專利名稱：全息存儲設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在全息介質(zhì)中記錄和/或從中讀出數(shù)據(jù)頁的光學(xué)全息設(shè)備，涉及一種全息介質(zhì)，涉及一種用于讀出這種數(shù)據(jù)頁的方法并且涉及一種用于實(shí)現(xiàn)這種方法的計算機(jī)程序。
背景技術(shù)：
從H.J.Coufal、D.Psaltis、G.T.Sincerbox(Eds.)在光學(xué)科學(xué)中的Springer系列(2000)中提出的‘Holographic data storage’里可以了解到能夠在全息介質(zhì)上記錄并且從中讀取的光學(xué)設(shè)備。圖1示出了這種光學(xué)設(shè)備。這種光學(xué)設(shè)備包括輻射源100、準(zhǔn)直器101、第一分束器102、空間光調(diào)制器103、第二分束器104、透鏡105、第一偏轉(zhuǎn)器107、第一望遠(yuǎn)鏡108、第一反射鏡109、半波片110、第二反射鏡111、第二偏轉(zhuǎn)器112、第二望遠(yuǎn)鏡113和檢測器114。所述光學(xué)設(shè)備意在向全息介質(zhì)106中記錄數(shù)據(jù)并且從中讀取數(shù)據(jù)。
在于全息介質(zhì)中記錄數(shù)據(jù)頁的期間，把由輻射源100生成的一半輻射束借助于第一分束器102向空間光調(diào)制器103發(fā)送。此部分輻射束被稱為信號束。把由輻射源100生成的一半輻射束借助于第一偏轉(zhuǎn)器107向望遠(yuǎn)鏡108偏轉(zhuǎn)。此部分輻射束被稱為基準(zhǔn)束。所述信號束借助于空間光調(diào)制器103來空間地調(diào)制。所述空間光調(diào)制器包括透射區(qū)域和吸收區(qū)域，其對應(yīng)于待記錄的的數(shù)據(jù)頁的零和一數(shù)據(jù)位。在信號束已經(jīng)通過空間光調(diào)制器103之后，它運(yùn)送待記錄于全息介質(zhì)106中的信號、即，待記錄的數(shù)據(jù)頁。然后，所述信號束借助于透鏡105會聚于全息介質(zhì)106。
所述基準(zhǔn)束還借助于第一望遠(yuǎn)鏡108會聚于全息介質(zhì)106。由于信號束和基準(zhǔn)束之間的干涉，因此數(shù)據(jù)頁以干涉圖案的形式被記錄在全息介質(zhì)106中。一旦已經(jīng)把數(shù)據(jù)頁記錄在全息介質(zhì)106中，就在全息介質(zhì)106的同一位置處記錄另一數(shù)據(jù)頁。為此目的，把對應(yīng)于此數(shù)據(jù)頁的數(shù)據(jù)發(fā)送給空間光調(diào)制器103。第一偏轉(zhuǎn)器107被旋轉(zhuǎn)，因此使基準(zhǔn)信號相對于全息介質(zhì)106的角度被修改。第一望遠(yuǎn)鏡108用于在旋轉(zhuǎn)的同時把基準(zhǔn)束保持在同一位置。由此在全息介質(zhì)106的同一位置處利用不同圖案來記錄干涉圖案。將此稱為角度多路復(fù)用。記錄了多個數(shù)據(jù)頁的全息介質(zhì)106的同一位置被稱為書。
作為選擇，輻射束的波長可以調(diào)整，以便在同一書中記錄不同的數(shù)據(jù)頁。將此稱為波長多路復(fù)用。諸如位移多路復(fù)用或者相位編碼多路復(fù)用的其它多路復(fù)用種類也可以用于在全息介質(zhì)106中記錄數(shù)據(jù)頁。在相位編碼多路復(fù)用中，基準(zhǔn)束的相位被改變，以便記錄不同的數(shù)據(jù)頁。
