[发明专利]具有变迹滤光器的全息存储系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于读取和/或写入全息存储介质的装置，并且更具体地涉及具有变迹滤光器(apodization filter)的、用于读取和/或写入全息存储介质的装置。

背景技术

在全息数据存储中，通过记录由两个相干激光束的叠加而产生的干涉图案来存储数字数据，其中，所谓“物体光束”的一个光束由空间光调制器来调制，并且承载要记录的信息。第二光束充当参考光束。干涉图案带来存储材料的具体性质的变化，其取决于干涉图案的局部强度。通过利用与记录期间相同的条件的参考光束来照射全息图，来执行所记录的全息图的读取。这导致所记录的物体光束的重构。

全息数据存储的一个优点是增加了数据容量。与传统的光学存储介质相比，使用全息存储介质的整体(volume)来存储信息，而不仅仅是几层。全息数据存储的另一优点是在相同整体中存储多种数据的可能性，例如通过改变两个光束之间的角度或者通过使用平移多路复用等。另外，取代了存储单纯的位，而是将数据存储为数据页。典型地，数据页由亮暗图案的矩阵组成，即，二维二进制阵列或灰度值的阵列，其编码了多个位。除了增加存储密度之外，这允许增加数据比。数据页被空间光调制器(SLM)标印(imprint)到物体光束上，并且利用检测器阵列来检测。

在具有共轴布局的全息存储系统中，参考光束和物体光束使用单个分离孔径。此外，由相同的SLM调制这两个光束。以多路复用傅立叶全息图的形式来存储信息。对于反射型共轴全息存储系统，难以在记录期间耦合物体光束和参考光束，而且难以在读取期间从重构的物体光束中解耦出(couple out)参考光束。如EP1624451所公开的，为了增加所谓共线布局的选择性，还将参考光束像素化。利用相同的SLM调制物体光束和参考光束。此布局也被称为所谓分离孔径布局，因为全息光学系统的物体平面和图像平面这两者都被分离为物体区域和参考区域。在作为检测器的平面的图像平面上，参考像素形成尖锐图像，并且被阻挡。在US6108110中公开了类似的透射型共轴分离孔径系统。

在读取期间，将参考光束部分地衍射到图像区(zone)。在图1中绘出了这一点，图1示出了没有任何物体光束的衍射参考光束的模型。数据像素全部为关(off)。图1的部分a)使用线性缩放，而部分b)使用对数缩放。此衍射噪声的原因是光学系统的低通滤波行为。光学系统的出口光瞳(pupil)带来高频成分的锐截止(sharp cutting)。因为此锐截止，参考光束展开到检测器表面上。这意味着需要高衍射效率来达到图像图案相对于参考光束衍射噪声的足够的信噪比(SNR)。在传统设置中，参考光束几乎0.1％的能量被衍射到图像区域。在实践中可接受的衍射效率10^-6到10^-5上，这意味着衍射噪声的总能量是重构数据图案的总能量的数倍大(一般是50-500倍大)。如可从图1看到的，SNR在图像圆的中心处较好，而在接近外边缘处较差。为达到低错误率，需要高衍射效率，这需要在全息存储材料中记录高折射指数的光栅。

结果，即使共线布局具有非常好的选择性，其SNR也是有限的。对于进一步的细节，参见Horimai等的“Collinear Holography”，App1.Opt.Vol.44，2575-2579以及Horimai等的“High-density recording storagesy systemby Collinear holography”，Proc.SPIE 6187，618701。作为有限SNR的结果，数据密度也受到材料的动态范围的限制，因为不能以足够大的衍射效率来多路复用大量的全息图。

噪声产生的主要因素是高频成分的锐截止。因而，如果高频成分仍然被尖锐截止，则增加物体空间数值孔径，或者换句话说，增加傅立叶平面滤光器的半径，将不会产生足够的作用。表1示出了对于不同半径的傅立叶平面滤光器的、图像区域中的噪声总功率除以参考光束的总功率。在该表中，给出与尼奎斯特(Nyquist)孔径D_N有关的半径，D_N被定义为