專利名稱：偏振正交雙通道體全息光學(xué)數(shù)據(jù)存儲方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種偏振正交雙通道體全息光學(xué)數(shù)據(jù)存儲方法及其系統(tǒng)，屬于光學(xué)存儲領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
體全息存儲技術(shù)具有存儲密度高(理論1/λ3)、存儲容量大(Aprilis公司已實(shí)現(xiàn)200GBytes/disk)、傳輸速率高(Stanford大學(xué)已實(shí)現(xiàn)＞6Gbits/sec)等特點(diǎn)，是一種極具潛力的新型頁式并行光學(xué)存儲技術(shù)。一般的體全息存儲方法的存儲過程包括單幅存儲、復(fù)用存儲和數(shù)據(jù)讀取三個(gè)過程。圖1所示為最常見的復(fù)用存儲過程為角度復(fù)用的體全息存儲方法的過程示圖，具體如下1、利用相干的參考光Kr1和載有信息的物光Ks1在記錄介質(zhì)7中干涉形成相應(yīng)的折射率相位光柵(體全息圖)，完成第一幅信息的記錄，如圖1-I所示；2、將參考光Kr1偏轉(zhuǎn)一角度構(gòu)成為新的參考光Kr2，使該參考光對已記錄的體全息圖布拉格失配，物光Ks1方向保持不變但加載另一信息構(gòu)成新的物光Ks2，參考光Kr2和物光Ks2在記錄介質(zhì)7中干涉形成相應(yīng)的折射率相位光柵(體全息圖)，完成第二幅信息的記錄。如圖1-2所示；3、利用體全息的布拉格選擇性，重復(fù)過程2，在存儲介質(zhì)7中實(shí)現(xiàn)更多信息頁的復(fù)用存儲；4、用與記錄第一幅信息相同的參考光Kr1入射記錄介質(zhì)7中第一幅信息記錄位置，可獲得對應(yīng)的物光Ks1的再現(xiàn)光Ks1_r；用與記錄第二幅信息相同的參考光Kr2入射記錄介質(zhì)7中的第二幅信息記錄位置，可獲得對應(yīng)的物光Ks2的再現(xiàn)光Ks2_r，分別如圖2-III和圖2-IV所示。存儲介質(zhì)7中的任一幅記錄信息都可用相應(yīng)的參考光在相應(yīng)的記錄位置單獨(dú)再現(xiàn)。
體全息存儲方法在具體實(shí)施中，現(xiàn)有最具代表性的采用聚合物盤片材料的體全息存儲系統(tǒng)的典型例子為Stanford大學(xué)設(shè)計(jì)的HDSS(體全息數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng))，圖2是該系統(tǒng)的主要光路結(jié)構(gòu)圖，其中的水平光軸線和鉛垂光軸線僅表示各元件在示圖中的相對位置，并不表示在實(shí)際應(yīng)用中物理方向上的水平和鉛垂。圖2所示系統(tǒng)由依次布置在水平光軸線上的激光光源1、半波片4、針孔濾波器2、準(zhǔn)直透鏡3、偏振分光棱鏡5和處于鉛垂光軸線上的反射式空間光調(diào)制器13、反射式漫射元件16、傅立葉變換透鏡9、置于一個(gè)精密平移旋轉(zhuǎn)臺上的存儲介質(zhì)7、傅立葉逆變換透鏡10和探測器CCD11構(gòu)成，其中偏振分光棱鏡5處于水平光軸線和鉛垂光軸線的交點(diǎn)上。記錄時(shí)，激光光源1產(chǎn)生的波長為532nm的激光經(jīng)半波片2偏振態(tài)調(diào)整為S偏振，經(jīng)針孔濾波器和準(zhǔn)直透鏡擴(kuò)束、準(zhǔn)直后，垂直入射偏振分光棱鏡5，入射的S偏振光的中心部分經(jīng)反射式空間光調(diào)制器13調(diào)制，調(diào)制的象元呈P偏振，再一次經(jīng)過偏振分光棱鏡5時(shí)透射并沿鉛垂光軸線傳播，構(gòu)成記錄所需的物光；入射偏振分光棱鏡5的S偏振光的外圍部分經(jīng)反射式漫射元件16且偏振調(diào)整成P偏振后，再一次通過偏振分光棱鏡5透射，光束沿鉛垂光軸線傳播，構(gòu)成記錄所需的參考光。反射式空間光調(diào)制器13、傅立葉變換透鏡9、存儲介質(zhì)7、傅立葉逆變換透鏡10和探測器CCD11構(gòu)成典型的4F結(jié)構(gòu)，其中f1為傅立葉變換透鏡9的焦距、f2為傅立葉逆變換透鏡10的焦距。參考光和物光在置于譜面位置的存儲介質(zhì)7中干涉形成折射率相位光柵，記錄一個(gè)數(shù)據(jù)頁。通過盤片的精密平移和旋轉(zhuǎn)控制，采用相關(guān)復(fù)用和移位復(fù)用相結(jié)合的混合復(fù)用存儲過程，實(shí)現(xiàn)在整個(gè)盤面的高密度大容量存儲。讀取過程則將物光光路阻斷，用與記錄時(shí)一致的參考光在相應(yīng)的記錄位置讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)頁信息。