在從全息介質(zhì)106中讀出數(shù)據(jù)頁期間，空間光調(diào)制器103被設(shè)置成是完全吸收的，因此沒有任何光束部分可以通過空間光調(diào)制器103。第一偏轉(zhuǎn)器107被移除，如此使得由輻射源100生成的通過分束器102的部分光束經(jīng)由第一反射鏡109、半波片110和第二反射鏡111到達(dá)第二偏轉(zhuǎn)器112。如果已經(jīng)把角度多路復(fù)用用于在全息介質(zhì)106中記錄數(shù)據(jù)頁，并且給定的數(shù)據(jù)頁將會被讀出，那么以這樣一種方式來設(shè)置第二偏轉(zhuǎn)器112，所述方式為其相對于全息介質(zhì)106的角度與用于記錄此給定全息圖的角度相同。因此，由第二偏轉(zhuǎn)器112偏轉(zhuǎn)并且借助于第二望遠(yuǎn)鏡113會聚在全息介質(zhì)106的信號與用于記錄此給定全息圖的基準(zhǔn)信號的相位共軛。如果例如已經(jīng)把波長多路復(fù)用用于在全息介質(zhì)106中記錄數(shù)據(jù)頁，并且將會讀出給定數(shù)據(jù)頁，那么把相同波長用于讀取此給定數(shù)據(jù)頁。
然后由信息圖案衍射基準(zhǔn)信號的相位共軛，此操作創(chuàng)建重構(gòu)的信號束，然后其經(jīng)由透鏡105和第二分束器104到達(dá)檢測器114。圖像數(shù)據(jù)頁面由此得以在檢測器114上創(chuàng)建，并且由所述檢測器114檢測到。檢測器114包括像素或者檢測器元件，每一檢測器元件均對應(yīng)于圖像數(shù)據(jù)頁面的一位。
在已知的現(xiàn)有技術(shù)中，由于信號束的幅度被調(diào)制，故而由此來編碼數(shù)據(jù)頁。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的在于提供一種用于在全息介質(zhì)中記錄數(shù)據(jù)頁的全息設(shè)備，所述設(shè)備是已知方案的替代。
為此目的，本發(fā)明提供了一種用于在全息介質(zhì)中記錄數(shù)據(jù)頁的光學(xué)全息設(shè)備，所述設(shè)備包括用于生成信號束的裝置，用于調(diào)制所述信號束的相位以便編碼所述數(shù)據(jù)頁的裝置以及用于利用所述全息介質(zhì)內(nèi)部的基準(zhǔn)束來干涉所述已調(diào)制信號束的裝置。
有益的是，所述全息設(shè)備還包括用于調(diào)制信號束幅度的裝置。因?yàn)檫@樣做增加了可以記錄在全息介質(zhì)中的數(shù)據(jù)密度，所以是特別有益的。實(shí)際上，對于給定的多路復(fù)用參數(shù)來說，諸如給定的角度或者給定的波長，可以把兩個數(shù)據(jù)頁記錄在記錄介質(zhì)的同一位置。其中一個數(shù)據(jù)頁是調(diào)相的而另一個數(shù)據(jù)頁是調(diào)幅的。相對于現(xiàn)有技術(shù)，數(shù)據(jù)密度由此得以增加，其中對于給定的多路復(fù)用參數(shù)來說，只有一個數(shù)據(jù)頁可以被記錄在全息介質(zhì)的給定位置內(nèi)。
本發(fā)明還涉及一種包括至少一個調(diào)相的數(shù)據(jù)頁的全息介質(zhì)。有益的是，所述全息介質(zhì)還包括至少一個調(diào)幅的數(shù)據(jù)頁。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種用于讀出這種全息介質(zhì)的全息設(shè)備，所述全息設(shè)備包括用于檢索調(diào)相的數(shù)據(jù)頁的各個數(shù)據(jù)位的相位的裝置。
有益的是，所述設(shè)備包括用于生成基準(zhǔn)信號的裝置，用于朝向所述全息介質(zhì)來引導(dǎo)所述基準(zhǔn)信號以便生成調(diào)相的重構(gòu)信號束的裝置，用于檢測所述調(diào)相的信號束的裝置，用于生成試探(probe)信號的裝置以及用于在調(diào)相的重構(gòu)信號束到達(dá)檢測裝置之前、使試探信號與所述調(diào)相的重構(gòu)信號束相干涉的裝置。調(diào)相的重構(gòu)信號束與試探信號的干涉允許經(jīng)由干涉圖案來檢測調(diào)相的數(shù)據(jù)頁的各個數(shù)據(jù)位的相位，其中所述干涉圖案被作為二維信號或者圖像記錄在諸如CCD的常規(guī)檢測器上。
在第一實(shí)施例中，所述全息設(shè)備包括用于計算在檢測裝置上檢測到的信號的傅里葉變換的裝置，所述傅里葉變換包括中央頻帶和兩側(cè)頻帶，并且包括用于計算至少一個側(cè)頻帶的反向傅里葉變換以便檢索調(diào)相的數(shù)據(jù)頁的各個數(shù)據(jù)位的相位的裝置。
