TWI412031B - 同軸全像儲存裝置及其方法 - Google Patents

Description

同軸全像儲存裝置及其方法

本發明是有關於一種儲存裝置，且特別是有關於一種同軸全像儲存裝置及其方法。

全像儲存技術發展至今，歷史上經過了一波又一波的研究熱潮。然而，雖然眾多研究者投入無數的心血，但始終無法將全像儲存技術發展成可商品化的技術。

同軸全像儲存系統之特色為參考光與訊號光沿著同一光軸向前傳遞，並經由同一個物鏡聚焦在碟片上進行干涉寫入，此系統因具有架構簡單、能夠與傳統光學儲存媒體相容、參考光與訊號光之光程差較短、對於雷射同調長度的要求較低、較佳的位移選擇性、較佳的波長容忍度、較佳的傾斜容忍度、高儲存容量及高傳輸率等特色，被認為是下一代重要的儲存技術之一。

本發明之一技術態樣在於提供一種同軸全像儲存方法，其可克服反射式光柵所造成的負面影響。

根據本發明之一實施方式，一種同軸全像儲存方法包含下列步驟(應瞭解到，在本實施方式中所提及的步驟，除特別敘明其順序者外，均可依實際需要調整其前後順序，甚至可同時或部分同時執行)：

(1)　將資料寫入同軸全像儲存媒體中；以及

(2)　在寫入時，將同軸全像儲存媒體的溫度提昇至預定溫度，此預定溫度較常溫高約5℃～50℃。

根據本發明之另一實施方式，一種同軸全像儲存方法包含下列步驟(應瞭解到，在本實施方式中所提及的步驟，除特別敘明其順序者外，均可依實際需要調整其前後順序，甚至可同時或部分同時執行)：

(1)　將資料寫入同軸全像儲存媒體中；

(2)　將資料自同軸全像儲存媒體中讀取出來；以及

(3)　控制同軸全像儲存媒體的溫度，使得同軸全像儲存媒體在寫入時的溫度較讀取時的溫度高約5℃～50℃。

本發明之另一技術態樣在於提供一種同軸全像儲存裝置，其可克服反射式光柵所造成的負面影響。

根據本發明一實施方式，一種同軸全像儲存裝置包含寫入裝置與升溫器。在使用時，寫入裝置可將資料寫入同軸全像儲存媒體中。升溫器則可在寫入時，將同軸全像儲存媒體的溫度提昇至預定溫度，此預定溫度較常溫高約5℃～50℃。

根據本發明另一實施方式，一種同軸全像儲存裝置包含寫入裝置、讀取裝置與溫控裝置。在使用時，寫入裝置可將資料寫入同軸全像儲存媒體中。讀取裝置可將資料自同軸全像儲存媒體中讀取出來。溫控裝置則可控制同軸全像儲存媒體的溫度，使得同軸全像儲存媒體在寫入時的溫度較讀取時的溫度高約5℃～50℃。

以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

第1圖繪示依照本發明一實施方式之同軸全像儲存媒體100於寫入時的剖面示意圖。如圖所示，本實施方式之同軸全像儲存媒體100包含反射層110與紀錄層120。紀錄層120位於反射層110上。

在寫入時，使用者可藉由空間光調製器(Spatial Light Modulator；SLM)調製訊號光200與參考光300，並透過透鏡400聚焦至反射層110上。此時，訊號光200與參考光300會相互干涉，並將干涉條紋記錄在紀錄層120中。

如第1圖所繪示，由於反射層110的作用，紀錄層120中將存在兩種光柵，一種是穿透式光柵500，另一種則是反射式光柵600。具體而言，穿透式光柵500包含入射訊號光210與入射參考光310所建立的光柵，以及反射訊號光220與反射參考光320所建立的光柵。另一方面，反射式光柵600則包含入射訊號光210與反射參考光320所建立的光柵，以及反射訊號光220與入射參考光310所建立的光柵。這兩種光柵展現兩種截然不同的特性。

第2圖繪示第1圖之穿透式光柵500於寫入時的等效模型示意圖。於寫入時，空間光調製器所產生之訊號光200與參考光300被一併成像於透鏡400之前焦面(透鏡400的焦長f)，訊號光200與參考光300將沿著同一光軸傳遞，並經由透鏡400聚焦於同軸全像儲存媒體100，使得訊號光200與參考光300產生干涉條紋，紀錄於同軸全像儲存媒體100中。

