或系統，包括位于全息存儲介質的一側的物鏡；位于全息存儲介質的相反側的反射裝置；相位共軛光學系統；重建光束在進入全息存儲介質之前通過的物鏡；和用于生成重建光束的重建光束源，其中沿著通過物鏡、通過全息存儲介質、并且由反射裝置向回指引通過全息存儲介質到達相位共軛光學系統的重建光束路徑指引重建光束，其中相位共軛光學系統從重建光束生成相位共軛光束，并且其中相位共軛光束被指引通過全息存儲介質，以從存儲在全息存儲介質中的一個或多個數據頁形成恢復光束。根據本發明的另一實施例，提供了一種包括以下步驟的方法(a)沿著重建光束路徑傳輸重建光束以生成相位共軛光束，其中重建光束路徑 (i)在進入存儲有一個或多個數據頁的全息存儲介質的第一側之前通過物鏡，(ii)通過全息存儲介質，并且(iii)由面向全息存儲介質的相反側的反射裝置向回指引通過全息存儲介質，朝向位于與全息存儲介質的第一側相對(opposite)的相位共軛光學系統；和(b)控制相位共軛系統指引相位共軛光束通過全息存儲介質，從而恢復存儲在全息存儲介質中的一個或多個數據頁中的所選擇的數據頁。根據本發明的另一實施例，提供了一種全息存儲裝置或系統，包括位于全息存儲介質的記錄材料層的一側的物鏡；位于記錄材料層的相反側的相位共軛光學系統；重建光束在進入全息存儲介質之前通過的物鏡；和用于生成重建光束的重建光束源，其中沿著通過物鏡并通過記錄材料層朝向相位共軛光學系統的重建光束路徑指引重建光束，其中相位共軛光學系統從重建光束生成相位共軛光束，并且其中相位共軛光束被指引通過全息存儲介質，以從存儲在記錄材料層中的一個或多個數據頁形成恢復光束。根據本發明的另一實施例，提供了一種包括以下步驟的方法(a)沿著重建光束路徑傳輸重建光束，其中重建光束路徑(i)進入存儲有一個或多個數據頁的全息存儲介質的記錄材料層的第一側，并且(ii)通過記錄材料層朝向位于與記錄材料層的第一側相反(opposite)的相位共軛光學系統；和(b)控制相位共軛系統生成并指引相位共軛光束朝向記錄材料層，從而恢復存儲在記錄材料層中的一個或多個數據頁中的所選擇的數據頁。根據本發明的另一實施例，提供了一種包括全息存儲介質的產品，包括用于記錄一個或多個數據頁的記錄材料層；在記錄材料層下面的可變光束傳輸層，其用于當一個或多個數據頁被記錄在記錄材料層中時吸收光線，并且當記錄在記錄材料層中的一個或多個數據頁被從中恢復時允許光束通過；和在可變層下面的反射層，用于反射由可變層傳遞的光束，從而產生相位共軛光束。根據本發明的另一實施例，提供了一種包括全息存儲介質的產品，包括用于記錄一個或多個數據頁的記錄材料層；和在記錄材料層下面的可變光束反射層，其用于當一個或多個數據頁被記錄在記錄材料層中時傳遞光束，并且當記錄在記錄材料層中的一個或多個數據頁被從中恢復時反射光束，從而產生相位共軛光束。例如，圖1和2顯示出根據本發明的一個實施例的單目全息存儲裝置或系統 102 (顯示出數據存儲，但其也可用于數據恢復)。裝置或系統102包括參考光束104、由內像素波前106(此后稱為內數據光束部分106)和外像素波前107(此后稱為外數據光束部分107)表示的數據光束、物鏡108(也可互換地稱為“物鏡(object lens) ”或“存儲透鏡”) 和全息存儲介質110。在物鏡108與全息存儲介質110之間是空氣隙114。參考光束透鏡 122將參考光束104聚焦在物鏡108的后焦平面上。參考光束透鏡122具有光軸124。參考光束透鏡122在由雙向箭頭1 顯示的平行于全息存儲介質110的上表面128的方向上移動。內數據光束部分106和外數據光束部分107由物鏡108形成角度，以分別形成作為平面波被中繼進入全息存儲介質110并且在基本上菱形的區域136中重疊的成角度的內數據光束部分132和成角度的外數據光束部分134。全息存儲系統102還包括SLM 142、照相機 144、偏振分束器(PBS) 146 JPPBS 146 上的多源(polytopic)濾光膜 148。SLM 142 和 PBS 146在圖1中被顯示為位于參考光束透鏡122與物鏡108之間。全息存儲介質110包括下部基片152、記錄材料巧4和上部基片156。物鏡108去除SLM 142的數據光束部分106和 107的傅立葉變換。盡管多源濾光膜148在圖1中被顯示為在PBS 146上，鍍膜148也可在物鏡108上或為其一部分，或者在照相機144和/或SLM 142上。對于鍍膜148的適當的材料或者對于不使用標準中繼透鏡和孔徑的多源濾光，也參見2007年4月2日提交的標題為"NON-FT PLANE POLYTOPIC FILTERS”的美國臨時申請第60/907，445號，其全部公開和內容由此通過引用予以結合。通過如箭頭1 所示移動參考光束透鏡122，參考光束104被抖動以形成被抖動的(dithered)參考光束162，其在通過物鏡108之后變為成角度的被抖動的參考光束164(由虛線所示)并且可用于復用數據的存儲(和恢復)。成角度的被抖動光束164作為平面波被中繼進入全息存儲介質110，并且在(包括重疊區域136的)較大的區域166中與成角度的數據光束部分132和134重疊并干涉，以形成記錄在全息存儲介質 110的記錄材料154中的全息圖(例如，數據頁)。成角度的內數據光束部分132在全息存儲介質110上具有入射角174。成角度的被抖動的參考光束164在全息存儲介質110上具有入射角184。參考光束透鏡122的光軸IM與物鏡108的光軸178具有距離188(即，距離188與上述距離h相對應)。箭頭196顯示出入射在PBS 146上并照亮整個SLM 142且生成包括106和107所表示的部分的數據光束的光束的方向。圖1和2中所顯示的單目全息存儲裝置或系統通過允許數據光束和參考光束共用相同的物鏡而允許最小化全息光學頭的尺寸。在圖1和2的裝置或系統中，通過將參考光束聚焦在與SLM相同的平面上但在位置上與SLM像素略微偏移而生成參考光束。聚焦的參考光束由較大的物鏡在全息存儲介質處轉變為平面波。通過使用與DVD透鏡致動器(lens actuator)類似的機構一維地抖動物鏡，焦點的位置變化轉變為在全息存儲介質處的角度改變。使用高數值孔徑(NA)物鏡(例如，具有4mm焦距的至少大約0. 85的數值孔徑)，在大約Imm范圍中的透鏡移位可產生參考光束的達大約25度的角度改變。通過使用非常高的數值孔徑，數據光束所使用的數值孔徑(角度)可保持非常高(即，許多像素)，這可能是達到更高密度和傳輸速率所需要的。全息存儲介質中的參考光束的尺寸可由抖動透鏡的數值孔徑來確定，并可容易地進行更改以給出不同的光束尺寸。此技術的附加益處是通過進入或移出頁面的微小透鏡偏移可容易地生成布拉格簡并(Bragg degenerate)校正。此單目結構可顯著簡化全息存儲裝置或系統的布局或配置，但可能需要物鏡能夠在物鏡的外緣產生高質量平面波以獲得良好的相位共軛。另外，在參考光束和數據光束之間可能不完全重疊，這可能引起全息圖的信噪比(SNR)的某些衰降。參考光束的尺寸可能需要最優化，以獲得最佳重疊和全息存儲介質的最小浪費。該尺寸由參考光束在其焦點處 (與參考光束透鏡相關)的NA來確定。圖3顯示出可在圖1的裝置或系統中使用的SLM 302的矩形橫截面。SLM 302包括吸收或非傳輸(例如，鏡式)表面308，其具有供參考光束焦點通過的表面308中的通道304，且306指示用于顯示數據的SLM 302的部分。圖4顯示出替換的SLM 402的圓形橫截面，其中僅使用可適當通過物鏡的部分(即，圓形視場)。SLM 402包括吸收或非傳輸(例如，鏡式)表面408，其具有供參考光束焦點通過的表面408中的通道404，且406指示用于顯示數據的SLM 402的部分。第二種單目方法可通過使參考光束焦點位于相同位置并抖動物鏡來實現，如圖5 和6中所示。這產生了與在例如圖1和2的實施例中所示的先前結構相同的參考光束的角偏離。但在圖5和6的實施例的情況下，數據光束角也作為物鏡位置的函數而改變。總體效果是相同或相似的，因此使復用移動完全進入物鏡。該移動將與CD或DVD物鏡中所需的移動相同或相似。因為恢復的全息圖可能在探測器上移位，所以可能需要清晰的過采樣檢測。圖5和6顯示出根據本發明的一個實施例的單目全息存儲裝置或系統502(顯示出數據存儲，但其也可用于數據恢復)。裝置或系統502包括參考光束504、由內像素波前 506 (此后稱為內數據光束部分506)和外像素波前507 (此后稱為外數據光束部分507)表示的數據光束、物鏡508和全息存儲介質510。