專利名稱：用于在最好是象光卡這樣的全息記錄媒體上記錄信息的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種方法和裝置，用于利用全息術(shù)向記錄媒體記錄數(shù)據(jù)，或從中讀出數(shù)據(jù)，這種記錄媒體最好是一張光卡。本發(fā)明還涉及使用本發(fā)明方法的一種裝置。該裝置使用了全息記錄媒體，以及全息寫入/讀出光系統(tǒng)。記錄媒體最好是一張光卡。它具有一個薄的全息記錄層，其中，是以被存儲為薄傅立葉全息圖的數(shù)據(jù)頁的形式對信息進行記錄的。本發(fā)明還涉及一種方法，用于對全息光記錄媒體上的記錄信息進行編碼。在這種方法中，信息是以幾個離散全息圖的形式記錄下來的，所述幾個離散全息圖被記錄在光記錄媒體上的不同的物理以及/或邏輯記錄單元內(nèi)。每個全息圖都包括數(shù)據(jù)集合，且一系列數(shù)據(jù)集合一起構(gòu)成了記錄信息。
已知的光存儲器卡能在信用卡大小的光卡上提供大約4-6MB的數(shù)據(jù)，讀出器/記錄器單元提供30-10KB/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。寫入速度一般要低于讀出速度。
全息記錄因其固有的高數(shù)據(jù)密度而為大家所知，因此它已被建議用在數(shù)據(jù)存儲卡中。已經(jīng)提出了許多方法，用于將全息圖結(jié)合到數(shù)據(jù)存儲卡中，但全息圖通常還是用于鑒別目的，而不是用作數(shù)據(jù)存儲。利用全息圖將數(shù)據(jù)存儲在信用卡大小的數(shù)據(jù)卡上會涉及幾個問題。首先，大多數(shù)全息技術(shù)要求，無論是在記錄期間還是在讀取期間，都必須從兩面照射存儲全息圖的感光媒體。因此，最好是，保存有全息圖的光卡的記錄媒體應(yīng)當(dāng)在兩面上都具有光學(xué)特性的表面，并具有恒定的厚度。用傳統(tǒng)的塑料卡很難滿足這些要求。其次，為了數(shù)據(jù)存儲應(yīng)用，需要使用能夠被擦除以及重記錄的一種記錄媒體。很少有這樣一種可擦除的光材料能適于全息記錄，可實現(xiàn)的信噪比相對較低，需要高的曝光能量。第三，隨著每次讀出操作，所記錄的全息圖將會被輕微地擦除。為確保所記錄的全息圖的穩(wěn)定性，需要不同的讀出和寫入波長，但在這種情況下，全息圖的重建圖象失真太大，因而不可能實現(xiàn)高密度存儲。
在公開的DE 195 34 501 A1中，以及在公開的SPIE，第3109卷，第239-244頁的“High density disc strorage by multiplexedmicroholograms”中公開了反射全息術(shù)的一種已知的方法。在這些方案中，提出了建立反射全息圖的一種方法。它建議在記錄階段，使用記錄層下的一個反射鏡，這樣，從反射鏡返回的目標波束被作為參考波束。因此，不需要用于參考波束的單獨的光路。這種方法還提出，用不同形式的復(fù)用方法使存儲容量倍增。全息圖被重建為體積(volume)反射全息圖。所建議的方案的缺點在于在讀出期間，必須將反射鏡除去，這種要求使得這種系統(tǒng)不適于實際的光記錄系統(tǒng)。同樣，也沒有建議用光卡來使用這種系統(tǒng)。
在美國專利No.5,633,100中公開了反射全息術(shù)的另外一種形式，該專利講解了一種工藝，用于形成一個體積反射全息圖。這種已知的方案同樣需要使用入射到感光媒體反面的參考光束，因此，這種方案并不能實際用于光卡。美國專利No.4,888,260公開了另外一種方法，用于體相反射全息圖的制備。這里，體相反射全息圖是由同一記錄媒體內(nèi)的第二離軸全息圖形成的。這種方法不適于形成可擦除的以及可重記錄的全息圖，且光系統(tǒng)非常復(fù)雜。美國專利No.5,710,645公開了一種方法和系統(tǒng)，用于記錄一個切線入射全息圖，它被支撐在具有薄的邊緣可照射幾何形狀的一個襯底上，例如象光卡。理論上，這種系統(tǒng)同樣也可以用于數(shù)據(jù)存儲，但還是這個問題即邊緣照射需要載有全息圖的卡具有非常特殊的機械以及光學(xué)特性。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種方法和系統(tǒng)，用于基于反射全息術(shù)的數(shù)據(jù)存儲，其中全息圖可被記錄以及擦除若干次，最好是能無限次地循環(huán)，其中，無論是在寫入期間還是讀出期間，都僅需要從一面對全息圖進行訪問。同樣，全息圖應(yīng)當(dāng)被存儲在光記錄媒體上，最好是容易制造的光卡或盤上，這種光記錄媒體能允許正常的每日磨損，即，它能經(jīng)受與傳統(tǒng)塑料信用卡或軟盤相同或相似的處理。本發(fā)明的另一個目的是提供用于數(shù)據(jù)存儲的一種方法和系統(tǒng)，其中讀-寫裝置包括一個相對較小的、簡單且便宜的光系統(tǒng)。再另外一個目的是提供一種光記錄方法，它能確保高的數(shù)據(jù)密度，以及高的數(shù)據(jù)傳輸速率，同時，還允許有效地對數(shù)據(jù)進行編碼和加密，因此增強了安全性。
依據(jù)本發(fā)明，通過一種方法來實現(xiàn)這一目的，該方法使用了全息寫入/讀出裝置以及一種記錄媒體，這種記錄媒體最好是具有一個薄全息記錄層的一張光卡。全息記錄媒體可以表現(xiàn)為光盤同樣也可以表現(xiàn)為帶的形式。術(shù)語“薄”意味著層的厚度處于光波長的數(shù)量級上，且所記錄的全息圖可能不被看作是傳統(tǒng)的體積全息圖，這樣，信息的記錄是以被存儲為薄傅立葉全息圖的數(shù)據(jù)頁的形式進行的。依據(jù)本發(fā)明，使用了具有不同的寫入和讀出波長的反射傳輸以及極化全息術(shù)，且在讀出期間校正了失真，這種失真是由寫入和讀出波長的不同而產(chǎn)生的。
在本發(fā)明的記錄方法中，反射傳輸全息術(shù)的使用是一個關(guān)鍵因素。已提出的方法克服了以下問題，這些問題涉及無論是在記錄還是在讀出期間，都要從全息圖的兩面進行照射或執(zhí)行訪問。因此，建議使用一種反射全息術(shù)，以下，將稱其為反射傳輸全息術(shù)。依據(jù)本發(fā)明，在這種全息記錄方法中，記錄層相對較薄，且在所述記錄層之下，存在一個反射層。對全息圖的讀出是在傳輸模式下進行的，但所發(fā)射的目標波被所述反射層反射，通過記錄媒體傳播，并在參考波達到的同一面上被檢測到。
依據(jù)本發(fā)明，由于所建議的方法使用了一種全息記錄媒體，例如是具有載體襯底的一種記錄卡，因此，全息記錄層對光很敏感，且反射層位于載體襯底和記錄層之間。在本發(fā)明的記錄媒體中，記錄層是一種對極化敏感的聚合物材料，記錄層的厚度為讀出以及/或記錄光的波長的0.5-2倍。
