專利名稱：共焦反射頁全息光盤存儲裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及全息光盤存儲系統(tǒng)，特別是一種共焦反射頁全息光盤存儲裝置。它簡化了全息存儲光路，提高了可靠性，并能與市場的光盤驅(qū)動器兼容。
背景技術(shù)：
光盤存儲技術(shù)及光盤驅(qū)動器已為市場接收，它存儲密度高，體積小，攜帶方便，在資料存擋和音樂及影視回放等方面起了很大作用。然而更高清晰度影像的存儲和處理，對光盤存儲容量和速度提出了更高的要求。目前的DVD光盤(120cm直徑)的最高容量為10GByte左右，與目前的磁硬盤及半導(dǎo)體存儲器容量還有差距，同時它的傳遞速率也不快，存在著缺陷。特別是信息網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，要求計算機的存儲容量及傳輸速度進一步提高，海量存儲、高速傳輸將是21世紀信息時代的一個重要課題，這給全息光盤的發(fā)展提供了有利的空間。全息存儲不僅有高冗余度存儲性能，更具有并行讀寫的特點，是目前世界上各國研究和開發(fā)的熱點。美國、日本和西歐的研究機構(gòu)和公司合作，投巨資研究和開發(fā)全息光盤及光盤驅(qū)動器，并竭力把它推向市場。早在1999年8月Lucent Technologies和Imation Corp.合作，希望幾年后先推出存儲容量為125GB/5英寸盤產(chǎn)品(Lisa Dhar，et al.”Digital holographicdata storage in photopolymer systems”SPIE Vol.3468 40-42(1998))。進入21世紀，德國Bayer公司和IBM合作將把存儲容量為1000GB/5英寸盤和傳輸速率為1Gb/s的產(chǎn)品投放市場(Geoffrey W.Burr et al.“Progress inread-write fast-access volume holographic data storage”SPIEConference on three-and four dimensional optical data store July 20014459-4462)。到2002年，日本Optware Company Ltd.也宣布將在3-5年內(nèi)把存儲容量1TB/5英寸盤，傳輸速率為1Gb/s的產(chǎn)品上市。商品化進程加快，然而上市的時間一再推遲，其中一個原因是各種存儲技術(shù)層出不窮，競爭十分激烈。這里采用單光路系統(tǒng)的共焦反射頁存儲光路，從未見報道，也沒有用帶有濾波器的4f傅里葉轉(zhuǎn)換系統(tǒng)來進一步提高信噪比介紹。由于一般全息干涉都需要雙光路，即參考光路和物光路，在干涉存儲時需要嚴格防震，增加了生產(chǎn)成本。同時目前考慮的全息光盤驅(qū)動器都不能與市場光盤驅(qū)動器兼容，增加了消費者成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供的一種共焦反射頁全息光盤存儲裝置，該裝置應(yīng)具有光路結(jié)構(gòu)簡化、快速并行存取、高密度大容量存儲、單光路干涉性能穩(wěn)定，體積小、能與目前市場的光盤驅(qū)動器兼容的優(yōu)點和特色。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種共焦反射頁全息光盤存儲裝置，其特征在于它的構(gòu)成包括激光器，在該激光器的光束前進的方向依次是擴束器、共焦透鏡、分束器、光盤、第一傅里葉透鏡、反射式空間光調(diào)制器，所述的共焦透鏡與第一傅里葉透鏡的焦點重合在光盤的厚度的中心平面上，該反射式空間光調(diào)制器位于第一傅里葉透鏡后焦面上，所述的分束器與光束成45°設(shè)置；經(jīng)所述的光盤和分束器反射后的讀出光路中依次還有第二傅里葉透鏡、全反鏡、第三傅里葉透鏡、濾波器、第四傅里葉透鏡和CCD攝像機，該第二傅里葉透鏡前焦點與所述的共焦透鏡的焦點重合，第二傅里葉透鏡后焦點與第三傅里葉透鏡前焦點重合，第三傅里葉透鏡和第四傅里葉透鏡組成一個4f傅里葉轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，該濾波器位于此系統(tǒng)的共焦面上，第四傅里葉透鏡的后焦面與CCD攝像機接收面重合。