在物鏡508與全息存儲介質510之間是空氣隙514。參考光束透鏡522將參考光束504聚焦在物鏡508的后焦平面上。參考光束透鏡 522具有光軸524。物鏡508如雙向箭頭5 所示在平行于全息存儲介質510的上表面5 的方向上移動。內數據光束部分506和外數據光束部分507由物鏡508形成角度，以分別形成作為平面波被中繼進入全息存儲介質510并且在基本上菱形的區域536中重疊的成角度的內數據光束部分532和成角度的外數據光束部分534。全息存儲系統502還包括SLM M2、照相機M4、偏振分束器(PBS) M6 JPPBS 546上的多源濾光膜M8。SLM 542和PBS 546在圖5中被顯示為位于參考光束透鏡522和物鏡508之間。全息存儲介質510包括下部基片552、記錄材料5M和上部基片556。物鏡508去除SLM 542的數據光束部分506和 507的傅立葉變換。盡管多源濾光膜548在圖5中被顯示為在PBS 546上，鍍膜548也可在物鏡508上或為其一部分，或者在照相機544和/或SLM 542上。對于鍍膜548的適當的材料或者對于不使用標準中繼透鏡和孔徑的多源濾光，也參見2007年4月2日提交的標題為"NON-FT PLANE P0LYT0PIC FILTERS”的美國臨時申請第60/907，445號，其全部公開和內容由此通過引用予以結合。通過如箭頭5 所示移動物鏡508，參考光束504被抖動以形成被抖動的參考光束562，其在通過物鏡508之后變為成角度的被抖動的參考光束564(由虛線所示)并且用于復用數據的存儲(和恢復)。成角度的被抖動的參考光束564作為平面波被中繼進入全息存儲介質510，并且在(包括重疊區域536的)較大的區域566中與成角度的數據光束部分532和534重疊并干涉。成角度的被抖動的參考光束564在全息存儲介質510上具有入射角574。參考光束透鏡522的光軸524與物鏡508的光軸578具有距離588(即，距離588與上述距離h相對應)。箭頭596顯示出入射在PBS 546上并照亮整個SLM 542且生成包括506和507所表示的部分的數據光束的光束的方向。盡管圖5和6中所示的實施例進一步簡化了全息裝置或系統的布局或配置，其也略微增加了物鏡的復雜性。在此情況下，可能需要將物鏡設計成使得在物鏡中有最小量的位置敏感性，使得重建圖像(數據)不會因通過透鏡的不同于其被記錄的部分傳播而變得有像差。此影響僅為次要影響，因為在很大程度上，將僅存在由收縮或熱膨脹引起的參考光束與數據光束之間的任何偏移所引起的必要的最小移位。
圖7是可在圖5的裝置或系統中使用的SLM 702的圓形橫截面，其中僅使用可適當通過物鏡的部分(即，圓形視場)。SLM 702包括吸收或非傳輸(例如，鏡式)表面708， 其具有供參考光束焦點通過的表面708中的通道704，706指示用于顯示數據的SLM 702的部分。數據光束與參考光束之間的重疊對于全息數據存儲系統的性能可能是重要的。不適當的重疊可能導致衍射效率的損失和布拉格選擇性的加寬，由此導致密度/容量上的損失。圖8顯示出當數據光束(外部像素)和參考光束尺寸相等時的這種光束重疊。圖8顯示出包括參考光束804、數據光束806 (表示為SLM 842上的最外部像素波前)、物鏡808和全息存儲介質810的單目全息存儲系統802(顯示出數據存儲)的一部分。在物鏡808與全息存儲介質810之間是空氣隙814。參考光束804和數據光束806作為平面波830和 832被中繼進入全息存儲介質810，并且在區域834中重疊并干涉以形成記錄在全息存儲介質810的記錄材料854中的全息圖(例如，數據頁)。全息存儲系統802還包括SLM 842 和偏振分束器(PBS) 846。全息存儲介質810包括下部基片852、記錄材料邪4和上部基片 856。物鏡808具有光軸878。物鏡808去除SLM 842的數據光束806的傅立葉變換。多源(polytopic)濾光片可以在物鏡808中，在照相機844和/或SLM 842上，或者在PBS846 上。在圖8中，參考光束可能過小而不能完全重疊構成數據光束的最遠的像素。該像素被使用是因為其代表數據光束像素與參考光束之間最壞情況的重疊。更靠近參考光束的數據光束像素將具有更好的重疊。可通過使參考光束更寬來實現更好的光束重疊，但是這可能影響諸如SLM尺寸、參考光束位置、透鏡性能等的許多系統參數。為了最優化參考光束尺寸并改善產生的效果，最容易的方式是從完全光束重疊開始并由此向回努力。例如，圖9示意地顯示出具有類似于圖8的較小的數據與參考光束重疊的全息存儲裝置或系統的數據存儲。圖9顯示出參考光束904、數據光束906和全息存儲介質910。 參考光束904和數據光束906被顯示為具有相同的直徑。全息存儲介質910包括下部基片 922、記錄材料924、上部基片擬6和上表面928。參考光束904和數據光束906在記錄材料 924中的記錄區域932中相互重疊并干涉。參考光束904具有光軸934，且數據光束906具有光軸936。相對照地，圖10顯示出具有更寬(更闊)的參考光束的更大的光束重疊的全息存儲裝置或系統的數據存儲。圖10顯示出參考光束1004、數據光束1006和全息存儲介質 1010。參考光束1004具有比數據光束1006更大的直徑。(影響參考光束1004的直徑的因素可包括參考透鏡的數值孔徑、物鏡的焦距或參考光束路徑中的光束發散度等。)全息存儲介質1010包括下部基片1022、記錄材料1024、上部基片10 和上表面1(^8。參考光束 1004和數據光束1006在記錄材料IOM中的重疊記錄區域1032中相互重疊并干涉。參考光束1004具有光軸1034，且數據光束1006具有光軸1036。在圖9和10中，D是在全息記錄介質的上表面處參考光束的光軸與數據光束的光軸之間的距離，R是在記錄材料的上表面處平行的平面中從參考光束的光軸到參考光束的邊緣的距離，并且α是從記錄材料的頂部到參考光束的光軸與數據光束的光軸相交的平面之間的距離。通過比較圖10與圖9可以看出，因為參考光束1004比參考光束904更寬， 所以重疊記錄區域1032比重疊記錄區域932更大。而且，在圖10中可以看出，參考光束1004和數據光束1006分別在下部基片1022和上部基片10 中的非記錄重疊區域1042和 1044中附加地重疊。一旦所需的參考光束的半徑已知，則確定此較大的尺寸如何影響SLM的尺寸和參考光束關于SLM的位置是重要的。主要影響來自于以下事實，即，由于為使參考光束成為平面波，焦點位置總在SLM平面上，所以在確定參考光束的角度帶寬(其擴展多快)時可能需要考慮參考光束的尺寸。該影響可在圖11中示出。圖11顯示出根據本發明的一個實施例的單目全息存儲裝置或系統1102的數據存儲。裝置或系統1102包括由內像素波前1104 (此后稱為內數據光束部分1104)和外像素波前1106(此后稱為外數據光束部分1106)表示的數據光束、物鏡1108、全息存儲介質1110 和寬參考光束1112。在物鏡1108與全息存儲介質1110之間是空氣隙1114。全息存儲介質包括上表面11觀。內數據光束部分1104和外數據光束部分1106由物鏡1108形成角度，以分別形成作為平面波被中繼進入全息存儲介質1110并且在基本上菱形的區域1136中重疊的成角度的內數據光束部分1132和成角度的外數據光束部分1134。寬參考光束1112由物鏡1108形成角度，以形成作為平面波被中繼進入全息存儲介質1110并在基本上X形的區域1140中與成角度的數據光束部分1132和1134重疊并干涉的成角度的寬參考光束1138。 全息存儲裝置或系統1102還包括SLM 1142和偏振分束器(PBQ 1146。全息存儲介質1110 包括下部基片1152、記錄材料IlM和上部基片1156。物鏡1108去除SLM1142的數據光束部分1104和1106的傅立葉變換。多源濾光片可在物鏡1108中，在照相機1144和/或SLM 1142上，或者在PBS 1146上。雙向箭頭1172顯示出物鏡1108的寬度。雙向箭頭1174顯示出在平行于上表面11 的平面中從物鏡1108的邊緣到寬參考光束1112進入物鏡1108 的點之間的距離。物鏡1108具有光軸1178。在本發明的一個實施例中，物鏡(例如，圖11中的透鏡1108)的寬度在例如從大約1至大約20mm的范圍中可為大約5mm。