該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高的存儲密度、存儲容量和傳輸速率，但是由于體全息存儲在存取過程并行性相同的情況下，存儲速率遠(yuǎn)低于傳輸速率的特點(diǎn)，該系統(tǒng)的并行性相同的單通道存儲和讀取結(jié)構(gòu)，造成記錄和傳輸速率的明顯的不對稱性，記錄速率相對較慢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種偏振正交雙通道體全息光學(xué)數(shù)據(jù)存儲方法及其系統(tǒng)，用偏振正交雙通道結(jié)構(gòu)提高存儲過程的并行性，使得存儲過程的并行性加倍，同時(shí)保持讀取過程并行性不變，從而降低存儲速率和傳輸速率不對稱性，提高記錄速率。
本發(fā)明提出的偏振正交雙通道體全息光學(xué)數(shù)據(jù)的存儲方法，包括以下各步驟(1)用偏振態(tài)均為S的一束參考光和一束物光構(gòu)成S記錄通道，用偏振態(tài)均為P的一束參考光和一束物光構(gòu)成P記錄通道，上述記錄通道的記錄光，在記錄介質(zhì)的一個(gè)記錄位置形成干涉場，以記錄光學(xué)信息；(2)用結(jié)合散斑復(fù)用和移位復(fù)用的混合復(fù)用存儲過程，重復(fù)步驟(1)過程，進(jìn)行整個(gè)記錄介質(zhì)中復(fù)用存儲；(3)用偏振態(tài)為S的一束參考光，按S記錄通道的參考光方向在相應(yīng)記錄位置讀取上述S記錄通道的光學(xué)信息，用偏振態(tài)為P的一束參考光，按P記錄通道的參考光方向在相應(yīng)記錄位置讀取上述P記錄通道的光學(xué)信息。
上述方法中的介質(zhì)為各向同性的光致聚合物材料。
上述方法中的兩束物光同軸，兩束參考光對稱位于物光兩側(cè)，其夾角為φc，φc＞＞φ，φ＝Λ/L為記錄的布拉格角度選擇性，其中Λ為記錄全息圖光柵的周期，0.1μm≤Λ≤10μm，L為記錄介質(zhì)的厚度，50μm≤L≤1000μm。
本發(fā)明提出的偏振正交雙通道體全息光學(xué)數(shù)據(jù)的存儲系統(tǒng)的第一種結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)包括激光光源、針孔濾波器、準(zhǔn)直透鏡、第一半波片、第一偏振分光棱鏡、第二半波片、第二偏振分光棱鏡、第一透射式漫射元件、第一透射式空間光調(diào)制器、第三半波片、反射鏡、第三偏振分光棱鏡、第二透射式空間光調(diào)制器、第四偏振分光棱鏡、第二透射式漫射元件、組合式快門、傅立葉變換透鏡、記錄介質(zhì)、傅立葉逆變換透鏡、快門和探測器；所述的激光光源、針孔濾波器、準(zhǔn)直透鏡、第一半波片、第一偏振分光棱鏡、第二半波片、第二偏振分光棱鏡和第一透射式漫射元件置于第一光軸，構(gòu)成P通道參考光C；所述的第一偏振分光棱鏡、第三半波片和反射鏡置于第一偏振分光棱鏡反射光方向的第二光軸上，第一光軸和第二光軸互相垂直，并相交于第一偏振分光棱鏡上；所述的反射鏡、第三偏振分光棱鏡、第二透射式空間光調(diào)制器和第四偏振分光棱鏡處于第三光軸上，第二光軸和第三光軸互相垂直，并相交于反射鏡上；所述的第二偏振分光棱鏡、第一透射式空間光調(diào)制器和第四偏振分光棱鏡處于第四光軸，第四光軸和第一光軸互相垂直，并相交于第二偏振分光棱鏡上，第四光軸同時(shí)與第三光軸互相垂直，并相交于第四偏振分光棱鏡上，光束經(jīng)第四偏振分光棱鏡后，沿第三光軸方向傳播，構(gòu)成P和S通道物光A；所述的第三偏振分光棱鏡反射光束經(jīng)反射鏡反射后沿平行于第三光軸的方向傳播，經(