全息信息存储介质及利用其记录/再现全息信息的方法和设备的制作方法

专利名称：全息信息存储介质及利用其记录/再现全息信息的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明的多个方面涉及一种全息信息存储介质以及利用该全息信息存储介质记
录/再现全息信息的方法和设备，更具体地讲，涉及一种信号光束和参考光束通过全息信息存储介质的同一表面进入的单侧型全息信息存储介质以及利用所述单侧型全息信息存储介质记录/再现全息信息的方法和设备，所述单侧型全息信息存储介质减小再现信息时的噪声。
背景技术：
近来，利用全息图的信息存储技术引起很多注意。利用全息图的信息存储方法将信息以光学干涉图样的形式存储在感光的聚合物材料或无机晶体中。利用两个激光束来形成光学干涉图样，所述两个激光束彼此干涉以生成干涉图样。即，在沿不同路径传播的参考光束和信号光束彼此干涉时形成的干涉图样引起感光存储介质中的化学或物理变化，从而记录信息。为了从记录的干涉图样再现信息，将与用于记录的参考光束相似的用于再现的参考光束发射到记录在存储介质上的干涉图样上，干涉图样对参考光束进行衍射以恢复信号光束，从而再现信息。 全息信息存储技术包括体全息法和微全息法，体全息法通过利用体全息术以页为单位记录/再现信息，微全息法通过利用微全息术以单比特为单位记录/再现信息。体全息法的优点在于可以同时处理大量信息。然而，体全息法具有这样的缺点由于需要非常精确地调节光学系统，所以难以商业化成为普通消费者的信息存储装置。 在微全息术中，使两个聚焦的光束在存储介质上在焦点处彼此干涉，通过使这样的干涉图样在存储介质的平面内移动，记录多个干涉图样以形成信息面。通过沿存储介质的深度方向在全息记录层中叠置多个信息面，以三维(3D)方式记录信息。
如果信号光束和参考光束分别入射在信息存储介质的相对的两个表面上以进行记录，则必须在信息存储介质的相对的两侧分别设置用于信号光束和用于参考光束的光学系统，从而增加了整个光学系统的大小。为了克服这一问题，已提出将信号光束和参考光束发射到信息存储介质的同一表面上的单侧记录/再现方法。在这种方法中，信号光束和参考光束被聚焦在信息存储介质所包括的全息记录层中的焦点上，并以形成在焦点处的干涉图样的形式记录信息。可通过将参考光束发射到全息记录层来再现记录的信息。

发明内容
技术问题 然而，单侧记录/再现方法的缺点在于由反射光引起的噪声。在传统的光学信息记录/再现方法中，通过增加全息记录层与反射层之间的距离并使入射在光电检测器上的反射光散焦，可以去除噪声。然而，由于全息图的特性，再现信号的幅度非常小，因此难以将通过增加全息记录层与反射层之间的距离来去除噪声的方法应用于全息记录存储介质。全
5息图的反射率，即衍射效率根据记录的全息图的厚度以及记录有全息图的信息存储介质中的折射率变化而改变。在这一方面，当局部记录全息图时，如在微全息图的情况下，微全息图的反射率非常小。通常，典型地用于形成全息记录层的光聚合物(photopolymer)的折射率变化是大约0. 01。在这种情况下，当通过数值孔径为0. 85的光学系统记录微全息图时，微全息图的反射率为1%或更小。另外，当为了增加记录容量而在多个信息面中记录信息时，反射率进一步减小。通常，本领域技术人员公知的是，反射率与全息记录层的数量的平方成反比。例如，当使用20个或更多全息记录层时，反射率极其小，为0.01%或更小。由于全息图这样的特性，当全息记录层与反射层之间的距离减小，以便减小由反射光引起的噪声时，必须补偿的信号光束和参考光束之间的像差增大。另外，由于光学系统对倾斜敏感，所以难以构造所述光学系统。
技术方案 根据本发明的多个方面，利用单侧记录方法记录有信息的全息信息存储介质以及将信息记录到所述全息信息存储介质和/或从所述全息信息存储介质再现信息的方法和设备可防止信号质量由于在记录在全息信息存储介质上的信息被再现时生成的反射光所引起的噪声而变差。 根据本发明的一方面，一种全息信息存储介质，包括基底；覆盖层，接收具有第一偏振方向的第一圆偏振光束和具有第二偏振方向的第二圆偏振光束，其中，第二偏振方向与第一偏振方向正交；偏振光束分割/反射层，设置在基底与覆盖层之间，用于在保持第一光束的第一偏振方向的同时反射第一光束，并透射第二光束；全息记录层，设置在偏振光束分割/反射层与覆盖层之间，用于将信息记录为通过被偏振光束分割/反射层反射的第一光束和被覆盖层接收的第二光束形成的干涉图样。 根据本发明的一方面，提供一种用于将信息记录在全息信息存储介质上和/或从
全息信息存储介质再现信息的全息信息记录/再现设备。所述全息信息存储介质包括基
底；覆盖层；偏振光束分割/反射层，设置在基底与覆盖层之间，用于反射具有第一偏振方
向的第一圆偏振光束同时保持第一光束的第一偏振方向，并透射具有与第一偏振方向正交
的第二偏振方向的第二圆偏振光束；全息记录层，设置在偏振光束分割/反射层与覆盖层
之间。所述设备包括光学拾取器，生成具有第一偏振方向的第一圆偏振光束和具有与第一
圆偏振方向正交的第二偏振方向的第二圆偏振光束，并发射第一光束和第二光束使第一光
束和第二光束入射在全息信息存储介质的覆盖层上，使得第一光束被偏振光束分割/反射
层反射；被偏振光束分割/反射层反射的第一光束和入射在覆盖层上的第二光束在全息记
