专利名称：全息记录装置及其方法
技术领域：
本发明涉及全息记录装置和用于记录全息图的方法。
背景技术：
采用全息术用于记录数据的全息记录和再现装置的发展一直在进行中。
这种全息记录和再现装置可产生两类光束，一类调制过的信号光束(具有复用数据(multiplexed data))和一类未调制的参考光束。这些光束对着全息记录介质上同一点发射。因此，信号光束和参考光束彼此干涉，从而在入射点形成衍射光栅(全息图)，于是数据记录在全息记录介质上。
用参考光束照射记录过的全息记录介质使得从记录数据时在全息记录介质上形成的衍射光栅产生衍射光束(再现光束)。由于再现光束包括在用于记录的信号光束中所复用的数据，因此可通过利用光接收元件接收再现光束而再现用于记录的信号光束。
当采用固态激光器或者气体激光器作为激光源时，现有的全息记录和再现装置不可直接调制激光束。因此，现有的全息记录和再现装置设置有调制器件，例如机械快门或者声光调制器(AOM)，以在激光束离开光源之后调制它。当采用调制器件的时候，要减小全息记录和再现装置的光学系统的尺寸并降低这种全息记录和再现装置的制造成本是困难的。
对于这种全息记录和再现装置，可通过采用激光二极管来解决上述问题。为了改善激光二极管的相干性，有人提出采用外谐振腔激光器(例如，参考日本未审查专利申请公开号11-107377，第0028到0031段和图1)。当采用激光二极管作为光源时，可直接调制激光束，并且因而，不必提供用于调制发射的用于记录的光束的激光束调制器件。
当直接调制激光二极管的时候，因调制电流，所以在光束的上升沿产生噪音，这影响了全息记录。
当采用外谐振腔激光器的时候，所产生的光束的强度因弛豫振荡是不稳定的，并且光束的波长稳定需要一些时间。如果在波长不稳定(也即产生多个波长时)以及包括在一个脉冲内的波长改变的时候进行全息记录，那么从这个用两种不同波长记录的全息图发射的再现光束的发射角不能被对准，并且噪音会被再现。
发明内容
本发明提出上述的以及其它的与常规方法和装置相关的问题，并且提供一种用于全息记录的、可避免在全息记录介质上记录噪音的全息记录装置和方法。
A.为了解决上面确定的和其它的问题，本发明的一个实施例提供了一种通过将信号光束和参考光束发射到全息记录介质上来实施全息记录的全息记录装置，包括设置为输出脉冲激光束的激光光源、设置为将该激光束分束为信号光束和参考光束的分束器、设置为对该信号光束或者该信号光束和该参考光束两者进行调制的空间光调制器和设置为控制该空间光调制器以对至少该信号光束和该参考光束之一用全暗图案调制一个预定时间周期的控制单元，其中该预定周期的开始不迟于从该激光光源输出的激光束脉冲的上升时间的起点。
控制依照本发明的一个实施例中的全息记录装置，使得对于一个开始不迟于从激光光源输出的激光束脉冲的上升时间的起点的预定时间周期，该空间光调制器用全暗图案调制该信号光束和参考光束中至少之一。由此，在该预定的时间周期内不在全息记录介质上实施全息记录。当直接调制半导体激光器的时候，该预定时间周期是其中在上升时间的起始处因电流调制产生噪音的时间周期。当采用外谐振腔激光器的时候，该预定时间周期是其中该光束的波长不稳定的时间周期。通过在该预定时间周期内不在全息记录介质上实施全息记录，可避免在全息记录介质上记录噪音。此外，在依照本发明的一个实施例的全息记录装置中，提供并且控制一主要用于调制数据的用于调制的空间光调制器，使得用全暗图案调制信号光束和参考光束中至少之一。由此，避免记录噪音。因此，不必将机械元件，例如专门的快门加到该全息记录介质中。
上面，“开始不迟于上升时间的起点”指的是不仅仅上升时间的起点而且指在上升时间之前。因此，使用全暗图案的调制可以在上升时间开始之前启动。在这种情况中，该全息记录装置也具有与根据本发明的一个实施例的上述全息记录装置相同的优点。
(1)根据一个实施例的全息记录装置的激光光源可以是半导体激光器，并且该预定周期可以是对应于为稳定在该激光束脉冲的上升沿所探测到的振幅波动所需的时间的周期。