可以用對全息記錄媒體執(zhí)行寫入或讀出的一種裝置來實現(xiàn)這種方法，所述全息記錄媒體最好是一張光卡，所述裝置具有記錄媒體夾持以及/或定位裝置；活動的或固定的讀出和寫入光學(xué)器件，其中寫入光學(xué)器件包括一個極化寫入光源；一個極化選擇器裝置，用于分離以及/或合并參考光束以及目標光束；目標光束調(diào)制裝置；極化波片；用于將目標波束成像到記錄層上的一個物鏡；還有包括一個極化讀出光源的讀出光學(xué)器件；一個極化裝置以及/或空間濾波裝置，用于分離以及/或合并參考光束以及成像光束；一個光檢測器以及用于將成像光束成像到光檢測器上的一個物鏡。在依據(jù)本發(fā)明的裝置中，讀出光源的波長與寫入光源的波長不同，讀出光學(xué)器件包括波長失真校正裝置，用于校正由于讀出和寫入波長的不同而引起的重建圖象的失真。
本發(fā)明還包括一個全息數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，這種系統(tǒng)具有一種全息記錄媒體，以及用于全息記錄媒體的一種讀/寫裝置，特別是具有記錄媒體，以及依據(jù)本發(fā)明的讀/寫裝置。所提出的系統(tǒng)利用了具有不同讀出和寫入波長的反射傳輸以及極化全息圖，同時還利用了失真校正裝置，用于校正由讀出和寫入波長的不同而引起的失真。
依據(jù)本發(fā)明，還提供了一種方法，其中，波長失真是由光學(xué)裝置以及/或軟件裝置來校正的。在最佳實施例中，校正是由適當(dāng)設(shè)計的透鏡系統(tǒng)執(zhí)行的，全息圖被記錄為同軸全息圖，它利用了極化記錄的優(yōu)點。
本發(fā)明建議利用極化以及/或相位編碼以及/或旋轉(zhuǎn)復(fù)用來執(zhí)行讀操作和寫操作。特別是能被預(yù)見的所謂的確定性相位編碼復(fù)用，這種確定性相位編碼復(fù)用可以增加一個數(shù)量級的容量，還能對數(shù)據(jù)加密作出貢獻，以下將要對其進行說明。
在本發(fā)明的全息記錄媒體的特定實施例中，反射層是一種波長選擇鏡，它能在讀出波長上執(zhí)行反射，并能在寫入波長上執(zhí)行發(fā)送或吸收。這種配制大大地改善了記錄的靈敏度。
在另一個實施例中，全息媒體是一次寫入的或可擦除-可重寫的全息媒體，最好是側(cè)鏈聚酯(side-chain polyester)(SCP)，更好的是偶氮苯SCP。偶氮苯SCP是一種新穎的全息材料，它允許利用極化全息術(shù)進行高密度數(shù)據(jù)存儲。
有利的是，本發(fā)明的裝置的寫入光源位于400-550nm之間，讀出光源的波長位于600-700nm之間。這種光源能很容易地以激光二極管的形式實現(xiàn)，并使得能夠建立小的以及牢固的光學(xué)讀/寫系統(tǒng)。也可以考慮象固態(tài)激光器這樣的其它的光源，因為它們能提供更高的能級。
在最佳實施例中，讀出光學(xué)器件的波長失真校正裝置包括一個非球面塑料物鏡。
需要注意，讀出光學(xué)器件以及/或?qū)懭牍鈱W(xué)器件中的目標光束以及參考光束具有公共光軸，這里提供了與極化波片以及/或遮光板結(jié)合在一起的一種極化選擇分束器，用于將反射的參考光束與反射的目的光束分開。由于所建議的極化全息技術(shù)允許將參考光束與目的光束分離，且其讀出的SNR非常高，因此，這種做法是可行的。
有利的是，在參考光束的光路中，提供了極化編碼器裝置，尤其是液晶空間光調(diào)制器(LCSLM)。這些裝置允許使用相位編碼復(fù)用。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)對于讀出光學(xué)器件以及寫入光學(xué)器件，具有一個公共物鏡是實際可行的，以用于將參考光束以及目標光束成像到記錄層上，并用于將反射的目標光束成像到讀出檢測器上。因此，可壓縮光系統(tǒng)，減輕光系統(tǒng)的重量，且定位系統(tǒng)也變簡單了。同時，在記錄之后即執(zhí)行讀出而沒有任何延遲也是有可能的。
在裝置的特定的最佳實施例中，公共物鏡是用于校正波長失真的一個非球面透鏡，其中，非球面透鏡的中心區(qū)域被調(diào)到寫入光源波長上，以便將寫入目標光束聚焦到記錄層上，與此同時，它還被調(diào)到讀出光源波長上，以便將讀出的目標光束成像到檢測器上，還要將透鏡的環(huán)行區(qū)域調(diào)諧到讀出光源波長上，以便將反射光束成像到檢測器上。
在本發(fā)明的光系統(tǒng)的另一個最佳實施例中，全息記錄以及讀出光學(xué)器件包括用于讀出以及/或?qū)懭虢?jīng)復(fù)用的全息圖的裝置。例如利用確定性的相位編碼復(fù)用，在理論上，可以將全息圖的信息密度增加幾個量級。在實際可行的系統(tǒng)中，具有五到三十的復(fù)用系數(shù)是可能的。
利用依據(jù)本發(fā)明的全息記錄方法以及記錄媒體的有利特性，有可能建議實施一種新穎的方法，用于對全息光記錄媒體上記錄的信息進行編碼。這種方法包括以幾個離散全息圖以及/或子全息圖的形式記錄信息，這些全息圖或子全息圖都被記錄在光記錄媒體的不同的物理以及/或邏輯記錄單元上，這種光記錄媒體最好是一種光卡。這些全息圖或子全息圖包括數(shù)據(jù)集合，其中數(shù)據(jù)集合序列構(gòu)成了記錄信息。依據(jù)本發(fā)明的方法，數(shù)據(jù)集合被記錄在記錄單元的隨機序列內(nèi)。如果記錄序列不是容易知道的，則對數(shù)據(jù)的訪問被有效地阻塞了。這種方法需要相對較小的剩余存儲容量，但同時，它非常有效。
還應(yīng)當(dāng)注意，是以經(jīng)復(fù)用的全息圖來記錄信息的，邏輯記錄單元是由復(fù)用地址識別出的。在最佳實施例中，用利用了相位編碼復(fù)用的極化全息術(shù)來記錄信息，其中，一個物理全息組包括幾個經(jīng)相位編碼復(fù)用的子全息圖。邏輯記錄單元是由相位編碼地址識別的。
在另一種改進的實施方案中，第一數(shù)據(jù)集合的單元被存儲，接下來的數(shù)據(jù)集合的單元被存儲在前一個數(shù)據(jù)集合內(nèi)。能特別預(yù)見到，物理記錄是以有序序列彼此跟隨的，但相位編碼地址是隨機變化的。因此，讀出數(shù)據(jù)能保持在很高的水平，但編碼依然能夠得到保證。在方法的可選擇的最佳實現(xiàn)方案中，數(shù)據(jù)集合的隨機序列被存儲并被加密，以及/或不能由未經(jīng)授權(quán)的用戶對其進行訪問。后一種方案可能便于數(shù)據(jù)的快速讀出。
以下，將參見附圖，對本發(fā)明進行更詳細的說明，其中，僅通過舉例，來說明依據(jù)本發(fā)明的方法、裝置以及系統(tǒng)的最佳實施例，同時還有光記錄媒體。