在參考光束尺寸和角度復用范圍和數據光束尺寸 (像素數)中可能存在折衷。這是由于物鏡的有限的帶寬，即使對于具有諸如大約0. 65或更高的數值孔徑的非常高NA的透鏡，例如具有在允許非常大的數據頁(例如，大于256X256 像素，例如1200X600像素的數據頁尺寸)和參考光束的大的角掃描方面有吸引力的大約 0. 85或更高的數值孔徑的NA透鏡，也是如此。另外，這些非常高NA的透鏡具有與可允許系統間更大兼容性的Blu-ray (藍光)盤產品(以下說明)中使用的相同的NA。圖12、13和14顯示出在全息存儲介質處的數據光束和參考光束的角度如何隨著物鏡或物鏡上游的參考光束透鏡的單目抖動而改變，或者如何隨著通過改變例如鏡傾斜來改變進入參考光束透鏡的入射角而改變。圖12是其中物鏡位于極限位置的數據光束和參考光束的角域表示。相對于全息存儲介質表面1218，參考光束角顯示在區域1212中，而數據光束角顯示在區域1214中。區域1222表示死區。角度1232表示數據光束相對于與全息存儲介質表面1218的平面垂直的軸線1240的最小角度。圖13是顯示出光柵矢量的數據光束和參考光束的角域表示。參考光束矢量由箭頭1312表示，并且相對于全息存儲介質表面1318的各種數據光束光柵角顯示在區域1314 中。全息光柵矢量由位于參考光束1312與數據光束1314中的所有平面波分量(每個像素一個)之間的箭頭1320表示。與全息存儲介質表面1318的平面垂直的軸線1340也被顯示出來。
圖14是顯示出光柵矢量的數據光束和與圖13中不同的參考光束角的角域表示。 參考光束矢量由箭頭1412表示，并且相對于全息存儲介質表面1418的各種數據光束光柵角顯示在區域1414中。全息光柵矢量由位于參考光束1412與數據光束1414中的所有平面波分量(每個像素一個)之間的箭頭1420表示。應該注意到，對于不同的參考角位置， 這些光柵矢量1420的譜與圖13中所示的那些不同。因此布拉格選擇性將分開這兩個全息圖。參考光束角范圍由角掃描14 指示。在本發明的一些實施例中，除了抖動透鏡(即，參考光束透鏡、物鏡或兩者)，還可在與物鏡的光軸平行的方向(通常稱為“聚焦方向”)上移動參考光束透鏡或物鏡，從而在全息存儲介質處生成發散或會聚的參考光束，其可用于補償頁面焦點(page focus)、放大率、移位、其它系統或介質改變等。在其它實施例中，可改變在全息存儲介質的上表面的參考光束角，以補償全息存儲介質在徑向或切向上的傾斜。參考光束透鏡和/或物鏡的移動可在與全息存儲介質平行的方向上，并在與物鏡的光軸和復用方向正交的方向上。而且，參考光束透鏡或物鏡可在一個方向上移動，而全息存儲介質可在不同方向上移動。與物鏡的光軸平行或在與其垂直的平面中的參考光束的角度改變可被用于補償全息存儲介質的傾斜，全息存儲介質中的傾斜，或相對于全息存儲介質的全息驅動裝置中的傾斜誤差。在本發明的另一些實施例中，改變參考光束的角度和波長可被用于補償溫度改變。參見2002年2月19日發布的美國專利第6，348，983號(Curtis等)和Alan Hoskins 等的文章，"Temperature Compensation Strategy for Holographic Storage, ”ODS 2006, April 23-36，2006，前述專利和文章的全部內容和公開由此通過引用予以結合。在本發明的一個實施例中，還提供了一種或多種用于從如上所述存儲有數據的單目全息存儲裝置或系統中讀取(恢復)數據的方法。對于消費品，在市場中以及在生產廉價的數據存儲和/或恢復裝置或系統方面， 尺寸可能是非常重要的因素。因此，為了實現緊湊的光學器件，可能期望諸如通過使用用于數據恢復的相位共軛讀出幾何結構，將多數全息驅動部件和電子裝置一起保持在全息存儲介質的同一側。相位共軛讀出幾何結構可涉及使用在全息存儲介質的后側的電流計鏡，以向回折疊參考(重建)光束用于數據恢復。參見例如2006年12月14日公開的美國公開申請第2006/0279823號(Riley等)，其全部內容和公開由此通過引用予以結合。因為該電流計鏡旋轉，其可逆向反射(相位共軛)用于角度復用全息圖的不同的平面波。本發明的全息存儲裝置或系統的實施例可使用包括在全息存儲介質的后側的電流計鏡的相位共軛幾何結構，以向回折疊參考光束用于數據恢復，諸如2006年12月14日公開的美國公開申請第2006/0279823號(Riley等)中所述的那些結構。但是這些包括相位共軛器電流計鏡的相位共軛幾何結構可能防止或使得難以實現緊湊的光學器件。為此， 本發明的一些實施例涉及其它相位共軛讀出幾何結構，以使裝置或系統的光學器件更加緊湊。以下在圖16-29中顯示并說明包括可提供更緊湊光學器件的用于數據恢復的相位共軛幾何結構的本發明的單目全息存儲裝置或系統的實施例。在這些不同實施例中的物鏡可以以上在例如圖1-7的數據存儲裝置或系統中所述的各種方式移動(例如，抖動)，以改變參考光束進入全息存儲介質的角度。而且，盡管在如下所述的圖16-29中未示出，這些裝置或系統的每一個可包括可以移動(例如，抖動)以改變參考光束進入全息存儲介質的角度的參考光束透鏡。并且，為了簡化顯示，在圖16-28的裝置或系統中，未顯示許多常規數據存儲裝置/系統和數據恢復裝置/系統特征，諸如空間光調制器、分束器、探測器陣列、參考光束生成系統、數據光束生成系統、固化/擦除系統、附加透鏡、附加鏡、激光源、準直儀等，但其可為這些裝置或系統的一部分，例如圖四的裝置或系統中所示。另外，可通過旋轉或平移鏡或MEMs反射器來改變參考光束進入參考光束透鏡的入射角而改變參考光束在使用用于數據恢復的相位共軛幾何結構的本發明的全息存儲裝置或系統的一個實施例中，角錐棱鏡(corner cube)可用于相位共軛。角錐棱鏡為具有立方體的一部分的形狀的具有三個相互垂直的反射面的光學裝置。這種光學裝置具有將任何入射角度的光束在角錐棱鏡內部反射三次之后沿著與入射光束平行的方向反射(指引)的能力，如圖15 中所示。圖15顯示出入射光束1512，其在角錐棱鏡1520的三個壁1514、1516和1518反射，之后成為與入射光束1512平行的反射(定向)光束1522射出角錐棱鏡1520。角錐棱鏡1520具有中心點1532和光軸15340圖16顯示出根據本發明的一個實施例的在顯示出數據恢復的相位共軛幾何結構中使用(諸如圖15中的)角錐棱鏡的單目全息存儲裝置或系統1602(但裝置或系統1602 也可用于存儲被恢復的數據)。全息存儲裝置或系統1602包括參考光束1612(在用于數據恢復時也稱作重建光束)、恢復光束1614的代表性部分(恢復數據整體能夠重建所有存儲的數據)、物鏡1616、全息存儲介質1618、反射層1620和角錐棱鏡1622。在物鏡1616與全息存儲介質1618之間存在空氣隙1632。全息存儲介質1618包括下部基片1634、記錄材料 1636、上部基片1638和上表面1640。全息存儲裝置或系統1602允許存儲在記錄材料1636 中的數據頁1652被恢復(讀取)為恢復光束1614。角錐棱鏡1622具有中心1662和光軸 1664。盡管在圖16中僅顯示出單個數據頁1652在被恢復，然而圖16的全息存儲裝置或系統1602可用于恢復存儲在全息存儲介質1618的記錄材料1636中的所有數據頁。在圖16的全息存儲裝置或系統中，鏡或反射層(反射層)1620可被置于全息驅動裝置中的存儲介質的后側，存儲介質內部，或者存儲介質的后側以下，以將參考(重建)光束1612反射(指引)到全息存儲介質1618的前側，并朝向置于介質1618的前側的角錐棱鏡1622。在此相位共軛幾何結構中，由通過反射層1620和角錐棱鏡1622反射(指引)的參考(重建)光束執行讀出。在改變用于角度復用的參考(重建)光束角時的參考(重建) 光束1612的樞點設置在角錐棱鏡1622的中心。通過使從反射層1620指引的參考(重建) 光束照亮角錐棱鏡1622的中心，參考(重建)光束在相反方向上被向回反射(指引)而沒有任何位移。也就是說，圖16中所示的此光學布局或配置可以實現相位共軛。圖16顯示出單個像素重建，但可被擴展到頁面方式存儲和一次多位讀出。一次記錄和恢復1. 3-1. 4 兆位的全息數據存儲裝置或系統(諸如以上引用的文獻中所述的那些)可被改變或更改， 以提供使用諸如圖16中所示的1622的角錐棱鏡的相位共軛讀出幾何結構。圖17顯示出根據本發明的一個實施例的在顯示出數據恢復的不同的相位共軛幾何結構中使用(諸如圖15中的)角錐棱鏡的單目全息存儲裝置或系統1702 (但裝置或系統1702也可用于存儲被恢復的數據)。