包括作为激光光源的半导体激光器的全息记录装置因脉冲振荡而在信号产生的开始产生噪音，并且引起输出信号的波形失真(也即信号的振幅波动)。此外，激光束相对于电流的脉冲延迟。输出激光束的波形的失真可能影响全息记录。为了防止噪音被全息记录，通过用上述全暗图案进行调制直至自该激光束脉冲的上升时间的起点产生的振幅波动稳定，由此避免全息记录。
(2)根据一个实施例的全息记录装置的激光光源可以是外谐振腔激光器，并且该预定周期可以是对应于为稳定在该激光束脉冲的上升沿所探测到的波长波动所需的时间的周期。
为增加相干性，提出用于全息记录装置的外谐振腔激光器。由于单个激光器二极管芯片产生多模激光束，因此由这个光束形成的全息图的对比度是低的。相反，外谐振腔激光腔二极管可稳定地产生单个波长光束。当采用这类激光光源的时候，可直接调制所产生的激光束。因而，不必提供用于在激光束离开了激光光源后调制用于记录的激光束的附加器件。由于这个原因，外谐振腔激光器对小型全息记录装置是一个突破。然而，输出激光脉冲的波长的实际变化是大的，并且探测到是具有锯齿状图案的波动，该波动从脉冲的上升时间的开始持续几微秒。在探测到该波动后，波长稳定，但是，然后，在该激光二极管的外谐振腔长度上出现了朝着更长波长的波长模式跳跃。最后，输出再次稳定。在实际的全息记录中，波长的变化对应衍射光束的发射角的变化。因此，如果波长变化大，那么发射角改变很多并且产生噪音。由于这个原因，在记录一幅全息图的时候，激光束最好具有单个稳定的波长。为了避免在全息图中记录噪音，由上述全暗图案的调制直到在激光脉冲的上升时间的开始时观察到产生的激光束的波长波动才进行。
激光束的波长波动可能探测到为锯齿状图案，或者可能探测到为因模式跳跃引起的波长变化到更长的波长变化。在后一种情况中，噪音比前一种情况减少得更多。然而在前一种情况中，可延续记录时间且可减少能量损失。
B.根据本发明一个实施例的一种用于全息记录的方法包括下述步骤输出脉冲激光束，将激光束分束为信号光束和参考光束，调制信号光束或者调制信号光束和参考光束，并且通过将信号光束和参考光束发射到全息记录介质上来实施全息记录，以及控制该调制，使得对信号光束和参考光束中至少之一用全暗图案调制预定时间周期，其中该预定时间周期的开始不迟于从该激光光源输出的激光束脉冲的上升时间的起点。
在根据本发明一个实施例的用于全息记录的方法中，实施控制，使得对于不迟于从激光光源输出的激光束脉冲的上升时间的起点开始的预定时间周期，空间光调制器用全暗图案调制信号光束和参考光束中至少之一。由此，在该预定时间周期内在全息记录介质上不实施全息记录。因而，可避免在全息记录介质上记录噪音。
(1)该预定周期是对应于为稳定在该激光束脉冲的该上升沿处探测到的振幅波动所需的时间的周期。
通过用上述全暗图案实施调制，直到自激光束脉冲的上升时间的起点产生的振幅波动稳定为止，可避免全息记录噪音。
(2)该预定周期是对应于为稳定在该激光束该脉冲的该上升沿处探测到的波长波动所需的时间的周期。
通过用上述全暗图案实施调制，直到自激光束脉冲的上升时间的起点产生的波长波动稳定为止，可避免全息记录噪音。
类似于上述情形，激光束的波长波动可能探测到为锯齿状图案或者可能探测到为因模式跳跃引起的波长向更长波长的波长变化。在后一种情况中，噪音比前一种情况减少得更多。然而，在前一种情况中，可延续记录时间且可减少能量损失。
如上所述，根据本发明的一个实施例，实施控制使得在不迟于从激光光源输出的激光束脉冲的上升时间的起点开始的预定时间周期内，空间光调制器用全暗图案调制信号光束和参考光束中至少之一。由此，可避免在全息记录介质上记录噪音。
图1是根据本发明一个实施例的全息记录和再现装置的光学单元的示意图；图2是该光学单元的局部放大示意图；
图3是经全息记录和再现装置记录和再现的全息图的示意图；图4是示出用控制单元对空间光调制器进行控制的波形图，其中图4A是施加到用作光源111的激光二极管(LD)上的脉冲电流的波形图，图4B是根据施加到激光二极管上的脉冲电流而从激光二极管输出的激光束的输出波形图(其中纵轴表示振幅)，图4C示出用于控制SLM 123的控制图案；图5是外谐振腔激光器的示意性视图；图6是示出由外谐振腔激光器产生的激光束的波长变化的波形图；图7是图6的局部放大图；图8是示出根据另一个实施例的经控制单元调制器控制空间光的波形图，其中图8A是施加到光源111的激光二极管170上的脉冲电流的波形图，图8B是响应施加到激光二极管的脉冲电流从激光二极管输出的激光束的输出波形图(其中纵轴表示振幅)，图8C示出用于控制SLM 123的控制图案。图8D示出SLM 123的另一控制图案；图9是用于全息记录的两光束光学系统的示意图；图10是在用于全息记录的两光束光学系统的参考光束一侧提供的空间光调制器的示意图；和图11是图1所示的光学系统的示意图。