所述的共焦透鏡和第一傅里葉透鏡的相對孔徑是可調(diào)的。
所述的讀出光路中增加了帶有濾波器的4f傅里葉轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，提高了信噪比。
所述的光盤由二片厚度相等的光盤基片膠合而成。
共焦透鏡和第一傅里葉透鏡組成共焦寫入系統(tǒng)，焦點位于光盤厚度的中心。反射式空間光調(diào)制器位于第一傅里葉透鏡的后焦面，它與光盤之間形成2f傅里葉轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，頁頻譜面在共焦平面上，全息圖形成在光盤的前表面的存儲介質(zhì)上。共焦透鏡和第二傅里葉透鏡組成共焦讀出系統(tǒng)。第二傅里葉透鏡的后焦面與第三傅里葉透鏡的后焦面重合。濾波器位于4f傅里葉轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的共焦面上。
所述的共焦透鏡和第一傅里葉透鏡組成共焦寫入系統(tǒng)具有不同的相對孔徑可供選擇。
所述的讀出光路中濾波器位于4f傅里葉轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的共焦面上與光盤厚度中心的頁頻譜面共軛。
所述的位于光盤前表面存儲介質(zhì)上的物光束面積與共焦透鏡產(chǎn)生的參考光束面積相同，形成全息干涉圖。
本發(fā)明的技術(shù)效果如下1、全息光盤存儲技術(shù)較目前廣泛使用的CD、DVD光盤具有存儲容量大、傳遞速度快的優(yōu)點，特別適用與圖像存儲和識別的信息處理。
2、共焦反射頁全息光盤存儲裝置簡化了全息光盤驅(qū)動器光路，提高了可靠性和兼容性。特別作為商品推向市場時，具有較高的性能價格比。


圖1是本發(fā)明共焦反射頁全息光盤存儲裝置實施例結(jié)構(gòu)框2是圖1的頁全息圖放大部分圖3是本發(fā)明實施的在反射式空間光調(diào)制器上的原始圖像圖4是本發(fā)明實施的在第二傅里葉透鏡后焦平面上的再現(xiàn)像圖5是本發(fā)明實施的經(jīng)濾波器后，在CCD接收面位置上的再現(xiàn)像具體實施方式
圖1是本發(fā)明共焦反射頁全息光盤存儲裝置實施例結(jié)構(gòu)框圖，由圖可見，本發(fā)明的共焦反射頁全息光盤存儲裝置的構(gòu)成是沿光路前進的方向的記錄光路包括激光器1、擴束器2、共焦透鏡3、分束器4、光盤5、第一傅里葉透鏡6和反射式空間光調(diào)制器7。共焦透鏡3與第一傅里葉透鏡6的焦點重合在光盤5厚度的中心位置。反射式空間光調(diào)制器7位于第一傅里葉透鏡6后焦面上。在讀出時，它的光路依次是激光器1、擴束器2、共焦透鏡3、分束器4、經(jīng)光盤5和分束器4反射通過第二傅里葉透鏡8、全反鏡9、第三傅里葉透鏡10、濾波器11和第四傅里葉透鏡12到達CCD攝像機13。第二傅里葉透鏡8前焦點與共焦透鏡3的焦點重合，第二傅里葉透鏡8的后焦點與第三傅里葉透鏡10前焦點重合。第三傅里葉透鏡10和第四傅里葉透鏡12組成了一個4f傅里葉轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，第四傅里葉透鏡13的后焦面與CCD攝像機13接收面重合。
所述的激光器1根據(jù)光盤5到反射式空間光調(diào)制器7的距離，其相干長度要求大于4f。反射式空間光調(diào)制器7上的像反射后形成的物光束再經(jīng)第一傅里葉透鏡6、并在其前焦面上，即光盤5厚度的中心產(chǎn)生傅里葉頻譜分布，但這時物光束大于參考光束，并不能產(chǎn)生完全干涉。通過對光束傳遞的計算，以及對共焦透鏡3和第一傅里葉透鏡6的相對孔徑的選擇，在光盤5的前表面上將形成物光束和參考光束尺寸相同的干涉圖案，示如圖2。這是共焦反射頁全息存儲與共焦反射點全息存儲的區(qū)別，也是共焦反射頁全息光路與一般共焦光路的區(qū)別。它要根據(jù)光盤基板和光存儲介質(zhì)的折射率和厚度，以及反射式空間光調(diào)制器7的空間分辨率來選擇共焦透鏡3和第一傅里葉透鏡6的相對孔徑。