记录全息信息的方法、介质、及其记录/再现设备 本申请要求于2008年7月25日提交到韩国知识产权局的第10-2008-0073049号韩国专利申请的利益，其公开完整地包含于此，以资参考。
【技术领域】
本发明的各方面涉及一种记录全息信息的方法，更为具体地，涉及一种在多个记录层上记录数据期间确保标记的均匀记录质量并抑制在记录/再现点中发生畸变(aberrations)以改善信号质量的记录全息信息的方法。
背景技术
最近几年，使用全息图的数据存储技术已吸引了大量的注意。使用全息图存储数据的方法包括在对光敏感的无机晶体或高分子材料中按光干涉条纹的形状存储数据。由具有相干性的两个激光束形成光干涉条纹。即，沿不同的路径传播的参考光束和信号光束相互干涉以形成对光敏存储介质引起化学或物理变化的干涉条纹，因此在光敏存储介质中记录数据。为了从记录的干涉图案中再现数据，与用于记录数据的参考光束相似的参考光束照射到在光敏存储介质中记录的参考图案。结果，由于干涉图案而发生衍射，从而恢复信号光束以再现数据。
上述的全息图数据存储技术包括使用体全息以页为单位记录和再现数据的体全息方法和使用微型全息逐比特地记录和再现数据的微型全息方法。在体全息方法中，在同一时间可处理大量的数据，但是由于基于体全息方法的光学系统要求非常精细的调节，所以难于制造基于该方法的商业上可用的数据存储装置。
在微型全息方法中，两条会聚的光束被指引为在焦点处相互干涉以形成精细干涉条纹。通过在数据存储介质的平面上移动精细干涉条纹来完成数据存储以记录大量的数据，从而形成记录层。通过叠加可沿数据存储介质的深度方向形成多个所述记录层，从而在数据存储介质上三维地记录数据。
为了在微型全息方法中增加记录容量，可通过使用全息图的波长可选择的反射特性来重叠多个波长以形成多个记录层或记录数据。
但是，在记录处理期间，记录全息图的光敏数据存储介质(此后，称为“全息数据存储介质”)的敏感度逐渐降低。具体地，在记录处理期间，全息数据存储介质对入射能量的敏感度降低，从而即使用相同的能量记录数据，全息图的衍射效率也可能低于开始之时。因此，当用相同的能量记录数据时，至少两个全息相互重叠的部分具有降低的衍射效率。因此，在多波长记录模式中，先前记录的标记与另外记录的标记重叠的部分可具有改变的反射率。
另外，当记录数据以形成多个记录层时，在记录/再现光束传播的空间存在多个全息标记(hologram mark)。全息数据存储介质中形成有全息标记的部分与附近的部分具有不同的折射率。由于与周围区域相比，全息标记的折射率的不同，指引到包括全息标记的全息数据存储介质的特定位置的光的相位改变，因此光的波前变化多达在折射率分布中的非均匀性。因此，当在远离全息数据存储介质的表面设置的记录层上记录数据或从远离全息数据存储介质地表面设置的记录层再现数据时，通过已经记录的全息标记的光的波前将失真，并且波前失真(或波前相差)影响记录光束。波前相差的增加可导致会聚到焦点的光点变形，从而增加光点的大小。光点大小的增加可导致在记录模式中的记录标记的形成恶化以及在再现模式中的再现信号的质量降低。
【发明内容】
本发明的各方面提供一种记录全息信息的方法，所述方法可以使用能够在具有体的均匀介质中记录多个记录标记的微型全息数据记录/再现设备。所述方法可在波长复用期间确保标记的均匀的记录质量并在多个记录层上记录数据期间抑制在记录/再现点中发生相差，从而改善信号质量。
根据本发明的实施例，提供了一种记录全息信息的方法，所述方法包括在具有体(volume)的全息数据存储介质中记录全息标记(hologram mark)和均匀标记(homogeneous mark)以交替地设置全息标记和均匀标记。全息标记具有由于两个光束之间的相长/相消干涉引起的变化的折射率分布并表示信息，而均匀标记具有比全息标记更均匀的折射率分布。