具体实施例方式
下面参照附图描述本发明的实施例。
全息记录和再现装置的示例性结构图1是本发明一个实施例中的全息记录和再现装置的光学单元100的示意图。图2是该光学单元100的局部放大示意图。在图2中，为了使得该图易于理解，一些光学元件没有示出。
该全息记录和再现装置可从全息记录介质100和在全息记录介质100上再现和记录信息。如图1和2所示，该全息记录和再现装置包括光学单元100。
该光学单元100包括用于记录和再现全息图的光源111、准直透镜112、偏振分束器113、反射镜121、针孔122、空间光调制器(SLM)123、反射镜124、分色镜125、凹透镜126、物镜127、法拉第元件131和132、偏振分束器133、图像拾取器件134、反射镜141、屏蔽板142、相位调制元件143、伺服光源151、准直透镜152、光栅153、分束器154、会聚透镜155、柱面透镜156、光接收元件157、伺服驱动单元158和控制单元159。
全息记录介质101包括保护层102、记录层103、槽104和反射层105。全息记录介质101是一种可记录由信号光束和参考光束产生的干涉图案的记录介质。
保护层102是用来保护记录层103免受环境影响的层。
记录层103可按照折射率(或者透射率)的变化记录干涉图案。任何类型的有机或者无机材料都可以用来构成记录层103，只要该材料的折射率(或者透射率)根据光强改变就可以。
用于构成记录层103的无机材料可以是光折射性材料，例如铌酸锂(LiNbO3)，由于电光效应它的折射率根据曝光而改变。
用于构成记录层103的有机材料可以是光聚合物。在初始条件下，光聚合物包括均匀地分散在整个基质聚合物中的单体。当光照射光聚合物的时候，单体在曝光单元中聚合并且光聚合物的折射率改变。
如上所述，记录层103的折射率(或者透射率)因曝光而产生的改变使得由参考光束和信号光束彼此干涉而产生的干涉图案在全息记录介质101上按照折射率(或者透射率)而记录下来。
全息记录介质101由图中未示出的驱动装置线性移动或者旋转并且将来自SLM 123的图像存储为多个全息图。
基于全息记录介质101的运动，存储在全息记录介质101上的数据的记录或者再现沿着在该全息记录介质101的运动方向上形成的轨道进行。
形成槽104，以允许全息记录介质101的伺服控制，例如寻轨(tracking)和聚焦。更具体地说，通过沿着全息记录介质101的轨道提供槽104，可通过控制信号光束的聚焦位置和聚焦深度使得它们对应于槽104而进行寻轨伺服控制和聚焦伺服控制。
光源111是可产生脉冲激光束的激光光源。根据这个实施例，光源111是可产生具有例如波长为405nm的激光束的激光二极管(LD)。
准直透镜112是可把来自光源111的激光束转换为准直光束的光学元件。
偏振分束器113是可把从准直透镜112发出的准直光束分为信号光束和参考光束的光学元件。偏振分束器113朝向反射镜121发出s波信号光束并且朝向反射镜141发出p波参考光束。
反射镜121、124和141是可通过反射改变入射光的方向的光学元件。
针孔122是用于减小信号光束的光束直径的光学元件。
SLM 123对信号光束进行空间(在这个实施例中是两维)调制，以便复用数据。SLM 123可以是透射型液晶器件、反射型元件例如数字微镜器件(DMD)或反射型液晶器件、或者光栅光阀(GLV)器件。SLM 123具有高响应率，优选响应速度为1微秒或者更小。通过控制单元159控制SLM123。
分色镜125是可引导用于记录和再现全息图的光束(也即，从光源111发出的激光束)以及用于伺服控制的光束(从伺服光源151发出的激光束)通过相同的光路。对应于来自光源111和伺服光源151的激光束的波长之差，分色镜125透射通过从光源111发出的用于记录和再现全息图的光束，反射从伺服光源151发出的用于伺服控制的光束。处理分色镜125的表面，以形成完全透射通过用于记录和再现的光束并且完全反射用于伺服控制的光束的膜。