在第二實(shí)施例中，所述全息設(shè)備包括用于改變所述試探信號的相位以便借助于相位步進(jìn)過程來檢索調(diào)相的數(shù)據(jù)頁的各個數(shù)據(jù)位的相位的裝置。在此實(shí)施例中，所需要的信號處理量很低，由此功耗很低，而數(shù)據(jù)檢索速度較高。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種用于讀出這種全息介質(zhì)的方法，所述方法包括用于檢索調(diào)相的數(shù)據(jù)頁的各個數(shù)據(jù)位的相位的裝置。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種包括一組指令的計算機(jī)程序，當(dāng)將計算機(jī)指令集載入處理器或計算機(jī)時，令處理器或計算機(jī)執(zhí)行此方法。
參照下文所描述的實(shí)施例來闡明本發(fā)明的這些以及其他方面，并且使本發(fā)明的這些以及其它方面通過參照下文所描述的實(shí)施例更加顯而易見。


現(xiàn)在參照附圖、通過舉例來詳細(xì)描述本發(fā)明，其中圖1示出了依照現(xiàn)有技術(shù)的全息設(shè)備；圖2a并且2b示出了依照本發(fā)明的全息記錄設(shè)備；圖3示出了依照本發(fā)明有益實(shí)施例的全息記錄設(shè)備；圖4示出了依照本發(fā)明的全息讀出設(shè)備；圖5舉例說明了依照本發(fā)明第一實(shí)施例的用于讀出數(shù)據(jù)頁的方法；圖6舉例說明了依照本發(fā)明第一實(shí)施例的用于讀出數(shù)據(jù)頁的另一方法。
具體實(shí)施例方式
圖2示出了依照本發(fā)明的全息記錄設(shè)備。所述全息設(shè)備包括輻射源100、準(zhǔn)直器101、第一分束器102、相位調(diào)制空間光調(diào)制器201、第二分束器104、透鏡105、第一偏轉(zhuǎn)器107和第一望遠(yuǎn)鏡108。所述全息設(shè)備意在用于在全息介質(zhì)106中記錄數(shù)據(jù)。
在全息介質(zhì)106中記錄數(shù)據(jù)頁與圖1中描述的記錄過程相似。然而，所述信號束是對相位進(jìn)行調(diào)制、而不是對幅度進(jìn)行調(diào)制。為此目的，圖1的幅度調(diào)制空間光調(diào)制器103由相位調(diào)制空間光調(diào)制器201替代。相位調(diào)制空間光調(diào)制器201包括調(diào)制元件陣列。至少某些調(diào)制元件適用于修改通過這些調(diào)制元件的部分信號束的相位。
在圖2b中，示出了相位調(diào)制空間光調(diào)制器201的兩個調(diào)制元件。第一調(diào)制元件具有第一折射率n1，而第二調(diào)制元件具有第二折射率n2，其中n1不同于n2。在圖2b的示例中，第一折射率n1是如此以至通過第一調(diào)制元件的部分輻射束的傳播不會被所述第一調(diào)制元件修改。第二折射率n2是如此以至通過第二調(diào)制元件的部分輻射束的傳播被所述第二調(diào)制元件修改。換言之，第一和第二折射率n1和n2分別是這樣的，以至于離開空間光調(diào)制器的兩部分輻射束之間的相位差被創(chuàng)建。在圖2b的示例中，在相位調(diào)制空間光調(diào)制器201后面的這兩部分輻射束之間創(chuàng)建為π的相位差。稍候?qū)⒚枋鋈绾慰梢栽谌⒆x出設(shè)備中檢測到此相位差。
由此能夠借助于相位調(diào)制空間光調(diào)制器201來編碼數(shù)據(jù)頁。相位調(diào)制空間光調(diào)制器201可以只生成兩個不同的相位，諸如0和π，但是也可以生成兩個以上不同的相位。為此，相位調(diào)制空間光調(diào)制器201的調(diào)制元件的折射率可以采用兩個以上不同的值。相位調(diào)制空間光調(diào)制器201的例子是包括液晶像素陣列的液晶設(shè)備，諸如1000×1000像素的。每一像素的折射率可以由每一像素電極之間施加的電壓來控制。數(shù)據(jù)頁被發(fā)送給相位調(diào)制空間光調(diào)制器201，并且把適當(dāng)?shù)碾妷菏┘拥揭壕袼匾员阋勒招盘柺鴣砭幋a數(shù)據(jù)頁。
