[发明专利]用于光存储系统的光束整形器

说明书

技术领域

本发明涉及一种在如全息存储介质的光存储介质中读取和/或写入的设备，具体而言，涉及一种在该设备中使用的光束整形器。

背景技术

在全息数据存储中，通过记录在两相干激光束叠加中所产生的干涉图来存储数字数据，其中所谓“物光”的一束光，由空间光调制器予以调整，并携带需要记录的信息。第二束光充当参考光。干涉图依靠干涉图的区域光强调整存储材料的特性。通过使用在与记录过程同等的条件下的参考光照亮全息图来读取已记录的全息图。这导致记录的物光的重构。

全息数据存储的优点之一在于增加了数据容量。与传统的光存储介质不同，全息存储介质的卷(volume)用于存储信息，而不只是一个或几个二维层。全息数据存储的另一优点是可以实现在同一卷内存储多个数据，比如，通过改变两束光的角度或者通过使用移位复用等。另外，把数据存储为数据页而不是单一的比特。典型地，数据页包括一个进行多比特编码的明暗图矩阵，即，一个二维二进阵列或者一个灰度值阵列。这不仅可以增强存储密度，还能提高数据速率。数据页通过空间光调制器(Spatial lightmodulator，SLM)附在物光上，并由检测器阵列予以检测。

典型的激光二极管发射具有高斯光强分布的椭圆光束。这导致用于在全息存储系统中生成数据页的空间光调制器上的能量分布不均匀。为了提高数据页的信噪比，进而提高容量，最好使用均匀的光强分布。椭圆分布很容易被消除，比如，通过使用棱镜对。非球面的专用的光学镜片能够减少高斯分布。然而，光束整形的光学镜片价格昂贵，且对失准极其敏感。

例如，US 6,654,183中描述了一种用于把一个如高斯光束的基本不均匀的光学输入光束转换成一个基本均匀的输出光束的系统。为此目的，该系统配备了两个按开普勒结构或伽利略结构分布的非球面光学元件。

发明内容

本发明的一个目的是提出一个光束整形器的简单方案，该光束整形器用于一种从光存储介质读取和/或向光存储介质写入的设备。

根据本发明，是通过一个用于从入射光束生成第一整形光束的光束整形器来达到该目的。该光束整形器具有一个光束整形元件，该光束整形元件的光学特性随着入射光的波面(profile)的不同而在空间内变化。该空间变化的光学特性可轻易地把入射的光强分布转换成预期的光强分布，例如，把高斯分布转换成一个几乎平顶的分布。同时，该光束整形器对细微的失准相对不敏感。

有益的是，该光束整形元件的反射率可在空间内变化。例如，光束整形元件的反射率从光束整形元件的中心向其边缘处递减。以这一方式，当光束在光束整形元件中传输时，把入射光的中心光峰变为平顶。

可选择地，光束整形元件对入射光的偏振有空间内可变的影响。例如，光束整形元件具有如半波片的局域波片(local wave plate)，该局域波片的方向相对于入射光的偏振方向在空间内变化。这允许调整传输光束的局域偏振。通过使用偏振光束分离器或偏振相关光束块发送生成的光束，或通过把生成的光束发送到偏振相关反射镜上，能够按照预期来修改传输光束的光强分布。

上述方案同样适用于把椭圆光强分布转换成旋转对称光强分布。这足以使空间变化的光学特性适用于特殊的光强分布。然而，在此情况下，光束整形器变得对失准更敏感。

根据本发明的另一方面，用于从入射光生成第一整形光束的方法包括使用光束整形元件调整入射光的束波面的步骤，比如通过局部地改变光强或偏振来调整光束波面。该光束整形元件的光学特性随着入射光的波面的不同而在空间内变化。

有益的是，提供了一种光束分离器，用于把入射光生成第二整形光束。优选地，该光束分离器把一部分不被用作第一整形光束的入射光从第一整形光束的光路中引导出来。如果光束整形元件的反射率是在空间内可变的，那么该光束整形元件所反射的光束自然就构成了第二整形光束。

优选地，该光束分离器是一个偏振光束分离器。当光束整形元件影响入射光的偏振使其在空间内变化的时候，偏振光束分离器尤显优势。在此情况下，该偏振光束分离器根据偏振方向把第一整形光束和第二整形光束分离开。但是，偏振光束分离器同样也可以和其反射率可在空间内变化的光束整形元件结合起来使用。此时，最好提供一个四分之一波片，用于旋转光束整形器所反射的光束的偏振方向。