凹透镜126是用于改变信号光束和参考光束会聚度的透镜。仅仅信号光束通过凹透镜126，因而在全息记录介质101上信号光束和参考光束的聚焦深度不同。
物镜127是用于将信号光束和参考光束两者聚焦到全息记录介质101上的光学元件。
法拉第元件131和132是可旋转入射光束的偏振面的光学元件。s偏振光束的偏振面在进入法拉第元件131后旋转45°，并且然后，在进入法拉第元件132后转回45°。
偏振分束器133是可透射通过从法拉第元件131发出的偏振光束并且反射在全息记录介质101上反射且透射通过法拉第元件132的返回光束(再现光束)的光学元件。偏振分束器133协同法拉第元件131和132工作。
图像拾取器件134是可接收再现光图像的元件。
屏蔽板142是可挡住参考光束的部分，从而使得参考光束不与信号光束重叠的光学元件。
相位调制元件143是可将随机相位图案或者预定相位图案提供给参考光束的用作相位掩模的光学元件。相位调制元件143可以是毛玻璃、散射器、或者空间相位调制器。相位调制元件143还可以是存储相位图案的全息元件。如果相位调制元件143是全息元件，那么在全息图再现期间从全息元件发出具有相位图案的光束。
伺服光源151是用于产生用于伺服控制，例如寻轨伺服控制和聚焦伺服控制的光束的光源。伺服光源151发出具有不同于光源111发出的激光束的波长的激光束。例如，伺服光源151可以是产生波长例如为650nm的激光二极管，该波长的光对全息记录介质101具有低感度。
准直透镜152是可将来自伺服光源151发出的激光束转换为准直光束的光学元件。
光栅153是包括两个元件的光学元件，其可将从准直透镜152发出的激光束分束为三个光束。光栅153分离激光束以进行伺服控制。
分束器154是可透射通过从光栅153发出的激光束并且反射在全息记录介质101上反射的返回光束的光学元件。
会聚透镜155是可将来自分束器154的返回光束聚焦到光接收元件157上的光学元件。
柱面透镜156是可把从会聚透镜155发出的激光束的光束形状从圆形改变为椭圆形的光学元件。
光接收元件157是可接收返回光束并输出用于寻轨伺服控制的寻轨误差信号和用于聚焦伺服控制的聚焦误差信号的元件。光接收元件157可以是电荷耦合器件(CCD)。
伺服驱动单元158是通过根据从光接收元件157接收到的寻轨误差信号和聚焦误差信号来驱动物镜127、以进行寻轨控制和聚焦控制的驱动机构。伺服驱动单元158包括驱动线圈161和162。
全息记录和再现装置的操作下面描述全息记录和再现装置的操作。
A.记录下面描述在记录期间全息记录和再现装置的操作。
从光源111发出的激光束在准直透镜112处准直。偏振分束器113将从准直透镜112发出的准直光束分束为s波信号光束和p波参考光束。
信号光束在反射镜121处被反射。反射信号光束的光束直径在针孔122处得到调整。然后，由SLM 123空间调制信号光束的强度。在SLM 123处光学调制的信号光束顺序透射通过法拉第元件131、偏振分束器133和法拉第元件132，并且在反射镜124处被反射。反射信号光束透射通过凹透镜126，在这里调整在全息记录介质101上信号光束的焦点。
透过偏振分束器113的参考光束在反射镜141处被反射。用屏蔽板142仅仅挡住光束的中心，从而将反射参考光束整形为预定的形状。这样，参考光束没有在反射镜124处被反射，并且沿着与信号光束相同的光路被引导。
物镜127将信号光束和参考光束聚焦在全息记录介质101上大致相同的位置，因此在全息记录介质101上产生干涉图案。因此，在SLM 123处空间调制过的数据在全息记录介质101作为全息图记录下来。
根据从光接收元件157输出的伺服控制信号操作伺服驱动单元158来纠正寻轨和聚焦中的未对准。
B.再现下面描述在全息图的再现期间全息记录和再现装置的操作。
在全息图的再现期间，将信号光束挡住，仅仅将参考光束入射到全息记录介质101上。
