专利名称：全息光盘存储器的同轴读写镜头的制作方法
技术领域：
本发明涉及全息光盘存储器的同轴读写镜头，属于光存储技术领域。
背景技术：
全息光盘存储器作为一种新型的高密度光存储系统，由于其存储容量大、高冗余度、快的数据传输速率和存取时间短的各项优点，正在进一步走向实用化。
最近几年，除了光折变晶体材料之外，有机的光致聚合物作为体全息存储材料的得到了迅速发展，其理化性能比起以前有了很大的提高，由于这种材料非常适合做成大面积盘式材料，大批量生产的成本也比较低廉，使它越来越有可能发展成为类似于传统的CD-ROM、DVD-ROM的商用全息光盘。随着各国科技工作者对体全息存储技术和机理的不断研究，采用物光和参考光共轴的同轴体全息存储系统成为一个重要的研究方向，它可以做成类似传统光盘的读写镜头，缩小体全息存储器的体积，利于走向商用化。
为了使全息光盘技术进一步走向实用化，有必要使读写系统更为简化，使之与现行光盘驱动器有所兼容。常见的全息光盘存储系统中物光和参考光离轴的系统由于在光路结构上需要将一束光束分成两束光，各自走不同的路径，需要独立的镜头系统，所以结构上比较复杂，很难再把体积缩小。所以有必要使物光束与参考光(读出光)的信号光束共用同一光路，发展简单紧凑的同轴光学系统是一个重要的发展方向。目前即使是采用物光和参考光同轴的系统，也是使物光和参考光共用一对傅立叶变换镜头。然而，根据体全息存储理论，当物光与参考光采用同一对傅立叶变换镜头的同轴系统时，物光束和参考光束的夹角很小，所以全息复用的角度选择性很差，不利于提高全息光盘的存储密度。尤其是有机光致聚合物材料制成的全息光盘，很难做成很厚的介质，这样其角度选择性就更不好。因此有必要设计出一种既可以实现物光和参考光同轴的同轴激光读写镜头，也有必要解决二者光束夹角过小的问题，以此提高利于全息光盘存储密度并走向实用化。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述提出的全息光盘存储器物光和参考光离轴光学系统体积过大的问题以及物光和参考光共用一对傅立叶变换镜头的夹角过小而影响角度选择性的问题，提出一种利用环形球面反射镜的同轴全息光盘激光读写镜头，不仅可以有效的减小全息光盘存储器光学系统的尺寸，而且可以增加物光和参考光的夹角，有效的提高全息存储的角度选择性，提高存储密度。
本发明采用对参考光进行位相编码的技术，可以进一步提高选择性，抑制存储复用中出现的串扰噪声。
本发明所设计的全息光盘存储器的同轴读写镜头，具体结构参见图1。本发明的激光读写镜头11由空间光调制器2、前组傅立叶变换镜头3、随机位相板4、第一环形球面反射镜5、第二环形球面反射镜6、杂光光阑7、后组傅立叶变换镜头8、面阵光电耦合器件9组成，所有器件的光轴在同一轴线上。其中空间光调制器2位于前组傅立叶变换镜头3的前焦面上，前组傅立叶变换镜头3的后焦点与后组傅立叶变换镜头8的前焦点重合，将全息光盘10放置于前组傅立叶变换镜头3的后焦面附近，面阵光电耦合器件9位于后组傅立叶变换镜头8的后焦面上。第一环形球面反射镜5和第二环形球面反射镜6形成镜头组的前焦面放置随机位相板4，后焦面与前组傅立叶变换镜头3的后焦面重合。
在记录全息图时，一束经过扩束准直的准直激光束1的中心作为物光束，照射在空间光调制器2上，将所需要存储的图像信息加载，然后经过前组傅立叶变换镜头3后，使物光束20在前组傅立叶变换镜头3的后焦面形成谱面。准直激光束1的中心外环形部分作为参考光，经过随机位相板4后，形成随机位相编码的参考光19，该光束照射在第一环形球面反射镜5的表面，然后由第一环形球面反射镜5反射到第二环形球面反射镜6表面，会聚到前组傅立叶变换镜头3的焦点位置。这束参考光与前组傅立叶变换镜头3后焦面的物光束零级谱形成干涉全息图，将全息光盘10放置于前组傅立叶变换镜头3的后焦面附近，即可将此干涉全息图记录下来，实现同轴全息存储。
