盘式存储介质的多通道复用方法及装置与流程

1.本发明涉及全息存储领域，更具体地，涉及盘式存储介质的多通道复用方法及装置。


背景技术：

2.全息光存储技术是将输入信息转换为二维数字位图并加载到信号光中，调制信号光与参考光在光致聚合物存储介质中发生干涉形成全息图，并以存储介质折射率变化的形式保存下来，通过对其进行再现可以实现输入信息的读取。由于其具有存储容量大且存储寿命长等优点，成为一种极具前景的档案级数据存储方式。
3.目前，全息存储记录和再现的复用方法主要包括(1)角复用记录、(2)同轴复用记录、(3)球面参考光移位复用记录和(4)交叉复用记录。
4.在方法(1)中，通过改变参考光的入射角度来进行全息图的复用记录。在这种方法中，只有在很窄的角度范围布拉格衍射条件才能得到满足。例如，参考光的入射角每变化约0.1
°
就记录一张全息图，如此数百张全息图便可以被记录在同一个位置。由于这种方法需要移动介质，保证在不与前全息图重叠的另一个位置重新记录一系列新的全息图，存储容量有限，且全息图的信号光或参考光会被之前记录的全息图所散射，降低了全息图的信噪比。
5.在方法(2)中，信号光与参考光共轴，并且对参考光进行相位或振幅散斑调制。在全息图的记录过程中，可以使每一幅记录的全息图只相对于上一幅全息图移动很小的一段距离，而不需要保证每一个位置的全息图与其它位置的全息图都不交叠，例如在二维平面中移动2或3μm。但是这种方法无法与角复用记录一起使用，存储容量仍然受到限制，且由于信号光和参考光彼此靠近，因此会产生较大的串扰并降低信噪比，使信号质量变差。
6.在方法(3)中，利用球面波作为参考光，通过将介质移动一段距离就可以记录一幅新的全息图。如图1所示，根据布拉格条件，信号光波矢ks、参考光波矢kr和全息光栅矢量kg构成一个矢量三角形，当记录全息图后将介质移动一小段距离后，三个矢量不再构成三角形，布拉格条件不再成立，原记录全息图将不能再现，于是便可以记录下一个全息图。
7.在方法(4)中，通过将光栅矢量沿存储介质平面进行旋转以实现全息图的交叉复用记录。在布拉格衍射条件的约束下，可在一个圆周角的范围内实行多次交叉记录，从而提高存储容量。
8.基于对全息图之间的串扰和噪声等影响因素，现有技术中的以上4种复用记录方法所复用记录的全息图的数量仍然十分有限，均未能发挥存储介质的最大复用可能性。因此，全息光存储领域仍亟待研发一种能够避免全息图之间串扰及噪声影响且能大幅度提高全息图复用数量的方法。


技术实现要素：

9.本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供盘式存储介质的多通道复用
方法及装置，用于解决现有技术中的复用方法的全息图复用数量有限的问题。
10.本发明采用的技术方案包括：
11.一种盘式存储介质的多通道复用方法，包括：s1：利用一束参考光和一束携带输入信息的信号光，在存储介质的光道上光头所对准的全息位标记处进行曝光记录形成全息图；s2：从光头对准光道上的起始标记处开始，将所述存储介质作周向转动，在转动过程中重复执行步骤s1直至光道上所有全息位标记均已记录了全息图为止；s3：平移所述存储介质使所述光头切换至另一个光道；s4：重复步骤s1～s3，直至完成一个交叉通道全息图的记录；s5：改变所述存储介质的中心与光头的相对方位角，重复步骤s1～s4，完成另一个交叉通道全息图的记录；s6：重复步骤s1-s5，直至完成所述存储介质所有交叉通道全息图的记录；s7：利用同样一束参考光，在所述存储介质上的任一通道、任一记录位置再现全息图；每一个所述交叉通道由与存储介质成同一相对方位角的光头所记录的所有全息图组成。
12.本发明提供的盘式存储介质的多通道复用方法既实现了存储介质上的周向移位复用，同时实现了交叉移位复用，由于每个交叉通道都是由与存储介质成同一相对方位角的光头所记录的全息图组成，即表示各个交叉通道所记录的全息图均由与存储介质成不同相对方位角的光头所记录，因此记录在不同交叉通道的全息图之间即使位置重合也互不串扰，因此大大提高了全息图的复用记录数量也提高了全息图的信噪比。