录层中的焦点处形成干涉图样；全息记录层在焦点处将信息记录为干涉图样。 根据本发明的一方面，提供一种用于将信息记录在全息信息存储介质上和/或从
全息信息存储介质再现信息的全息信息记录/再现设备。所述全息信息存储介质包括基
底；覆盖层；偏振光束分割/反射层，设置在基底与覆盖层之间，用于反射具有第一偏振方
向的第一圆偏振光束同时保持第一光束的第一偏振方向，并透射具有与第一偏振方向正交
的第二偏振方向的第二圆偏振光束；全息记录层，设置在偏振光束分割/反射层与覆盖层
之间，用于通过被偏振光束分割/反射层反射的第一光束和第二光束将信息记录为形成在
全息记录层中的焦点处的干涉图样。所述设备包括光学拾取器，生成具有与第一偏振方向
正交的第二偏振方向的第二圆偏振光束，并发射第二光束使第二光束入射在全息信息存储介质的覆盖层上，使得具有第二偏振方向的第二光束在焦点处被全息记录层中的干涉图样 部分地反射以形成具有第一偏振方向的反射光束，被全息记录层中的干涉图样部分地透射 以形成具有第二偏振方向的透射光束；反射光束入射在光学拾取器上；透射光束穿过偏振 光束分割/反射层；偏振光束分割/反射层阻止在透射光束穿过偏振光束分割/反射层之 后通过透射光束的反射生成的任何反射光入射在光学拾取器上。 根据本发明的一方面，提供一种将信息记录在全息信息存储介质上和/或从全息 信息存储介质再现信息的方法。所述全息信息存储介质包括基底；覆盖层；偏振光束分割 /反射层，设置在基底与覆盖层之间，用于反射具有第一偏振方向的第一圆偏振光束同时保 持第一光束的第一偏振方向，并透射具有与第一偏振方向正交的第二偏振方向的第二圆偏 振光束；全息记录层，设置在偏振光束分割/反射层与覆盖层之间。所述方法包括生成具 有第一偏振方向的第一圆偏振光束和具有与第一偏振方向正交的第二偏振方向的第二圆 偏振光束；将第一光束和第二光束发射到全息信息存储介质的覆盖层上，使得第一光束和 第二光束穿过覆盖层；使被偏振光束分割/反射层反射并具有第一偏振方向的第一光束聚 焦在全息记录介质中的焦点处；使穿过覆盖层并具有第二偏振方向的第二光束聚焦在全息 记录层中的焦点处，使得第一光束和第二光束干涉以在焦点附近形成干涉图样，从而信息 被记录为全息记录层中的干涉图样。 本发明的另外的方面和/或优点将部分地通过下面的描述而被阐述，并且部分地 将根据所述描述而明显，或者可通过本发明的实践而了解。
有益效果 因此，根据本发明的多个方面，全息信息存储介质以及将信息记录到所述全息信 息存储介质和/或从所述全息信息存储介质再现信息的方法和设备可防止信号质量由于 在记录在全息信息存储介质上的信息被再现时生成的反射光所引起的噪声而变差，从而提 高信号质量。


通过结合附图阅读下面对示例性实施例的详细描述以及权利要求，本发明的更好 的理解将变得明显，其中，所述附图、说明书和权利要求形成本发明的公开的一部分。尽管 下面所写所示的公开集中于公开本发明的示例性实施例，但是应该清楚地理解的是，这仅 是示意性和示例性方式，本发明不限于此。本发明的精神和范围仅由权利要求限定。下面 给出附图的简要说明，其中 图1是根据本发明示例性实施例的全息信息存储介质的剖面图；
图2是根据本发明示例性实施例的偏振光束分割/反射层的光学特性的曲线图；
图3示出根据本发明示例性实施例的用于将信号光束和参考光束发射到图1的全 息信息存储介质上的光学构造； 图4是图3的显示由信号光束和参考光束形成的干涉图样的A部分的放大图像；
图5示出根据本发明示例性实施例的入射在图1的全息信息存储介质上的信号光 束和参考光束的偏振状态； 图6示出根据本发明示例性实施例的入射在图1的全息信息存储介质上的再现光 束的偏振状态；
图7是由图6的噪声光束L3n生成的噪声对信息面与偏振光束分割/反射层之间 的距离的曲线图； 图8至图11是根据本发明示例性实施例的全息信息存储介质的剖面图；
图12示出根据本发明实施例的全息信息记录/再现设备的光学构造；
图13是根据本发明示例性实施例的针孔元件的剖面图； 图14示出根据本发明示例性实施例的通过针孔元件阻挡散焦噪声光束的情况。
具体实施例方式
现在将详细说明示出于附图中的本发明的示例性实施例，在附图中，相同的标号 始终表示相同的部件，为了清晰起见，层和区域的厚度会被夸大。下面参照附图描述示例性 实施例以解释本发明。
图1是根据本发明示例性实施例的全息信息存储介质100的剖面图。 参照图l，全息信息存储介质100包括按照图1所示的次序顺序叠置的基底110、
伺服层120、缓冲层130、偏振光束分割/反射层140、间隔层150、全息记录层160和覆盖层
170。 基底110是设置用于保持全息信息存储介质100的形状(如盘形)的支撑件，并 且可以由聚碳酸脂树脂(polycarbonate resin)、丙烯酸树脂(acrylicresin)等形成。