jīng)第二透射式漫射元件后構(gòu)成S通道參考光B；所述的第四偏振分光棱鏡和探測器之間的光軸上依次設(shè)有組合式快門、傅立葉變換透鏡、記錄介質(zhì)、傅立葉逆變換透鏡和快門；所述第一透射式空間光調(diào)制器和第二透射式空間光調(diào)制器置于傅立葉變換透鏡前焦點(diǎn)的位置上，記錄介質(zhì)置于傅立葉變換透鏡后焦點(diǎn)上；同時(shí)記錄介質(zhì)還處于傅立葉逆變換透鏡前焦點(diǎn)上，探測器置于傅立葉逆變換透鏡后焦點(diǎn)上，S通道參考光B與P通道參考光C經(jīng)傅立葉變換透鏡后的夾角為φc。
本發(fā)明方法提出的偏振正交雙通道體全息光學(xué)數(shù)據(jù)的存儲系統(tǒng)的第二種結(jié)構(gòu)，包括激光光源、半波片、針孔濾波器、準(zhǔn)直透鏡、偏振分光棱鏡、第一組合式快門、第一反射式漫射元件、第一反射式空間光調(diào)制器、第二組合式快門、第二反射式漫射元件、第二反射式空間光調(diào)制器、傅立葉變換透鏡、記錄介質(zhì)、傅立葉逆變換透鏡、第三組合式快門和探測器；所述的激光光源、半波片、針孔濾波器、準(zhǔn)直透鏡、偏振分光棱鏡、第一組合式快門、第一反射式漫射元件、第一反射式空間光調(diào)制器處于第一光軸線上；所述的第二組合式快門、偏振分光棱鏡、第二反射式漫射元件、第二反射式空間光調(diào)制器、傅立葉變換透鏡、記錄介質(zhì)、傅立葉逆變換透鏡、第三組合式快門和探測器處于第二光軸線上，第一和第二光軸線互相垂直；所述的偏振分光棱鏡置于第一、第二光軸線的交點(diǎn)上；所述第一反射式空間光調(diào)制器與第一反射式漫射元件及第二反射式空間光調(diào)制器與第二反射式漫射元件均置于傅立葉變換透鏡前焦點(diǎn)的位置上，記錄介質(zhì)置于傅立葉變換透鏡后焦點(diǎn)上；同時(shí)記錄介質(zhì)處于傅立葉逆變換透鏡前焦點(diǎn)上，探測器置于傅立葉逆變換透鏡后焦點(diǎn)上；S通道參考光B與P通道參考光C經(jīng)傅立葉變換透鏡后的夾角為φc。
本發(fā)明提出的偏振正交雙通道體全息光學(xué)數(shù)據(jù)存儲方法及其系統(tǒng)，利用正交光場不相干涉的特點(diǎn)及體全息記錄固有的布拉格選擇性，在具有各向同性特征的有機(jī)光致聚合物記錄介質(zhì)的同一位置中，實(shí)現(xiàn)兩光場偏振方向正交的干涉場所分別調(diào)制的信息的雙通道記錄，并利用體全息存儲方法固有的布拉格選擇性，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)頁間的低串?dāng)_和數(shù)據(jù)頁的單獨(dú)再現(xiàn)。本發(fā)明提出的方法和系統(tǒng)提高了光學(xué)數(shù)據(jù)存儲過程的并行性，使得存儲過程的并行性加倍，同時(shí)保持光學(xué)數(shù)據(jù)讀取過程中的并行性不變，提高了記錄速率，同時(shí)降低了光學(xué)數(shù)據(jù)存儲速率和傳輸速率的不對稱性。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例采用波長為532nm的激光器，在膜厚為200um的有機(jī)光聚合物材料中實(shí)現(xiàn)了偏振正交雙通道的數(shù)據(jù)頁的存取。


圖1是現(xiàn)有的體全息存儲方法流程圖。
圖2是現(xiàn)有的采用有機(jī)聚合物盤片材料的體全息存儲系統(tǒng)示意圖。
圖3是本發(fā)明提出的偏振正交雙通道體全息存儲方法流程圖。
圖4是利用本發(fā)明方法設(shè)計(jì)的偏振正交雙通道體全息存儲系統(tǒng)的第一種結(jié)構(gòu)形式，其中的空間光調(diào)制器為透射式。
圖5是利用本發(fā)明方法設(shè)計(jì)的偏振正交雙通道體全息存儲系統(tǒng)的第二種結(jié)構(gòu)形式，其中的空間光調(diào)制器為反射式。