全息存儲裝置或系統1702包括參考光束1712 (在用于數據恢復時也稱作重建光束)、恢復光束1714的代表性部分、物鏡1716、全息存儲介質1718、反射層1720和角錐棱鏡1722。在物鏡1716與全息存儲介質1718之間存在空氣隙1732。全息存儲介質1718包括下部基片1734、記錄材料1736、上部基片1738和上表面 1740。全息存儲裝置或系統1702允許存儲在記錄材料1736中的數據頁1752被恢復(讀取)為恢復光束1714。角錐棱鏡1722具有中心1762。角錐棱鏡1722的移動由雙向箭頭 1772和幻影線1774顯示。盡管在圖17中僅顯示出單個數據頁1752在被恢復，然而圖17 的全息存儲裝置或系統可用于恢復存儲在全息存儲介質1718的記錄材料1736中的所有數據頁。如在圖16的裝置或系統中那樣，可由圖17的裝置或系統使用通過鏡或反射層和角錐棱鏡1722反射(指引)的參考(重建)光束來執行讀出。但是當改變用于角度復用的參考(重建)光束角時的參考(重建)光束的樞點不總在角錐棱鏡的中心1762。在此情況下，由角錐棱鏡1722反射(指引)的參考(重建)光束的角度不改變，但其位置隨著參考光束角的改變而移動。為了避免參考(重建)光束的這種移動，可以控制角錐棱鏡1722 的位置(如到幻影線1774所示位置的移動所示)，使得由鏡或反射層反射(指引)的參考 (重建)光束總照亮角錐棱鏡的中心1762。圖18顯示出根據本發明的一個實施例的在顯示出數據恢復的相位共軛幾何結構中使用角錐棱鏡陣列的單目全息存儲裝置或系統1802 (但裝置或系統1802也可用于存儲被恢復的數據)。全息存儲裝置或系統1802包括參考光束1812(當用于數據恢復時也稱作重建光束)、恢復光束1814的代表性部分、物鏡1816、全息存儲介質1818、反射層1820 和角錐棱鏡陣列1822。在物鏡1816與全息存儲介質1818之間存在空氣隙1832。全息存儲介質1818包括下部基片1834、記錄材料1836、上部基片1838和上表面1840。全息存儲裝置或系統1802允許存儲在記錄材料1836中的數據頁1852被恢復(讀取)為恢復光束 1814。例如，角錐棱鏡陣列1822可包括三個角錐棱鏡1854、1856和1858，各自具有相應的中心1862、1864和1866。盡管在圖18中僅顯示出單個數據頁1852在被恢復，然而圖18 的全息存儲裝置或系統1802可用于恢復存儲在全息存儲介質1818的記錄材料1836中的所有數據頁。也可在諸如圖18中所示的1822的陣列中使用附加的較小的角錐棱鏡。諸如 1822的具有多個較小角錐棱鏡的角錐棱鏡陣列相對于一個大角錐棱鏡減小了角錐棱鏡系統的尺寸。如在圖17的裝置或系統中那樣，在圖18的裝置或系統中由通過鏡或反射層和角錐棱鏡陣列1822反射(指引)的參考(重建)光束執行讀出。同樣，在改變用于角度復用的參考(重建)光束角時的參考(重建)光束的樞點不總在角錐棱鏡陣列1822的中心上。 由于角錐棱鏡對參考(重建)光束的反射(指引)而引起的光束位移量也與角錐棱鏡的尺寸成比例。因為角錐棱鏡陣列1822包括多個較小的角錐棱鏡(例如，1854、1856和1858)， 其中的每一個可能比重建光束的尺寸更小，所以有可能抑制參考(重建)光束的這種光束位移，使得可以實現相位共軛。另外，可通過諸如1822的微型角錐棱鏡陣列在不移動該陣列的情況下抑制此光束位移(而在諸如圖17中所示的1722的較大角錐棱鏡的情況下可能需要移動該角錐棱鏡)。在圖16、17和18的裝置或系統中，光學組件也可設置在全息存儲介質的與物鏡相同的一側上。根據這種光學組件的布局或配置，因為多數光學器件和電子裝置可在全息存儲介質的同一側上，所以有可能減小全息驅動裝置的高度。替換性地，前述相位共軛光學組件可置于介質的相反側上。在此替換配置中，不需要如圖16、17和18中所示那樣，將鏡或反射層置于介質的后側。圖19顯示出根據本發明的一個實施例的使用顯示出數據恢復的另一相位共軛幾何結構的單目全息存儲裝置或系統1902(但裝置或系統1902也可用于存儲被恢復的數據)。全息存儲裝置或系統1902包括參考光束1912(在用于數據恢復時也稱作重建光束)、 恢復光束1914的代表性部分、物鏡1916、全息存儲介質1918、反射層1920、SLM 1922和鏡 19M。在物鏡1916與全息存儲介質1918之間存在空氣隙1932。全息存儲介質1918包括下部基片1934、記錄材料1936、上部基片1938和上表面1940。全息存儲裝置或系統1902 允許存儲在記錄材料1936中的數據頁1952被恢復(讀取)為恢復光束1914。反射層1920 安裝在下部基片19；34上。鏡19M安裝在SLM 1922上透明空間1擬6的上方，且SLM 1922 具有允許參考(重建)光束1912通過的另一透明空間。物鏡1916具有光軸1962。盡管在圖19中僅顯示出單個數據頁1952在被恢復，然而圖19的全息存儲裝置或系統1902可用于恢復存儲在全息存儲介質1918的記錄材料1936中的所有數據頁。在全息存儲介質1918 中也可包括其它層，包括吸收層、偏振層或可變光束傳輸層，其在記錄和消除或降低來自反射層1920的反射作用的過程中，可將全息圖的記錄限制于全息圖的傳輸。反射層1920也僅需在記錄層1936之后。圖20是圖19中表示的可在裝置或系統1902中使用的SLM 1922的俯視圖。SLM 1902包括被表示為基本上H形的區域的數據像素部分2012。用于引入參考(重建)光束 1912的透明空間1擬8在SLM 1922的一側被表示為矩形區域。鏡1擬4被表示為較小的填充(黑色)的矩形區域，其位于透明空間1擬6上方并與之鄰接，透明空間1擬6在SLM1922 的相對側上表示為矩形區域。在使用圖19的裝置或系統1902進行數據恢復的過程中，參考(重建)光束1912 通過設置在SLM 1922中的透明空間1擬8聚焦在與SLM1922相同的平面上。在通過透明空間1擬8后，參考(重建)光束1912通過物鏡1916，斜射(入射)在全息存儲介質1918 上，然后在由介質1918后側上的反射層1920反射(指引)后，再次通過物鏡1916。被反射(指引)的參考(重建)光束1912由物鏡1916朝向透明空間1擬6向回聚焦在與圖19 中所示的SLM 1922相同的平面上。鏡1擬4設置在透明空間1擬6上方的此焦平面處。參考(重建)光束1912隨后由鏡1擬4向回反射(指引)并且沿著相同路徑但在相反方向上行進。通過從鏡1擬4隨后從反射層1920反射(指引)的作為相位共軛波以提供恢復光束 1914的此參考(重建)光束1912來執行從全息存儲介質1918的記錄材料1936中讀出數據頁1952。在本發明的全息存儲裝置或系統的另一實施例中，電光晶體(E0晶體)可被用作相位共軛光學裝置或系統。穿過EO晶體的光束由對EO晶體的電壓施加而偏轉(指引)， 因為注入的電子引起EO晶體內部的折射率分級。通過控制對EO晶體施加的電壓，即使參考(重建)光束角在恢復過程中改變，各參考(重建)光束進入EO晶體的入射角也應該總與安裝在EO晶體一端的鏡垂直，如以下圖21中所示。使用EO晶體在概念上與電流計鏡相似，但使用EO晶體或替換性地使用聲光(AO)單元可比電流計鏡提供更緊湊的光學組件。圖21顯示出在本發明的全息存儲裝置或系統的一個實施例中有用的EO晶體裝置或系統2102。EO晶體系統2102包括設置于EO晶體2116的一端2114上的鏡2112。具有由雙向箭頭21 指示的不同角度的參考(重建)光束2122和21M被顯示進入EO晶體 2116。外部電壓源21 被施加于EO晶體2116，使得參考(重建)光束2122和21 在入射在鏡2112的表面2132上時，各自垂直于表面2132，如箭頭2142所指示。各參考(重建) 光束(即2122或2124)在由鏡2112反射后，通過與其進入時相同的路徑，但在相反的方向上行進。也就是說，EO晶體裝置或系統2102用作相位共軛光學系統。出于顯示目的，兩個參考(重建)光束2122和21M被顯示進入圖21的EO晶體裝置或系統。在操作中，一般一次僅一個參考(重建)光束進入EO晶體裝置或系統2102。圖22顯示出根據本發明的一個實施例的包括顯示出數據恢復的圖21的EO晶體系統2102的單目全息存儲裝置或系統2202 (但裝置或系統2202也可用于存儲被恢復的數據)。