第3圖繪示第1圖之穿透式光柵500於讀取時的等效模型示意圖。於讀取時，空間光調製器所產生之光場分佈與參考光300相同之讀取光350被成像於透鏡400之前焦面(透鏡400的焦長f)，使得讀取光350通過透鏡400後聚焦於同軸全像儲存媒體100。讀取光350通過同軸全像儲存媒體100後將產生繞射訊號250，此繞射訊號250經由透鏡400後將成像於透鏡400的前焦面(透鏡400的焦長f)，形成與訊號光200相同之光場分布。使用者可利用影像擷取裝置來擷取此繞射訊號250，以讀取同軸全像儲存媒體100中所儲存的資料(亦即，訊號光200與參考光300所產生之干涉條紋)。

第4圖繪示第1圖之反射式光柵600於寫入時的等效模型示意圖。於寫入時，訊號光200與參考光300將沿著同一光軸但反向射入同軸全像儲存媒體100，並在同軸全像儲存媒體100中產生干涉條紋。

第5圖繪示第1圖之反射式光柵600於讀取時的等效模型示意圖。於讀取時，空間光調製器會將光場分佈與參考光300相同之讀取光350成像於透鏡400之前焦面(透鏡400的焦長f)，使得讀取光350通過透鏡400後聚焦於同軸全像儲存媒體100。讀取光350通過同軸全像儲存媒體100後將產生繞射訊號250，此繞射訊號250反向經由透鏡400後將成像於透鏡400的前焦面(透鏡400的焦長f)，形成與訊號光200相同之光場分布。同樣地，使用者可利用影像擷取裝置來擷取此繞射訊號250，以讀取同軸全像儲存媒體100中所儲存的資料(亦即，訊號光200與參考光300所產生之干涉條紋)。

當穿透式光柵500與反射式光柵600同時存在時，穿透式光柵500與反射式光柵600所產生的繞射訊號250將會產生建設性或破壞性干涉，此將造成繞射訊號250隨著讀取溫度變化劇烈震盪甚至降到接近0。因此，若能消除反射式光柵600，將會有助於提昇同軸全像儲存系統的溫度容忍度與系統穩定性。

有鑑於此，發明人經苦心研究後，推導出同軸全像儲存系統之近軸近似解，並根據這個推導結果，認為反射式光柵600問題的根源在於同軸全像儲存媒體100在寫入時和讀取時的溫度差。因此，以下敘述將基於這個推導結果，提出消除反射式光柵600的技術方案。

假設折射率改變時所造成的離焦效應已經由位移同軸全像儲存媒體100進行補償，(具體而言，在寫入及讀取時，同軸全像儲存媒體100將隨著折射率改變而移動，使得透鏡400之等效後焦面仍然位於同軸全像儲存媒體100的反射層110上)，本案發明人所推出的近軸近似解如下式所示：

其中各參數的定義如下：

(1)　熱變形後紀錄層120之介質的折射率變成M_n 倍，透鏡400的等效焦距變為f/M_f ，則近軸條件下M_f =1/M_n ；

(2)　令光在紀錄層120之介質中的波長為M_λ λ，並定義讀取光350之波長為M_p λ，則M_λ =M_p /M_n 。

(3)　令1/M_x 、1/M_y 及1/M_z 為寫入之光柵分別在x、y、z三個方向上之熱變形率，設熱變形前之光柵分布為G₀ (u,v,Δz)，則熱變形後之光柵分佈G(u,v,Δz)為G₀ (M_x u,M_y v,M_z Δz)；

(4)　λ代表波長；

(5)　k代表波數(wave number)；

(6)　f代表透鏡400之焦長；

(7)　Δz代表同軸全像儲存媒體100的中心偏離透鏡400後焦面的距離；

(8)u與v為同軸全像儲存媒體100之側向座標；

(9)U_i 為空間光調製器上所產生之輸入波前；

(10)U_f 為U_i 的傅式轉換(Fourier transform)；

(11)U_s 、U_r 與U_p 分別代表透鏡400前焦面上之訊號光200、參考光300與讀取光350的光場分布；以及

(12)L為同軸全像儲存媒體100之厚度的兩倍。

以上的近軸近似解看似複雜，卻述說著極為清晰的系統物理特性，分述如下：

(1)代表變形的繞射訊號250。變形後的繞射訊號250在ξ方向上線性縮小倍，在η方向上線性縮小倍。

(2)積分式中有兩個大括弧，其中第一個大括弧代表穿透式光柵500所產生之繞射訊號250的光場，第二個大括弧代表反射式光柵600所產生之繞射訊號250的光場。

(3)反射式光柵600所產生之繞射訊號250的光場中存在一個Sinc函數，此函數存在一項變量由於同軸全像儲存媒體100的厚度L/2遠大於波長λ，因此該項之存在將讓反射式光柵600擁有極低的熱變形容忍度，使得同軸全像儲存媒體100稍微熱變形就會將反射式光柵600所產生的繞射訊號250降為零，僅剩下穿透式光柵500產生的繞射訊號250。