圖1～圖5中，1是激光光源，2是針孔濾波器，3是準(zhǔn)直透鏡，4是第一半波片，41是第二半波片，42是第三半波片，5是偏振分光棱鏡，51是第一偏振分光棱鏡，52是第二偏振分光棱鏡，53是第三偏振分光棱鏡，54是第四偏振分光棱鏡，6是反射鏡，7是存儲介質(zhì)，81是第一透射式漫射元件，82是第二透射式漫射元件，9是傅立葉變換透鏡，10是傅立葉逆變換透鏡，11是探測器CCD，121是第一透射式空間光調(diào)制器，122是第二透射式空間光調(diào)制器，13是反射式空間光調(diào)制器，131是第一反射式空間光調(diào)制器，132是第二反射式空間光調(diào)制器，14是快門，15是組合式快門，151是第一組合式快門，152是第二組合式快門，153是第三組合式快門，16是反射式反射元件，161是第一反射式漫射元件，162是第二反射式漫射元件。
具體實(shí)施方法本發(fā)明提出的偏振正交雙通道體全息存儲方法，首先用偏振態(tài)均為S的一束參考光和一束物光構(gòu)成S記錄通道，用偏振態(tài)均為P的一束參考光和一束物光構(gòu)成P記錄通道，記錄通道的記錄光在記錄介質(zhì)的一個(gè)記錄位置形成干涉場，實(shí)現(xiàn)單次雙通道光學(xué)信息記錄；其后利用散斑復(fù)用和移位復(fù)用的混合復(fù)用存儲過程，重復(fù)單次雙通道光學(xué)信息記錄過程，實(shí)現(xiàn)整個(gè)記錄介質(zhì)中復(fù)用存儲；再用偏振態(tài)為S的一束參考光，按S記錄通道的參考光方向在相應(yīng)記錄位置讀取上述S記錄通道的光學(xué)信息，用偏振態(tài)為P的一束參考光，按P記錄通道的參考光方向在相應(yīng)記錄位置讀取上述P記錄通道的光學(xué)信息。
上述方法中的兩束物光同軸，兩束參考光對稱位于物光兩側(cè)，其夾角為φc，φc＞＞φ，φ＝Λ/L，其中Λ為記錄全息圖光柵的周期，0.1μm≤Λ≤10μm，L為記錄介質(zhì)的厚度，50μm≤L≤1000μm。
上述方法中的介質(zhì)為各向同性的光致聚合物材料，例如可以使用由Dupont公司生產(chǎn)的HRF系列全息存儲材料，或由Aprilis公司生產(chǎn)的HMD系列全息存儲材料等。
圖3所示為本發(fā)明方法的流程圖，其中的記錄介質(zhì)為厚度L的光致聚合物材料。其中，圖3-I所示為單次雙通道記錄過程，記錄通道包括由以Ksr為參考光，Kss為物光的S偏振通道和以Kpr為參考光，Kps為物光的P偏振通道。兩個(gè)通道間的光場振動方向正交，根據(jù)光干涉的基本條件可知，兩個(gè)通道間不干涉，干涉記錄僅在S和P通道內(nèi)分別發(fā)生，因此能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)通道信息的同時(shí)獨(dú)立記錄。同時(shí)在圖3-I所示單次雙通道記錄過程中，兩通道的物光Kss和Kps同軸，參考光Ksr和Kpr之間的角度為φc。通過結(jié)合散斑復(fù)用和移位復(fù)用的混合復(fù)用方法，改變記錄介質(zhì)位置，重復(fù)圖3-I所示過程，即可實(shí)現(xiàn)整個(gè)記錄介質(zhì)中的信息記錄。讀取過程中，由于上述φc遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于記錄的布拉格角度選擇性φ，因此滿足S通道讀取條件的參考光Ksr對P通道記錄的全息圖布拉格失配，不能讀取P通道記錄的全息圖；同樣滿足P通道讀取條件的參考光Kpr對S通道記錄的全息圖布拉格失配，不能讀取S通道記錄的全息圖；從而可利用各自通道參考光對相應(yīng)通道信息實(shí)現(xiàn)單獨(dú)讀取。圖3-II所示為用S通道相應(yīng)的參考光Ksr在相應(yīng)的信息記錄位置單獨(dú)再現(xiàn)S通道信息Ks_r的過程，圖3-III所示為用S通道相應(yīng)的參考光Kpr在相應(yīng)的信息記錄位置單獨(dú)再現(xiàn)P通道信息Kp_r的過程。