目前使用的光盤存儲介質(zhì)是約幾十微米厚的光致聚合物材料，厚度可以忽略不計。而光點聚焦在光盤基板厚度中心，使記錄光路和讀出光路一致，消除了由盤基厚度帶來的影響。反射式空間光調(diào)制器7代表了被存儲的物光信息，它與透射式空間光調(diào)制器相比，分辨率高、占空比高，光束利用率高。在讀出光路中，帶有濾波器11的4f傅里葉轉(zhuǎn)換系統(tǒng)10、12，克服了光盤系統(tǒng)中的高頻噪聲影響，提高了信噪比。濾波器11位于4f傅里葉轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的共焦面上與光盤厚度中心的頁頻譜面共軛，它可以是一個軟邊光欄。最終的再現(xiàn)像由CCD攝像機13平行接收輸出。輸入、輸出圖像編碼、解碼的計算機控制和處理，將使圖像的信噪比更高，誤碼率更低，完全符合光盤存儲的標準。
作為這一方法的延伸，不用帶有濾波器11的4f傅里葉轉(zhuǎn)換系統(tǒng)10、12，可以達到某種程度的再現(xiàn)像要求，這時CCD攝像機13將位于第二傅里葉透鏡7的后焦面上，替代全反鏡9。在此不贅述。
權(quán)利要求
1.一種共焦反射頁全息光盤存儲裝置，其特征在于它的構(gòu)成包括激光器(1)，在該激光器(1)的光束前進的方向依次是擴束器(2)、共焦透鏡(3)、分束器(4)、光盤(5)、第一傅里葉透鏡(6)、反射式空間光調(diào)制器(7)；所述的共焦透鏡(3)與第一傅里葉透鏡(6)的焦點重合在光盤(5)的厚度的中心平面上，該反射式空間光調(diào)制器(7)位于第一傅里葉透鏡(6)后焦面上；所述的分束器(4)與光束成45°設(shè)置；經(jīng)所述的光盤(5)和分束器(4)反射后讀出光路中依次是第二傅里葉透鏡(8)、全反鏡(9)、第三傅里葉透鏡(10)、濾波器(11)、第四傅里葉透鏡(12)和CCD攝像機(13)，該第二傅里葉透鏡(8)前焦點與所述的共焦透鏡(3)的焦點重合，第二傅里葉透鏡(8)后焦點與第三傅里葉透鏡(10)前焦點重合，第三傅里葉透鏡(10)和第四傅里葉透鏡(12)組成一個4f傅里葉轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，該濾波器(11)位于此系統(tǒng)的共焦面上，第四傅里葉透鏡(12)的后焦面與CCD攝像機(13)接收面重合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共焦反射頁全息光盤存儲裝置，其特征在于所述的共焦透鏡(3)和第一傅里葉透鏡(6)的相對孔徑是可調(diào)的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共焦反射頁全息光盤存儲裝置，其特征在于所述的讀出光路中增加了帶有濾波器(11)的4f傅里葉轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(10)、(12)，提高了信噪比。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共焦反射頁全息光盤存儲裝置，其特征在于所述的光盤由二片厚度相等的光盤基片膠合而成。
全文摘要
一種共焦反射頁全息光盤存儲裝置，其特征在于它的構(gòu)成包括激光器，在該激光器的光束前進的方向依次是擴束器、共焦透鏡、分束器、光盤、第一傅里葉透鏡、反射式空間光調(diào)制器，經(jīng)所述的光盤和分束器反射后的讀出光路中依次還有第二傅里葉透鏡、全反鏡、第三傅里葉透鏡、濾波器、第四傅里葉透鏡和CCD攝像機，本發(fā)明具有快速并行存取、高密度大容量存儲、單光路干涉性能穩(wěn)定，體積小、能與目前市場的光盤驅(qū)動器兼容的優(yōu)點和特色。
文檔編號G11B7/0065GK1571033SQ20041001816
公開日2005年1月26日 申請日期2004年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月9日
發(fā)明者陳仲裕, 劉學(xué)璋, 鮑乃鏗, 鐘寶璇 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所