从光源111发出且透射通过偏振分束器113的参考光束在反射镜141处被反射。然后，屏蔽板142挡住反射参考光束的中心。随后，参考光束透射通过分色镜125并且入射到全息记录介质101上，作为具有与利用相位调制元件143记录的光束相同的相位图案的参考光束。
当具有与用于记录的光束相同的相位图案的参考光束入射到全息记录介质101上的时候，在存储于全息记录介质101上的全息图上产生衍射光束(再现光束)。
从全息记录介质101发出的再现光束沿着与信号光束相同的光路但是是在相反的方向上通过物镜127，凹透镜126和分色镜125，并且在反射镜124处被反射。
在反射镜124处被反射的再现光束的偏振方向在法拉第元件132处发生旋转。因此，从法拉第元件132发出的再现光束在偏振分束器133处被反射。在图像拾取器件134处，反射再现光束转换为与在SLM 123处得到的二维空间数据对应的电信号。来自图像拾取器件134的输出经图中未示出的信号处理单元数字化为时序数字数据。
利用相位调制元件143记录全息图图3是全息记录和再现装置记录和再现全息图的示意图。
如图3所示，通过使在SLM 123处经空间调制的信号光束和具有由相位调制元件143所提供的随机或者预定相位图案的参考光束互相干涉，在全息记录介质101上记录全息图。记录在全息记录介质101上的全息图可以通过用参考光束照射全息记录介质101来再现，该参考光束具有与用于记录全息图的光束的相位图案匹配的相位图案(相位相关复用系统(phasecorrelation multiplexing system))。
这里，通过在图3中的x方向或者y方向上移动全息记录介质101或者相位调制元件143，可进行复用记录。
通过在图3中的x方向或者y方向移动全息记录介质101或者相位调制元件143，改变了参考光束的相位图案并且降低了衍射效率。
因此，利用相位调制元件143可以基于相位相关复用系统进行复用记录，可记录大量的数据。然而，本发明的一个实施例中的全息记录和再现装置不必利用相位调制元件143来复用数据。
如上所述，当参考光束和信号光束互相干涉的时候在全息记录介质101上形成全息图。下列光束可以用作参考光束和信号光束。
参考光束可以是在全息记录介质101上形成在相位调制元件143处得到的实像或者傅立叶像的光束。参考光束可以是在菲涅耳区中、在全息记录介质101上形成模糊像的光束。
信号光束可以是在全息记录介质101上形成在SLM 123处得到的实像或者傅立叶像的光束。信号光束可以是形成在SLM 123处得到的实像或者傅立叶像的略散焦像的光束。
适当地综合参考光束和记录束的成像条件，以在全息记录介质101上形成记录数据的全息图。
控制单元159对空间光调制器123的控制图4是示出控制单元159控制SLM 123的波形图。图4A是施加到用作光源111的激光二极管(LD)上的脉冲电流的波形图。图4B是根据施加到激光二极管上的脉冲电流而从激光二极管输出的激光束的输出波形图(其中纵轴表示振幅)。图4C示出用于控制SLM 123的控制图案。图4A、4B和4C的横轴表示时间。
当如图4A所示在激光二极管上施加脉冲电流的时候，如图4B所示，激光束就从激光二极管中输出。激光输出的上升沿相对于脉冲电流的上升沿延迟。来自激光二极管的激光输出的振幅由于弛豫振荡在从它的上升时间开始的一个预定量的时间内波动。由控制单元159根据图4C所示的图案控制SLM 123。
如图4C所示，周期1在与激光输出的振幅波动的持续时间大致相同的时间量内延续。在周期1内，SLM 123显示‘全暗图案’。如果采用液晶器件作为SLM 123，那么全暗图案是所有像素都不透光时在SLM 123上显示的图案。然而，即使SLM 123显示全暗图案，一些光束仍然可以通过SLM123。换句话说，例如，即使在SLM 123中一个或者多个像素透光，只要由透射通过该像素的光所产生的噪音可以忽略不计，那么这时在SLM 123上显示的图案仍然可以称之为全暗图案。延续与激光输出的振幅波动的持续时间‘大致’相同的时间量的周期1可以不延续与激光输出的振幅波动的持续时间‘完全’相同的时间量。换句话说，只要产生的噪音可以忽略不计，那么周期1可以延续短于激光输出的振幅波动的持续时间的时间量。