该同轴全息存储在数据写入和读出时，参考光快门13和物光束快门17分别对应参考光束和物光束的有效通光孔径，来控制物光束和参考光束的开启与关闭。写入时，参考光快门13和物光束快门17都呈开启状态，读出时，物光束快门17关闭，参考光快门13开启。用参考光照射全息光盘10上记录的干涉全息图，经过后组傅立叶变换镜头8以后，并且使全息光盘位于后组傅立叶变换镜头8的前焦面，在后组傅立叶变换镜头8的后焦面位置上放置面阵光电耦合器件9，在面阵光电耦合器件9的表面就可以将记录的图像数据信息再现，实现数据的读出。其中的杂光光阑7是由一个环形的吸收光材料组成的环形光阑，用来阻挡经过全息光盘10后的参考光，即能去除该光形成的杂光干扰，同时也满足再现光信息通过。
其中，对于照射到该同轴全息光盘存储器的激光读写镜头11的准直激光束1来说，物光束和参考光束所分配的光束能量或者光斑面积各占该准直激光束1的一半。由第一环形球面反射镜5和第二环形球面反射镜6组成的镜头组的像方数值孔径与前组傅立叶变换镜头3的像方数值孔径差值介于0.4～0.7之间，使经过第一环形球面反射镜5反射的会聚光束与物光束20的夹角介于30°～60°，可以有效的增加物光和参考光的夹角，提高全息复用存储的角度选择性。参考光经过随机位相板编码后，可以进一步提高选择性，抑制存储复用中出现的串扰噪声。随机位相板4位于由第一环形球面反射镜5和第二环形球面反射镜6形成的镜头组的前焦面位置，而第一环形反射镜5和第二环形球面反射镜6形成的镜头组的后焦面恰好和前组傅立叶变换镜头3的后焦面位置重合。
全息光盘10位于前组傅立叶变换镜头3的后焦面上前离焦1～5mm范围内，全息光盘的材料可以是光折变晶体或者光致聚合物。
参考光束19在经过第一环形球面反射镜5和第二环形球面反射镜6时，两个反射镜的可以将环形的参考光束全部反射而无光线阻挡现象，见图1。
本发明采用同一光束就可以实现全息光盘存储器中的全息图记录与读出，有效的利用了同一光束激光的能量，简化了传统的离轴全息存储光路，可以缩小全息光盘存储器的体积，便于开发出体积更小功能更强的单光束读写系统，有助于使全息光盘存储器走向实用化和商业化。
图1，同轴全息光盘存储器的激光读写镜头示意图；1.准直激光束 2.空间光调制器 3.前组傅立叶变换镜头(FTL1) 4.环形随机位相板 5.第一环形球面反射镜 6.第二环形球面反射镜 7.杂光光阑 8.后组傅立叶变换镜头(FTL2) 9.面阵光电耦合器件 10.全息光盘 11.同轴全息光盘存储器的激光读写镜头 19.参考光束 20.物光束图2，同轴全息光盘存储器的光学系统示意图；12.激光器 13.参考光快门 14.扩束滤波准直系统 15.高斯光束均匀化器 16.第一平面反射镜 17.物光束快门 18.第二平面反射镜。
具体实施例方式
下面结合附图具有说明本发明的优选实施例。
实施例见图2，从激光器12中出来的垂直线偏振高斯光束经过参考光快门13，然后由扩束滤波准直系统14实现扩束、滤波准直后，经过高斯光束均匀化器15，将光束变成照度均匀的光斑，然后经过第一平面反射镜16，光束偏转90°然后到达第二平面反射镜18，其中光束的中心部分经过快门17，然后经过平面反射镜18反射后形成准直激光束1，准直激光束1的光斑直径为55mm。在记录全息图时，准直激光束1的中心作为物光束，光斑直径为27mm，照射在空间光调制器2上，空间光调制器2位于前组傅立叶变换镜头3的前焦面上(前工作焦距为88.433mm)，将所需要存储的图像信息加载，然后经过前组傅立叶变换镜头3后，使物光束20在前组傅立叶变换镜头3的后焦面(后工作焦距41.698mm)形成谱面。准直激光束1的环形部分作为参考光，环形光斑直径为36mm(内环)和55mm(外环)经过随机位相板4后，形成随机位相编码的参考光19，该光束照射在第一环形球面反射镜5的表面，该反射镜的曲率为-72mm，可以将全部参考光反射到第二环形球面反射镜6表面，通过第二环形球面反射镜6的-258mm的曲率表面，将参考光会聚到前组傅立叶变换镜头3的焦点位置。这束会聚的参考光与前组傅立叶变换镜头3后焦面的物光束零级谱形成干涉全息图，将全息光盘10放置于前组傅立叶变换镜头3的后焦面附近，即可将此干涉全息图记录下来，实现同轴全息存储。