因此，本案發明人基於以上發現提出一種降低反射式光柵600所產生之繞射訊號250的方法。

根據本發明之一實施方式，一種同軸全像儲存方法包含下列步驟(應瞭解到，在本實施方式中所提及的步驟，除特別敘明其順序者外，均可依實際需要調整其前後順序，甚至可同時或部分同時執行)：

(1)　將資料寫入同軸全像儲存媒體100中；

(2)　將資料自同軸全像儲存媒體100中讀取出來；以及

(3)　控制同軸全像儲存媒體100的溫度，使得同軸全像儲存媒體在寫入時的溫度較讀取時的溫度高約5℃～50℃。

也就是說，使用者可刻意控制同軸全像儲存媒體100在寫入時和讀取時的溫度差，使得此溫度差介於約5℃～50℃，以減少反射式光柵600所產生之繞射訊號250。

由於一般使用者大多會在常溫的環境下讀取同軸全像儲存媒體100，因此在本發明一或多個實施方式中，上述之步驟(3)可為：

(3.1)　在寫入時，將同軸全像儲存媒體100的溫度提昇至預定溫度，此預定溫度較常溫高約5℃～50℃。

應瞭解到，以上所述之「常溫」一詞應解釋為：「未刻意加熱或冷卻的一般溫度。」假若常溫定義為25℃，則上述之預定溫度約為30℃～75℃。在實務上，使用者可將預定溫度設定為約45℃～75℃。

在本實施方式及後續相關敘述中，「約」係用以修飾任何可些微變化的數量，但這種些微變化並不會改變其本質。舉例來說，「預定溫度較常溫高約5℃～50℃」，此一描述除了代表預定溫度確實較常溫高5℃～50℃外，只要能夠減少反射式光柵600所產生之繞射訊號250，預定溫度與常溫之間的溫度差亦可略小於5℃，或略大於50℃。

本發明另一技術態樣為應用上述同軸全像儲存方法之同軸全像儲存裝置。以下將搭配圖式具體說明此一技術內容。

第6圖繪示依照本發明一實施方式之同軸全像儲存裝置的功能方塊圖。如圖所示，一種同軸全像儲存裝置包含寫入裝置700、讀取裝置800與溫控裝置900。在使用時，寫入裝置700用以將資料寫入同軸全像儲存媒體100中。讀取裝置800用以將資料自同軸全像儲存媒體100中讀取出來。溫控裝置900用以控制同軸全像儲存媒體100的溫度，使得同軸全像儲存媒體在寫入時的溫度較讀取時的溫度高約5℃～50℃。

上述之寫入裝置700包含空間光調製器750與透鏡400。在寫入時，空間光調製器750會提供參考光與訊號光，並讓參考光與訊號光沿著同一光軸前進。透鏡400可將參考光與訊號光聚焦於同軸全像儲存媒體100，使得參考光與訊號光相互干涉，並將複數個干涉條紋記錄在同軸全像儲存媒體100中。寫入裝置700的詳細作動已載明於第2圖、第4圖及其相關文字敘述中，在此不再重複贅述。

上述之讀取裝置800包含空間光調製器750、透鏡400與影像擷取裝置850。在讀取時，空間光調製器750會提供光場分佈與參考光相同之讀取光。透鏡400可將讀取光聚焦於同軸全像儲存媒體100。讀取光通過同軸全像儲存媒體100後將產生繞射訊號。使用者可利用影像擷取裝置850來擷取此繞射訊號，以讀取同軸全像儲存媒體100中所儲存的資料。讀取裝置800的詳細作動已載明於第3圖、第5圖及其相關文字敘述中，在此不再重複贅述。

同樣地，由於一般使用者大多會在常溫的環境下讀取同軸全像儲存媒體100，因此在本發明一或多個實施方式中，上述之溫控裝置900可為一升溫器950。此升溫器950可在寫入時，將同軸全像儲存媒體100的溫度提昇至較常溫高約5℃～50℃。