如图4C所示，周期2的起点紧随周期1的终点之后，并且周期2的终点大致与例如来自激光二极管的激光输出的上升沿相对应。在周期2内在SLM 123上显示记录图案。换句话说，SLM 123显示代表要记录的数据的对比(暗和亮)图案。
示于图4C中的周期3是既不与周期1又不与周期2对应的时间周期。在周期3内，在SLM 123上显示的图案从记录图案切换到暗图案或者反转的记录图案。在周期3内，改变参考光的角度，并且移动全息记录介质101。
根据这个实施例，在周期1内，当来自激光二极管的激光输出的波形失真时，如图4C所示，通过在SLM 123上显示全暗图案，不将信号光束发射到全息记录介质101上。然后，在周期2内，当来自激光二极管的激光输出稳定时，SLM 123显示记录图案，以便进行实际的记录。
通过如在周期1内一样在周期3内显示全暗图案，可以不必在开始周期1时在SLM 123上显示的图案切换。
通过如上所述控制SLM 123，由于阻止当来自激光二极管的激光输出不稳定的时候两束光波的干涉，可避免在来自激光二极管的激光输出不稳定时进行全息记录。
如果除了用作SLM 123的空间相位调制器之外，还采用额外的空间相位调制器作为相位调制元件143，那么如图4C所示，可通过在周期2内在SLM 123和相位调制元件143两者上显示全暗图案而将信号光束和参考光束都挡住。由此，可避免消耗掉全息记录介质101的动态范围。
根据另一个实施例的光源111的结构图5是根据另一个实施例的用作记录和再现的光源111的可调激光器件(外谐振激光器)的示意图。
光源111包括激光二极管170、准直透镜171、衍射光栅172、反射镜173、支撑元件174和旋转驱动单元175。
激光二极管130发出多模式脉冲激光束。例如，激光二极管130发出波长为大约410nm的蓝色激光束。
准直透镜171使从激光二极管170发出的激光束准直。
衍射光栅172在对应着入射到衍射光栅172上的不同波长激光束的不同方向上发出一阶光束。设置衍射光栅172和激光二极管170之间的角度，使得该具有预定波长(例如410nm)的一阶光束返回到激光二极管170。由此，预定的波长成分在激光二极管170处被放大，并且产生单模光束。从激光二极管170发出的光束大部分不是一阶光束而是零阶光束，它们如同在反射镜处发生反射一样在衍射光栅172处发生反射。换句话说，光源111基本属于利特罗(Littrow)型外谐振激光器。
反射镜173在预定的方向上沿光路反射在衍射光栅172处被反射的激光束。
支撑元件174支撑衍射光栅172和反射镜173。以一个固定的角度保持衍射光栅172和反射镜173。由此，即使当旋转衍射光栅172时，也可利用反射镜173保持激光束的发射方向。
支撑元件174由轴176可旋转地支撑。衍射光栅172和反射镜173设在支撑元件174的一侧，并且在另一侧上设置旋转轴177，作为支撑元件174的一单元。
旋转驱动单元175使支撑元件174绕轴176旋转。旋转驱动单元175包括主体178、用于推动旋转轴177的螺纹件179和用于在螺纹件179推动旋转轴177的方向相反的方向上挤压旋转轴177的板簧180。螺纹件179由例如图中未示出的旋转驱动马达驱动旋转。
具有上述结构的光源111可使衍射光栅172旋转而将具有例如410nm波长的蓝色激光的波长改变大约5nm。
为增加相干性，提出具有上述结构的外谐振腔激光器。由于单个激光二极管芯片产生多模激光束，所以由该光束形成的全息图的对比度较低。相反，外谐振腔激光二极管可稳定地产生单波长光束。当采用这类激光光源的时候，可直接调制所产生的激光束。因而，不必提供额外的器件用于在激光束离开激光光源后对用于记录的激光束进行调制。由于这个原因，外谐振腔激光器有希望作为小型全息记录和再现装置的一个突破。
然而，如图6和7所示，输出激光脉冲的波长的实际的变化A较大，并且被检测到为在从该脉冲的上升时间起持续几微秒(如图7中用区域10标出的)的锯齿状图案的波动。在检测到波动之后，波长稳定下来(如图7中用箭头11标出的)，但是，然后，在激光二极管的外谐振腔长度上，出现朝着更长波长的波长的模式跳跃(mode-hop)。最后，输出再次稳定(如图7中用箭头12所示)。