在“Adaptive Optics Engineering Handbook”(編者為R.K.Tyson)(Marcel Dekker，New York，2000)中在G.D.Love的“LiquidCrystal Adaptive Optics”中描述了這種相位調(diào)制空間光調(diào)制器的例子。在WO0248800號專利申請中也描述了這種相位調(diào)制空間光調(diào)制器，該篇申請涉及使用相位調(diào)制空間光調(diào)制器的全息設(shè)備。然而，相位調(diào)制空間光調(diào)制器被放置在基準(zhǔn)分支中，并且基準(zhǔn)信號的相位被編碼。此相位調(diào)制空間光調(diào)制器的目的由此在于允許相位編碼的多路復(fù)用。
在圖2a的示例中，使用角度多路復(fù)來把不同數(shù)據(jù)頁記錄在全息介質(zhì)106的同一位置處。然而，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，也可以使用其它種類的多路復(fù)用。
圖3舉例說明了依照本發(fā)明的另一全息記錄設(shè)備。此全息設(shè)備包括與圖2全息設(shè)備相同的元件，除了它還包括幅度調(diào)制空間光調(diào)制器103之外。所述信號束由此可以進(jìn)行相位和幅度調(diào)制。這樣做允許依照同一多路復(fù)用參數(shù)在全息介質(zhì)106的同一位置記錄兩個數(shù)據(jù)頁。實(shí)際上，利用用于記錄數(shù)據(jù)的全息介質(zhì)106中的基準(zhǔn)束進(jìn)行干涉的信號束包括幅度信息和相位信息。正如稍候?qū)⒔忉尩哪菢?，本發(fā)明能夠獨(dú)立地檢索相位信息和幅度信息。因此，本發(fā)明能夠在記錄介質(zhì)106的同一位置處記錄兩倍于現(xiàn)有技術(shù)的信息量的信息?？梢园汛瞬僮骺醋魇窃试S記錄兩個數(shù)據(jù)頁，其中在現(xiàn)有技術(shù)中只可以記錄一個數(shù)據(jù)頁，或者看作記錄單個數(shù)據(jù)頁，但是所述單個數(shù)據(jù)頁可以具有兩倍于現(xiàn)有技術(shù)數(shù)據(jù)頁的信息量。
應(yīng)該注意的是，相位調(diào)制空間光調(diào)制器201和幅度調(diào)制空間光調(diào)制器103可以形成為一個并且相同的調(diào)制組件的一部分。這種調(diào)制組件例如包括兩個重疊的調(diào)制元件陣列，一個用于相位調(diào)制而另一個用于幅度調(diào)制。這樣做具有如下好處，即由于相位調(diào)制空間光調(diào)制器201和幅度調(diào)制空間光調(diào)制器103早已在所述調(diào)制組件中被對準(zhǔn)，所以不必再對準(zhǔn)它們。
圖4舉例說明了依照本發(fā)明的全息讀出設(shè)備。此光學(xué)設(shè)備包括輻射源100、準(zhǔn)直器101、第一分束器102、相位調(diào)制空間光調(diào)制器201、第二分束器104、透鏡105、第一反射鏡109、半波片110、第二反射鏡111、第二偏轉(zhuǎn)器112、第二望遠(yuǎn)鏡113、檢測器114、第三分束器401、諸如光柵402的偏轉(zhuǎn)裝置和處理電路403。此光學(xué)設(shè)備意在用于從全息介質(zhì)106讀數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)頁的讀出與圖1中描述的讀出過程相似，除了試探信號是借助于第三分束器401生成并且借助于光柵402導(dǎo)向檢測器114以便在重構(gòu)信號束到達(dá)檢測器114以前干涉該重構(gòu)信號束之外。