覆盖层170保护全息记录层160，并且当全息记录层160不是由固体材料形成时保 持全息信息存储介质100的形状。可在覆盖层170上形成用于防止光被覆盖层170的表面 反射的减反射层(未示出)。 全息记录层160由感光材料，如光聚合物和热塑材料形成，所述感光材料在吸收 光时折射率改变。通常，感光材料的折射率与吸收的光的强度成比例地改变。感光材料可 具有这样的非线性特性感光材料在光强方面具有预定阈值，并且仅对强度超过所述阈值 的光做出响应。为了增加记录密度，可通过沿全息记录层160的深度方向在不同的焦点位 置形成不同的干涉图样，来在全息记录层160中叠置多个不同的干涉图样。因此，如果用于 形成全息记录层160的材料具有非线性特性，则随着距焦点位置的距离增大，干涉图样的 幅度快速减小，因此可执行密集的多层记录。 间隔层150是用于保持全息记录层160与偏振光束分割/反射层140之间的距 离的层，当被偏振光束分割/反射层140反射的信号光束聚焦在全息记录层160中的焦点 F(参照图3)上时，间隔层150保持偏振光束分割/反射层140与执行记录的焦点F之间的 距离。间隔层150的厚度可根据全息记录层160的特性而改变，间隔层150形成为厚度在 0至100 ii m范围内。类似地，通过保持偏振光束分割/反射层140与焦点F之间的距离， 当再现信息时，可减小由偏振光束分割/反射层140所反射的光引起的噪声。下面将详细 解释间隔层150与噪声减小之间的详细关系。然而，不需要在本发明的所有实施例中均包 括间隔层150，可以使用保持偏振光束分割/反射层140与焦点F之间的距离的其它方式。 例如，全息记录层160的未用于记录信息的部分可代替间隔层150。偏振光束分割/反射层 140由反射第一圆偏振光束且透射第二圆偏振光束的材料形成，所述第一圆偏振光束和第 二圆偏振光束各自具有彼此正交的偏振方向。此外，偏振光束分割/反射层140在保持反 射的第一圆偏振光束的偏振方向的同时反射圆偏振光束。将以偏振光束分割/反射层140反射左旋圆偏振光束并透射右旋圆偏振光束，并且反射的左旋圆偏振光束被保持在左旋圆 偏振状态的情况为例进行描述。偏振光束分割/反射层140可由能够处于液晶态或硬化态 的液晶膜中的胆甾液晶形成。胆甾液晶具有这样的结构其中，液晶分子的指向矢轴按照螺 旋方式扭曲。这种结构的结果是，胆甾液晶反射沿所述螺旋的方向偏振的圆偏振光束，透射 沿与所述螺旋的方向相对的方向偏振的圆偏振光束。因此，偏振方向正交的两种圆偏振光 束可被分离，反射的圆偏振光束的状态可被保持在圆偏振状态。 图2是根据本发明示例性实施例的偏振光束分割/反射层140的光学特性的曲线 图。参照图2，水平轴是通过偏振光束分割/反射层140透射的光的偏振角O，垂直轴是入 射在偏振光束分割/反射层140上的光的透射率。可以看出，R圆偏振光束被完全透射，但 是L圆偏振光束几乎完全没有被透射。在胆甾液晶构成偏振光束分割/反射层140的情况 下，可根据螺旋周期来控制透射的R圆偏振光束的波长。另外，偏振光束分割/反射层140 可具有这样的叠层结构其中，多个胆甾液晶层叠置，以使得胆甾液晶层的液晶分子具有不 同的螺旋周期。在这种情况下，通过控制叠置的胆甾液晶层的螺旋周期以及叠置的胆甾液 晶层的数量，具有预定波长的光根据光的偏振方向被透射或反射，而具有其它波长的光被 透射。在当前示例性实施例中，由于在偏振光束分割/反射层140下方设置伺服层120，所 以信号光束/参考光束根据信号光束和参考光束的偏振方向被透射/反射，而伺服光束被 透射。 缓冲层130介于偏振光束分割/反射层140和伺服层120之间，并且可由透明材 料或吸收具有用于记录/再现信号的波长的光的材料形成。缓冲层130被设置为填充形成 在伺服层120上的用于表示伺服信息的伺服图案，以使得偏振光束分割/反射层140可形 成为平坦层。 伺服层120是写有伺服信息的层，伺服层120反射伺服光束。在当前示例性实施 例中，伺服光束的波长不同于用于记录/再现信息的光的波长。另外，设置在伺服层120上 方的缓冲层130、偏振光束分割/反射层140、间隔层150、全息记录层160和覆盖层170被 设计为透射伺服光束。 参照图3至图5，下面描述根据本发明示例性实施例的将信息记录在图1的全息信 息存储介质100上的方法。 图3示出根据本发明示例性实施例的用于将信号光束Ll和参考光束L2发射到图 1的全息信息存储介质100上的光学构造。图4是图3的显示由信号光束Ll和参考光束 L2形成的干涉图样的A部分的放大图像。图5示出根据本发明示例性实施例的入射在图1 的全息信息存储介质100上的信号光束Ll和参考光束L2的偏振状态。
参照图3，信号光束Ll和参考光束L2都经物镜280入射在全息信息存储介质100 上。信号光束Ll被偏振光束分割/反射层140反射，并被聚焦在全息记录层160中的焦点 F上。参考光束L2入射在覆盖层170上，并被聚焦在焦点F上。由于信号光束L1和参考光 束L2的光点在焦点F处重叠，所以形成干涉图样。由于干涉图样的形状根据信号光束Ll 的调制状态或者信号光束Ll和参考光束L2的调制状态而变化，所以可利用干涉图样记录 信息。图4是图3所示的包括信号光束Ll和参考光束L2的焦点F并显示干涉图样的A部 分的放大图像。干涉图样沿轨道被记录在相同的平面上，从而在全息记录层160中形成单 层的信息面165。随着焦点F沿全息记录层160的深度方向变化，多个信息面165叠置，从而可执行多层记录。根据当前示例性实施例的全息信息存储介质100使用在每一焦点F处 的干涉图样中包含单比特信息的微全息术方法，但是本发明不限于这样的配置。例如，可采 用体全息术方法，在体全息术方法中，在信号光束LI和参考光束L2的光点在焦点F重叠时 以三维方式形成干涉图样，从而同时记录大量信息。 参照图5，下面描述考虑偏振的形成干涉图样的过程。参照图5，根据当前示例性 实施例的全息信息记录/再现设备包括四分之一波片285和物镜280。