全息存儲裝置或系統2202也包括參考光束2212(當用于數據恢復時也稱作重建光束)、恢復光束2214的代表性部分、物鏡2216、全息存儲介質2218和反射層2220。在物鏡 2216與全息存儲介質2218之間存在空氣隙2232。全息存儲介質2218包括下部基片2234、 記錄材料2236、上部基片2238和上表面2240。全息存儲裝置或系統2202允許存儲在記錄材料2236中的數據頁2252被恢復(讀取)為恢復光束2214。虛線箭頭2292顯示出反射層2220的替換性位置，其中反射層2220安裝在全息存儲介質2218上。盡管在圖22中僅顯示出單個數據頁2252在被恢復，然而圖22的全息存儲裝置或系統2202可用于恢復存儲在全息存儲介質2218的記錄材料2236中的所有數據頁。在圖22中，相位共軛EO晶體裝置或系統2102設置在全息存儲介質2218的與其它光學組件(例如物鏡2216)相同的一側。使用這種布局或配置，因為幾乎所有光學器件和電子裝置可在介質2218的同一側，所以能夠減小全息驅動裝置的高度。替換性地，相位共軛光學EO晶體裝置或系統2102可位于全息存儲介質2218的與物鏡2216相反的一側。 在此情況下，不需要在介質2218的后側為了朝向介質2218向回折疊參考(重建)光束路徑的反射層2220。由光柵產生的光的衍射角由其波長和光柵的周期確定。因此，在本發明的全息存儲裝置或系統的一個實施例中，諸如閃耀光柵的衍射元件可被用作相位共軛光學裝置或系統。圖23顯示出根據本發明的一個實施例的衍射裝置或系統2302。衍射裝置或系統2302 包括可調諧閃耀光柵2312和安裝在閃耀光柵2312的一側2316上的鏡2314。衍射裝置或系統2302被顯示處于兩個狀態2322和23M中。在狀態2322中，閃耀光柵2312具有使參考 (重建)光束2334與鏡2314的表面2336垂直的第一周期(示意性地顯示為鋸齒形2332)。 在狀態23M中，閃耀光柵2312具有使參考(重建)光束2344與鏡2314的鏡面2336垂直的第二周期(如鋸齒形和箭頭2342所顯示)。箭頭2346顯示出參考(重建)光束2334與參考(重建)光束2344之間的角度改變。箭頭2352和23M顯示出閃耀光柵2312如何使在進入閃耀光柵2312時具有不同角度的參考(重建)光束2334和2344均與鏡面2336垂直。在一個實施例中，閃耀光柵2312可為液晶元件。分子在液晶中的排列可受電壓施加的控制。結果，光柵周期可被改變。可對光柵周期進行控制，以便即使參考(重建)光束角在數據恢復過程中改變，入射參考(重建)光束也將總被逆向反射。然后參考(重建) 光束在由鏡2314反射(指引)后，沿著相同路徑但在相反方向上行進。也就是說，圖23的衍射系統2302用作相位共軛光學裝置或系統。
圖M顯示出根據本發明的一個實施例的單目全息存儲裝置或系統M02，其中裝置或系統M02包括顯示出數據恢復的圖23的衍射裝置或系統2302 (但其中裝置或系統 2402也可用于存儲被恢復的數據)。全息存儲裝置或系統M02也包括參考光束M12 (在用于數據恢復時也稱作重建光束)、恢復光束M14的代表性部分、物鏡M16、全息存儲介質對18和反射層對20。在物鏡M16與全息存儲介質對18之間存在空氣隙對32。全息存儲介質M18包括下部基片M34、記錄材料M36、上部基片M38和上表面M40。全息存儲裝置或系統M02允許存儲在記錄材料M36中的數據頁M52被恢復(讀取)為恢復光束 M14。虛線箭頭M92顯示出反射層M20的替換性位置，其中反射層M20安裝在全息存儲介質M18上。盡管在圖M中僅顯示出單個數據頁M52在被恢復，然而圖M的全息存儲裝置或系統M02可用于恢復存儲在全息存儲介質M18的記錄材料M36中的所有數據頁。在圖M中，衍射裝置或系統2302設置在全息存儲介質M18的與其它光學組件 (例如物鏡M16)相同的一側。使用這種布局或配置，因為幾乎所有光學器件和電子裝置可在全息存儲介質對18的同一側，所以能夠減小全息驅動裝置的高度。替換性地，衍射裝置或系統2302可位于介質M18的與物鏡對16相反的一側。在此情況下，不需要在介質M18 的后側為了朝向介質M18向回折疊參考(重建)光束路徑的反射層M20。可調諧光柵也可位于全息存儲介質M18中。在本發明的一些實施例中，可能期望在數據信息記錄過程中，反射層的反射系數盡可能低。在數據存儲過程中可能期望抑制參考光束的反射，因為由反射層反射的參考光束再次穿過全息存儲介質，這導致介質中的“廢全息圖”。這種可由此反射形成的“廢全息圖”也可導致介質動態范圍損失。另一方面，期望在從全息存儲介質中恢復數據的過程中， 反射層的反射系數足夠高，以有效地實現相位共軛讀出。圖25顯示出在數據存儲過程中使反射層的反射系數保持較低的效果，而圖26顯示出在數據恢復過程中使反射層的反射系數較高的效果。圖25和沈的全息存儲裝置或系統因為共同具有包括相同的可變反射層在內的許多相同特征，可被視為用于數據存儲和恢復的單個全息存儲裝置或系統。圖25顯示出根據本發明的一個實施例的顯示出數據存儲的單目全息數據存儲裝置或系統2502。全息數據存儲裝置或系統2502包括參考光束2512、數據光束2514的代表性部分、物鏡2516、全息存儲介質2518和反射層2520。在物鏡2516與全息存儲介質2518 之間存在空氣隙2532。全息存儲介質2518包括下部基片2534、記錄材料2536、上部基片 2538和上表面2540。全息數據存儲裝置或系統2502被顯示出在參考光束2512與數據光束2514重疊并干涉的記錄材料2536中存儲數據頁2552。在數據存儲過程中，反射層2520 具有低反射系數，由此允許參考光束2512通過反射層2520。虛線箭頭2592顯示出反射層 2520的替換性位置，其中反射層2520安裝在全息存儲介質2518上。圖沈顯示出根據本發明的一個實施例的與圖25中相同或相似但顯示出數據恢復的單目全息存儲裝置或系統2602。全息存儲裝置或系統沈02包括參考光束沈12 (在用于數據恢復時也稱作重建光束)、恢復光束沈14的代表性部分、物鏡沈16、全息存儲介質沈18、 反射層沈20和相位共軛光學系統沈22。全息存儲裝置或系統沈20允許存儲在記錄材料沈36中的數據頁沈52被恢復(讀取)為恢復光束沈14。在數據恢復過程中，反射層沈20 已被更改、變化、改變等，以具有較高反射系數，由此使參考光束2612朝向相位共軛光學系統沈22被反射(指引)。相位共軛光學系統沈22沿著參考(重建)光束沈12的路徑，在相反方向上向回反射(指引)參考(重建)光束沈12。盡管在圖沈中僅顯示出單個數據頁沈52在被恢復，然而圖沈的全息存儲裝置或系統沈02可用于恢復存儲在全息存儲介質 2618的記錄材料沈36中的所有數據頁。虛線箭頭沈92顯示出反射層沈20的替換性位置， 其中反射層沈20安裝在全息存儲介質沈18上。在圖沈的全息存儲裝置或系統沈02中使用的相位共軛光學系統沈22可為任何適當的相位共軛光學系統，包括以上例如在圖15-24中所述的相位共軛光學系統。為了控制反射層沈20的反射系數，電致變色或光致變色介質可被用作反射層沈20，并且反射層 2620的反射系數可由諸如電壓施加或光暴露的外部因素來控制。在圖25和沈的全息存儲裝置或系統的一種變型中，偏振分束器(PBQ層可被用作反射層。當在記錄(寫)過程中，參考光束的偏振狀態被轉變為P偏振狀態時，參考光束幾乎全部通過反射層而幾乎不被反射。當在讀取(恢復)過程中，參考(重建)光束的偏振狀態被轉變為s偏振狀態時，參考(重建)光束可幾乎全部由PBS層反射，由此能夠有效地實現相位共軛讀出。在以上所有使用反射層的實施例中，反射層可為全息存儲介質的一部分(如例如圖19中所示)，或者與介質分開(如例如圖25和沈中所示)。反射層無論為全息存儲介質的一部分還是與介質分開，在所有情況下均可為靜態反射層或可變光束反射層，該可變光束反射層可為反射的(在數據恢復過程中)或透射的(在數據存儲過程中)，如上所述。在圖27和28中顯示出全息數據存儲裝置或系統的另一實施例。圖27顯示出根據本發明的一個實施例的顯示出數據存儲的單目全息存儲裝置或系統2702。全息存儲裝置或系統2702包括參考光束2712、數據光束2714的代表性部分、物鏡2716和全息存儲介質2718。在物鏡2716與全息存儲介質2718之間存在空氣隙2732。