根据本发明的一方面，可控制均匀标记的厚度或折射率变化，以使通过均匀标记的光束的相移与通过全息标记的光束的相移大约相同。
根据本发明的一方面，可通过第一光源记录均匀标记并可通过第二光源记录全息标记。
根据本发明的一方面，在切断用于记录全息标记的两个光束中的一个之后，可使用剩余的光束记录均匀标记。
根据本发明的一方面，可通过改变用于记录全息标记的两个光束中的一个的焦点位置以减少干涉条纹的形成来记录均匀标记。
根据本发明的一方面，当通过改变驱动条件来改变相干性时，可使用同一光源来记录全息标记和均匀标记。
根据本发明的一方面，可在所有记录层上交替地记录全息标记和均匀标记。
根据本发明的一方面，可在所有记录层当中对相邻记录层影响较小的至少一个记录层中仅记录全息标记，而可在剩余的记录层上交替地记录全息标记和均匀标记。
根据本发明的另一方面，提供了一种记录全息信息的方法，所述方法包括：根据将被记录的数据使用第一光束和第二光束照射全息数据存储介质，从而在全息数据存储介质中形成多个全息标记，每个全息标记具有由于第一光束和第二光束之间的相长/相消干涉引起的变化的折射率分布，并且形成分散在多个全息标记之间的多个均匀标记，每个均匀标记具有比全息标记的折射率分布更均匀的折射率分布。
根据本发明的另一方面，提供了一种在全息数据存储介质上记录全息标记和均匀标记的全息数据记录/再现设备，所述全息数据记录/再现设备包括光拾取单元和控制器。所述光拾取单元包括：光源；光路分离器，将来自光源的光划分为第一光束和第二光束；第一光路和第二光路，将第一光束和第二光束分别指引为入射在全息数据存储介质上；第一焦点变化单元和第二焦点变化单元，分别选择性地聚焦第一光束和第二光束，从而具有由于第一光束与第二光束之间的相长/相消干涉引起的变化的折射率的每个全息标记选择性地形成在全息数据存储介质上；光闸(shutter)，选择性的阻止第一光路。所述所述控制器控制光源、第一焦点变化单元和光闸中的一个，以使具有比全息标记的折射率分布更均匀的折射率分布的每个均匀标记选择性地形成在全息数据存储介质上。
根据本发明的另一方面，提供了一种在全息数据存储介质上记录全息标记和均匀标记的全息数据记录/再现设备，所述全息数据记录/再现设备包括光拾取单元。所述光拾取单元包括：第一光源；光路分离器，将来自光源的光划分为第一光束和第二光束；第一光路和第二光路，将第一光束和第二光束分别指引为入射在全息数据存储介质上；第一焦点变化单元和第二焦点变化单元，分别选择性地聚焦第一光束和第二光束，从而具有由于第一光束与第二光束之间的相长/相消干涉引起的变化的折射率的每个全息标记选择性地形成在全息数据存储介质上；第二光源；第二光路分离器，将来自第二光源的光指引为通过第一光路或第二光路传播，从而在全息数据存储介质上形成均匀标记。
在下面的描述中将部分地阐明本发明另外的方面和/或优点，通过描述，本发明的另外的方面和/或优点部分地变得更加清楚，或者通过实施本发明可以了解。
【附图说明】
通过下面结合附图对实施例进行的描述，本发明的这些和/或其他方面和优点将会变得清楚和更易于理解，其中：
图1是示出根据在记录期间提供的累积能量的全息数据存储介质的累积光栅强度(M#)和记录敏感度的变化的曲线；
图2是用于解释在多波长记录期间由于标记的重叠引起的附加记录标记的反射率的变化的示图；
图3A至图3D是示出根据本发明示例性实施例的使用光闸(shutter)记录微型全息信息的方法的示意图；