應瞭解到，以上所述之溫控裝置900僅為例示，並非用以限制本發明。在本發明另一實施方式中，溫控裝置900可為一冷卻器。此冷卻器可在讀取時，將同軸全像儲存媒體的溫度降低至較常溫低約5℃～50℃。或者，在本發明其他實施方式中，溫控裝置900亦可為上述升溫器950與冷卻器之組合。

以下將揭露本發明複數個模擬結果，藉此說明本發明上述實施方式之同軸全像儲存裝置及其方法，確實具有所需要的物理特性。應瞭解到，在以下敘述中，已經在上述實施方式中提到的參數將不再重複贅述，僅就需進一步界定者加以補充，合先敘明。

在以下模擬中，訊號光為原點上的點光源，波長為408nm，透鏡之焦長為4mm，同軸全像儲存媒體的厚度為0.5mm，同軸全像儲存媒體的折射率為1.5，空間光調製器上每一畫素的邊長為13.68μm，空間光調製器上的畫素總數為321╳321，參考光未進行任何調製(如第7圖所示)，參考光之內徑與外徑分別為空間光調製器長度的71.4%與93.8%，空間光調製器上每一畫素的填充因子(fill factor)為100%。

依以上參數進行模擬後，得到第8圖所繪示的結果，其中第8圖繪示反射式光柵所產生之繞射訊號強度隨溫度的變化。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．同軸全像儲存媒體

110．．．反射層

120．．．紀錄層

200．．．訊號光

210．．．入射訊號光

220．．．反射訊號光

250．．．繞射訊號

300．．．參考光

310．．．入射參考光

320．．．反射參考光

350．．．讀取光

400．．．透鏡

500．．．穿透式光柵

600．．．反射式光柵

700．．．寫入裝置

750．．．空間光調製器

800．．．讀取裝置

850．．．影像擷取裝置

900．．．溫控裝置

950．．．升溫器

f．．．透鏡的焦長

第1圖繪示依照本發明一實施方式之同軸全像儲存媒體於寫入時的剖面示意圖。

第2圖繪示第1圖之穿透式光柵於寫入時的等效模型示意圖。

第3圖繪示第1圖之穿透式光柵於讀取時的等效模型示意圖。

第4圖繪示第1圖之反射式光柵於寫入時的等效模型示意圖。

第5圖繪示第1圖之反射式光柵於讀取時的等效模型示意圖。

第6圖繪示依照本發明一實施方式之同軸全像儲存裝置的功能方塊圖。

第7圖繪示在本發明一實施例中所使用之參考光。

第8圖繪示在本發明一實施例中，反射式光柵所產生之繞射訊號強度隨溫度的變化。

100．．．同軸全像儲存媒體

400．．．透鏡

700．．．寫入裝置

750．．．空間光調製器

800．．．讀取裝置

850．．．影像擷取裝置

900．．．溫控裝置

950．．．升溫器

Claims (5)

1. 一種同軸全像儲存方法，包含：將一資料寫入一同軸全像儲存媒體中；將該資料自該同軸全像儲存媒體中讀取出來；以及控制該同軸全像儲存媒體的溫度，使得該同軸全像儲存媒體在寫入時的溫度較讀取時的溫度高約5℃~50℃。
2. 如請求項1所述之同軸全像儲存方法，其中控制該同軸全像儲存媒體的溫度包含：在寫入時，將該同軸全像儲存媒體的溫度提昇至約30℃~75℃。
3. 如請求項1所述之同軸全像儲存方法，其中控制該同軸全像儲存媒體的溫度包含：在寫入時，將該同軸全像儲存媒體的溫度提昇至約45℃~75℃。
4. 一種同軸全像儲存裝置，包含：一寫入裝置，用以將一資料寫入一同軸全像儲存媒體中；一讀取裝置，用以將該資料自該同軸全像儲存媒體中讀取出來；以及一溫控裝置，用以控制該同軸全像儲存媒體的溫度， 使得該同軸全像儲存媒體在寫入時的溫度較讀取時的溫度高約5℃~50℃。
5. 如請求項4所述之同軸全像儲存裝置，其中該寫入裝置包含：一空間光調製器(Spatial Light Modulator；SLM)，用以提供一參考光與一訊號光，並使得該參考光與該訊號光沿著同一光軸前進；以及一透鏡，用以將該參考光與該訊號光聚焦於該同軸全像儲存媒體，使得該參考光與該訊號光相互干涉，並將複數個干涉條紋記錄在該同軸全像儲存媒體中。