13.进一步，通过改变存储介质中心与光头的相对方位角以改变全息图的光栅矢量与所在位置光道的切线所成的夹角。
14.当光头与存储介质中心的相对方位角改变时，同时会改变全息图的光栅矢量与所在位置光道的切线所成的夹角，即说明不同交叉通道的全息图的光栅矢量的方向不同，因此即使不同交叉通道的全息图的位置重合，但由于光栅矢量方向不同，也不会发生串扰，实现了存储介质的存储量增加且所记录的全息图信噪比较高的效果。
15.同一位置不同交叉通道的全息图光栅矢量之间的最小夹角为交叉角；根据交叉角的大小不同，交叉通道可以为1个到1000个。
16.进一步，所述参考光为球面波。
17.进一步，参考光和信号光是离轴式结构，离轴式结构避免了同轴式结构中参考光和信号光彼此靠近导致移位复用时的串扰问题。
18.进一步，所述光道为设置在存储介质上的同心圆光道，每个所述光道至少划分有一个扇区。扇区将光道分为若干个部分，便于快速随机存取数据。
19.进一步，所述光道上的每一个扇区均设有起始标记，起始标记内预先设置有光道和扇区编号信息，所述起始标记用于作为全息图的记录/再现的起点以及通过读取编号信息快速寻址；扇区内设有全息位标记，用于定位全息图记录位置；步骤s2中所述将存储介质作周向转动，具体为：将存储介质绕其中心作周向转动。
20.进一步，步骤s3中所述平移所述存储介质使所述光头切换至另一个光道，具体为：相对存储介质由内向外或由外向内，沿所述存储介质的半径方向移动所述存储介质，使所述光头切换至另一个光道。
21.进一步，步骤s5中所述改变存储介质的中心与光头的相对方位角，具体为：通过使存储介质的中心绕光头的弧形轨迹平移，实现改变存储介质的中心与光头的相对方位角。
22.进一步，不同的交叉通道所对应的各个光道的间距以及所对应的各个光道上记录
的全息图之间的间隔均不相同。
23.一种盘式存储介质多通道复用装置，用于在存储介质上记录/再现信号，包括：记录机构，用于产生信号光和参考光；所述信号光和参考光在存储介质上进行干涉并曝光生成全息图；转动机构，用于驱使存储介质绕其中心进行旋转运动，从而使存储介质作周向转动，以使所述信号光和参考光在同一光道上的多个位置上记录/再现全息图；平移机构，用于驱使存储介质在其半径方向上平移，以使所述信号光和参考光在不同的光道进行全息图的记录/再现；还用于驱使存储介质进行直线或弧形的平移运动，从而改变存储介质的中心与光头的相对方位角，以使所述信号光和参考光在不同的交叉通道进行全息图的记录/再现；每一个所述交叉通道由与存储介质成同一相对方位角的光头所记录的所有全息图组成。
24.进一步，装置还包括：寻址机构，用于定位每条光道的全息图的记录和再现的起点；光头定位机构，用于定位光头所在位置。
25.进一步，所述光道为设置在存储介质上的同心圆光道，每个所述光道至少划分有一个扇区；所述光道上的每一个扇区均设有起始标记，起始标记内预先设置有光道和扇区编号信息，所述起始标记用于作为全息图的记录/再现的起点以及通过读取编号信息快速寻址；扇区内设有全息位标记，用于定位全息图记录位置。
26.与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明提供的盘式存储介质的多通道复用方法结合了存储介质的周向转动移位复用以及交叉移位复用两种复用方法，使同一交叉通道的各个全息图之间位置不重合，相互不串扰，同时使不同交叉通道的全息图即使位置重合也相互不串扰，大大提高了存储介质的全息图存储量，且提高了全息图的信噪比。
附图说明
27.图1为球面波移位复用记录方法的原理说明示意图。
28.图2为实施例的盘式存储介质上交叉移位复用示意图(θ＝0
°
以及θ＝180
°
)。
29.图3为实施例的盘式存储介质上交叉移位复用示意图(θ＝60
°
以及θ＝120
°
)。
30.图4为实施例的盘式存储介质上交叉移位复用示意图(θ＝240
°
以及θ＝300
°
)。