在讀出期間，借助于第一分束器102生成的信號束被相位調(diào)制空間光調(diào)制器201阻斷，因?yàn)橐粋€適當(dāng)?shù)碾妷罕皇┘拥剿鱿辔徽{(diào)制空間光調(diào)制器201的像素上。作為選擇，可以把另一光學(xué)組件加入全息設(shè)備、而不是相位調(diào)制空間光調(diào)制器201，所述光學(xué)組件是不透明的。如果全息設(shè)備是只讀設(shè)備，那么就是這種情況。依照本發(fā)明，如果全息設(shè)備意在記錄并且讀取數(shù)據(jù)，那么可以把附加組件放置在全息設(shè)備中，所述組件在記錄期間可以是透明的而在讀出期間是不透明的。這可以是兩個電極之間包括電致變色材料的平板的情況。所述相位調(diào)制空間光調(diào)制器201還可以包括附加電致變色層，通過在兩個透明電極之間施加適當(dāng)?shù)碾妱莶?，所述附加電致變色層在讀出期間可以是不透明的。
在利用給定多路復(fù)用參數(shù)讀出期間，生成重構(gòu)信號束，其對應(yīng)于利用所述多路復(fù)用參數(shù)記錄的數(shù)據(jù)頁。重構(gòu)信號束的波前等于用于記錄所述數(shù)據(jù)頁的相位調(diào)制空間光調(diào)制器201的波前。重構(gòu)信號束的波前由此被表示為ψjSLM，其中j對應(yīng)于多路復(fù)用參數(shù)。多路復(fù)用參數(shù)j例如可以是用于記錄給定數(shù)據(jù)頁的基準(zhǔn)束的角度，不過本發(fā)明還可以應(yīng)用其它種類的多路復(fù)用。
試探信號束具有平面波波前，其帶有表示為Kprobe的向量。此波前被表示為ψprobe。向量Kprobe取決于光柵402。稍后將論述取決于光柵402的偏轉(zhuǎn)角的向量Kprobe的選擇。由于重構(gòu)信號束和試探信號束在到達(dá)檢測器114以前發(fā)生干涉，所以產(chǎn)生了檢測的信號束，其波前是重構(gòu)信號束和試探信號束波前的總和，即，ψjCCD＝ψjSLM+ψprobe，其中ψjCCD表示檢測到的信號束的波前。所述檢測器114只對光學(xué)波面的冪即|ψjCCD|2敏感。
因此，檢測到的信號束的波前可以被寫為ψjCCD(R)＝ψjSLM(R)+exp(2πiKprobe.R)exp(iφ)，其中R表示相位調(diào)制空間光調(diào)制器201的平面中的二維位置坐標(biāo)，而φ表示重構(gòu)信號束和試探信號束之間的相位差，這是由于這些光束的光程距離不相等而產(chǎn)生的。
所述檢測器114只記錄檢測到的信號束的強(qiáng)度，即，IjCCD(R)＝|ψjCCD(R)|2＝1+|ψjSLM(R)|2+ψjSLM(R)exp(-2πiKprobe.R)exp(-iφ)+ψjSLM(R)*exp(2πiKprobe.R)exp(iφ)以下描述的方法給出了可以由處理電路403實(shí)現(xiàn)的不同例子，所述處理電路403用于從記錄在檢測器114上的強(qiáng)度中檢索ψjSLM(R)的相位。記錄在全息介質(zhì)106中的各個數(shù)據(jù)位的相位等于ψjSLM(R)的相位，高達(dá)無法檢測到但是不相關(guān)的恒定相移。
圖5示出了用于檢索調(diào)相的數(shù)據(jù)頁的各個數(shù)據(jù)位的相位的第一實(shí)施例。檢測器114上的強(qiáng)度被顯示為IjCCD(R)。如果重構(gòu)信號束的相位是恒定的，那么檢測器114上的強(qiáng)度將包括條紋(fringes)，其方位將垂直于向量Kprobe。由于重構(gòu)信號束的相位不是恒定時，因此檢測器114上的強(qiáng)度包括由數(shù)據(jù)頁的各個數(shù)據(jù)位的相位調(diào)制的條紋。因此，檢測器的Nx*Ny個像素的數(shù)目被選擇高于相位調(diào)制空間光調(diào)制器201的調(diào)制元件的數(shù)目NSLMx*NSLMy，以便能夠檢測到這些調(diào)相條紋。更確切的說，在平行于試探向量Kprobe的方向上，檢測器114的像素數(shù)目高于相位調(diào)制空間光調(diào)制器201的調(diào)制元件的數(shù)目。在此例子中，Ny大于NSLMy。這可以在檢測器114中實(shí)現(xiàn)，所述檢測器114包括矩形像素，在Kprobe方向的大小小于沿垂直于Kprobe的方向的大小。