具有不同线偏振的 信号光束Ll和参考光束L2入射在四分之一波片285上。例如，信号光束Ll以S线偏振状 态入射在四分之一波片285上，参考光束L2以P线偏振状态入射在四分之一波片285上。 四分之一波片285是用于将线偏振改变为圆偏振以及将圆偏振改变为线偏振的光学元件。 随着信号光束L1穿过四分之一波片285，信号光束L1的偏振状态被改变为左旋圆偏振L。 随着参考光束L2穿过四分之一波片285，参考光束L2的偏振状态被改变为右旋圆偏振R。 具有左旋圆偏振L的信号光束Ll被偏振光束分割/反射层140反射，其中，偏振光束分割 /反射层140保持反射的信号光束Ll中的左旋圆偏振L。具有左旋圆偏振L的反射的信号 光束Ll聚焦在信息面165上。具有右旋圆偏振R的参考光束L2聚焦在信息面165上，然 后穿过偏振光束分割/反射层140。由于在信息面165上相遇的反射的信号光束Ll和参考 光束L2沿相反方向传播，并具有相反的圆偏振方向，所以反射的信号光束L1的电场矢量和 参考光束L2的电场矢量沿相同方向旋转。因此，在信息面165上生成干涉图样，干涉图样 引起由感光材料形成的全息记录层160中的信息记录。 穿过偏振光束分割/反射层140的具有右旋圆偏振R的参考光束L2可被伺服层 120等反射。然而，由于被伺服层120等反射的参考光束L2仅改变其传播方向，而其电场矢 量的旋转方向维持不变，所以被伺服层120等反射的参考光束L2处于左旋圆偏振L状态。 因此，参考光束L2不能返回穿过偏振光束分割/反射层140。 在以上描述中，光束L1被描述为信号光束，光束L2被描述为参考光束。然而，光 束Ll可以是参考光束，光束L2可以是信号光束。 参照图6和图7，下面描述根据本发明示例性实施例的再现记录在图1的全息信息 存储介质100上的信息的方法。 图6示出根据本发明示例性实施例的入射在图1的全息信息存储介质100上的再 现光束的偏振状态。图7是由图6的噪声光束L3n生成的噪声对信息面165与偏振光束分 割/反射层140之间的距离的曲线图，其中，图7中将所述距离表示为"反射层的距离"。
参照图6，偏振方向与参考光束的偏振方向相同的再现光束被发射到全息信息存 储介质100上，以便再现信息。即，具有P偏振的入射再现光束L3i穿过四分之一波片285， 并被改变为右旋圆偏振R。然后，具有右旋圆偏振R的入射再现光束L3i穿过物镜280，并 入射在全息信息存储介质100上。对于信息面165，入射在信息面165上的光束被称为入射 再现光束L3i，被信息面165反射的光束被称为反射再现光束L3r，透射通过信息面165的 光束被称为透射再现光束L3t。具有右旋圆偏振R的入射再现光束L3i的一部分被通过干 涉图样记录有信息的信息面165衍射(即，反射)，并作为反射再现光束L3r传播回到物镜 280，具有右旋圆偏振R的入射再现光束L3i的一部分透射通过信息面165，并向着偏振光 束分割/反射层140传播。由于被信息面165反射的反射再现光束L3r仅其传播方向被改 变，而其电场矢量的旋转方向维持不变，所以反射再现光束L3r处于左旋圆偏振L状态。由于从具有右旋圆偏振R的入射再现光束L3i透射通过信息面165的透射再现光束L3t处于 右旋圆偏振R状态，所以透射再现光束L3t穿过偏振光束分割/反射层140。透射再现光束 L3t可被伺服层120等反射成为反射的透射再现光束L3t'。然而，由于反射的透射再现光 束L3t'仅其传播方向被改变，而其电场矢量的旋转方向维持不变，所以被伺服层120等反 射的反射的透射再现光束L3t'处于左旋圆偏振L状态。因此，反射的透射再现光束L3t'不 能返回穿过偏振光束分割/反射层140。如果反射的透射再现光束L3t'穿过信息面165， 从而入射回物镜280上，则相对于包含在反射再现光束L3r中的再现信号，反射的透射再现 光束L3t'会促成反射光的噪声光束L3n。然而，根据当前示例性实施例，由于反射的透射 再现光束L3t'不能返回穿过偏振光束分割/反射层140，所以可减小由反射光引起的噪声 光束L3n，从而提高信号质量。传统的伺服层被设计为将不反射透射再现光束L3t，以便减 小噪声光束L3n。然而，根据本发明，即使伺服层120等将透射再现光束L3t反射成为反射 的透射再现光束L3t'，反射的透射再现光束L3t'也不能返回穿过偏振光束分割/反射层 140。因此，由于伺服层120所需的性能降低，所以与使用传统伺服层的情况相比，更容易制 造根据当前示例性实施例的全息信息存储介质100。 在上面的描述中，假设具有右旋圆偏振R的透射再现光束L3t穿过偏振光束分割 /反射层140，而不被偏振光束分割/反射层140反射。然而，实际上，具有右旋圆偏振R的 透射再现光束L3t的一部分会被偏振光束分割/反射层140反射。在这种情况下，由于仅 非常小的百分比的具有右旋圆偏振R的入射再现光束L3i被信息面165反射成为反射再现 光束L3r，所以可归因于被偏振光束分割/反射层140部分地反射的透射再现光束L3t的噪 声光束L3n分量会引起问题。然而，可通过充分增加记录有信息的信息面165与偏振光束 分割/反射层140之间的距离，来减小可归因于被偏振光束分割/反射层140部分地反射 的透射再现光束L3t的噪声光束L3n分量。 图7是通过执行仿真获得的由图6的噪声光束L3n生成的噪声对信息面165与偏 振光束分割/反射层140之间的距离的曲线图。