圖1顯示了光存儲系統(tǒng)的功能框的示意圖，圖2顯示了依據(jù)本發(fā)明一個最佳實施例的系統(tǒng)和裝置的全息讀/寫光學(xué)器件的示意圖，圖3顯示了依據(jù)本發(fā)明另一個最佳實施例的系統(tǒng)和裝置的全息讀/寫光學(xué)器件的示意圖，圖4a-b顯示了光記錄媒體的剖面圖，在這種情況下，本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)中所用的光卡，以及說明了依據(jù)本發(fā)明的全息記錄方法的原理，圖5顯示了本發(fā)明的光卡上的數(shù)據(jù)布局，圖6a-b顯示了用于校正圖3的讀/寫光學(xué)器件中的波長失真的裝置的側(cè)示圖和頂示圖，圖7顯示了依據(jù)本發(fā)明的裝置的機械定位系統(tǒng)的示意圖；圖8顯示了依據(jù)本發(fā)明的經(jīng)修改的實施例的系統(tǒng)和裝置的全息讀/寫光學(xué)器件的示意圖。
圖1顯示了本發(fā)明的光存儲系統(tǒng)的框圖。全息光存儲系統(tǒng)包括光記錄媒體。這種媒體最好是一種光卡2，它一般都被固定在卡定位單元4上。必須強調(diào)，代替光卡，光盤或帶也同樣適用于實現(xiàn)本發(fā)明?？梢杂每ㄗx/寫光學(xué)器件3對光卡2執(zhí)行讀以及寫(記錄)。光存儲系統(tǒng)1的功能是由主控制器5所控制的，主控制器實際上可以是一個微處理器。主控制器5控制數(shù)據(jù)處理器6和同步電路8，還有定位控制器9。主控制器5還與接口7相連。數(shù)據(jù)輸入和輸出都是通過接口7進行的，且數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)處理器6處理。同步電路8使讀/寫光學(xué)器件3的讀/寫功能與定位控制器9的定位功能同步。
圖2說明了圖1的全息讀/寫光學(xué)器件3的光學(xué)系統(tǒng)。在圖2的實施例中，全息讀/寫光學(xué)器件3具有一個寫入光學(xué)部件51以及一個讀出光學(xué)部件52。這兩個部件可以完全分開，具有分離的移動系統(tǒng)，但在實際實施例中，這兩個部件是與公共定位系統(tǒng)一起移動的。在另一個最佳實施例中，寫光學(xué)部件51和讀光學(xué)部件52是固定的，由圖1的定位構(gòu)件4將光卡2相對于所述光學(xué)器件進行定位(還請參見圖7)。
寫入光學(xué)部件51包括寫入激光器20，它工作于可見的藍綠區(qū)域，532nm附近。寫入激光器20最好是一個半導(dǎo)體激光器，但其它類型的激光器也同樣適用。但是，用于記錄的激光必須具有足夠的相干長度，即，比目標光束和參考光束之間的光程差要長。寫入激光器20的光束直接通過半波片24、波束成形光學(xué)器件22以及分束器23。波束成形光學(xué)器件22以已知方式，將激光器20的高斯強度分布轉(zhuǎn)換為平方分布。這種轉(zhuǎn)換的目的是在整個目標空間內(nèi)，即在目標SLM(空間亮度調(diào)制器)25上，提供均勻的亮度。極化分束器23將光束分為目標光束15和參考光束16。經(jīng)過極化分束器23之后，相對于圖2的平面，目標光束15被橫向極化，參考光束16被并行極化。參考光束16被送向參考SLM 26。參考光束16被參考SLM 26反射回，因此，極化將變?yōu)闄M向極化。參考光束16還直接通過分束器23、另一個1/4波片35，之后通過物鏡27落到光卡2的表面上，將在以下對其進行說明。在通過1/4波片35后，參考光束16的線性極化將變?yōu)閳A形極化。
在離開分束器23之后，目標光束15以橫向極化方式落到目標SLM25上。目標光束15從目標SLM 25開始轉(zhuǎn)向，通過分束器23以及1/4波片，再轉(zhuǎn)回光卡2。由于目標SLM 25的反射，當(dāng)目標光束15第二次進入或離開分束器23時，它將變?yōu)槠叫袠O化。此外，經(jīng)過1/4波片35之后，目標光束的正交線性極化被轉(zhuǎn)換為正交圓形極化，但目標光束15的旋轉(zhuǎn)方向與參考光束16的旋轉(zhuǎn)方向相反。最后，目標光束15通過同一物鏡系統(tǒng)27落在光卡2的面上，換言之，往返于光卡2的參考光束16和目標光束15具有公共光軸。光學(xué)系統(tǒng)的這種結(jié)構(gòu)被表示為同軸結(jié)構(gòu)。目標光束15和參考光束16分別被它們各自的空間光調(diào)制器25和26所調(diào)制，正如以下將要說明的那樣。SLM 26和25最好是LCD設(shè)備，具有1024×1024或512×512象素段，其中各個段的光反射特性可以由適當(dāng)?shù)碾娐贩謩e控制，在本發(fā)明中，這種電路是數(shù)據(jù)處理電路6。用數(shù)據(jù)對目標SLM 25編碼，而用相位地址對參考SLM 26進行編碼。對于這個實施例，目標SLM 25是一種調(diào)制所傳輸?shù)墓獾姆?強度)的設(shè)備，但也可以考慮將其它類型的SLM設(shè)備用于本發(fā)明的設(shè)備中。例如其極化角可受到控制的點陣式極化調(diào)制器也是適用的。正如以下將要說明的那樣，參考SLM 26是一種極化SLM，它能對參考光束16加一個π相位延遲。可利用適當(dāng)?shù)奈镧R系統(tǒng)，最好是傅立葉變換透鏡，將目標光束15以及參考光束16成像到光卡2上，這里用透鏡系統(tǒng)27來表示物鏡系統(tǒng)。應(yīng)當(dāng)理解，也可以使用目前沒有討論過的光學(xué)器件例如透鏡、光闌、反射鏡等，以便能在SLM 26和25上以及光卡2的表面上得到合適的射束形狀。特別是，同樣能預(yù)見，已知的聚焦以及跟蹤伺服光學(xué)器件以及構(gòu)件能將目標光束15和參考光束16聚焦到光卡2表面的指定單元上。
對于圖2中所示的讀/寫光學(xué)器件3的實施例，對光卡2上的全息圖的檢測是由讀出光學(xué)部件52執(zhí)行的。讀出光學(xué)部件52與寫入光學(xué)器件51相似的配置，但讀出激光器21是一種紅色激光器。在本實施例中的讀出激光器工作于可視紅色區(qū)域內(nèi)，位于600-700nm之間，它最好是另外一種半導(dǎo)體激光器或LED，或是He-Ne激光器。因此，調(diào)節(jié)波片35’，以用于讀出激光器的波長。不用目標SLM 25，這里可使用一個CCD檢測器29?？梢杂眠m當(dāng)?shù)某上窆鈱W(xué)器件，最好是傅立葉變換透鏡，將全息圖成像在CCD檢測器29上，這里用物鏡28來表示這種成像光學(xué)器件。CCD檢測器29讀出存儲在全息圖內(nèi)的數(shù)據(jù)，它包括目標SLM 25的位映射圖象。
所記錄的信息是以數(shù)據(jù)頁的形式被存儲在薄傅立葉全息圖上。這意味著這種全息圖有可能不會被看作傳統(tǒng)的體積全息圖。但是，全息圖是足夠厚的，所以，它們的厚度也不能被忽略。依據(jù)本發(fā)明的這些全息圖表示一種中間情況，其中，衍射圖案位于適用于厚光柵的Bragg衍射以及適用于無限薄光柵的衍射之間。實際上，在本發(fā)明中所用的層的厚度位于300nm和3000nm之間，這意味著所得到的衍射圖案是有限層厚，具有明顯的波長以及角度可選擇性，但它們的選擇性還沒有達到厚全息圖的選擇性。