全息存儲介質2718包括下部基片2734、記錄材料2736、位于記錄材料2736以上的上部基片2738、上表面2740、 位于記錄材料2736下面的可變光束傳輸層2742、和位于可變層2740下面的光柵層2744， 且下部基片2734位于光柵層2744的下面。上部基片2740可比下部基片2734薄很多。例如，下部基片2734的厚度可為大約1mm，而上部基片2740的厚度可在從大約100至大約500 微米的范圍中。全息存儲裝置或系統2702被顯示出在參考光束2712與數據光束2714重疊并干涉的記錄材料2736中存儲數據頁2752。在數據存儲過程中，可變層2742部分地或完全地吸收參考光束2712和/或數據光束2714。可變層2742和光柵層2744也可在記錄 (數據恢復)過程中變為透明。雙向箭頭2788顯示出物鏡2716可如何移動。物鏡2716具有光軸2790。也可通過移動物鏡2716、參考光束透鏡(未示出)，或通過使用鏡來旋轉或平移參考光束而改變參考光束進入參考光束透鏡的入射角，而復用裝置或系統2702。圖觀顯示出根據本發明的一個實施例的與圖27中相同或相似但顯示出數據恢復的單目全息存儲裝置或系統觀02。全息存儲裝置或系統觀02包括參考光束觀12(在用于數據恢復時也稱作重建光束)、恢復光束觀14的代表性部分、物鏡觀16和全息存儲介質觀18。全息存儲介質觀18包括下部基片2834、記錄材料觀36、位于記錄材料觀36以上的上部基片觀38、上表面觀40、位于記錄材料觀36下面的可變光束傳輸層觀42、和位于可變層觀40下面的光柵層觀44，且下部基片觀34位于光柵層觀44的下面。上部基片觀40可比下部基片觀；34薄很多。例如，下部基片觀34的厚度可為大約1mm，而上部基片觀40的厚度可在從大約100至大約500微米的范圍中。全息存儲裝置或系統觀02允許存儲在記錄材料觀36中的數據頁觀52被恢復(讀取)為恢復光束觀14。在數據恢復過程中，可變層觀42已被更改、變化等，以允許參考(重建)光束觀12通過可變層觀42，并且沿著參考 (重建)光束觀12的原始路徑在相反方向上由光柵層觀44向回反射(指引)。物鏡觀16 具有光軸觀90。盡管在圖觀中僅顯示出單個數據頁觀52在被恢復，然而圖觀的全息裝置或系統觀02可用于恢復存儲在全息存儲介質觀18的記錄材料觀36中的所有數據頁。在根據圖27和觀的裝置或系統的數據存儲過程中，可控制可變光束傳輸層以從參考光束吸收光。在數據恢復過程中，參考(重建)光束被引入全息存儲介質中，并且可變層允許參考(重建)光束通過，例如，可使可變層透明。參考(重建)光束隨后撞擊光柵層， 例如，裝配在全息存儲介質中的薄衍射光柵。此光柵以給定角度逆向反射參考(重建)光束，由此產生用于從全息存儲介質中恢復數據頁的參考(重建)光束的相位共軛，其最終由探測器(例如，照相機)檢測到。相位改變介質是可用于可變光束傳輸層的一個實例。任何電致變色或光致變色材料可被用作用于可變層的相位改變介質，包括使用上述偏振技術以相應改變可變層和/或光柵層(或類似于圖19中所示的反射層1920的反射層)的光束傳輸特性。例如，在數據的寫(記錄)過程中，可使用由可變層吸收或者具有對于光柵層(或反射層)的較低反射率的參考光束的一種偏振，而使用對于可變層更容易傳輸或者具有對于光柵層(或反射層)的較高反射率的參考(重建)光束的不同的偏振來讀出(恢復)數據。可變層和/或光柵層(或反射層)也可使用存在于其中的一種或多種組分的聚合或其它化學變化，以改變可變層的指數或透射特性，或者光柵層(或反射層)的反射特性。在圖27和觀的全息存儲裝置或系統中，如上所述，通過同一物鏡引入數據光束和參考光束，并且通過抖動物鏡或改變參考光束角將全息圖復用到全息存儲介質中。由數據例如使用調制振幅或相位或兩者以編碼該數據的空間光調制器(SLM)(圖27和觀中未示出)來調制信號光束，由此產生數據光束。參考光束由物鏡形成為準平面波，并且在全息存儲介質中與數據光束干涉，以通過角度復用來記錄該特定數據頁(全息圖)。在全息存儲介質中，可變層優選地在記錄過程中吸收光，使得不記錄附加的全息圖或者散射光不浪費材料記錄能力_。在一些實施例中，可以省略可變層，但在可實現容量上存在一定損失。 替換性地，可在記錄過程中使光柵和可變層透明。在圖27和觀的全息存儲裝置或系統中使用的全息存儲介質的光柵層中的光柵被設計為逆向反射參考(重建)光束所使用的角掃描的中心角。在記錄(數據存儲)過程中， 光柵由可變光束傳輸層隱藏。光柵可形成在基片(例如，下部基片)中，例如，形成在全息存儲介質的基片中的可沖壓特征。光柵可為在盤形全息存儲介質周圍變化的衍射結構，使得在盤形全息存儲介質來到其下方時，光柵與全息驅動裝置的光學頭正確對準。這樣的光柵設計可更加簡單且制造成本更低。與覆蓋層(可為可變層)的指數對比仍應足夠大，以便保持高衍射效率。光柵也可被記錄在薄聚合體層中。光柵可為全息光柵，或金屬化的表面浮雕光柵。光柵也可為如上所述的閃耀光柵，以最小化衍射級。光柵可在全息存儲介質上連續，或對大致對應于冊位置的特定區域制造，例如，盤周圍的大約冊尺寸的分段光柵， 其對每一冊位置不連續地改變角度。對于固定光柵，僅有一個逆向反射的角度。但是如果復用全息圖的中心角為例如 35度，則在30、31、32、33、34、35、36、37、38、39和40度記錄的全息圖將會離位。例如，光柵可能已被制造成在35度逆向反射。于是，為了讀取在34度記錄的全息圖，可改變參考(重建)光束(即，移動透鏡)，使得入射角為36度。這將導致從光柵的反射在34度，由此使在34度記錄的全息圖被讀取。因此，通過改變參考(重建)光束入射角，可讀取所有記錄的全息圖。逆向反射角隨著波長改變，但對于溫度補償的可能的波長改變相對較小，所以僅在角掃描范圍中相對較小的增加即可提供這種波長/溫度改變效果。如果光柵的厚度限制掃描范圍，則可使用多個光柵以獲得寬掃描范圍。另外，可使用可變光柵，使得其總是逆向反射，如上所述。也可使用閃耀光柵。光柵可被劃分為小的線性段，以組成整個盤形全息存儲介質。對于數據頁的每一冊這可提供更好的波前質量。這些段也可與冊的位置相關。此方法的優點在于使用簡單和便宜得多的固定光柵。另外，可以具有通過使用電壓或光可被隱藏從而不反射的光柵。這將允許去除可變層，或將可變層合并在光柵中。關于存儲和定位冊的棧的方法的更加詳細的說明，參見2007年6月7日公開的美國公開申請第2007/0127100號(Wilson等)，其全部內容和公開由此通過引用予以
纟口口。光柵在上述裝置和系統中被顯示為靠近記錄材料層，由于可能存在一些位移所以這是所期望的。即使具有位移，光柵也可在基片上或者全息存儲介質中的位于記錄材料層的遠側(即，遠離光學器件)的其它位置上。有可能的是，光柵甚至可在全息驅動裝置中， 而不是全息存儲介質中。如果介質為盤，則光柵方向在其圍繞盤的半徑移動時可改變，使得逆向反射角可與光學頭對準。可使其對準使得復用方向或者為盤的徑向(即，沿盤半徑的方向)或者為盤的周向(theta direction) (S卩，圍繞盤的方向)。光柵可由傾斜鏡陣列替代，其中單個鏡為角度復用的全息圖的棧(冊)的尺寸或更小。光柵也可被啁啾(S卩，通過周期頻率的改變)以最小化較高階衍射。鏡也可被傾斜以產生與上述光柵中相同的逆向反射。圖四顯示出根據本發明的一個實施例的可用于數據存儲或數據恢復的單目全息存儲裝置或系統四02。全息存儲裝置或系統四02包括參考光束四12(在用于數據恢復時也稱作重建光束)、數據光束四14、物鏡四16和全息存儲介質四18、薄膜多源濾光片+偏振膜2920 (可在PBS、探測器陣列或SLM上，或者合并到物鏡2916中)、SLM 2922、PBS 2924、 探測器陣列四沈、參考(重建)光束生成系統四觀、數據光束生成系統四30和固化/擦除系統四31。在物鏡四16與全息存儲介質四18之間存在空氣隙四32。全息存儲介質四18 包括下部基片四；34、記錄材料四36、上部基片四38、上表面四40、可變層四42和光柵四44。 全息存儲裝置或系統四02被顯示出在參考光束四12與數據光束四14重疊并干涉的記錄材料四36中存儲數據頁四52。在數據存儲過程中，可變層四42部分地或完全地吸收參考光束四12和/或數據光束四14。在數據恢復過程中，可變層四20可被更改、改變、變化等， 以允許參考(重建)光束四12通過可變層四20，并且沿參考(重建)光束四12的原始路徑在相反方向上由光柵四44向回反射(指引)。參考(重建)光束生成系統四觀包括參考(重建)光束源2962、PBS (或鏡)四64、參考(重建)光束透鏡四66和在參考(重建) 光束四12的路徑中位于參考(重建)光束透鏡四66與物鏡四16之間的鏡四68。