图7中的"反射层的距离"是偏振光束分 割/反射层140与实际记录有信息的信息面165之间的距离。在所述仿真中，假设入射再 现光束L3i被信息面165以大约0. 0135%的反射率反射，以形成反射再现光束L3r，假设具 有右旋圆偏振R的透射再现光束L3t被偏振光束分割/反射层140以大约1%的噪声反射 率反射。随着信息面165与偏振光束分割/反射层140之间的距离增加，聚焦在信息面165 上的透射再现光束L3t变得在偏振光束分割/反射层140上越来越散焦。因此，可归因于 被偏振光束分割/反射层140反射的透射再现光束L3t的噪声光束L3n分量减少。参照图 7，当信息面165与偏振光束分割/反射层140之间的距离为40iim或更大时，可以看出噪 声-信号(N/S)比小于2.5%。在所述仿真的条件下，间隔层150的厚度"d"可以至少为 40 ii m，以便生成小于2. 5%的N/S比。优选地，间隔层150的厚度"d"可以为50 y m或更大， 以便生成1. 5%或更小的N/S比。然而，间隔层的厚度"d"可根据光学设计参数，如信息面 165的反射率、偏振光束分割/反射层140的噪声反射率等而变化。另外，如上所述，通过在 仍使记录有信息的信息面165与偏振光束分割/反射层140之间的距离保持在40 ii m或更 大的同时，将全息记录层160形成为具有足够的厚度来代替间隔层150，可减小可归因于被 偏振光束分割/反射层140反射的透射再现光束L3t的噪声光束L3n分量。另外，根据本 发明示例性实施例的全息信息记录/再现设备包括针孔元件(pin hole element) 285 (参
11照图12)，所述针孔元件设置在光电检测器290前方，从而限制散焦光的检测。因此，可进一 步减小或消除可归因于被偏振光束分割/反射层140反射的透射再现光束L3t的噪声光束 L3n分量。 在上面描述的示例性实施例中，伺服层120被置于基底110和偏振光束分割/反 射层140之间，但是本发明不限于这样的结构。图8至图11是根据本发明其它示例性实施 例的将伺服层122、 124、 125和145设置在不同位置的全息信息存储介质102、 104、 106和 108的剖面图。 参照图8，全息信息存储介质102可具有这样的结构其中，伺服层122被置于偏 振光束分割/反射层140与间隔层150之间。伺服层122由能够透射用于记录/再现信息 的光束，即信号光束、参考光束和再现光束的材料形成。与图1的全息信息存储介质100的 情况相似，通过将偏振光束分割/反射层140置于全息记录层160和基底IIO之间，可防止 穿过全息记录层160的透射再现光束被反射回物镜从而生成噪声，从而消除该噪声源。除 了伺服层122之外，图8的示例性实施例中的元件与参照图1至图6描述的全息信息存储 介质100的元件相同，因此将省略对它们的详细描述。 参照图9，全息信息存储介质104具有这样的结构其中，伺服层124被置于信息 记录层160与覆盖层170之间。伺服层124由能够透射用于记录/再现信息的光束，即信 号光束、参考光束和再现光束的材料形成。与图1的全息信息存储介质100的情况相似，通 过将偏振光束分割/反射层140置于全息记录层160和基底110之间，可防止穿过全息记 录层160的透射再现光束被反射回物镜从而生成噪声，从而消除该噪声源。除了伺服层124 之外，图9的示例性实施例中的元件与参照图1至图6描述的全息信息存储介质100的元 件相同，因此将省略对它们的详细描述。 参照图IO，全息信息存储介质106具有这样的结构其中，伺服层125被置于全息 记录层160内。伺服层125由能够透射用于记录/再现信息的光束，即信号光束、参考光束 和再现光束的材料形成。与图1的全息信息存储介质100的情况相似，通过将偏振光束分 割/反射层140置于全息记录层160和基底110之间，可防止穿过全息记录层160的透射 再现光束被反射回物镜从而生成噪声，从而消除该噪声源。除了伺服层125之外，图10的 示例性实施例中的元件与参照图1至图6描述的全息信息存储介质100的元件相同，因此 将省略对它们的详细描述。 在上面描述的实施例中，伺服光束的波长不同于用于记录/再现信息的光束的波 长，但是本发明不限于这样的布置。参照图ll，全息信息存储介质108不具有单独的伺服 层，而使用偏振光束分割/反射层145作为伺服层。可使用与用于记录/再现信息的光束 不同的单独的光束作为伺服光束，但是本发明不限于这样的布置。例如，用于记录/再现的 光束也可用作伺服光束。当与用于记录/再现信息的光束不同的单独的光束用作伺服光束 时，偏振光束分割/反射层145被设计为反射伺服光束。当用于记录/再现信息的光束也 用作伺服光束时，反射的再现光束用作伺服光束。 图12示出根据本发明实施例的全息信息记录/再现设备的光学构造。