在实际的全息记录中，波长的改变对应着衍射光束的发射角度的改变。因此，如果波长改变很大，那么发射角度改变得很多，并且引起噪音。由于这个原因，在记录一幅全息图的时候激光束最好具有单个的、稳定的波长。
因而，在这个实施例中，控制单元159如图8A到8D所示控制SLM 123。
图8A是施加到光源111的激光二极管170上的脉冲电流的波形图。图8B是响应施加到激光二极管的脉冲电流从激光二极管输出的激光束的输出波形图(其中纵轴表示振幅)。图8C示出用于控制SLM 123的控制图案。图8D示出SLM 123的另一控制图案。图8A到8D中的横轴表示相同的时间。
当如图8A所示在激光二极管上施加脉冲电流的时候，如图8B所示，激光束从激光二极管中输出。激光输出的上升沿相对于脉冲电流的上升沿延迟。来自激光二极管的激光输出的振幅在从它的上升时间开始的一个预定量的时间内波动(参照图6和7)。SLM 123由控制单元159根据图8C所示的图案来控制。
如图8C所示，周期1在与图7中区域10所示的激光输出的振幅波动的持续时间大致相同的时间量内延续。在周期1内，SLM 123显示‘全暗图案’。
如图8C所示，周期2的起点紧随周期1的终点之后，并且周期2的终点大致与例如来自外谐振腔激光二极管的激光输出的上升沿相对应。记录图案在周期2内显示在SLM 123上。换句话说，SLM 123显示代表要记录的数据的对比(暗和亮)图案。
示于图8C中的周期3是既不与周期1又不与周期2对应的时间周期。在周期3内，在SLM 123上显示的图案从记录图案切换到暗图案或者反转的记录图案。在周期3内，改变参考光的角度，并且移动全息记录介质101。
根据这个实施例，在周期1内，当来自激光二极管的激光输出的波形失真时，如图8C所示，通过在SLM 123上显示全暗图案，不将信号光束发射到全息记录介质101上。然后，在周期2内，当来自激光二极管的激光输出稳定时，SLM 123显示记录图案，以便进行实际的记录。
通过如在周期1内一样在周期3内显示全暗图案，可以不必在开始周期1时切换在SLM 123上显示的图案。然而，如果有必要在SLM 123上连续显示反转图案，那么可以在周期3内显示反转图案，并且可以在周期1内显示全暗图案。
通过如上所述控制SLM 123，由于阻止当来自激光二极管的激光输出不稳定时两束光波的干涉，可避免在来自激光二极管的激光输出不稳定时进行全息记录。
如上所述，激光束的波长变化大的部分不用于记录。对于可能受小的波长变化的噪音特性影响较大的光学系统，例如其中SLM 123和图案拾取器件134的像素一一对应的光学系统，可排除掉其波长变化大的激光束(在图7中用箭头11标出)，使得记录图案仅仅在周期5内显示在SLM 123上，如图8D所示。
通过采用上述方法，由于阻止当来自激光二极管的激光输出不稳定时的两束光波的干涉，可避免在来自激光二极管的激光输出不稳定时进行全息记录。
如果除了用作SLM 123的空间相位调制器外，还采用额外的空间相位调制器作为相位调制元件143，那么，可通过如图8C所示在周期2内以及如图8D所示在周期5内在SLM 123和相位调制元件143两者上显示全暗图案而将信号光束和参考光束都挡住。由此，可避免消耗掉全息记录介质101的动态范围。例如，在如图9所示的两光束光学系统中，其中在典型的角复用和相位相关复用中使用的两束光通过两个单独的透镜入射到全息记录介质101上，如果仅仅信号光束经空间相位调制器调制，那么可避免产生含有噪音的全息图，但是因为仅仅可打开或者关闭信号光束，参考光束消耗掉全息记录介质101的动态范围。相反，在一个提供了用于信号光束和参考光束两者的空间光调制器的两光束光学系统(在某些情形中用于相关复用(correlation multiplexing)中，通过同时控制两个空间光调制器，可避免消耗掉全息记录介质101的动态范围。图11是图1所示的全息记录和再现装置的光学系统的示意图。这个光学系统可与图10所示的方式类似地进行上述控制。因而，可避免消耗掉全息记录介质101的动态范围。
其它实施例本发明的另一个实施例的其它复用方法包括角度复用(angularmultiplexing)、波分复用(wavelength multiplexing)、移位(shift)复用、相位编码复用和相位相关复用。