數據光束生成系統四30包括數據光束源四72、準直儀四74、可變延遲器四76和PBS 2978。雙向箭頭四88顯示出為了抖動參考(重建)光束四12和數據光束四14，物鏡四16可如何移動。物鏡四16具有光軸四90。也如圖四中所示，參考(重建)光束透鏡四66可被替換性地位于由虛線橢圓四92指示的位置，并且鏡四68被旋轉或樞轉以改變參考(重建)光束2912通過參考(重建)光束透鏡四92和物鏡四16的點，由此改變參考(重建)光束四12 從物鏡四16被中繼進入全息存儲介質四18的角度。在圖四中，激光(未示出)被校準并可能具有快門或者是脈沖式的，以將信息(數據)記錄在全息存儲介質四18上。參考(重建)光束四12和數據光束四14由PBS 2924 產生。可變延遲器四76改變進入各光束四12和四14的能量。為了記錄，全息存儲介質四18內的數據光束四14強度與參考光束四12強度的適當比率可接近大約1 1。值可在從大約1 1至大約1 10的范圍內，并且參考光束四12強度一般保持高于平均數據光束四14強度。為了讀出(數據恢復)，所有能量可進入參考(重建)光束四12。可如所示在參考(重建)光束路徑或在數據光束路徑中設置紅色激光伺服系統。紅色激光將聚焦在基片四34/2940上的軌道上，并且反射回到伺服系統，以允許取得焦點和位置信息。這將與在CD和DVD中所進行的相似。可使用紅色激光，因為其將不會影響藍色敏感全息存儲介質。 可使用另一種波長，但期望其為全息存儲介質不敏感的波長。軌道特征可在介質中的被記錄冊的邊緣處。由于本發明的位置和焦點公差可大得多，所以軌道特征可比普通CD標記大得多。全息存儲介質的實例可包括諸如MWiase的市售材料(例如，hWiase Tapestry 全息介質)的光聚合物，或者光致變色或光折變材料。在本發明的數據存儲和恢復裝置或系統中使用的適當的激光和伺服系統可包括在常規CD和DVD播放器等中所見的那些。固化或擦除系統(諸如圖四中所示的系統四31)可用于使用照明預固化、后固化或擦除全息存儲介質。該照明在圖四中被顯示為注入通過系統，但可設置分開的固化/擦除路徑以同時處理更大的區域，如在2006年12月14日公開的美國公開申請第 2006/(^81021號(Riley等)中所述，其全部公開和內容由此通過引用予以結合。探測器陣列可用于在寫或固化過程中監控能量使用(例如使用漏光)。SLM和照相機位置可隨著相應的輸入偏振中的改變而變換。為了實現復用，可移動物鏡，或者可移動參考(重建)光束路徑中的透鏡。也可使用參考(重建)光束鏡，通過相對于參考光束的光軸改變鏡的傾斜而實現角度復用。此處所述的所有全息存儲介質可為盤、卡、柔性磁帶介質等形狀。全息圖的冊的記錄和讀取可對沿著介質中的圓形軌道或線布置的冊進行。為了幫助便于找到全息圖，可將伺服標記放入介質的基片中，以幫助識別盤上的位置。所使用的介質結構和光學器件可被制成使得可制作向后兼容的裝置。這表示全息驅動裝置可以諸如CD、DVD、HD-DVD或藍光盤的其它格式讀和寫。理想地，在全息驅動裝置中使用的物鏡也可讀取CD、DVD、高密度光盤格式(例如，藍光""盤)等。全息驅動裝置的其它部分可被共用于標準光學介質類型的常規光學讀出。允許讀和寫常規光盤及使用單目結構記錄的全息光盤的單個驅動器對于消費者是有利的。以上說明和顯示的實施例中的反射層可由以與所示反射層相似的方式反射(指引)光的鏡或其它反射裝置來替換。實例實例I圖30中示意性地顯示出處于存儲或記錄(寫)全息數據的配置的單目光學全息數據裝置或系統3002的一個實施例。裝置或系統3002包括提供相干光束3006的激光器 3004，相干光束3006由鏡3008指引通過快門3010至另一鏡3012。鏡3012指引光束3006至主擴束器組件3014，其包括針孔3016和空間過濾光束3006的透鏡3018，以及將已過濾光束3006擴展并校準至固定直徑的透鏡組件3020。經擴展的已過濾光束3006通過半波片 (HWP) 3022，并進入偏振分束器(PBQ 30M。PBS 3024將光束3006分裂為具有參考光束路徑30 的參考光束3(^6，和具有數據光束路徑3032的數據照明光束3030。參考光束30 由鏡3034指引通過可變光闌(iris) 3036至另一鏡3038。鏡3038指引參考光束30 至另一鏡3040，鏡3040將參考光束30 指引至參考光束透鏡3042。參考光束30 通過參考光束透鏡3042，并由鏡3044指引至物鏡3046。數據照明光束3030通過快門3052，并由鏡30M指引至另一鏡3056。鏡3056將數據照明光束3030指引至相位掩模板3058以提高SLM的傅立葉變換強度分布的均勻性。 數據光束3030對相位掩模板3058的照明隨后經由1 1的中繼透鏡組件3062和另一 PBS 3064成像到SLM 3060上。SLM 3060調制數據光束3030以將信息編碼到數據光束中。SLM 3060從驅動電子裝置(未示出)接收用于調制數據光束3030的編碼信息。調制的數據光束3030從SLM 3060被反射(指引)，再次通過PBS 3064，PBS 3064指引調制的數據光束 3030通過包括多源濾光片3068的另一 1 1的中繼透鏡組件3066。經濾光的數據光束 3030隨后從中繼透鏡組件3066中繼到物鏡3046。參考光束30 和數據光束3030通過物鏡3046，并被成角度地射入全息存儲介質 3070。成角度的參考光束30 和數據光束3030重疊并干涉以形成存儲(記錄)在全息存儲介質3070中的全息數據。通過介質3070的成角度的參考光束30 和數據光束3030的任何殘余部分到達位于相位共軛光學組件3074前面的光束阻擋部3072。光束阻擋部3072 吸收通過全息存儲介質3070的任何成角度的參考光束30 和數據光束3030。當系統3002處于讀(全息數據恢復)配置中時，如圖31中所示，PBS 3024整體地將相干光束3006改向為一個稱作重建光束的離散光束3027。重建光束3027沿著由(在寫操作過程中圖30的)原始參考光束30 行進的同一路徑3028(現稱作重建光束路徑 3029)行進，從而到達物鏡3046。該重建光束3027由物鏡3046形成角度以進入全息存儲介質3070，并通過介質3070朝向相位共軛光學組件3074和相位共軛鏡3076。在圖31中所示的讀操作過程中，光束阻擋部3072被移出，使得重建光束3027可通過相位共軛光學組件3074，然后通過將重建光束3027的偏振旋轉四分之一波長的四分之一波片(QWP)3078， 并且由鏡3076向回反射(指引)。從鏡3076反射(指引)的重建光束3027再次通過四分之一波片3078，由此將偏振改變另一四分之一波長，使得當重建光束3027 (作為恢復光束3080)通過PBS 3064時，其被照相機3084檢測到。在通過四分之一波片3078后，重建光束3027再次通過相位共軛光學組件3074，并再次進入介質3070。在第二次通過相位共軛光學組件3074后，該重建光束3027此時作為用于將全息數據記錄(寫)進介質3070中的(圖30的)原始參考光束30 的相位共軛進入介質3070。 該相位共軛重建光束3027沿其原始路徑反向傳播，并引起在該角度下記錄在介質3070中的全息圖的相位共軛(或準相位共軛)重建，即，重建光束3027(作為參考光束30 的相位共軛)在重建光束3027初始通過介質3070的相同位置向回通過全息存儲介質3070，在其再次通過介質3070時重建原始數據光束3030的相位共軛(或準相位共軛)，并且通過從介質3070中存儲的數據頁的全息圖的衍射形成恢復光束3080。來自介質3070的該恢復光束3080隨后沿著原始數據光束路徑3032(經由1 1的中繼透鏡組件3066)向回反向傳播，并且由PBS 3064指引，如路徑3082所指示，朝向照相機3084傳播。來自恢復光束 3089的光被照相機3084檢測到，轉換為信號，并且傳輸至驅動電子裝置(未示出)。在裝置或系統3002中，所使用的物鏡(存儲透鏡)3046為在數據光束3030與參考光束30 之間15度時允許 1-2度掃描的Hasselblad透鏡(F#2. 0，焦距110.8mm)。 透鏡3046被移動以改變角度。實驗結果通過使用具有12 μ m像素間距的SLM 3060上的 1280X1000的數據頁獲得，而恢復全息圖通過使用7 μ m的2200 X 17 像素的照相機成像。 