依據(jù)本發(fā)明，全息記錄是由反射傳輸全息術(shù)來實現(xiàn)的。將參見圖4a-b，對這種全息記錄方法的原理進行說明。圖4a-b顯示了光卡2的剖面圖，以及在所述記錄層33下面的反射層32。記錄層33相對較薄，反射層32是一種波長選擇層，它能在讀出波長上執(zhí)行反射，但能在寫入波長上執(zhí)行吸收(或也可以傳送)。在記錄期間(參見圖4a)，利用參考光束16和目標光束15之間的極化干涉圖，在卡2的記錄層33內(nèi)建立了全息圖61。在圖4a-b中，所顯示的入射的和反射的參考光束18、18’彼此具有一個角度，以便較好地說明讀出過程，但須指出，實際上，入射的和反射的參考光束基本上是平行的，并且，至少在說明書中所展現(xiàn)的最佳實施例中，具有一個公共光軸。相反，目標光束15、17以及參考光束18、18’倒的確彼此具有一個小的角度，盡管它們也具有一個公共軸。在讀出期間(參見圖4b)，入射參考波束18產(chǎn)生了一個目標光束，它能再現(xiàn)原始寫入目標光束15的信息內(nèi)容。再現(xiàn)的目標光束一般將從全息圖61中退出，作為所傳送的目標光束19。但這種傳送的目標光束19被在反射層32上反射，并再一次通過記錄層33傳播，并從記錄層33中退出，作為反射目標光束17。當(dāng)然，參考光束18也被反射，作為反射參考波束18’，但可利用光束的極化特性以及不同的衍射，將后者從反射目標光束17中分離出來，正如以下將要說明的那樣。如上所述，在依據(jù)本發(fā)明的反射傳輸全息處理中，全息圖的讀出是在傳輸模式中執(zhí)行的，但所傳送的目標波是由反射層反射的，通過記錄媒體進行傳播，并能在參考波到達的同一側(cè)檢測到它。
在本發(fā)明中所用的全息記錄處理為稱為極化處理。極化全息記錄是由具有相互正交極化的兩個平面波實現(xiàn)的。在這種記錄過程中，所得到的光場不是用強度來調(diào)制的，而僅僅是用極化來調(diào)制。依據(jù)記錄光場的極化調(diào)制，對所導(dǎo)出的光學(xué)各向異性(分色性或雙折射)進行空間調(diào)制，即極化全息光柵被記錄下來。已經(jīng)了解了用于記錄極化全息光柵的各種可能性。我們還知道衍射效率(η)取決于極化干涉圖的類型，它形成了極化復(fù)用的基礎(chǔ)。這主要基于這樣一個事實，即在光致各向異性的足夠大的值處，能高效地記錄極化光柵，這種效率對于幅度調(diào)制可達25％，對相位調(diào)制，可達100％。當(dāng)用兩個正交的圓形極化波來實現(xiàn)記錄時，η強烈地依賴于重建波的橢圓率。通過改變橢圓率，η可以從0變到其最大值。如果目標和參考波都具有平行極化，則普通強度的干涉圖將會導(dǎo)致，即光場強度將受到正弦調(diào)制。當(dāng)這兩種波具有相互正交的極化方向時，所得到的光場的強度是恒定的，只有其極化隨產(chǎn)生極化干涉圖的這兩個波之間的相移變化而受到周期性的空間調(diào)制。這兩種干涉效應(yīng)都可以用合適的材料記錄下來。在圖2和3所示的裝置的實施例中，要考慮使用這兩種效應(yīng)。在目標SLM 25的最佳形式中，提供了強度調(diào)制，但是參考光束16和目標光束15也是正交極化的，以提供改善了的讀出SNR。
在全息記錄期間，在光學(xué)各向異性材料中，極化干涉圖被記錄為一種經(jīng)空間調(diào)制的光學(xué)各向異性。在本發(fā)明的最佳實現(xiàn)方法中，使用了所謂的側(cè)鏈偶氮苯聚酯(SCP)。在記錄處理中，記錄媒體的分子例如一個SCP化合物依據(jù)入射光束的極化而對齊。寫入處理利用藍或綠光，全息圖的讀出是受紅光的作用。例如是在偶氮苯SCP材料內(nèi)的記錄處理已在公開的“Side-chain Liquid Crystalline Polyestersfor Optical Information Storage”中進行了詳細的說明，這篇文章在Polymers for Advanced Technologies的第7卷第768-776頁，將這篇文獻引入本文僅供參考。我們也了解適用于全息記錄的相似的材料，也可以方便地使用它們。在Appl.Opt.第23卷，第23期，1984年12月1日，第4309-4312頁公開的“Polarisationholography.1A new high-efficiency organic material withreversible photoinduced birefringence”中，以及在Appl.Opt.第23卷，第24期，1984年12月15日，第4588-4591頁公開的“Polarisation holography.2Polrisation holographicgratings in photoanisotropic materials with and withoutintrinsic birefringence”中說明了極化全息術(shù)的原理。將后面這兩篇文獻引入本文，也是僅供參考。極化全息術(shù)的一個重要特征是如果將參考光束16和反射目標光束15選擇為正交極化，則用一個極化元件可將它們完全分離。這會產(chǎn)生出色的信噪比(SNR)。如圖2所示，由波片35和極化分束器23，將寫入激光器20和讀出激光器21的正交的橢圓極化光束變換為平行極化目標光束15和橫向極化參考光束16(參考的平面是圖2的平面)。一旦讀出，則在極化裝置和空間濾波裝置的幫助下，將反射的目標光束17與反射的參考光束18’分開。在這種情況下的極化裝置與空間濾波裝置包括半波片30以及遮光板36。在穿過半波片30之后，反射的目標光束17被橫向極化。半波片30的中心部分具有用于參考光束18的一個孔37。在檢測器29之前，有一個被定位在中央部位的遮光板36，以便濾除通過孔徑37的反射參考光束18’，以及將來自分束器23’的光向檢測器29進行部分反射。遮光板36還濾除直接來自讀出激光器21的參考光束18。但是，由于寫入和讀出波長的不同，反射的目標光束17將以相對于反射參考光束18’的一個很小的角度，從全息卡2的全息圖中衍射出。這種衍射中的小的差異，允許利用空間濾波，將反射的目標光束17從反射的參考光束18’中濾出。正如以下將要說明的那樣，物鏡28使反射的目標光束17與反射的參考光束18’空間分離，但同時，它會將反射的目標光束17成像到檢測器29的外圍部分，為目標光束17提供圖象校正。
必須注意，如果將極化技術(shù)與反射傳輸記錄方法一起使用，則衍射效應(yīng)也會增強。這是基于這樣一個事實，即極化參考光束對反射層32的中間層將有一個π的相移。這意味著，利用圓形極化光束，旋轉(zhuǎn)方向?qū)優(yōu)橄喾?，但同時，光束的傳播方向也會反轉(zhuǎn)。其結(jié)果將是當(dāng)光束穿過記錄層返回時，光束將會沿同一方向發(fā)生衍射。