圖4所示為利用本發(fā)明方法設(shè)計(jì)的偏振正交雙通道體全息光學(xué)數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的第一種結(jié)構(gòu)，其中的激光光源1、針孔濾波器2、準(zhǔn)直透鏡3、第一半波片4、第一偏振分光棱鏡51、第二半波片41、第二偏振分光棱鏡52和第一透射式漫射元件81置于第一光軸，構(gòu)成P通道參考光C；其中的第一偏振分光棱鏡51、第三半波片42和反射鏡6置于第一偏振分光棱鏡51反射光方向的第二光軸上，第一光軸和第二光軸互相垂直，并相交于第一偏振分光棱鏡51上；其中的反射鏡6、第三偏振分光棱鏡53、第二透射式空間光調(diào)制器122和第四偏振分光棱鏡54處于第三光軸上，第二光軸和第三光軸互相垂直，并相交于反射鏡6上；其中的第二偏振分光棱鏡52、第一透射式空間光調(diào)制器121和第四偏振分光棱鏡54處于第四光軸，第四光軸和第一光軸互相垂直，并相交于第二偏振分光棱鏡52上，第四光軸同時(shí)與第三光軸互相垂直，并相交于第四偏振分光棱鏡54上，光束經(jīng)第四偏振分光棱鏡54后，沿第三光軸方向傳播，構(gòu)成P和S通道物光A；其中的第三偏振分光棱鏡53反射光束經(jīng)反射鏡反射后沿平行于第三光軸的方向傳播，經(jīng)第二透射式漫射元件82后構(gòu)成S通道參考光B；其中的第四偏振分光棱鏡54和探測器11之間的光軸上依次設(shè)有組合式快門15、傅立葉變換透鏡9、記錄介質(zhì)7、傅立葉逆變換透鏡10和快門14；其中第一透射式空間光調(diào)制器121和第二透射式空間光調(diào)制器122置于傅立葉變換透鏡9前焦點(diǎn)的位置上，記錄介質(zhì)7置于傅立葉變換透鏡9后焦點(diǎn)上，傅立葉變換透鏡9的焦距為f1；同時(shí)記錄介質(zhì)7還處于傅立葉逆變換透鏡10前焦點(diǎn)上，探測器11置于傅立葉逆變換透鏡10后焦點(diǎn)上，傅立葉逆變換透鏡10的焦距為f2；S通道參考光B與P通道參考光C經(jīng)傅立葉變換透鏡9后的夾角為φc。
下面詳細(xì)說明第一種結(jié)構(gòu)的工作原理。圖4中，激光光源1發(fā)出的線偏振激光經(jīng)針孔濾波器2濾波和準(zhǔn)直透鏡3準(zhǔn)直后提供系統(tǒng)所需的線偏振平行光。第一半波片4實(shí)現(xiàn)對線偏振平行光偏振方向的偏轉(zhuǎn)。平行光束通過第一半波片4與傅立葉變換透鏡9之間的元件組，實(shí)現(xiàn)記錄所需的必要的光束的分合和信息的加載，為全息存儲提供光場偏振正交但同軸且載有不同信息的物光和對稱分離在兩側(cè)的參考光。具體而言，圖4中C所示為P通道參考光，由在第一半波片4與傅立葉變換透鏡9之間按如下方式傳播的光場分量順次透過第一偏振分光棱鏡51、第二半波片41、第二偏振分光棱鏡52及第一透射式漫射元件81構(gòu)成，其偏振態(tài)為P線偏振。圖4中B所示為S通道參考光，由在第一半波片4與傅立葉變換透鏡9之間按如下方式傳播的光場分量第一偏振分光棱鏡51反射，第三半波片42透射，順次經(jīng)反射鏡6、第三偏振分光棱鏡53和反射鏡6反射后透過第二透射式漫射元件82構(gòu)成，其偏振態(tài)為S線偏振。P通道參考光與S通道參考光通過傅立葉變換透鏡9后，其光波矢間的夾角為φc遠(yuǎn)大于各通道存儲中的布拉格選擇角φ＝Λ/L(其中Λ為記錄全息圖光柵的周期，L為記錄介質(zhì)的厚度)，以保證通道信息可獨(dú)立讀取。圖4中A所示為共軸的S和P通道物光，其中S通道物光由在第一半波片4與傅立葉變換透鏡9之間按如下方式傳播的光場分量順次透過第一偏振分光棱鏡5和第二半波片41，經(jīng)第二偏振分光棱鏡52反射后透過第一透射式空間光調(diào)制器121加載信息，然后再由第四偏振分光棱鏡54反射構(gòu)成，其偏振態(tài)為S線偏振。P通道物光由在第一半波片4與傅立葉變換透鏡9之間按如下方式傳播的光場分量第一偏振分光棱鏡51反射，第三半波片42透射，反射鏡6反射，經(jīng)第三偏振分光棱鏡53透射后透過第二透射式空間光調(diào)制器122加載信息，然后再透過第四偏振分光棱鏡54構(gòu)成，其偏振態(tài)為P線偏振。通道間能量分配和通道中參物比的分配可通過旋轉(zhuǎn)第一半波片4、第二半波片41和第三半波片42實(shí)現(xiàn)。組合式快門15用于光路通斷的控制。在單次雙通道存儲過程中，打開組合式快門15，兩通道參考光和加載有不同信息的物光通過傅立葉變換透鏡9，在其譜面位置附近用存儲介質(zhì)7記錄相應(yīng)的全息圖。在讀取過程中，打開快門14，通過控制組合式快門15打開相應(yīng)通道的參考光路，即可在相應(yīng)記錄位置實(shí)現(xiàn)相應(yīng)通道數(shù)據(jù)的再現(xiàn)，讀取的再現(xiàn)光經(jīng)傅立葉逆變換透鏡10后由探測器CCD11采集，獲得再現(xiàn)信息。