所述方法的第一步在于對檢測器114上檢測到的信號進(jìn)行傅里葉變換，即，IjCCD(R)的傅里葉變換。IjCCD(R)的傅里葉變換 可以被寫為I~jCCD(Ω)=FTR→Ω{IjCCD(R)}=CB(Ω)+SB+(Ω)+SB-(Ω),]]>其中在IjCCD(R)的傅里葉變換中，CB表示中央頻帶而SB表示兩側(cè)頻帶的每一個。中央頻帶CB(Ω)對應(yīng)于1+|ψjSLM(R)|2的傅里葉變換，并且由此包括與重構(gòu)信號束的波前的幅度有關(guān)的信息。側(cè)頻帶SB+(Ω)和SB-(Ω)分別對應(yīng)于ψjSLM(R)exp(-2πiKprobe.R)exp(-iφ)和ψjSLM(R)*exp(27πiKprobe.R)exp(iφ)的傅里葉變換。
應(yīng)該注意的是，中央頻帶CB(Ω)的頻帶寬度的最大量是側(cè)頻帶SB+(Ω)和SB-(Ω)的頻帶寬度的兩倍。中央頻帶CB(Ω)和側(cè)頻帶SB+(Ω)以及SB-(Ω)之間的傅里葉頻譜距離等于試探向量Kprobe的幅度。因此，試探向量Kprobe的幅度以這樣一種方式選擇以便中央頻帶CB(Ω)以及側(cè)頻帶SB+(Ω)和SB-(Ω)在傅里葉頻譜中不交疊。
側(cè)頻帶SB+(Ω)和SB-(Ω)彼此復(fù)共軛，這是因?yàn)樗鼈冇蓪?shí)值圖像的二維傅里葉變換產(chǎn)生。因此，它們正好攜帶相同的信息。所述方法的第二步驟包括選擇其中一個側(cè)頻帶，諸如SB+(Ω)。然后，把所選擇的側(cè)頻帶最好相對于其中點(diǎn)中心定位，即，值SB+(Ω-Kprobe)被計算。
所述方法的第三步驟在于計算SB+(Ω-Kprobe)的反向傅里葉變換。這允許檢索重構(gòu)信號束的波前ψjSLM(R)＝FTΩ→R{SB+(Ω-Kprobe)}此數(shù)量包含重構(gòu)信號束的波前的幅度和相位信息。在圖5的示例中，只有信號束的相位被調(diào)制。此方法允許檢索利用多路復(fù)用參數(shù)j記錄的數(shù)據(jù)頁的各個數(shù)據(jù)位的相位。如果信號束的幅度也被調(diào)制，那么此方法還允許檢索利用多路復(fù)用參數(shù)j記錄的數(shù)據(jù)頁的各個數(shù)據(jù)位的幅度。
應(yīng)該注意的是，中央頻帶CB(Ω)的信息還可以被處理，以便檢索利用多路復(fù)用參數(shù)j記錄的數(shù)據(jù)頁的各個數(shù)據(jù)位的幅度。當(dāng)信噪比較低時，此操作是十分有用的，因此將其與通過處理側(cè)頻帶SB+(Ω)的信息所獲得的幅度信息相結(jié)合是十分有益的。為此，中央頻帶CB(Ω)被選擇，并且CB(Ω)的反向傅里葉變換被計算。
圖6示出了依照本發(fā)明的用于讀出數(shù)據(jù)頁的另一實(shí)施例。在此實(shí)施例中，在檢測器114上檢測多個數(shù)據(jù)頁，其中每個都具有不同試探向量。在圖6的示例中，把三個不同的試探向量用于檢測全息介質(zhì)106的三個連續(xù)數(shù)據(jù)頁。用于重構(gòu)利用多路復(fù)用參數(shù)j記錄的數(shù)據(jù)頁的基準(zhǔn)信號被第一試探向量Kprobej干涉，并且在檢測器114上檢測得到的信號。用于重構(gòu)利用多路復(fù)用參數(shù)j+1記錄的數(shù)據(jù)頁的基準(zhǔn)信號被第二試探向量Kprobej+1干涉，并且也在檢測器114上檢測得到的信號。這意味著這兩個信號被添加到檢測器114上。對于多路復(fù)用參數(shù)j+2執(zhí)行同樣的操作，其中使用了第三試探向量Kprobej+2。三個試探向量的方向彼此不同。
然后，執(zhí)行在檢測器114上檢測的信號的傅里葉變換。得到的傅里葉變換包括中央頻帶CB(Ω)和六個側(cè)頻帶SB+j(Ω)、SB-j(Ω)、SB+j+1(Ω)、SB-j+1(Ω)、SB+j+2(Ω)和SB-j+2(Ω)。然后，側(cè)頻帶SB+j(Ω)、SB+j+1(Ω)和SB+j+2(Ω)被選擇，并且最好在如圖5所描述的定中心操作之后來執(zhí)行這些側(cè)頻帶的反向傅里葉變換。這樣做允許檢索有關(guān)已經(jīng)分別利用多路復(fù)用參數(shù)j、j+1和j+2記錄的三個數(shù)據(jù)頁的幅度和相位信息。