31.图5为实施例的盘式存储介质上不同交叉通道记录/读取的时候光头位置示意图(θ＝0
°
以及θ＝240
°
)。
32.图6为实施例的盘式存储介质的多通道复用记录装置的结构示意图。
具体实施方式
33.本发明附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
34.本实施例提供一种盘式存储介质的多通道复用方法，包括：
35.s1：利用一束参考光和一束携带输入信息的信号光，在存储介质的光道上光头所对准的全息位标记处进行曝光形成全息图；
36.具体地，参考光为球面波，参考光与信号光为离轴式结构，离轴式结构避免了同轴式结构中参考光和信号光彼此靠近导致移位复用时的串扰问题。在步骤s1中，存储介质是
指用于记录参考光和信号光干涉后形成的全息存储信息即全息图的介质，在本实施例中，最适用本实施例方法的为盘式存储介质，如圆形全息光盘。光头是指发出参考光和信号光的部件。光道是指存储介质上用于定位全息图记录位置的轨道，具体地，如果存储介质为盘式存储介质，那么光道一般为同心圆光道，具体为圆形沟槽或凸脊，各条光道之间有一定间距。优选地，每一条光道上至少划分有一个扇区，每个扇区均设有起始标记，起始标记内预先设置有光道和扇区编号信息，起始标记用于作为全息图的记录/再现的起点以及通过读取编号信息快速寻址；扇区内设有全息位标记，用于定位全息图记录位置，则在步骤s1中每个全息位标记就是每个全息图的记录/读取的位置。
37.s2：从光头对准光道上的起始标记处开始，将存储介质作周向转动，在转动过程中重复执行步骤s1直至光道上所有全息位标记均已记录了全息图为止；
38.在步骤s2中，从光头对准光道上的起始标记处开始，通过转动存储介质以使其作周向转动，在转动过程中，以全息位标记提供的信号触发记录机构重复执行步骤s1进行全息图的记录，两幅全息图之间的最小距离应保证不会产生相互串扰，优选地，该最小距离的取值范围在1～10μm之间。由此可见，步骤s2是在存储介质的一条光道上进行周向移位复用记录全息图，直至光道上所有全息位标记均已记录了全息图为止。
39.s3：平移存储介质使光头切换至另一个光道；
40.具体地，平移存储介质使光头对准另一光道，平移的方向是相对光盘由内向外或由外向内沿存储介质的半径方向移动，移动过程中保证光头的相对移动方向始终沿存储介质的半径方向。
41.s4：重复步骤s1～s3，直至完成一个交叉通道全息图的记录；
42.s5：改变存储介质的中心与光头的相对方位角，重复步骤s1～s4，完成另一个交叉通道全息图的记录；
43.s6：重复步骤s1～s5，直至完成存储介质所有交叉通道的全息图的记录；
44.具体地，在步骤s4和步骤s5中的交叉通道是指与存储介质的中心成同一相对方位角的光头在存储介质所记录的所有全息图，这些全息图分布在存储介质的多个光道上。在步骤s4中，当完成一个交叉通道全息图的记录后，执行步骤s5改变存储介质的中心与光头的相对方位角，改变相对方位角具体可以通过固定光头的位置并移动存储介质使存储介质的中心绕光头的弧形轨迹平移实现，从而使光头与存储介质中心的连线与垂直方向所成夹角的角度有所改变。在改变了存储介质的中心与光头的相对方位角后，从上一交叉通道最后记录的光道开始重新记录全息图，直至这一交叉通道的全息图记录完成。在步骤s6中，重复步骤s1～s5，直至完成所有交叉通道的全息图的记录。
45.具体地，在步骤s5中，改变了存储介质的中心与光头的相对方位角的同时也改变了光头的入射平面即光栅矢量方向与光头位置处的光道切线轴正半轴所成的夹角，也改变了全息图的光栅矢量在存储介质上记录的方向，因此不同的交叉通道的全息图即使位置重合，由于全息图的光栅矢量方向不相同，也不会造成相互串扰的问题。交叉通道的通道数n＝[360
°
/θ]，其中，θ是无串扰的两个全息图的光栅矢量之间的最小夹角，[360
°
/θ]表示360
°
/θ取整。本实施例中的θ优选为10
°
，在步骤s5中，存储介质中心与光头的相对方位角每次改变10
°
，使得光头相对存储介质中心的相对方位角依次为0