参照图12，根据当前示例性实施例的全息信息记录/再现设备是用于将信息记录 在图1的全息信息存储介质100上以及从图1的全息信息存储介质100再现信息的设备， 并且包括光学拾取器200和电路单元(未示出)，其中，光学拾取器200发射各自具有彼此正交的偏振方向的信号光束Ll和参考光束L2，电路单元用于控制光学拾取器200的驱动以 及信号的处理。 光学拾取器200包括光源210、第一分束器220、半波片230、光闸(shutter) 240、 第二分束器250、第三分束器260、反射镜225、四分之一波片2S5、物镜280和光电检测器 290。光学拾取器200还可包括焦点控制单元270和275，用于分别改变信号光束Ll和参考 光束L2的焦点位置，以便在多个层中记录/再现信息。另外，光学拾取器200还可包括针 孔元件295，用于阻止散焦的噪声光束入射在光电检测器290上。另外，光学拾取器200还 可包括用于执行伺服控制的伺服光学系统(未示出)。 光源210可仅发射具有P偏振的光，并且可包括例如发射蓝光的半导体激光二极 管。为了描述方便起见，将发射的光的偏振方向描述为P偏振，但是本发明不限于P偏振。 可选地，光源210可发射非偏振光，可利用单独的偏振板(未示出)从所述非偏振光中选择 具有预定线偏振的光。光源210还可用作伺服光源，或者可采用单独的伺服光源。当采用单 独的伺服光源时，伺服光束的波长可不同于从光源210发射的光的波长。第一分束器220、 第二分束器250和第三分束器260是光路分割单元的示例。第一分束器220和第二分束器 250中的每一个用作半反镜(half mirror)，所述半反镜将穿过第一分束器220和第二分束 器250的光分割为在两个光路上传播的光。从光源210中发射的具有P偏振的光被第一分 束器220分割为均具有P偏振的信号光束Ll和参考光束L2。由第一分束器220分割的具 有P偏振的信号光束Ll被半波片230转换为具有S偏振的光，并穿过第二分束器250和第 三分束器260。光闸240根据电信号阻挡光，并且被设置在信号光束L1的光路上。当正在 记录信息时，根据指示将记录信息的电信号，光闸240使信号光束Ll通过；当正在再现信息 时，根据指示反射再现光束L3r将被阻挡的电信号，光闸240阻挡反射再现光束L3r。由第 一分束器220分割的具有P偏振的参考光束L2的光路被反射镜225改变，从而参考光束L2 向着第三分束器260传播。第三分束器260是反射具有S偏振的信号光束Ll且透射具有 P偏振的参考光束L2的偏振分束器。因此，信号光束Ll和参考光束L2沿着不同的光路入 射在第三分束器260上。然后，所述光路在第三分束器260中被组合，从而具有S偏振的信 号光束Ll和具有P偏振的参考光束L2向着四分之一波片285传播。 入射在四分之一波片285上的信号光束Ll的S偏振被转换为左旋圆偏振L。入射 在四分之一波片285上的参考光束L2的P偏振被转换为右旋圆偏振R。具有转换的彼此正 交的偏振方向的信号光束Ll和参考光束L2经物镜280入射在全息信息存储介质100上， 从而如参照图3至图5所描述的记录全息信息。 焦点控制单元270和275可包括扩束器(beam expander)，如中继透镜组271 、272、 276和277。焦点控制单元270和275被设计为中继透镜组271 、272、276和277中的至少 一个透镜可在驱动单元(未示出)的控制下，沿图12中的双向箭头所指示的光路的方向移 动。通过使中继透镜组271、272、276和277中的至少一个透镜沿光路的方向移动，焦点控制 单元270和275可改变在全息信息存储介质100中的信号光束Ll和参考光束L2的焦点。 焦点控制单元270和275使信息能够记录在全息信息存储介质100的多个层中。S卩，当信 号光束Ll和参考光束L2被聚焦在全息信息存储介质100中的焦点F(参见图3)上时，形 成信息面165。随着信号光束Ll和参考光束L2的焦点位置通过焦点控制单元270和275 而改变，在全息信息存储介质100的深度方向上形成多个信息面165(未示出)。因此，可以
13在多个层中执行记录。在当前示例性实施例中，焦点控制单元270和275包括扩束器，所述 扩束器包括例如中继透镜组271 、272、276和277，但是本发明不限于这样的构造。例如，可 利用液晶透镜(liquid crystal lens)来实现焦点控制单元270和275。当电压被施加到 液晶透镜时，具有预定偏振的光束由于液晶透镜的液晶的取向而被折射。液晶透镜的结构 对本领域普通技术人员而言是公知的，因此将省略其描述。这样的液晶透镜可代替中继透 镜组271、272、276和277被设置在信号光束LI和参考光束L2各自的光路上，电压可被施 加到液晶透镜。因此，信号光束LI和参考光束L2的焦点可改变。 当信息被再现时，从光源210发射的入射再现光束L3i穿过第一分束器220、反 射镜225、第三分束器260、四分之一波片285和物镜280，并入射在全息信息存储介质100 上。入射再现光束L3i被全息信息存储介质100中的以干涉图样形式记录有信息的信息面 165(参见图6)反射，并入射回物镜280上。由于入射再现光束L3i沿着与参考光束L2相 同的光路传播，所以入射再现光束L3i以右旋圆偏振状态入射在全息信息存储介质IOO上。 被信息面165反射的反射再现光束L3r被转换为左旋圆偏振光束，并入射回物镜280。具有 左旋圆偏振的反射再现光束L3r穿过四分之一波片285而被转换为S偏振光束，被第三分 束器260反射，并穿过第二分束器250以被光电检测器290检测。反射再现光束L3r的一 部分可被第二分束器250反射，但是被第二分束器250反射的这一部分反射再现光束L3r 被光闸阻挡，其中，所述光闸在再现信息时被关闭。