再次參見圖2，讀出物鏡28被設(shè)計為能校正讀出失真。這種失真是由激光器20和激光器21之間的波長差異而引起的。由于光學(xué)系統(tǒng)的同軸結(jié)構(gòu)，失真將是軸對稱的，因此，可以利用適當(dāng)設(shè)計的用作物鏡28的非球面透鏡對它們進行校正。這種失真對于中央光束不太重要，但對于靠近圖象空間邊緣的光束就較為重要。由于讀出光學(xué)器件52的中央光束被保留，用作參考光束18，所以物鏡28的外圍部分僅需要被調(diào)諧為目標光束17。
圖4a-b是光記錄媒體的剖面示意圖。這里，記錄媒體是在本發(fā)明的光存儲系統(tǒng)1中所用的一種光卡2。光卡2具有相對較薄——0.5-1mm——的塑料基片31，它是由適當(dāng)?shù)乃芰喜牧侠缡蔷厶妓狨セ騊VC作成的。利用真空蒸鍍、濺射或其它適當(dāng)?shù)奶幚?，將具有大約100nm厚度的波長選擇反射層32涂敷在基片31上。反射層32的目的是在讀出橫過記錄層33的目標光束期間，對其進行反射。因此，反射層32必須能在讀出波長上執(zhí)行反射，但必須能夠方便地不在寫入波長上執(zhí)行反射。需要的是能抑制對寫入光束的反射，這樣，就不會在執(zhí)行寫入期間，干擾來自參考光束16以及目標光束15的反射的干涉結(jié)果。就由保護層34保護了在反射層32上的記錄層33，使其免受機械以及化學(xué)影響。
圖5是從記錄面即從保護層24一面看去的光卡2的頂視圖。盡管沒有什么可妨礙將光卡的兩面都作成存儲面，但實際上，只有一面用于數(shù)據(jù)記錄，而另一面則提供用裸眼可識別的書寫信息，即有關(guān)光卡類型的信息文本。在光卡2上的記錄是以非常小的全息圖61的形式進行的，其中每一個小全息圖都具有一個正方形，其大小約為0.8×0.8mm2。在圖5中，顯示了幾個其它的全息圖61i、61j、61k，它們都具有與全息圖61相同的結(jié)構(gòu)。全息圖61彼此間隔大約200微米，且在它們之間有定位標記62和63，以及最終識別標記64。一組標記62用于在X方向執(zhí)行定位，而其它組的標記63用于在Y方向上對齊讀/寫光學(xué)器件。識別標記64可以包含有關(guān)光卡2上的全息圖62的位置信息，也可以包含有關(guān)全息圖62的類型信息。
圖3顯示了圖2中所示的本發(fā)明的寫入/讀出光學(xué)器件的一種經(jīng)修改的形式。這種光學(xué)系統(tǒng)將寫入光學(xué)部件51和讀出光學(xué)部件52組合為一個公共單元。基本結(jié)構(gòu)包括寫入光學(xué)器件51的所有元件，且原理上，寫入目標光束與寫入?yún)⒖脊馐墓饴废嗤?。因此，圖3的經(jīng)組合的讀/寫光學(xué)器件包括寫入激光器20，其工作于可見藍-綠區(qū)域，大約是532nm。讀出激光器工作于可見紅色區(qū)域，大約位于630nm處，它最好是另一種半導(dǎo)體激光器或LED，或He-Ne激光器。寫入激光器20的光束直接穿過半波片24、光束成形光學(xué)器件22以及分束器23。讀出激光器21的光通過中性(neutral)分束器41被插入一個光學(xué)系統(tǒng)。光束成形光學(xué)器件22以及22’將激光器20和21的高斯強度分布轉(zhuǎn)換為平方分布。在寫入期間，分束器23將光束分為目標光束15和參考光束16。參考光束16通過分束器41被送向參考SLM 26。參考光束16被參考SLM 26反射回，通過分束器41、分束器23、1/4波片45，再通過物鏡系統(tǒng)47，落到光卡2的表面，將在下文對這種物鏡系統(tǒng)進行說明。有必要補償由于在參考光束16的光路中插入了一個中性分束器41而引起的延遲。因此，必須在組合的讀/寫光學(xué)器件3內(nèi)加入一個附加元件。這是一種補償器塊43，它在目標光束15的光路中提供了一個必要的延遲。應(yīng)當(dāng)注意，圖3的實施例的1/4波片45可受到電子控制，這樣，它可以被調(diào)諧到寫入光束的波長或讀出光束的波長?；蛘咭部梢?，將1/4波片45調(diào)諧到讀出激光的波長或是寫入激光的波長，由這些波長的不同而引起的噪聲可以忽略不計，或是可用適當(dāng)?shù)难b置對其進行抑制。
經(jīng)過分束器23之后，目標光束15經(jīng)由補償器塊43落在目標SLM25上。目標光束15被從目標SLM 25反射回，經(jīng)過補償器塊43、分束器23以及1/4波片45，到達光卡2。目標光束15經(jīng)由同一物鏡47落在光卡2的表面，這樣，參考光束16和目標光束15就具有往返于光卡2的公共光軸。因此，同樣用共軸結(jié)構(gòu)建立了組合讀/寫光學(xué)器件3。與分離的讀出和寫入光學(xué)部件52和51的情況相似，目標光束15和參考光束16都受到它們各自的空間光調(diào)制器26和25的調(diào)制。目標光束15和參考光束16借助于物鏡系統(tǒng)47而成像在光卡2上。也可以使用其它光學(xué)元件，象透鏡、光闌、反射鏡等，以便能在SLM 26和25上以及光卡2的表面上得到適當(dāng)?shù)牟ㄊ螤?。以下，將參照圖6a-b，詳細說明物鏡系統(tǒng)47的功能。
再次參見圖3，全息圖的讀出是利用了讀出激光器21。讀出激光器21的光束通過中性分束器41與光學(xué)器件耦合，并被反射到參考SLM26。參考光束18被SLM 26反射，經(jīng)過中性分束器41、極化分束器23、1/4波片45以及執(zhí)行寫入操作時使用的同一物鏡47，到達光卡。
入射的參考光束18將在光卡2的全息圖上進行衍射，并會產(chǎn)生反射的目標光束17。對光卡2上的全息圖的檢測是用CCD檢測器29執(zhí)行的。反射的目標光束17借助于中性分束器41，被反射到CCD檢測器29。在讀出期間，可電子控制的波片45被調(diào)諧到讀出激光器21的波長上。由于使用了圖2中的光學(xué)系統(tǒng)，反射的目標光束17被從反射的參考光束中分離出來，但在這種情況下，只能使用空間濾波?？臻g濾波是由位于檢測器29中心區(qū)域之前的遮光板36實現(xiàn)的。