该同轴全息存储在数据写入和读出时，参考光快门13和物光束快门17分别对应参考光束和物光束的有效通光孔径，来控制物光束和参考光束的开启与关闭。写入时，参考光快门13和物光束快门17都呈开启状态，读出时，物光束快门17关闭，参考光快门13开启。用参考光照射全息光盘10上记录的干涉全息图，经过后组傅立叶变换镜头8以后，并且使全息光盘位于后组傅立叶变换镜头8的前焦面(前工作焦距27.310mm)，在后组傅立叶变换镜头8的后焦面位置上(后工作焦距39.996mm)放置面阵光电耦合器件9，在面阵光电耦合器件9的表面就可以将记录的图像数据信息再现，实现数据的读出。附表为实施例中该同轴镜头11的设计参数表1前组傅立叶变换镜头3基本设计参数(mm)
表2前组傅立叶变换镜头8基本设计参数(mm)
表3环形反射镜的设计参数(mm)
权利要求
1.全息光盘存储器的同轴读写镜头，包括空间光调制器(2)、前组傅立叶变换镜头(3)、后组傅立叶变换镜头(8)、面阵光电耦合器件(9)，其特征在于还包括随机位相板(4)、第一环形球面反射镜(5)、第二环形球面反射镜(6)；其中，所有器件的光轴在同一轴线上，空间光调制器(2)位于前组傅立叶变换镜头(3)的前焦面上，前组傅立叶变换镜头(3)的后焦点与后组傅立叶变换镜头(8)的前焦点重合，前组傅立叶变换镜头(3)的后焦面位于全息光盘(10)附近，面阵光电耦合器件(9)位于后组傅立叶变换镜头(8)的后焦面上，第一环形球面反射镜(5)和第二环形球面反射镜(6)形成镜头组的前焦面放置随机位相板(4)，后焦面与前组傅立叶变换镜头(3)的后焦面重合。
2.根据权利要求1所述的全息光盘存储器的同轴读写镜头，其特征在于还包括用来阻挡经过全息光盘(10)后的参考光的杂光光阑(7)，位于全息光盘与后组傅立叶变换镜头(8)之间。
3.根据权利要求1或2所述的全息光盘存储器的同轴读写镜头，其特征在于前组傅立叶变换镜头(3)的后焦面位于全息光盘(10)前1～5mm范围内。
4.根据权利要求1至3任一项所述的全息光盘存储器的同轴读写镜头，其特征在于由第一环形球面反射镜(5)和第二环形球面反射镜(6)组成的镜头组的像方数值孔径与前组傅立叶变换镜头(3)的像方数值孔径差值介于0.4～0.7之间。
全文摘要
本发明涉及一种全息光盘存储器的同轴读写镜头，属于光存储技术领域。激光读写镜头的所有器件的光轴在同一轴线上。其中空间光调制器(2)位于前组傅立叶变换镜头(3)的前焦面上，前组傅立叶变换镜头的后焦点与后组傅立叶变换透镜头(8)的前焦点重合，将全息光盘(10)放置于前组傅立叶变换镜头的后焦面附近，面阵光电耦合器件(9)位于后组傅立叶变换透镜头的后焦面上。第一环形球面反射镜(5)和第二环形球面反射镜(6)形成镜头组的前焦面放置随机位相板(4)，后焦面与前组傅立叶变换镜头的后焦面重合。本发明可以缩小全息光盘存储器的体积，便于开发出体积更小功能更强的单光束读写系统，有助于使全息光盘存储器走向实用化和商业化。
文档编号G11B7/00GK1851811SQ200610012079
公开日2006年10月25日 申请日期2006年6月1日 优先权日2006年6月1日
发明者陶世荃, 王也, 万玉红, 王大勇, 江竹青 申请人:北京工业大学