[发明专利]光学设备，特别是全息设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学设备。尤其涉及一种用于在全息介质中记录数据页和/或从全息介质读出数据页的光学全息设备。

本发明还涉及一种用于制造这种光学设备的方法，以及一种全息分束器。

背景技术

许多光学设备利用反射衍射结构。一个这种光学设备的例子是利用数字镜型器件(digital mirror device(DMD))的设备。另一个例子是利用反射的空间光调制器(SLM)的全息设备。Lambertus Hesselink，Sergei S.Orlov和Matthew C.Bashaw在《Proceeding of the IEEE》(2004年8月)第92卷，n°8，第1262页中的“Holographic datastoragesystems(全息数据存储系统)”描述了这种光学设备。图1示出了这种全息设备。其包括用于产生辐射光束的辐射源101、准直器102、偏振分束器(PBS)103、反射的空间光调制器(SLM)104、第一成像透镜105、第二成像透镜107和检测器108。该全息设备用来在全息介质106中记录数据以及从全息介质106读取数据。借助于PBS103将辐射源101产生的辐射光束朝反射的SLM104引导。该辐射光束由反射的SLM104衍射和反射，并由此形成信号光束，该信号光束包括在该反射的SLM104中被编码的数据页。该信号光束借助于反射的SLM104来进行空间调制。该反射的SLM104包括反射区和吸收区，其对应于要被记录的数据页的0和1数据位。信号光束携载将要在全息介质106中记录的信号，即将要记录的数据页。

该信号光束借助于第一成像透镜105成像在全息介质106上。该信号光束与全息介质106内部的参考光束(未示出)相干涉，由此形成数据图案(data pattern)。可以将另一个数据页记录在全息介质106中的同一个位置处，例如通过对辐射源的波长进行调谐。这称为波长多路复用。其他种类的多路复用(如角度多路复用、移位多路复用(shiftmultiplexing)或者相位编码多路复用)也可以用于在全息介质106中记录数据页。

在读出全息介质106中记录的数据页的过程中，朝全息介质106发送参考光束(未示出)，并且由全息介质106中记录的数据图案将该参考光束衍射。然后借助于第二成像透镜107将衍射的光束成像在检测器108上。检测器108包括多个像素或检测器元件，每个检测器元件都对应于成像的数据页的一个位。

这种全息设备具有所谓的4f构型(configuration)，这意味着第一和第二成像透镜105和107具有焦距f，在SLM104和第一成像透镜105之间的距离是f，第一成像透镜105和全息介质106之间的距离是f，全息介质106和第二成像透镜107之间的距离是f，并且第二成像透镜107和检测器108之间的距离是f。在全息介质106中记录的数据的密度取决于第一成像透镜105的数值孔径NA。数值孔径NA越大，则数据密度越大。如今，数值孔径NA在这种全息设备中是受限制的，因为数值孔径NA与第一成像透镜105的焦距成反比，其必须大于PBS103的尺寸。在该光学设备中的PBS103相对较大，因为必须将PBS103的部分反射的表面取向为与辐射源101产生的辐射光束的方向成45度。因此，限制了数据密度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在现有技术中描述的那种类型的光学设备，其中增大了第一成像透镜的数值孔径，本发明特别是提供一种增大数据密度的全息设备。

为此，本发明提出一种光学设备，其包括用于产生辐射光束的光源、用于使所述辐射光束沿着光路反射和衍射的反射衍射结构、用于将由所述反射衍射结构反射和衍射之后的该辐射光束成像的成像装置，以及沿着所述光路位于所述反射衍射结构和所述成像装置之间的全息分束器。根据本发明，用全息分束器来代替PBS103。如在下面的描述中详细说明的，相对于常规PBS的尺寸可以减小全息分束器的尺寸。因此，可以减小反射衍射结构和成像装置之间的距离，这允许增加成像装置的数值孔径。在全息设备中，这允许增大在全息介质中记录的数据密度。

有利的是，该全息分束器包括厚度为L的全息材料，以及平均衍射间距(step)为d的反射衍射结构，其中d＜L。有利的是，L/d＞50。这减少了朝辐射源衍射回去的辐射的量，并因此增大了到达全息介质的辐射的量，因而增大了信噪比(S/N)。