這實(shí)施例十分有益，這是因?yàn)樗鼫p少了檢索幅度和相位信息所需的必要處理過程。實(shí)際上，在所述方法的第一步中僅僅需要一個正向傅里葉變換。所述正向傅里葉變換是最復(fù)雜的一個，這是由于它在檢測器114的完整視野之上進(jìn)行。
其它方法也可以用于檢索調(diào)相的數(shù)據(jù)頁的各個數(shù)據(jù)位的相位。以下基于圖4的全息讀出設(shè)備來描述另一例子。此方法使用相位步進(jìn)過程。在以下描述的示例中，各個數(shù)據(jù)位的相位只得是0或者π。
在這些方法中，所述試探信號束具有統(tǒng)一的波前，即，試探向量Kprobe是零向量。因此，檢測器114上的強(qiáng)度是Ij，φCCD(R)＝1+|ψjSLM(R)|2+2|ψjSLM(R)|cos(SLM(R)-φ)，其中SLM(R)是將檢索的波前ψjSLM(R)的相位。相位步進(jìn)過程在于改變相位φ并且對于不同值的φ來測量強(qiáng)度Ij，φCCD(R)。在此例子中，僅僅需要兩個φ值。相位φ可以通過改變試探信號束的光程、例如通過移動放置在第三分束器402和檢測器114之間的反射鏡來改變。在此例子中，第一相位φ1被選擇以便φ1≠(2n+1)π/2。第二相位φ2被選擇以便φ2-φ1＝π。在檢測到Ij，φ1CCD(R)以及Ij，φ2CCD(R)之后，對于每個R測量值Ij，φ1CCD(R)-Ij，φ2CCD(R)Ij，φ1CCD(R)-Ij，φ2CCD(R)＝4|ψjSLM(R)|cos(SLM(R)-φ1)Hence，Ij，φ1CCD(R)-Ij，φ2CCD(R)＝4|ψjSLM(R)|cos(φ1)ifSLM(R)＝0 andIj，φ1CCD(R)-Ij，φ2CCD(R)＝-4|ψjSLM(R)|cos(φ1)ifSLM(R)＝π因此，差I(lǐng)j，φ1CCD(R)-Ij，φ2CCD(R)的符號表明SLM(R)＝0還是π。雖然已經(jīng)針對重構(gòu)信號束的二進(jìn)制波前來描述了使用相位步進(jìn)過程的這種方法，即，其中SLM(R)只得采用兩個不同的值，但是此方法還可以應(yīng)用非二進(jìn)制的波前。在該情況下，更多相位φ必須被選擇，以便檢索調(diào)相的數(shù)據(jù)頁的各個數(shù)據(jù)位的相位。在D.Malacara，ed.，JohnWiley & Sons于1992年在紐約提出的“Optical Shop Testing”中比較詳細(xì)地描述了此操作。
以下將描述一種用于檢索調(diào)相的數(shù)據(jù)頁的各個數(shù)據(jù)位的相位的其它方法。此方法不像上文描述的方法那樣需要試探信號束。對于相同的調(diào)相的數(shù)據(jù)頁來說，可以在檢測器114上檢測到不同的重構(gòu)信號束。由于光學(xué)參數(shù)在全息讀出設(shè)備中被改變，所以可以實(shí)現(xiàn)。例如，可以改變重構(gòu)信號束的焦點(diǎn)。對于不同重構(gòu)信號束而言，可以通過對檢測器114上檢測到的不同信號進(jìn)行特定分析來檢索調(diào)相的數(shù)據(jù)頁的各個數(shù)據(jù)位的相位。這種方法在其它技術(shù)領(lǐng)域諸如高分辨電子顯微術(shù)中是已知的。例如在1996年出版的Ultramicroscopy的64卷中的“SpecialIssue of Ultramicroscopy on Brite-Euram Project No.3322”，“Towards One-Angstrom Resolution”中描述了這些內(nèi)容。
依照本發(fā)明的用于讀出調(diào)相的數(shù)據(jù)頁的方法可以在集成電路中實(shí)現(xiàn)，所述集成電路意在被集成到全息設(shè)備中。載入程序存儲器的一組指令使所述集成電路實(shí)現(xiàn)用于讀出數(shù)據(jù)頁的方法之一。該組指令可以存儲在諸如盤之類的數(shù)據(jù)載體上。該組指令可以從所述數(shù)據(jù)載體中讀取，以便將其載入集成電路的程序存儲器中，稍候?qū)⒙男衅渥饔谩?br> 在隨后權(quán)利要求中的任意參考標(biāo)記都不應(yīng)看作是對權(quán)利要求的限制。很顯然，使用動詞“包括”及其動詞變化不排除存在除任何權(quán)利要求中定義的那些元件之外的其他元件。元件前面的詞語“一”或者“一個”不排除存在多個這種元件的可能。