參見圖6a-b，它們顯示了依據(jù)最佳實施例的波長失真校正裝置的原理。在圖2和3的實施例中，波長失真校正裝置是由物鏡系統(tǒng)28和物鏡系統(tǒng)47來實現(xiàn)的。以下，將參照圖6a，并借助于與圖3相似的簡化的光學(xué)配置(optical setup)方案，說明物鏡系統(tǒng)28和47的功能。圖3中的物鏡系統(tǒng)47是由一個或多個非球面塑料透鏡或非球面玻璃透鏡構(gòu)成的。至少有一個非球面透鏡48在其有效孔徑內(nèi)，包括一個中心區(qū)域49以及一個環(huán)行區(qū)域50。在圖6b中顯示了具有中心區(qū)域49以及環(huán)行區(qū)域50的這種孔徑。如圖6a所示，在記錄期間，目標光束15的有用截面通過環(huán)行區(qū)域50，而參考光束16則只通過中心區(qū)域49。在讀出期間，讀出參考光束18將被限制到中心區(qū)域49，但反射的傳輸光束即反射的目標光束17將以較大的角度衍射，這是因為其波長較長。因此，反射的目標光束17的一小部分將通過中心區(qū)域49，其余較大的部分將通過環(huán)行區(qū)域50。因此，環(huán)行區(qū)域50的形狀必須使其能夠補償反射的目標光束17的波長失真，并能將全息圖61的無失真圖象提供到CCD檢測器29上。所形成的中心區(qū)域49的形狀，使其既能在記錄波長上也能在寫入波長上，對參考光束16和18提供一個可接收的成像。當(dāng)然，這將是對于理想成像的最佳透鏡形狀的一種折衷方案，所以，這兩個光束都將保持最小程度的失真。但，由于在中心區(qū)域49中，入射角要比環(huán)行區(qū)域50內(nèi)的小，因此，這種失真是可以忍受的。
應(yīng)當(dāng)注意，無論是在圖3的組合光學(xué)器件3內(nèi)還是在圖2的分離的讀出和寫入光學(xué)部件52和51中，都可以用反射鏡來取代參考SLM26。參考SLM 26的目的是允許使用確定性相位編碼的所謂復(fù)用的可能性。在出版物Opt.Comm.85(1991)，第171-176頁的“Volumehologram multiplexing using a deterministic phase encodingmethod”中說明了這種方法。在這種復(fù)用方法中，將一個液晶空間光調(diào)制器(LCSLM)，在本說明書中是參考SLM 26，放置到參考光束的光路中。參考SLM 26的每一個象素都可被切換到兩種狀態(tài)既可以將輸入光束的相位加上π，也可以使相位保持不變。用這種方法可以產(chǎn)生不同的參考波陣面。用于指定參考光束的可調(diào)相位集合表示了與目標相應(yīng)的地址。它可以顯示出，在重建處理過程中，一個給定的參考光束只能重建與它自己相應(yīng)的目標光束，但是，所檢測到的信號強度將較低。一個物理全息圖內(nèi)的獨立的可記錄子全息圖的數(shù)目等于不同相位地址的數(shù)目。當(dāng)然，由于信號強度的降低，所記錄的子圖象的SNR也會降低，因此，對這種復(fù)用存在實際的限制。應(yīng)當(dāng)注意，復(fù)用的條件用于較厚的全息圖時較好，但使用較厚的全息圖，讀出和寫入波長的差異會在目標間隔的邊緣處引起較大的失真。
已經(jīng)得到結(jié)論相位編碼復(fù)用對薄全息圖效果良好?？赏ㄟ^增加LCSLM的象素數(shù)目來增加復(fù)用全息圖的數(shù)目。為使串?dāng)_最小，必須研究不同的相位編碼，可選擇那些具有最小串?dāng)_的相位編碼，用作實際操作。限定復(fù)用子全息圖的最大數(shù)目的主要因素是一個LCSLM象素的衍射受限的光斑大小。實際可行的復(fù)用子全息圖的數(shù)目大約為5到30。
除上述的相位編碼外，如果光學(xué)配置不具有共軸結(jié)構(gòu)，但參考光束以及目標光束彼此具有一個角度，則還可以使用所謂的極化復(fù)用技術(shù)。我們已經(jīng)了解，在用兩個正交的圓形極化波來實現(xiàn)記錄的情況下，衍射效率強烈地依賴于重建波的極化，尤其是其橢圓率。有可能利用λ/4波片來控制讀出波的橢圓率。當(dāng)重建波的極化狀態(tài)與記錄期間的參考波的極化狀態(tài)相符時，就達到+1級(衍射光)中的衍射效率η的最大值，而在兩者為正交極化狀態(tài)時減小為零。與此同時，所說明的-1級(衍射光)中的η的變化也具有相似的關(guān)系，只不過相差90°；當(dāng)在+1級中η達到最大值時，-1級中的η等于零，反之亦然。因此，極化復(fù)用方法如下——取得具有左手圓形極化參考光束的第一曝光(‘A’全息圖)——取得具有右手圓形極化參考光束的第一曝光(‘B’全息圖)——如果我們將左手圓形極化用作讀出光束，則‘A’全息圖的衍射效率η最大，且‘B’全息圖的衍射效率η最小。
——如果我們將右手圓形極化用作讀出光束，則我們將重建‘B’全息圖，而與‘A’全息圖的重疊最小。
因此，對記錄光束極化狀態(tài)的靈敏度η使得有可能使記錄的信息容量加倍?？梢院苊靼椎乜吹剑诒景l(fā)明的光記錄方法中，極化復(fù)用可以與確定性相位編碼復(fù)用組合使用。SLM 26的適當(dāng)?shù)南辔痪幋a是受數(shù)據(jù)處理器6的控制的。
在使用本發(fā)明的信息存儲方法的實際系統(tǒng)中，考慮了5到30個折疊期復(fù)用。極化復(fù)用需要額外的用于旋轉(zhuǎn)目標以及參考光束的極化面光學(xué)或機械元件，還需要極化元件。
盡管這種系統(tǒng)所包含的機械以及光學(xué)元件的數(shù)目將會使該系統(tǒng)比所演示的最佳實施例的復(fù)雜，但這種系統(tǒng)還是可行的。理論上，波長復(fù)用也是可能的，但SCP材料對寫入和讀出波長的固有的靈敏度使得這種方案不切實際。
另一種可能是使用旋轉(zhuǎn)復(fù)用，即連續(xù)地將幾個目標SLM區(qū)域耦合到所述光學(xué)系統(tǒng)，就好象目標SLM圍繞著由參考光束以及光卡上的全息圖所確定的軸旋轉(zhuǎn)。目標SLM的機械旋轉(zhuǎn)或位移也是可能的。
圖7是本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)1的可能的機械結(jié)構(gòu)的示意圖。光學(xué)系統(tǒng)具有兩個主要的機械部件，讀/寫光學(xué)器件3以及卡定位構(gòu)件4。讀/寫光學(xué)器件3包括全息讀/記錄光學(xué)器件以及精細伺服裝置。卡定位構(gòu)件包括由X電機58所驅(qū)動的X方向平移機架55，其中X電機58最好是一個步進電機。機架55相對于基座56在軌道上滑動。在機架55內(nèi)，布置有一個Y方向平移機架59，它是由Y電機57驅(qū)動的。應(yīng)當(dāng)理解，其它方法也能很好地相對于讀/寫光學(xué)器件3對光卡2進行定位。例如，可以提供平移構(gòu)件，以移動讀/寫光學(xué)器件3，而光卡2保持不動，卡定位構(gòu)件僅用于將由外部用戶插入到卡閱讀器內(nèi)的光卡2穩(wěn)定地固定住，在執(zhí)行完讀以及/或?qū)懖僮髦?，卡定位?gòu)件會彈出光卡。