图4是示出根据记录全息信息的现有方法的形成记录标记的处理的示图，其中，通过全息标记之间的区域的光束与通过全息标记的光束具有不同的相移；
图5是示出根据本发明示例性实施例的记录全息信息的方法的形成记录标记的处理的示图，其中，在全息标记之间形成均匀标记(homogeneous mark)并且通过均匀标记的光束与通过全息标记的光束具有大约相同的相移；
图6是示出能够实现根据本发明示例性实施例的记录全息信息的方法的全息数据记录/再现设备的光学结构的示例的示意图；
图7A和图7B是示出根据本发明示例性的使用焦点调节器记录全息信息的方法的示意图；
图8A和图8B分别示出当半导体激光二极管(LD)在单模式中振荡时干涉条纹的激射光谱和可见度；
图9A和图9B分别示出当半导体LD在多模式中振荡时干涉条纹的激射光谱和可见度；
图10A和图10B是示出通过改变光源的驱动条件来改变相干性时的根据本发明示例性实施例的记录全息信息的方法的示意图；
图11是示出能够实现根据本发明示例性实施例的记录全息信息的方法的全息数据记录/再现设备的光学结构的另一示例的示图；
图12A和图12B是示出根据本发明示例性实施例的使用两个独立的光源来记录全息信息的方法的示意图；
图13是示出根据本发明示例性实施例的全息数据记录/再现控制器、光源、第一焦点变化单元和光闸的示意图。
【具体实施方式】
现在对本发明的本实施例进行详细的描述，其示例表示在附图中，其中，相同的标号始终表示相同部件。下面通过参照附图对实施例进行描述以解释本发明。
根据现有的多层光记录技术，各个记录层被堆叠在数据存储介质上，从而通过使用记录层的光吸收来记录数据可增加数据存储介质的记录容量。但是，该方法包括堆叠多个记录层的非常复杂的处理并导致产量降低，从而增加数据存储介质的生产成本。
多个虚拟层被堆叠在均匀的记录材料中的微型全息记录方法已被推荐为能够以低于现有的光记录技术的成本记录/再现高容量数据的新的光记录技术。根据微型全息记录方法，在记录介质中不存在实际记录层，而是按任意高度与记录介质的表面平行地记录了记录标记。然后，通过改变记录了记录标记处的高度来重复记录操作，从而可堆叠记录数据的多个记录层以增加记录容量。
用于微型全息记录方法的记录介质可由均匀的介质形成。至少一个参考表面形成在记录介质上以沿记录层的高度方向提供参考。使用按期望的高度入射到记录介质的一侧或两侧的光束在记录介质中形成沿着相反方向传播的两个光束的焦点，使用参考表面确定所述两个光束的焦点，并且所述两个光束相互进行干涉以提供记录为全息标记(hologram mark)的精细干涉条纹。
全息标记被记录在与记录介质的表面平行(或相同高度)的虚拟表面上。记录的虚拟表面具有与用于传统光记录技术中的数据存储介质的记录层相似的形状。在记录一个记录层之后，通过适当地调节光焦点的高度来记录新的记录层。根据记录方法、光焦点的大小和测量信号的方法可改变记录层之间的间隔。为了获得高记录密度，记录层之间的间隔可在几μm至几十μm的范围内。可通过重复上述的处理来堆叠多个记录层，所以可以增加记录容量。另外，为了增加记录容量，可通过堆叠使用全息图的波长可选择的反射特性按不同波长形成的多个全息标记来记录数据。
但是，由于在记录期间全息数据存储介质的反应，在记录期间全息数据存储介质的敏感度降低。换言之，如图1所示，全息数据存储介质对入射能量的反应率随着记录的进行而降低，从而即使用相同的能量记录数据，全息图的衍射效率也变小。
图1是示出在记录期间全息数据存储介质的累积光栅强度(M#)(-◆-)和记录敏感度(-●-)的变化的曲线。