圖5所示為利用本發(fā)明方法設(shè)計(jì)的偏振正交雙通道體全息光學(xué)數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的第二種結(jié)構(gòu)，其中的激光光源1、半波片4、針孔濾波器2、準(zhǔn)直透鏡3、偏振分光棱鏡5、第一組合式快門151、第一反射式漫射元件161、第一反射式空間光調(diào)制器131處于第一光軸線上；其中的第二組合式快門152、偏振分光棱鏡5、第二反射式漫射元件162、第二反射式空間光調(diào)制器132、傅立葉變換透鏡9、記錄介質(zhì)7、傅立葉逆變換透鏡10、第三組合式快門153和探測器11處于第二光軸線上，第一和第二光軸線互相垂直，且偏振分光棱鏡5置于第一、第二光軸線的交點(diǎn)上；其中第一反射式空間光調(diào)制器131與第一反射式漫射元件161及第二反射式空間光調(diào)制器132與第二反射式漫射元件162均置于傅立葉變換透鏡9前焦點(diǎn)的位置上，記錄介質(zhì)7置于傅立葉變換透鏡9后焦點(diǎn)上，傅立葉變換透鏡9的焦距為f1；同時(shí)記錄介質(zhì)7還處于傅立葉逆變換透鏡10前焦點(diǎn)上，探測器11置于傅立葉逆變換透鏡10后焦點(diǎn)上，傅立葉逆變換透鏡10的焦距為f2；S通道參考光B與P通道參考光C經(jīng)傅立葉變換透鏡9后的夾角為φc。
下面詳細(xì)說明第二種結(jié)構(gòu)的工作原理。圖5中，激光光源1發(fā)出的線偏振激光經(jīng)半波片4、針孔濾波器2濾波和準(zhǔn)直透鏡3準(zhǔn)直后提供系統(tǒng)所需的線偏振平行光。其中半波片4實(shí)現(xiàn)對線偏振平行光偏振方向的偏轉(zhuǎn)，用于調(diào)整通道之間光能量的分配。經(jīng)準(zhǔn)直透鏡3準(zhǔn)直后的平行線偏振光經(jīng)偏振分光棱鏡5后，透射光(為P偏振)的軸上部分經(jīng)第一反射式空間光調(diào)制器131調(diào)制實(shí)現(xiàn)信息的加載，同時(shí)被調(diào)制單元的光的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)成S偏振經(jīng)偏振分光棱鏡5反射構(gòu)成S通道的物光；反射光(為S偏振)的軸上部分經(jīng)第二反射式空間光調(diào)制器132調(diào)制實(shí)現(xiàn)信息的加載，同時(shí)被調(diào)制單元的光的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)成P偏振而透過偏振分光棱鏡5構(gòu)成P通道的物光。S通道物光和P通道物光同軸，如圖中A所示。經(jīng)準(zhǔn)直透鏡3準(zhǔn)直后的平行線偏振光經(jīng)偏振分光棱鏡5后，透射光(為P偏振)的軸外部分經(jīng)第一反射式漫射元件161調(diào)制，形成散斑場，同時(shí)散斑場的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)成S偏振經(jīng)偏振分光棱鏡5反射構(gòu)成S通道的參考光，如圖中B所示；反射光(為S偏振)的軸外部分經(jīng)第二反射式漫射元件162調(diào)制，形成散斑場，同時(shí)散斑場的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)成P偏振而透過偏振分光棱鏡5構(gòu)成P通道的參考光，如圖中C所示。B和C光束通過傅立葉變換透鏡9后其光波矢間的夾角φc遠(yuǎn)大于各通道存儲中的布拉格選擇角φ＝Λ/L(其中Λ為記錄全息圖光柵的周期，L為記錄介質(zhì)的厚度)，以保證通道信息可獨(dú)立讀取。圖5中第一組合式快門151用于S通道通斷控制，第二組合式快門152用于P通道通斷控制，第三組合式快門153用于采集通斷控制。單次雙通道記錄過程中，打開第一組合式快門151，第二組合式快門152，P、S通道參、物光經(jīng)傅立葉變換透鏡9后在其譜面位置附近用記錄介質(zhì)7記錄相應(yīng)全息圖。讀取過程中，打開組合式快門153，保持采集暢通，開組合式快門151中對應(yīng)參考光部分，即可在相應(yīng)記錄位置讀取S通道相應(yīng)信息，開組合式快門152中對應(yīng)參考光部分，即可在相應(yīng)記錄位置讀取P通道相應(yīng)信息。