本发明根据另一个实施例的用于全息记录的光源不仅仅包括激光二极管和外谐振腔激光器，而且包括可发射具有因脉冲振荡而产生的不稳定输出波长和/或波形的光束的任何类型的光源，例如采用二次谐波发生(SHG)晶体的固态激光器、半导体激光器、分布式反馈(DFB)激光器、或者气体激光器。
本领域普通技术人员应该理解，根据设计需求和其它因素，可以有各种修改、组合、子组合和变化，只要它们落在所附权利要求的范围及其等效范围内。
本发明包括与日本专利申请JP2004-292452相关的主题，该申请于2004年10月5日在日本专利局提交，这里将其全文引入结合。
权利要求
1.一种通过将信号光束和参考光束发射到全息记录介质上来实施全息记录的全息图记录装置，所述装置包括设置成输出脉冲激光束的激光光源；用于将所述激光束分束为信号光束和参考光束的分束装置；用于对所述信号光束或者所述信号光束和所述参考光束两者进行调制的空间光调制器装置；和用于控制所述空间光调制器、以用全暗图案对至少所述信号光束和所述参考光束之一调制一预定时间周期的控制装置，所述预定周期的开始不迟于从所述激光光源输出的激光束脉冲的上升时间的起点。
2.如权利要求1所述的全息记录装置，其中所述激光光源是半导体激光器，并且所述预定周期是对应于为稳定在所述激光束脉冲的上升沿处探测到的振幅波动所需的时间的周期。
3.如权利要求1所述的全息记录装置，其中所述激光光源是外谐振腔激光器，并且所述预定周期是对应于为稳定在所述激光束脉冲的上升沿处探测到的波长波动所需的时间的周期。
4.如权利要求3所述的全息记录装置，其中，探测到的所述激光束的波长波动为锯齿状图案。
5.如权利要求3所述的全息记录装置，其中，探测到的所述激光束的波长波动是因模式跳跃而引起的变为更长波长的波长变化。
6.一种用于全息记录的方法，包括下述步骤输出一脉冲激光束；将所述激光束分束为信号光束和参考光束；调制所述信号光束或者所述信号光束和所述参考光束两者，并且通过将所述信号光束和所述参考光束发射到全息记录介质上来实施全息记录；以及控制所述调制，使得用全暗图案对至少所述信号光束和所述参考光束之一调制一预定的时间周期，所述预定周期的开始不迟于从所述激光光源输出的激光束脉冲的上升时间的起点。
7.如权利要求6所述的用于全息记录的方法，其中所述预定周期是对应于为稳定在所述激光束脉冲的所述上升沿处探测到的振幅波动所需的时间的周期。
8.如权利要求6所述的用于全息记录的方法，其中所述预定周期是对应于为稳定在所述激光束脉冲的所述上升沿处探测到的波长波动所需的时间的周期。
9.如权利要求8所述的用于全息记录的方法，其中探测到的所述激光束的波长波动为锯齿状图案。
10.如权利要求8所述的用于全息记录的方法，其中探测到的所述激光束的所述波长波动为因模式跳跃而引起的变化到更长波长的波长变化。
11.一种通过将信号光束和参考光束发射到全息记录介质上来实施全息记录的全息图记录装置，所述装置包括设置成输出一脉冲激光束的激光光源；设置成将所述激光束分束为信号光束和参考光束的分束器；设置成对所述信号光束或者所述信号光束和所述参考光束两者进行调制的空间光调制器；和设置成控制所述空间光调制器、以用全暗图案对至少所述信号光束和所述参考光束之一调制一预定时间周期的控制单元，所述预定周期的开始不迟于从所述激光光源输出的激光束脉冲的上升时间的起点。
全文摘要
一种通过将信号光束和参考光束发射到全息记录介质上来实施全息记录的全息图记录装置，包括设置成输出脉冲激光束的激光光源、设置成将该激光束分束为信号光束和参考光束的分束器、设置成对该信号光束或者该信号光束和该参考光束两者进行调制的空间光调制器，以及设置成控制该空间光调制器以对至少该信号光束和该参考光束之一用全暗图案调制一个预定时间周期的控制装置，其中该预定周期的开始不迟于从该激光光源输出的激光束脉冲的上升时间的起点。
文档编号G11B7/135GK1790495SQ200510119918
公开日2006年6月21日 申请日期2005年10月8日 优先权日2004年10月5日
发明者外石满 申请人:索尼株式会社