当在全息记录层160(参见图6)的多个 层中记录信息时，通过利用用于改变参考光束L2的焦点位置的焦点控制单元275改变入射 再现光束L3i的焦点位置，入射再现光束L3i的焦点位置可被设置在将从其读取信息的信 息面265上。 针孔元件295阻挡除了从其读取信息的信息面165之外的任何元件反射的光。针 孔元件295包括如图13所示的预定孔径(即，针孔295a)以及阻挡光的阻挡层295b，并被 设置在光电检测器290前方。针孔295a的半径Rh可大于光束点S的半径Rs。例如，半径 Rh可以是光束点S的半径的两倍。针孔元件295阻挡散焦光束。参照图14，当入射再现光 束的焦点位置被设置在将从其读取信息的信息面165上，并且针孔元件295的针孔295a被 设置在被全息信息存储介质100的信息面165反射的反射再现光束在光学拾取器200 (参 见图12)中被聚焦的焦点位置处时，除了信息面165之外的任何元件反射的光，例如当透射 再现光束L3t被偏振光束分割/反射层140部分地反射时生成的散焦噪声光束L3n(参见 图6)几乎被阻挡层295b完全阻挡。因此，可通过除了如上所述的间隔层150之外设置针 孔元件295，来减小或消除可归因于被偏振光束分割/反射层140反射的噪声光束L3n的噪 声° 如参照图6所描述的，当再现信息时，从入射再现光束L3i穿过全息记录层160的 透射再现光束L3t被偏振光束分割/反射层140透射，被伺服层120等反射的反射的透射 再现光束L3t'被偏振光束分割/反射层140阻挡。另外，即使透射再现光束L3t的一部分 被偏振光束分割/反射层140反射，也可通过设置全息信息存储介质100的间隔层150和 /或全息信息记录/再现设备的针孔元件295来减小或消除噪声。 已经参照本发明的示例性实施例具体地显示和描述了全息信息存储介质以及利 用所述全息信息存储介质记录/再现全息信息的方法和设备。从这些示例性实施例可以看 出，通过将选择性地反射和透射各自具有正交偏振方向的圆偏振光束的偏振光束分割/反
14射层置于全息记录层和基底之间以减小或消除由反射光引起的噪声，防止了透射通过全息 记录层的透射再现光束作为噪声光束被反射回物镜，从而减小或消除了由反射光引起的噪
声° 尽管已经显示和描述了本发明的示例性实施例，但是本领域技术人员应该理解， 并且随着技术的发展，在不脱离本发明的真实范围的情况下，可进行各种改变和修改并且 可对其元件进行等同替换。在不脱离本发明的范围的情况下，可进行许多修改、置换、添加 和子组合，以使本发明的教导适应于具体情况。因此，本发明不意在限于所公开的各个示例 性实施例，而是本发明包括落入权利要求及其等同物的范围内的所有实施例。
权利要求
一种全息信息存储介质，包括基底；覆盖层，接收具有第一偏振方向的第一圆偏振光束和具有第二偏振方向的第二圆偏振光束，其中，第二偏振方向与第一偏振方向正交；偏振光束分割/反射层，设置在基底与覆盖层之间，用于在保持第一光束的第一偏振方向的同时反射第一光束，并透射第二光束；全息记录层，设置在偏振光束分割/反射层与覆盖层之间，用于通过被偏振光束分割/反射层反射的第一光束和通过覆盖层接收的第二光束将信息记录为形成在全息层中的干涉图样。
2. 根据权利要求1所述的介质，其中，所述偏振光束分割/反射层包括胆甾液晶材料。
3. 根据权利要求1所述的介质，其中，所述偏振光束分割/反射层包括处于液晶态或硬 化态的液晶膜。
4. 根据权利要求1所述的介质，其中，偏振光束分割/反射层包括单个胆甾液晶层或多 个胆甾液晶层，其中，所述多个胆甾液晶层的液晶分子对于所述多个胆甾液晶层中的每一 个胆甾液晶层具有不同的螺旋周期。
5. 根据权利要求1所述的介质，其中，全息记录层包括光聚合物或热塑树脂。
6. 根据权利要求1所述的介质，还包括伺服层，设置在基底和偏振光束分割/反射层 之间，或者设置在偏振光束分割/反射层与全息记录层之间，或者设置在全息记录层内，或 者设置在全息记录层和覆盖层之间。
7. 根据权利要求1所述的介质，其中，偏振光束分割/反射层记录有伺服信息。
8. 根据权利要求1所述的介质，还包括间隔层，设置在偏振光束分割/反射层与全息 记录层之间。
9. 根据权利要求8所述的介质，其中，间隔层的厚度等于或大于40 ii m。
10. 根据权利要求1所述的介质，其中，偏振光束分割/反射层与全息记录层中的写有 信息的任何信息面之间的距离等于或大于40 ii m。
11. 根据权利要求1所述的介质，其中信息被记录在沿全息记录层的深度方向排列的多个信息面中；被偏振光束分割/反射层反射的第一光束和通过覆盖层接收的第二光束均具有沿全 息记录层的深度方向排列并分别与所述多个信息面一致的多个焦点位置。
12. 根据权利要求1所述的介质，其中，被记录为干涉图样的信息以单比特为单位被记录。
13. —种用于将信息记录在全息信息存储介质上和/或从全息信息存储介质再现信息 的全息信息记录/再现设备，所述全息信息存储介质包括基底；覆盖层；偏振光束分割/ 反射层，设置在基底与覆盖层之间，用于反射具有第一偏振方向的第一圆偏振光束同时保 持第一光束的第一偏振方向，并透射具有与第一偏振方向正交的第二偏振方向的第二圆偏 振光束；全息记录层，设置在偏振光束分割/反射层与覆盖层之间，所述设备包括光学拾取器，生成具有第一偏振方向的第一圆偏振光束和具有与第一圆偏振方向正交 的第二偏振方向的第二圆偏振光束，并发射第一光束和第二光束使第一光束和第二光束入 射在全息信息存储介质的覆盖层上，使得第一光束被偏振光束分割/反射层反射；被偏振光束分割/反射层反射的第一光束和入射在覆盖层上的第二光束在全息记录层中的焦点处形成干涉图样；全息记录层将信息记录为焦点处的干涉图样。