檢測使用hWiase的過采樣檢測處理。相位掩模板3058通過中繼透鏡組件3062成像在 SLM 3060上，并且在復用過程中被移動，以通過改變相位函數減輕任何高頻增強。相位掩模板3058允許數據頁的傅立葉變換被置于全息存儲介質3070內。中繼透鏡組件3066 (f = 80mm)將SLM 3060成像到物鏡3046的后焦平面上。在中繼透鏡組件3066的透鏡之間，設置有一個 5mm的方形多源濾光片3068。全息存儲介質3070為標準的1. 5mm厚的InPhase HDS-3000綠色敏感透明盤。介質3070的記錄層為1. 5mm厚。使用的激光器3004為在532nm 具有IOOmW功率的相干激光器。綠色非相干二極管陣列被用于在全息曝光被記錄后后固化介質3070。介質3070(作為盤)可由主軸電機旋轉，并由步進電機徑向移動，以觸及盤上的不同位置。參考光束30 由允許參考光束3026在介質3070處成為平面波的參考光束透鏡3042引入物鏡3046。為了(通過改變參考光束角)復用全息圖，或者物鏡3046或者參考光束透鏡3042可被平移。在介質3070處的參考光束30 的平面波的尺寸為大約5mm。 數據光束3030的中心光線離介質3070法線大約27度，并且參考光束30 離介質3070法線大約8. 5-19. 5度。介質3070被傾斜以消除來自介質3070和透鏡的直接反射，但是通過改進的鍍層，透鏡系統的中心光線對介質3070的法向入射成為可能。在實驗裝置中，通過使用如在相位共軛光學組件3074中和鏡3076的透鏡和鏡，或通過在介質3070之后放置光柵，來實現相位共軛。使用的光柵具有每毫米3600個線對。這導致逆向反射所需的巨大角度和距介質3070的較大距離。距介質3070的光聚合物層的距離可引起讀出光束3080中不期望的平移。理想地，可對于重建光束3027的使用波長和中心角設計光柵。該光柵可被置于盡可能靠近介質3070中的光聚合物層，以最小化平移。在不為中心角的參考光束角存儲的其它全息圖也可被讀出。一個實例是當復用的全息圖的中心角為20度并且全息圖在18、19、20、21和22度的離位下被記錄時。光柵可被制作成在20 度逆向反射。為了讀取在19度下記錄的全息圖，重建光束3027的角度被改變(例如，通過移動參考光束透鏡3042)，使得入射角為21度。這可使得離開光柵的反射在19度，由此允許在19度下記錄的全息圖被讀出。只要光柵很薄(例如，表面浮雕全息圖)，即可保存動量并改變角度。因此，通過改變重建光束入射角，可通過使用該單一固定光柵或相位共軛透鏡-鏡對讀出所有全息圖。實驗結果圖32顯示出對于該幾何結構和波長的、全息圖的布拉格選擇性與標準理論布拉格角度選擇性相比較的掃描。此關系由以下公式給出
/ τ η\
η ^ sine2撤Sm ^ ΑΘ，其中η是衍射效率，Δ θ是離開布拉格角的角度，L是記錄層厚
^ λ COSffs J
度，η是材料指數，λ是激光波長，并且其它θ分別是介質內參考與信號光束之間的角度。 實驗結果與理論之間具有很好的一致性。圖33顯示出通過移動參考光束透鏡3042而復用的13個全息圖的信噪比(SNR)和相對強度的曲線圖(其中SNR是201og_10 (ul-uO/ (sl+s2))，其中ul為平均值且si為求和(平方求和為方差)。平均SNR是4dB。該SNR可與通過使用相同透鏡、介質和濾光片的標準角度復用所實現的相比。也通過移動物鏡3046進行實驗，并得到類似的結果。使用光柵代替相位共軛光學組件3074和鏡3076重復這些實驗得到非常類似的結果，顯示出使用光柵用于離軸相位共軛的基本可行性。圖34顯示出重建數據頁，而圖35顯示出該恢復數據頁的SNR圖。該全息圖使用光柵讀出，并具有4. 3dB的平均SNR。在本申請中引用的所有文獻、專利、期刊論文和其它材料由此通過引用予以結合。盡管已參照附圖結合其若干實施例完整說明了本發明，然而應該理解的是，多種改變和變型對于本領域技術人員來說是顯而易見的。這樣的變化和變型應被理解為包括在由所附權利要求所限定的本發明的范圍內，除非它們與其偏離。
權利要求
1.一種全息裝置，包括用于生成參考光束的參考光束源；用于生成數據光束的數據光束源；和將從所述數據光束源生成的所述數據光束會聚到全息存儲介質上的物鏡，其中從所述參考光束源生成的所述參考光束在通過所述物鏡之后作為準直光入射到所述全息存儲介質上，并且其中通過改變所述參考光束相對于所述全息存儲介質的角度，所述參考光束和所述數據光束在通過所述物鏡之后，在所述全息存儲介質中記錄多個數據頁。
2.如權利要求1所述的全息裝置，包括用于在平行于所述全息存儲介質的方向上移動所述物鏡的致動器，其中所述致動器在平行于所述全息存儲介質的方向上移動所述物鏡，從而改變所述參考光束相對于所述全息存儲介質的角度，以便按照角度復用方法記錄多個數據頁。
3.如權利要求1所述的全息裝置，包括用于在所述參考光束進入所述物鏡之前改變所述參考光束的光軸的角度的鏡；和用于改變所述鏡的角度的鏡驅動裝置，其中所述鏡驅動裝置驅動所述鏡，以改變所述參考光束相對于所述全息存儲介質的角度，以便按照角度復用方法記錄多個數據頁。
4.如權利要求1所述的全息裝置，其中所述物鏡在所述物鏡的光軸方向上被機械地移動，從而使所述物鏡聚焦。
5.如權利要求1所述的全息裝置，其中所述參考光束源和所述數據光束源是同一光源。
6.一種用于在全息存儲介質中記錄數據的記錄方法，包括以下步驟生成參考光束和數據光束；通過物鏡將所生成的數據光束會聚到所述全息存儲介質上；通過所述物鏡指引所生成的參考光束以便作為準直光入射到所述全息存儲介質上；和改變所述參考光束相對于所述全息存儲介質的角度，其中所述參考光束和所述數據光束在通過所述物鏡之后，在所述全息存儲介質中記錄多個數據頁。
7.如權利要求6所述的記錄方法，還包括在平行于所述全息存儲介質的方向上移動所述物鏡，從而改變所述參考光束相對于所述全息存儲介質的角度，以便按照角度復用方法記錄多個數據頁的步驟。
8.如權利要求6所述的記錄方法，還包括在所述參考光束進入所述物鏡之前，通過鏡改變所述參考光束的光軸的角度，從而改變所述參考光束相對于所述全息存儲介質的角度，以便按照角度復用方法記錄多個數據頁。
9.如權利要求6所述的記錄方法，還包括補償所述全息存儲介質與所述參考光束之間的相對傾斜。
10.如權利要求6所述的記錄方法，還包括補償所述全息存儲介質的溫度變化。
11.如權利要求10所述的記錄方法，還包括改變波長的步驟。
12.一種用于恢復記錄在全息存儲介質中的數據的恢復方法，包括以下步驟生成參考光束；通過物鏡指引所生成的參考光束以便作為準直光入射到所述全息存儲介質上；改變所述參考光束相對于所述全息存儲介質的角度；和使用已通過所述物鏡的所述參考光束從所述全息存儲介質中恢復所述多個數據頁，其中讀出數據光束通過所述物鏡。
13.如權利要求12所述的恢復方法，包括在平行于所述全息存儲介質的方向上移動所述物鏡，從而改變所述參考光束相對于所述全息存儲介質的角度，以便恢復所述多個數據頁。
14.如權利要求12所述的恢復方法，還包括在所述參考光束進入所述物鏡之前，通過鏡改變所述參考光束的光軸的角度，從而改變所述參考光束相對于所述全息存儲介質的角度，以便讀出多個數據頁。
15.如權利要求12所述的恢復方法，還包括補償所述全息存儲介質與所述參考光束之間的相對傾斜。
16.如權利要求12所述的恢復方法，還包括補償所述全息存儲介質的溫度變化。
17.如權利要求16所述的恢復方法，還包括改變波長的步驟。
18.如權利要求1所述的全息存儲介質，包括記錄材料層和用于在記錄過程中吸收光的光吸收層。
19.如權利要求12所述的全息存儲介質，其中在所述全息存儲介質的上部基片和下部基片的至少一個中形成伺服圖案。
全文摘要
一種單目全息存儲裝置或系統，用于提供全息存儲介質中的數據頁的緊湊記錄和/或讀取。還提供了使用單目全息存儲裝置或系統執行這種數據存儲和/或數據恢復的方法。另外提供了包括用于使用這種裝置或系統記錄或讀取被記錄數據的全息存儲介質的產品。
文檔編號G11B7/0065GK102394071SQ20111030369
公開日2012年3月28日 申請日期2007年8月17日 優先權日2006年11月1日
發明者F·施洛特奧, K·E·安德森, K·R·柯蒂斯, 井手達朗, 宮本治一, 島野健, 嶋田堅一 申請人:株式會社日立制作所, 英法塞技術公司