本發(fā)明的兩種結(jié)構(gòu)均采用結(jié)合散斑復(fù)用和移位復(fù)用的混合復(fù)用實(shí)現(xiàn)整個(gè)存儲介質(zhì)的復(fù)用存儲。散斑復(fù)用的散斑場由漫射元件(透射式或反射式)產(chǎn)生，其具有選擇靈敏且與記錄介質(zhì)厚度無關(guān)的特點(diǎn)，在膜結(jié)構(gòu)記錄介質(zhì)的體全息存儲中有很多優(yōu)點(diǎn)。移位復(fù)用由盤片的周向和軸向伺服完成，其復(fù)用的最小移位距離由散斑復(fù)用的選擇性決定。在本發(fā)明的實(shí)施例中，對于參考光直徑為D的圓形區(qū)域產(chǎn)生的散斑場，移位復(fù)用的最小位移為δr＝1.22λf/D，且各向一致。對于參考光為由在兩個(gè)互相垂直方向上尺度為Lx×Ly的方形區(qū)域產(chǎn)生的散斑場，則在這兩個(gè)互相垂直方向上的移位復(fù)用的最小位移分別為δx＝λf/Lx和δy＝λf/Ly。通常移位復(fù)用最小位移量在微米量級，例如，當(dāng)λ＝532nm，f＝40mm，D＝2.5mm時(shí)，移位復(fù)用最小位移量δ≈10um。在系統(tǒng)的實(shí)際實(shí)施過程中，綜合考慮材料性能及機(jī)械伺服結(jié)構(gòu)的定位和尋址能力，選取合適的徑向和周向移位復(fù)用間隔，以獲得較高的存儲密度和容量。
權(quán)利要求
1.一種偏振正交雙通道體全息光學(xué)數(shù)據(jù)的存儲方法，其特征在于該方法包括以下各步驟(1)用偏振態(tài)均為S的一束參考光和一束物光構(gòu)成S記錄通道，用偏振態(tài)均為P的一束參考光和一束物光構(gòu)成P記錄通道，上述記錄通道的記錄光，在記錄介質(zhì)的一個(gè)記錄位置形成干涉場，以記錄光學(xué)信息；(2)用結(jié)合散斑復(fù)用和移位復(fù)用的混合復(fù)用存儲過程，重復(fù)步驟(1)過程，進(jìn)行整個(gè)記錄介質(zhì)中復(fù)用存儲；(3)用偏振態(tài)為S的一束參考光，按S記錄通道的參考光方向在相應(yīng)記錄位置讀取上述S記錄通道的光學(xué)信息，用偏振態(tài)為P的一束參考光，按P記錄通道的參考光方向在相應(yīng)記錄位置讀取上述P記錄通道的光學(xué)信息。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于其中所述的介質(zhì)為各向同性的光致聚合物材料。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于其中所述的兩束物光同軸，兩束參考光對稱位于物光兩側(cè)，其夾角為φc，φc＞＞φ，φ＝Λ/L為記錄的布拉格角度選擇性，其中Λ為記錄全息圖光柵的周期，0.1μm≤Λ≤10μm，L為記錄介質(zhì)的厚度，50μm≤L≤1000μm。
4.一種偏振正交雙通道體全息光學(xué)數(shù)據(jù)的存儲系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括激光光源、針孔濾波器、準(zhǔn)直透鏡、第一半波片、第一偏振分光棱鏡、第二半波片、第二偏振分光棱鏡、第一透射式漫射元件、第一透射式空間光調(diào)制器、第三半波片、反射鏡、第三偏振分光棱鏡、第二透射式空間光調(diào)制器、第四偏振分光棱鏡、第二透射式漫射元件、組合式快門、傅立葉變換透鏡、記錄介質(zhì)、傅立葉逆變換透鏡、快門和探測器；所述的激光光源、針孔濾波器、準(zhǔn)直透鏡、第一半波片、第一偏振分光棱鏡、第二半波片、第二偏振分光棱鏡和第一透射式漫射元件置于第一光軸，構(gòu)成P通道參考光C；所述的第一偏振分光棱鏡、第三半波片和反射鏡置于第一偏振分光棱鏡反射光方向的第二光軸上，第一光軸和第二光軸互相垂直，并相交于第一偏振分光棱鏡上；所述的反射鏡、第三偏振