最后，圖8顯示了在依據(jù)本發(fā)明的裝置中所用的光學(xué)系統(tǒng)的另外一個實施例。圖8中的光學(xué)配置與圖2中顯示的相似，即這也是一個具有分離的寫入光學(xué)部件51以及讀出光學(xué)部件52的光頭。與圖2中所示的配置相比，主要的不同在于讀出光學(xué)部件52。這里，極化分束器23’由中性分束器41所替代。圖2中的半波片30被省略，且僅僅使用空間濾波即利用遮光板36來分離反射參考光束18’，這種空間濾波利用了反射目標光束17和反射參考光束18之間的衍射差異。這種方案具有的優(yōu)點是需要較少的極化元件，但同時，檢測器29上的光強度也較小，這可能會產(chǎn)生較低的SNR。
與可行光卡相比，基于本發(fā)明所概述的原理的光信息存儲系統(tǒng)具有非常良好的參數(shù)。在成像于大約0.8mm×0.8mm的全息圖上時，具有256×256個位映射圖象象素的分辨率以及1024×1024個實際圖象象素的分辨率，具有四個交迭復(fù)用，在信用卡大小的光卡上的數(shù)據(jù)容量可達100兆字節(jié)。假定一秒內(nèi)讀出四個全息圖，當(dāng)然這是不切實際的，則可實現(xiàn)100千字節(jié)/秒的數(shù)據(jù)傳輸速率。
應(yīng)當(dāng)注意，波長失真校正裝置可以用系統(tǒng)內(nèi)的其它元件來實現(xiàn)。尤其是，也可以預(yù)見，使用高分辨率的CCD檢測器29，以及用合適的軟件來執(zhí)行失真校正，這種軟件將會分析CCD檢測器29上的圖象。這種工作可以由數(shù)據(jù)處理器6來執(zhí)行，但也可以考慮使用特定的專用處理器。
數(shù)據(jù)處理器6，或其它的編碼單元可被方便地用于對全息光卡2上的記錄信息進行編碼。與傳統(tǒng)的磁帶或其它類型的光卡相比，全息記錄自然更安全。依據(jù)本發(fā)明，我們建議使用全息記錄的有利特性，以用于編碼方法的實現(xiàn)，這將參見圖5進行說明。
正如我們在上面所顯示的，在本發(fā)明的記錄方法的最佳方式中，信息表現(xiàn)為被記錄在光卡上的不同的物理以及/或邏輯記錄單元內(nèi)的幾個離散的全息圖的形式或是子全息圖的形式。這些不同的單元是由全息圖61i、61j以及61k表示的。這些全息圖包括數(shù)據(jù)集合，而數(shù)據(jù)集合序列一起構(gòu)成了記錄信息。例如，為再現(xiàn)指定文件的信息內(nèi)容，必須按以下順序讀出全息圖61j、61k、61i。全息圖單元的這種順序或序列是隨機確定的，即包含于全息圖內(nèi)的數(shù)據(jù)集合被記錄在記錄單元的隨機序列內(nèi)。應(yīng)當(dāng)注意，術(shù)語“隨機”也可以指偽隨機排序，或由保密的、預(yù)定的以及不明顯序列引起的排序。
盡管在圖5中，物理記錄單元的隨機序列是已知的，還是應(yīng)當(dāng)強調(diào)隨機單元也可以指隨機邏輯單元。為保持高的寫入和讀出數(shù)據(jù)速率，特別要考慮，在記錄或讀出期間，物理單元應(yīng)當(dāng)依照自然順序，這樣，無論是對卡2還是讀/寫光學(xué)器件3，從一個記錄單元到另一個記錄單元的快速的機械重定位將不會產(chǎn)生問題。在后一種情況下，僅僅在邏輯單元內(nèi)，才作隨機選擇，物理單元被排序。如果信息被記錄在復(fù)用的全息圖上，則每一種復(fù)用模式表示一個復(fù)用地址。在這種情況下，可以用復(fù)用地址來識別邏輯記錄單元。在光卡2和讀/寫光學(xué)器件3的所建議的實施例中，信息是由使用了相位編碼復(fù)用的極化全息圖記錄的。因此，一個物理全息圖組包括幾個，也可能包括三十個相位編碼復(fù)用子全息圖，每個全息圖包括一個數(shù)據(jù)集合。在這種情況下，是用相位編碼地址n來識別一個全息圖61內(nèi)的數(shù)據(jù)集合的邏輯記錄單元，其中n是一個整數(shù)，一般位于1-30的范圍內(nèi)。在全息圖61i內(nèi)的第n個數(shù)據(jù)集合的單元的標識符可以表示為61i/n。
數(shù)據(jù)是按以下方式被記錄并被讀出的第一數(shù)據(jù)集合被記錄到具有標識符61j/n的單元。這一單元的標識符被存儲在卡2的目錄內(nèi)，并被加密，這樣，只有經(jīng)過授權(quán)的人才被允許讀取這個標識符。此后，下一個數(shù)據(jù)集合被存儲在單元61j+1/p、61j+2/q、61j+3/r、61j+4/s等內(nèi)。物理單元61j、61j+1、61j+2、61j+3、61j+4表示在光卡2的同一行或同一列上彼此相隨的全息圖。序列n、p、q、r、s等表示隨機序列。如果物理全息圖61j保持不變，則在所有的子全息圖61j/1-61j/100都被記錄下來之前，只有邏輯單元61j/n、61j/p、61j/q、61j/r、61j/s等被記錄在隨機序列內(nèi)，這種方法也是可行的。接著，在下一個物理全息圖中繼續(xù)執(zhí)行記錄，或也可以，在隨機選取的物理全息圖61k內(nèi)繼續(xù)執(zhí)行記錄。
后一個數(shù)據(jù)集合的單元的標識符被存儲在前一個數(shù)據(jù)集合內(nèi)。在上述例子中，標識符61j+1/p被存儲在子全息圖61j/n的數(shù)據(jù)集合內(nèi)，標識符61j+2/q被存儲在子全息圖61j+1/p的數(shù)據(jù)集合內(nèi)，以此類推。
還有可能將數(shù)據(jù)集合的單元的隨機序列存儲在一起，將其存儲在光卡2的目錄區(qū)域內(nèi)。在這種情況下，整個序列被加密以及/或使得未經(jīng)授權(quán)的用戶不能對其進行訪問。對隨機序列的訪問是由例如是一種PIN編碼允許的。
雖然，是用參照附圖的特定實施例來說明本發(fā)明，但對那些本領(lǐng)域人員來說，也能很容易地實現(xiàn)其它有利的實施例。顯然，可以以光盤或帶的形式來制作全息圖記錄媒體，并可因此而修改光記錄裝置，用適當(dāng)?shù)谋P或帶定位以及旋轉(zhuǎn)/纏繞機構(gòu)來替代對光卡2進行定位的機構(gòu)。
權(quán)利要求
1.用于在記錄媒體上記錄數(shù)據(jù)或從中讀出數(shù)據(jù)的方法，使用了具有薄全息記錄層的一種全息記錄媒體，以及用于所述記錄媒體的全息寫入/讀出裝置，所述媒體最好是一種光卡，其中，信息的記錄是以數(shù)據(jù)頁的形式存儲在薄傅立葉全息圖上的，其特征在于使用具有不同寫入和讀出波長的反射傳輸以及極化全息術(shù)，以及在讀出期間，校正由寫入和讀出波長之間的不同而引起的讀出信道內(nèi)的失真。
2.依據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述波長失真是由光學(xué)以及/或軟件裝置校正的。
3.依據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中所述全息圖被記錄為同軸全息圖。
4.依據(jù)權(quán)利要求1到3中任何一個權(quán)利要求的方法，其中所述記錄以及讀出是用極化復(fù)用以及/或相位編碼以及/或旋轉(zhuǎn)復(fù)用實現(xiàn)的。