°
、10
°
、20
°
、...、340
°
和350
°
，从而在存储介质中实现36次交叉复用，即有36个交叉通道。
[0046]
如图2所示，以交叉通道a为例，移动存储介质使得其中心与光头连线与垂直方向(即图2中的y轴)所成夹角为0
°
，即全息图的光栅矢量方向与光头位置处的光道切线轴正半轴所成的夹角(下文简称为光栅矢量夹角)为0
°
，通过每条光道的光道信号将光头定位到第一条光道(即最靠近存储介质的光道)，转动存储介质，光头识别出光道上扇区的起始标记，继续转动光盘，当光头对准起始标记后的每个全息位标记时执行步骤s1～s2进行存储介质的周向移位复用，执行步骤s3～s4以平移存储介质使光头相对于存储介质沿径向移动到另一条光道进行记录，直至所有光道上都记录了光栅矢量夹角为0
°
的全息图。交叉通道a的全息图的光栅矢量方向沿光道逆时针方向(即光道切线轴正方向)。此时执行步骤s5，移动存储介质使得其中心与光头连线与垂直方向(即图2中的y轴)所成夹角为180
°
，则开始进行交叉通道b的全息图记录，如图2所示，交叉通道b所得到的全息图得光栅矢量方向沿光道顺时针方向(即与光道切线轴正方向的夹角为180
°
)，由此可见，交叉通道a和交叉通道b所记录的全息图由于其光栅矢量方向相反，即使处于同一位置相互重叠也不会相互串扰。
[0047]
如图3、4所示，在完成交叉通道a或通道b的记录后，移动存储介质使得光头与存储介质中心连线与垂直方向(即图3、4中的y轴)所成夹角为60
°
，通过执行步骤s1～s4完成交叉通道c的全息图记录，交叉通道c的全息图的光栅矢量夹角为60
°
。如此类推，执行步骤s5使光头与存储介质中心连线与垂直方向(即图3、4中的y轴)所成夹角为120
°
、240
°
或300
°
，完成交叉通道d、e或f的全息图记录，交叉通道d、e或f的全息图的光栅矢量夹角为120
°
、240
°
或300
°
。结合图2～4所示，交叉通道a至交叉通道f六个交叉通道所记录的全息光栅矢量方向互不重合，则即使在同一位置也不会发生串扰。
[0048]
同时，由于各个交叉通道的全息图的光栅矢量夹角均有所不同，导致了各交叉通道在每一条光道上的移位复用步长不相同，以及每条交叉通道的全息图所在的各条光道沿径向方向上的间隔也不相同。因此，不同交叉通道可选择不同的光道进行记录，能够保证各交叉通道全息图沿径向的间隔最小且无串扰。如图5所示，以交叉通道a和交叉通道e为例，由于交叉通道a和交叉通道e沿径向的复用间隔距离不同，因此它们所占用的光道会有所不同。图5中示意性地描绘了两个交叉通道所占光道不同的情况，首先所有交叉通道共用第0号光道，其他光道位置根据各通道径向复用间隔的不同进行最优设置，如第3号光道为交叉通道a的其中一条记录有全息图的光道，第2、4号光道为交叉通道e的其中两条记录有全息图的光道。
[0049]
s7：利用同样一束参考光，在存储介质上的任一记录位置再现全息图；
[0050]
在步骤s7中，首先移动存储介质使光头移动到各交叉通道相应的角度位置，通过每条光道提供的定位标记信号定位到该交叉通道，并旋转存储介质将光头定位到光道的起始标记读取地址信息，随之利用同一束参考光进行全息图的读取，周向转动复用记录的全息图可通过移动存储介质在每个移位位置上再现全息图，交叉移位复用记录的全息图可通过改变存储介质的中心与光头的相对方位角再现全息图。
[0051]
由此可见，本实施例提供的方法在步骤s1～s2中实现了全息图的移位复用记录全息图，在步骤s5～s6中是在存储介质的多条光道上进行交叉移位复用记录全息图，不同交叉通道所记录的全息图由于光栅矢量方向不相同，因此即使位置上有所重合，也不会产生串扰，结合步骤s2的移位复用记录全息图，大大提高了存储介质的存储量，且提高了全息图的信噪比，使步骤s7再现的全息图能够被准确读取其有用信息。
[0052]
基于与上述盘式存储介质的多通道复用方法相同的思想，本实施例还提供一种盘式存储介质的多通道复用装置，用于在存储介质上记录/再现信号，如图6所示，包括：