權(quán)利要求
1.一種用于在全息介質(zhì)(106)中記錄數(shù)據(jù)頁的光學(xué)全息設(shè)備，所述設(shè)備包括用于生成信號束的裝置(100)，用于調(diào)制所述信號束的相位以便編碼所述數(shù)據(jù)頁的裝置(201)以及用于使所述調(diào)制的信號束與所述全息介質(zhì)內(nèi)的基準(zhǔn)束相干涉的裝置(102，107，108)。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)全息設(shè)備，還包括用于調(diào)制所述信號束的幅度的裝置(103)。
3.一種包括至少一個調(diào)相的數(shù)據(jù)頁的全息介質(zhì)。
4.如權(quán)利要求3所述的全息介質(zhì)，還包括至少一個調(diào)幅的數(shù)據(jù)頁。
5.一種用于讀出如權(quán)利要求3所述的全息介質(zhì)的全息設(shè)備，所述全息設(shè)備包括用于檢索調(diào)相的數(shù)據(jù)頁的各個數(shù)據(jù)位的相位的裝置(401，402，114，403)。
6.如權(quán)利要求5所述的全息設(shè)備，所述設(shè)備包括用于生成基準(zhǔn)信號的裝置(100，102)，用于把所述基準(zhǔn)信號朝向所述全息介質(zhì)引導(dǎo)以便生成調(diào)相的重構(gòu)信號束的裝置(109，111，112，113)，用于檢測所述調(diào)相的重構(gòu)信號束的裝置(114)，用于生成試探信號的裝置(401)以及用于在調(diào)相的重構(gòu)信號束到達(dá)檢測裝置之前使所述試探信號與所述調(diào)相的重構(gòu)信號束相干涉的裝置(402)。
7.如權(quán)利要求6所述的全息設(shè)備，還包括用于計算在檢測裝置上檢測到的信號的傅里葉變換的裝置，所述傅里葉變換包括中央頻帶和兩個側(cè)頻帶，并且包括用于計算至少一個側(cè)頻帶的反向傅里葉變換以便檢索調(diào)相的數(shù)據(jù)頁的各個數(shù)據(jù)位的相位的裝置。
8.如權(quán)利要求6所述的全息設(shè)備，還包括用于改變所述試探信號的相位以便借助于相位步進(jìn)過程來檢索調(diào)相的數(shù)據(jù)頁的各個數(shù)據(jù)位的相位的裝置。
9.一種用于讀出如權(quán)利要求3所述的全息介質(zhì)的方法，所述方法包括用于檢索調(diào)相的數(shù)據(jù)頁的各個數(shù)據(jù)位的相位的步驟。
10.一種包括一組指令的計算機(jī)程序，當(dāng)把所述指令載入處理器或計算機(jī)時，令處理器或計算機(jī)執(zhí)行如權(quán)利要求9所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在全息介質(zhì)(106)中記錄數(shù)據(jù)頁的光學(xué)全息設(shè)備。所述設(shè)備包括用于生成信號束的裝置(100)，用于調(diào)制信號束的相位以便編碼數(shù)據(jù)頁的裝置(201)以及用于使調(diào)制的信號束與全息介質(zhì)內(nèi)的基準(zhǔn)束相干涉的裝置(102，107，108)。本發(fā)明還涉及一種相應(yīng)的全息讀出設(shè)備，涉及一種用于讀出調(diào)相的數(shù)據(jù)頁的方法，并且涉及一種包括至少一個調(diào)相的數(shù)據(jù)頁的全息介質(zhì)。
文檔編號G03H1/10GK1890722SQ200480036385
公開日2007年1月3日 申請日期2004年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月8日
發(fā)明者W·克內(nèi), S·斯塔林加 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司