14. 根据权利要求13所述的设备，其中，为了再现全息记录层中被记录为干涉图样的信息，光学拾取器发射具有第二偏振方向的第二光束使第二光束入射在全息信息存储介质的覆盖层上，使得具有第二偏振方向的第二光束被全息记录层中的干涉图样部分地反射以形成具有第一偏振方向的反射再现光束，被全息记录层中的干涉图样部分地透射以形成具有第二偏振方向的透射再现光束；反射再现光束入射在光学拾取器上；透射再现光束穿过偏振光束分割/反射层；偏振光束分割/反射层阻止在透射再现光束穿过偏振光束分割/反射层之后通过透射再现光束的反射生成的任何反射光入射在光学拾取器上。
15. 根据权利要求13所述的设备，其中，光学拾取器包括焦点改变单元，用于沿全息记录层的深度方向改变焦点的位置。
16. 根据权利要求16所述的设备，其中，焦点改变单元包括扩束器或液晶透镜。
17. 根据权利要求13所述的设备，其中，光学拾取器包括针孔元件，用于阻挡从除了焦点之外的任何点反射的光。
18. 根据权利要求13所述的设备，其中，在焦点处记录为干涉图样的信息以单比特为单位被记录。
19. 一种用于将信息记录在全息信息存储介质上和/或从全息信息存储介质再现信息的全息信息记录/再现设备，所述全息信息存储介质包括基底；覆盖层；偏振光束分割/反射层，设置在基底与覆盖层之间，用于反射具有第一偏振方向的第一圆偏振光束同时保持第一光束的第一偏振方向，并透射具有与第一偏振方向正交的第二偏振方向的第二圆偏振光束；全息记录层，设置在偏振光束分割/反射层与覆盖层之间，用于通过被偏振光束分割/反射层反射的第一光束和第二光束将信息记录为形成在全息记录层中的焦点处的干涉图样，所述设备包括光学拾取器，生成具有与第一偏振方向正交的第二偏振方向的第二圆偏振光束，并发射第二光束使第二光束入射在全息信息存储介质的覆盖层上，使得具有第二偏振方向的第二光束在焦点处被全息记录层中的干涉图样部分地反射以形成具有第一偏振方向的反射光束，被全息记录层中的干涉图样部分地透射以形成具有第二偏振方向的透射光束；反射光束入射在光学拾取器上；透射光束穿过偏振光束分割/反射层；偏振光束分割/反射层阻止在透射光束穿过偏振光束分割/反射层之后通过透射光束的反射生成的任何反射光入射在光学拾取器上。
20. —种将信息记录在全息信息存储介质上和/或从全息信息存储介质再现信息的方法，所述全息信息存储介质包括基底；覆盖层；偏振光束分割/反射层，设置在基底与覆盖层之间，用于反射具有第一偏振方向的第一圆偏振光束同时保持第一光束的第一偏振方向，并透射具有与第一偏振方向正交的第二偏振方向的第二圆偏振光束；全息记录层，设置在偏振光束分割/反射层与覆盖层之间，所述方法包括生成具有第一偏振方向的第一圆偏振光束和具有与第一偏振方向正交的第二偏振方向的第二圆偏振光束；将第一光束和第二光束发射到全息信息存储介质的覆盖层上，使得第一光束和第二光束穿过覆盖层；使被偏振光束分割/反射层反射的具有第一偏振方向的第一光束聚焦在全息记录介质中的焦点处；使穿过覆盖层并具有第二偏振方向的第二光束聚焦在全息记录层中的所述焦点处，使得第一光束和第二光束干涉以在所述焦点附近形成干涉图样，从而信息被记录为全息记录层中的干涉图样。
21. 根据权利要求20所述的方法，其中，生成具有第一偏振方向的第一圆偏振光束和具有与第一偏振方向正交的第二偏振方向的第二圆偏振光束的步骤包括从光源发射仅具有第一线偏振方向的线偏振光；从线偏振光生成具有第一偏振方向的第一线偏振光束；从线偏振光生成具有与第一偏振方向正交的第二偏振方向的第二线偏振光束；从第一线偏振光束生成第一圆偏振光束并从第二线偏振光束生成第二圆偏振光束，或者从第二线偏振光束生成第一圆偏振光束并从第一线偏振光束生成第二圆偏振光束。
22. 根据权利要求20所述的方法，还包括再现全息记录层中被记录为干涉图样的信息；其中，再现全息记录层中被记录为干涉图样的信息的步骤包括发射具有第二偏振方向的第二光束使第二光束入射在全息信息存储介质的覆盖层上，以使得第二光束穿过覆盖层，并被全息记录层中的干涉图样至少部分地反射以形成反射再现光束；从反射再现光束检测全息记录层中被记录为干涉图样的信息。
23. 根据权利要求20所述的方法，其中，记录为干涉图样的信息以单比特为单位被记录。
24. 根据权利要求20所述的方法，还包括沿全息记录层的深度方向改变焦点的位置，以在沿全息记录层的深度方向排列的多个信息面上记录信息。
全文摘要
一种全息信息存储介质，包括基底；覆盖层，接收具有第一偏振方向的第一圆偏振光束和具有第二偏振方向的第二圆偏振光束，其中，第二偏振方向与第一偏振方向正交；偏振光束分割/反射层，设置在基底与覆盖层之间，用于在保持第一光束的第一偏振方向的同时反射第一光束，并透射第二光束；全息记录层，设置在偏振光束分割/反射层与覆盖层之间，用于通过被偏振光束分割/反射层反射的第一光束和被覆盖层接收的第二光束将信息记录为形成在全息层中的干涉图样。
文档编号G11B7/24GK101779240SQ200880103156
公开日2010年7月14日 申请日期2008年5月22日 优先权日2007年8月13日
发明者裴在喆, 郑文一, 郑泽成 申请人:三星电子株式会社