参照图1，可看出当在记录处理期间积累入射能量时，全息数据存储介质的记录灵敏度急剧地降低，并且其累积光栅强度M#快速地达到极限。作为全息数据存储介质的衍射效率的平方根之和的累积光栅强度M#是全息数据存储介质的记录容量的指标。全息数据存储介质的敏感度对应于累积光栅强度M#相对于入射能量增加相应。
如上所述，即使相同的能量始终被用于记录处理时，全息数据存储介质的衍射效率也急剧减小。因此，当使用相同能量记录数据时，两个全息图相互重叠的部分的反射率变低。
例如，当使用405nm波长光和450nm波长光记录数据时，可如图2所述产生由于标记的重叠而改变反射率的部分。
参照图2，使用450nm波长光记录的标记的左侧标记的部分与使用405nm波长光记录的标记重叠。如图2的曲线图所示，即使用相同的能量记录数据，重叠部分的反射率低于非重叠部分的反射率。因此，由于重叠部分与非重叠部分之间的反射率的不同，会难于在单层上执行多波长记录操作。
虽然存在通过根据波长分隔层的记录数据的方法，但是该方法要求能够根据波长精确地控制层以，按例如大约1～2μm的间隔保持层的附加的驱动单元。
当在多个记录层上记录数据时，在记录/再现光束传播的空间中存在多个全息标记。全息数据存储记录介质的形成有全息标记的部分具有与相邻部分不同的折射率。由于与周围区域相比，全息标记的折射率的不同引起指引到包括全息标记的全息数据存储介质的特定部分的光的相位改变，因此光的波前改变多达在折射率分布中的非均匀性。
因此，当在远离全息数据存储介质的表面设置的记录层上记录数据或从远离全息数据存储介质的表面设置的记录层再现数据时，通过已经记录的全息标记的光的波前将失真，并且波前失真(或波前相差)影响记录光束。波前相差的增加可导致会聚到焦点的光点大小变形和增加。光点大小的增加在记录模式中可导致记录标记的形成劣化，而在再现模式中可导致再现信号的质量降低。在微型全息方法中，施特雷尔率(Strehl ratio，SR)被公知为大约按式1表示。施特雷尔率(SR)是由于相差引起的理想高斯光束(Gaussianbeam)的失真率。
SR＝1-Mη (1)
其中，M表示入射光通过的层的数量，η表示每个全息标记的衍射效率。相差同样应用到形成焦点的两个光束(即，信号光束和参考光束)。
例如，假设记录二十个记录层并且每个全息标记的反射率是1％，那么当最后记录最上层时，远离全息数据存储介质的初始入射表面从全息数据存储介质的下面向上传播的入射光的施特雷尔率(SR)仅是与大于通常的光记录技术的公知相差极限(大约70mλ)的大约100mλ的相差相应的0.6。
因此，当最后记录最后层时，由于相差可严重地降低记录特性。以同样的理由，当再现最底层时，相差达到大约70mλ，从而导致无余量(marginless)系统。随着记录层数的增加该问题变得更严重。
通过简单的计算，当具有大约1％的全息标记衍射效率的系统包括多于二十个记录层时，即使系统接近理想，最底层的再现可导致信号降低。
根据示例性实施例的记录全息信息的方法，能够按照体(volume)在介质中记录多个层的微型全息数据记录/再现设备可在波长复用期间保证标记的均匀记录质量并且在多层记录模式中抑制在记录/再现点中发生相差，从而改善信号质量。具体地，根据本发明的实施例的记录全息信息的方法除了记录全息标记之外，还包括在一部分全息数据存储介质中记录没有或几乎没有少有干涉条纹并且具有比全息标记更均匀的折射率的均匀标记(homogeneousmark)(即，非条纹标记)。
如上解释，在均匀全息数据存储介质上形成多个记录层以获得高记录/再现密度的微型全息技术中，可使用两个入射光束(或再使用已经用于形成焦点的光束)并且两个入射光入射到全息数据存储介质的一侧或两侧。