5.全息記錄媒體，最好是一種光卡，具有一個載體基片、對光敏感的全息記錄層、以及位于載體基片和所述記錄層之間的反射層，其特征在于所述記錄層是一種對極化敏感的聚合物材料，且記錄層的厚度為讀出以及/或記錄光的波長的0.5-2倍。
6.依據(jù)權(quán)利要求5的全息記錄媒體，其中反射層是一種波長選擇反射鏡，它能在讀出波長上執(zhí)行反射，并能在寫入波長上執(zhí)行傳輸或吸收。
7.依據(jù)權(quán)利要求5或6的全息記錄媒體，其中所述記錄層是一種偶氮苯SCP層。
8.依據(jù)權(quán)利要求5至7中任意一個權(quán)利要求的全息記錄媒體，其中所述記錄層被一個保護層所覆蓋。
9.用于對全息記錄媒體執(zhí)行寫入或讀出操作的裝置，所述記錄媒體最好是一種光卡，所述裝置具有記錄媒體夾持以及/或定位機構(gòu)、可活動的或固定的讀出以及寫入光學(xué)器件，所述寫入光學(xué)器件包括一個經(jīng)極化的寫入光源、用于分離以及/或組合參考光束和目標光束的極化選擇器裝置、目標光束調(diào)制裝置、極化波片、用于將所述目標光束成像到一個記錄層上的一個物鏡，以及，讀出光學(xué)器件包括一個經(jīng)極化的讀出光源、用于分離以及/或組合參考光束和成像光束的極化選擇器以及/或空間濾波裝置、一個光檢測器、以及用于將成像光束成像到一個光檢測器上的一個物鏡，其特征在于所述讀出光源的波長與所述寫入光源的波長不同，以及所述讀出光學(xué)器件包括波長失真校正裝置，用于校正由所述讀出和寫入光的波長不同而產(chǎn)生的重建圖象的失真。
10.依據(jù)權(quán)利要求9的裝置，其中所述寫入光源的波長在400-550nm之間，所述讀出光源的波長位于600-700nm之間。
11.依據(jù)權(quán)利要求9或10的裝置，其中所述讀出光學(xué)器件的所述波長失真校正裝置包括一個非球面塑料物鏡。
12.依據(jù)權(quán)利要求9到11中任意一個權(quán)利要求的裝置，其中所述讀出光學(xué)器件以及/或所述寫入光學(xué)器件內(nèi)的所述目標光束以及所述參考光束具有一個公共光軸，所述極化選擇器裝置包括一個極化選擇分束器以及/或包括一個遮光板的所述空間濾波裝置，用于將反射參考光束從所述反射目標光束中分離出來。
13.依據(jù)權(quán)利要求9至12任何一個權(quán)利要求的裝置，其中極化編碼器裝置位于所述參考光束的所述光路中。
14.依據(jù)權(quán)利要求13的裝置，其中所述極化編碼器裝置包括一個LCSLM。
15.依據(jù)權(quán)利要求11到14中任何一個權(quán)利要求的裝置，其中所述讀出光學(xué)器件以及所述寫入光學(xué)器件具有一個公共物鏡，用于將所述參考以及目標光束成像到一個記錄層上，以及用于將反射目標光束成像到所述讀出檢測器上。
16.依據(jù)權(quán)利要求15的裝置，其中所述公共物鏡是用于校正波長失真的一種非球面透鏡，所述非球面透鏡在其孔徑內(nèi)具有一個中心區(qū)域以及一個環(huán)行區(qū)域，其中所述非球面透鏡的中心區(qū)域被調(diào)諧到所述寫入光源的波長上，以便將所述寫入目標光束聚焦到所述記錄層上，與此同時，它還被調(diào)諧到所述讀出光源的波長上，以便將所述讀出目標光束成像到所述檢測器上，另外，所述透鏡的環(huán)行區(qū)域被調(diào)諧到所述讀出光源的波長上，以便將反射光束成像到所述檢測器上。
17.具有全息記錄媒體以及用于該全息記錄媒體的一個讀/寫裝置的全息數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，特別是具有依據(jù)權(quán)利要求5的記錄媒體以及依據(jù)權(quán)利要求9的讀/寫裝置的全息數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，其特征在于利用了具有不同的讀出和寫入波長的反射傳輸以及極化全息圖，還有用于校正由所述讀出和寫入波長的不同而引起的失真的失真校正裝置。
18.依據(jù)權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其中所述數(shù)據(jù)存儲容量的倍增利用了極化以及/或相位編碼以及/或旋轉(zhuǎn)復(fù)用。
19.用于對全息光記錄媒體上的記錄信息進行編碼的方法，所述全息光記錄媒體最好是一種光卡，其中信息被以記錄在所述光記錄媒體上的不同物理以及/或邏輯記錄單元內(nèi)的幾個離散全息圖以及/或子全息圖的形式記錄下來，所述全息圖包括數(shù)據(jù)集合，其中所述數(shù)據(jù)集合序列一起構(gòu)成了所述記錄信息，其特征在于所述數(shù)據(jù)集合被記錄在所述記錄單元的一個隨機序列內(nèi)。
20.依據(jù)權(quán)利要求19的所述方法，其中所述信息被記錄在復(fù)用全息圖中，所述邏輯記錄單元是用復(fù)用地址來識別的。
21.依據(jù)權(quán)利要求20的所述方法，其中所述信息的記錄是借助于使用了相位編碼復(fù)用的極化全息術(shù)，其中一個全息圖包括一個相位復(fù)用全息圖，所述邏輯記錄單元是用所述相位編碼地址來識別的。
22.依據(jù)權(quán)利要求19到21中任何一個權(quán)利要求的方法，其中所述第一數(shù)據(jù)集合的單元被存儲，接下來的數(shù)據(jù)集合的單元被存儲在前一個數(shù)據(jù)集合內(nèi)。
23.依據(jù)權(quán)利要求19到22中任何一個權(quán)利要求的方法，其中所述數(shù)據(jù)集合的所述隨機序列被存儲并被加密，以及/或使得未經(jīng)授權(quán)的用戶不能對其進行訪問。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種方法,用于利用全息寫入/讀出裝置將數(shù)據(jù)寫入具有薄全息記錄層的全息記錄媒體上,或從中讀出信息。所述媒體最好是一張光卡(2)。信息的記錄是以被存儲為薄傅立葉全息圖(61)的數(shù)據(jù)頁的形式進行的。依據(jù)本發(fā)明,可以預(yù)見:使用具有不同寫入和讀出波長的反射傳輸以及極化全息術(shù),并在讀出期間,校正由所述寫入和讀出波長之間的不同而引起的讀出信道內(nèi)的失真。本發(fā)明還涉及用于執(zhí)行該方法的裝置和系統(tǒng)。本文還公開了一種用于對記錄信息編碼的方法。
文檔編號G03H1/26GK1308761SQ99808310
公開日2001年8月15日 申請日期1999年5月4日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月5日
發(fā)明者P·S·拉馬努杰姆, S·維爾斯特, P·科帕, E·雷林茲, P·里克特, G·斯扎瓦斯 申請人:奧普蒂林克有限公司