[0053]
记录机构，用于产生信号光和参考光；信号光和参考光在存储介质上进行干涉产生全息图。具体地，参考光为球面波，参考光与信号光为离轴式结构。
[0054]
转动机构，用于驱使存储介质绕其中心进行旋转运动，从而使存储介质作周向转动，以使信号光和参考光在同一光道上的多个位置上记录/再现全息图。
[0055]
具体地，转动机构所控制存储介质的每一次移位的最小距离应保证各个移位位置上记录机构所记录的全息图之间不会产生串扰，优选地，该最小距离的取值范围在1～10μm之间。所述光道一般为同心圆光道，具体为圆形沟槽或凸脊，各条光道之间有一定间距。
[0056]
具体地，装置还包括光头定位机构，用于定位光头所在位置，还包括寻址机构，用于定位每条光道的全息图的记录和再现的起点。优选地，每一条光道上至少划分有一个扇区，每个扇区均设有起始标记，起始标记内预先设置有光道和扇区编号信息，起始标记用于作为全息图的记录/再现的起点以及通过读取编号信息快速寻址；扇区内设有全息位标记，用于定位全息图记录位置。因此，寻址机构检测光道的起始标记以及全息位标记的位置，从而使记录机构在全息位标记处进行全息图记录。
[0057]
平移机构，用于驱使存储介质在其半径方向上平移，以使信号光和参考光在不同的光道进行全息图的记录/再现；还用于驱使存储介质进行直线或弧形的平移运动，从而改变存储介质的中心与光头的相对方位角，以使信号光和参考光在不同的交叉通道完成全息图的记录/再现。
[0058]
具体地，每一个交叉通道由与存储介质成同一相对方位角的光头所记录的所有全息图组成。
[0059]
平移机构驱使存储介质在其半径方向上平移，平移的方向是相对光盘由内向外或由外向内，沿存储介质的半径方向移动，移动过程中保证光头的相对移动方向始终沿存储介质的半径方向，从而使光头能够在不同的光道进行全息图的记录/读取。
[0060]
平移机构还用于改变相对方位角，具体是通过固定光头的位置并移动存储介质使存储介质的中心绕光头的弧形轨迹平移实现，从而使光头与存储介质中心的连线与垂直方向所成夹角的角度有所改变。在改变了存储介质的中心与光头的相对方位角后，记录机构从上一交叉通道最后记录的光道开始重新记录全息图，直至这一交叉通道的全息图记录完成，以此类推。
[0061]
具体地，平移机构改变了存储介质的中心与光头的相对方位角的同时也改变了光头的入射平面即光栅矢量方向与光头位置处的光道切线轴正半轴所成的夹角，因此也改变了记录机构所记录的全息图的光栅矢量的方向，因此不同的交叉通道的全息图即使位置重合，由于全息图的光栅矢量方向不相同，也不会造成相互串扰的问题。交叉通道的通道数n＝[360
°
/θ]，其中，θ是无串扰的两个全息图的光栅矢量之间的最小夹角，[360
°
/θ]表示360
°
/θ取整。本实施例中的θ优选为10
°
，在步骤s5中，存储介质中心与光头的相对方位角每次改变10
°
，使得光头相对存储介质中心的相对方位角依次为0
°
、10
°
、20
°
、...、340
°
和350
°
，从而在存储介质中实现36次交叉复用，即有36个交叉通道。其中6个交叉通道的记录以及不同交叉通道的切换见图2～6以及上述多通道复用方法的描述，在此不再赘述。
[0062]
该盘式存储介质的多通道复用装置还包括读取装置，上述记录机构所产生的参考
光还在存储介质上的任一位置用于再现预先记录的全息图，读取装置则用于接收并读取记录机构的参考光再现的全息图中的信息。
[0063]
由此可见，本实施例提供的多通道复用装置主要通过转动机构实现了全息图的移位复用记录全息图，主要通过平移机构在存储介质的多条光道上进行交叉移位复用记录全息图，不同交叉通道所记录的全息图由于光栅矢量方向不相同，因此即使位置上有所重合，也不会产生串扰，大大提高了存储介质的存储量，且提高了全息图的信噪比，使记录机构再现的全息图能够被读取装置准确读取其有用信息。
[0064]
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。