两个光束被指引为在焦点相互干涉以形成干涉条纹，并且全息数据存储介质的折射率根据干涉条纹周期性地变化以记录信息。没有标记的一部分全息数据存储介质中不记录干涉条纹。用于记录/再现微型全息信息的光学系统可被划分为两种，即，光入射到全息数据存储介质的一侧的一侧入射光学系统和光入射到全息数据存储介质的两侧的两侧入射光学系统。另外，使用反向反射器的光学系统可将通过介质的光反射以记录/再现微型全息信息。
在微型全息技术中，因为主要使用介质的折射率的变化来形成记录标记，所以由于全息标记在入射光中会发生相差。
根据本发明的示例性实施例的记录全息信息的方法包括减少相差。将参照图3A至图3D来描述方法的基本原理。
图3A至图3D是示出根据本发明示例性实施例的记录微型全息信息的方法的示意图。虽然图3A至图3D示例性示出两个光束入射到全息数据存储介质的两侧，但是根据本发明示例性实施例的记录全息信息的方法可不仅被应用于两侧入射全息数据记录/再现设备，还可被应用于两个光束入射到全息数据存储介质的一侧的一侧入射全息数据记录/再现设备。
图3A至图3D示出在记录模式中入射光随时间的变化和记录标记的形成。即，图3A至图3D示出根据全息数据存储介质190的旋转通过对入射光进行时间控制来记录信息的部分处理。图3A至图3D示出图6的全息数据记录/再现设备被应用的情况。因此，将在随后描述第一物镜160和第二物镜170。
可按例如图3A至图3D的顺序记录信息。在图3A至图3D中，形成两种记录标记。一种记录标记是具有与传统微型全息标记相同形状的全息标记10a。全息标记10a具有由沿相反方向传播的两个光束形成的干涉条纹(或全息图)。另外，全息标记10a具有周期性变化的折射率分布并表示信息(或数据)。另一种记录标记是提供比全息标记10a提供的折射率分布更均匀的折射率分布的均匀标记10b。
全息标记10a和均匀标记10b可按不同的方式形成。图3A至3D示例性示出使用光闸(shutter)140形成全息标记10a和均匀标记10b的方法。为简化说明，在图3A至图3D中示出入射光束分别入射到全息数据存储介质190的两侧的光学系统。
参照图3A和图3C，当两个光束从光源入射到全息数据存储介质190的两侧并会聚到焦点时，形成干涉条纹。由于全息数据存储介质190的折射率与干涉条纹的密度成比例地变化，所以由于折射率的周期性的变化引起在全息数据存储介质190中记录以条纹示出的全息标记10a。焦点位于将形成全息标记10a的虚拟记录层上。
参照图3B和图3D，在已形成全息标记10a并且介质190被旋转以使焦点位于还没有形成标记的位置之后，光闸140切断两个入射光束中的一个，从而仅有剩余的入射光束入射到全息数据存储介质190并会聚到焦点。由于入射光束的强度引起全息数据存储介质190的折射率改变。在这种情况下，由于没有形成干涉条纹，全息数据存储介质190的折射率仅根据光的强度而变化以记录均匀标记10b。图3B和3D示出可在具有临界反应值的全息数据存储介质190中获得的折射率的均匀变化。这里，可由仅在预定或更高的能量的情况下改变折射率的材料形成具有临界反应值的全息数据存储介质190。
由于光闸140的驱动，具有干涉条纹的全息标记10a和具有折射率的均匀变化的均匀标记10b交替地形成在全息数据存储介质190中。
可修改图3A至图3D中示出的记录方法。例如，可在记录全息标记10a中形成记录层，然后可使用光闸140切断一个光束，并可在全息标记10a之间记录均匀标记10b。
根据本示例性实施例的记录全息信息的方法，均匀标记10b记录在记录层中没有记录全息标记10a的区域中。
因此，与在全息标记之间保留空白的传统的微型全息方法不同，根据本示例性实施例的方法，在全息标记10a之间设置具有折射率均匀变化的均匀标记10b。