分光棱鏡、第二透射式空間光調(diào)制器和第四偏振分光棱鏡處于第三光軸上，第二光軸和第三光軸互相垂直，并相交于反射鏡上；所述的第二偏振分光棱鏡、第一透射式空間光調(diào)制器和第四偏振分光棱鏡處于第四光軸，第四光軸和第一光軸互相垂直，并相交于第二偏振分光棱鏡上，第四光軸同時(shí)與第三光軸互相垂直，并相交于第四偏振分光棱鏡上，光束經(jīng)第四偏振分光棱鏡后，沿第三光軸方向傳播，構(gòu)成P和S通道物光A；所述的第三偏振分光棱鏡反射光束經(jīng)反射鏡反射后沿平行于第三光軸的方向傳播，經(jīng)第二透射式漫射元件后構(gòu)成S通道參考光B；所述的第四偏振分光棱鏡和探測器之間的光軸上依次設(shè)有組合式快門、傅立葉變換透鏡、記錄介質(zhì)、傅立葉逆變換透鏡和快門；所述第一透射式空間光調(diào)制器和第二透射式空間光調(diào)制器置于傅立葉變換透鏡前焦點(diǎn)的位置上，記錄介質(zhì)置于傅立葉變換透鏡后焦點(diǎn)上；同時(shí)記錄介質(zhì)還處于傅立葉逆變換透鏡前焦點(diǎn)上，探測器置于傅立葉逆變換透鏡后焦點(diǎn)上，S通道參考光B與P通道參考光C經(jīng)傅立葉變換透鏡后的夾角為φc。
5.一種偏振正交雙通道體全息光學(xué)數(shù)據(jù)的存儲系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括激光光源、半波片、針孔濾波器、準(zhǔn)直透鏡、偏振分光棱鏡、第一組合式快門、第一反射式漫射元件、第一反射式空間光調(diào)制器、第二組合式快門、第二反射式漫射元件、第二反射式空間光調(diào)制器、傅立葉變換透鏡、記錄介質(zhì)、傅立葉逆變換透鏡、第三組合式快門和探測器；所述的激光光源、半波片、針孔濾波器、準(zhǔn)直透鏡、偏振分光棱鏡、第一組合式快門、第一反射式漫射元件、第一反射式空間光調(diào)制器處于第一光軸線上；所述的第二組合式快門、偏振分光棱鏡、第二反射式漫射元件、第二反射式空間光調(diào)制器、傅立葉變換透鏡、記錄介質(zhì)、傅立葉逆變換透鏡、第三組合式快門和探測器處于第二光軸線上，第一和第二光軸線互相垂直；所述的偏振分光棱鏡置于第一、第二光軸線的交點(diǎn)上；所述第一反射式空間光調(diào)制器與第一反射式漫射元件及第二反射式空間光調(diào)制器與第二反射式漫射元件均置于傅立葉變換透鏡前焦點(diǎn)的位置上，記錄介質(zhì)置于傅立葉變換透鏡后焦點(diǎn)上；同時(shí)記錄介質(zhì)處于傅立葉逆變換透鏡前焦點(diǎn)上，探測器置于傅立葉逆變換透鏡后焦點(diǎn)上；S通道參考光B與P通道參考光C經(jīng)傅立葉變換透鏡后的夾角為φc。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種偏振正交雙通道體全息光學(xué)數(shù)據(jù)的存儲方法及其系統(tǒng)，屬于光學(xué)存儲領(lǐng)域。本發(fā)明的方法和系統(tǒng)利用正交光場不相干涉的特點(diǎn)及體全息記錄固有的布拉格選擇性，在具有各向同性特征的有機(jī)光致聚合物記錄介質(zhì)的同一位置中，實(shí)現(xiàn)兩光場偏振方向正交的干涉場所分別調(diào)制的信息的雙通道記錄，并利用體全息存儲方法固有的布拉格選擇性，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)頁間的低串?dāng)_和數(shù)據(jù)頁的單獨(dú)再現(xiàn)。本發(fā)明提出的方法和系統(tǒng)提高了光學(xué)數(shù)據(jù)存儲過程的并行性，使得存儲過程的并行性加倍，同時(shí)保持光學(xué)數(shù)據(jù)讀取過程中的并行性不變，提高了記錄速率，同時(shí)降低了光學(xué)數(shù)據(jù)存儲速率和傳輸速率的不對稱性。
文檔編號G11B7/00GK1560839SQ200410006158
公開日2005年1月5日 申請日期2004年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月4日
發(fā)明者何慶聲, 尉昊贇, 曹良才, 何樹榮, 金國藩, 鄔敏賢 申請人:清華大學(xué)