由于全息数据存储介质190具有大约0.01或更小的非常低的折射率变化，所以均匀标记10b可具有大约1e-3％或更小的非常低的反射率。当然，由于随着折射率在边界慢慢降低而全息数据存储介质190的临界反应不理想，所以均匀标记10b的反射率会沿光轴方向进一步降低。
另一方面，由于多个重复的图案之间的干涉引起全息标记10a反射光，所以全息标记10a可具有比均匀标记10b大得多的反射率。例如，当干涉条纹具有大约3μm的厚度，并且全息标记10a的折射率变化具有大约0.01的最大值时，全息标记10a具有大约5％的反射率。因此，均匀标记10b对再现信号不产生或产生极小的影响。
同时，在记录模式中可控制记录条件，从而通过均匀标记10b的光束与通过全息标记10a的光束具有大约相同的相移。结果，可移除在记录通过记录层期间产生的入射光的相差。
图4是示出根据记录全息信息的传统方法在光束通过已记录的层形成记录标记的处理的示图。参照图4，可看出通过已记录的层的全息标记之间的区域的光束①′与通过全息标记的光束②′可具有不同的相移。
图5是示出根据本发明示例性实施例的记录全息信息的方法在光束通过已记录的层形成记录标记的处理的示图。参照图5，可看出在全息标记之间形成有均匀标记，从而通过已记录的层的均匀标记的光束①与通过全息标记的光束②可具有大约相同的相移。
从图4和图5可看出，当通过控制记录条件来记录数据以使通过均匀标记的光束的相移与通过已记录的层的全息标记的光束的相移几乎相等时，几乎不发生根据光束的位置的相位变化，从而使通过记录层期间产生的入射光束的相差最小化。
同时，当在全息标记10a不存在的区域中形成均匀标记10b时，在具有全息标记10a的区域中的全息数据存储介质190的消耗与在不具有全息标记10a的区域中的全息数据存储介质190消耗相似。结果，与传统的多波长记录模式不同，可消除在标记反射率的非均匀性，从而改善信号质量。即，在单记录的记录层中的全息标记10a之间形成均匀标记10b，从而同时用能量照射整个记录层。因此，当在多波长重叠期间使用具有一个波长的光束记录的记录层随后使用具有另一波长的光束来记录时，用能量照射所有区域相同次数。因此，由于多波长重叠，所以几乎不发生标记反射率的非均匀性，从而改善信号质量。
在根据本发明示例性实施例的记录全息信息的方法中，均匀标记10b不局限于图3A、图3B和图5中示出的完全均匀的标记。均匀标记还可包括干涉条纹的相长部分与相消部分之间不存在差异的标记或干涉条纹的相长部分与相消部分之间的差异小于全息标记10a的标记，从而均匀标记具有非常低的反射率。均匀标记10b的厚度或折射率变化可取决于全息数据存储介质190的种类或状态。基本上，应该这样确定均匀标记10b的厚度或折射率变化，以使均匀标记10b与全息标记10a具有大约相同的全息数据存储介质190的消耗，并且通过均匀标记10b的光束与通过全息标记10a的光束具有大约相同的相移。
由于相长干涉和相消干涉，全息标记10a在折射率上显示周期性的变化，均匀标记10b可被形成为与全息标记10a具有大约相同的厚度并具有全息标记10a的周期性变化的平均值的折射率。另外，均匀标记10b可显示与相长干涉相应的折射率的变化并具有全息标记10a的大约一半的厚度。
图3A至图3D还示出根据本发明的示例性实施例的使用光闸140(例如，可以是声光调制器的)记录全息信息的方法。光闸140允许两个入射光束中的一个通过或切断两个入射光束中的一个。因此，当入射光束中的一个通过光闸140时，记录全息标记10a，当入射光束中的一个被切断时，记录均匀标记10b。
为了实现根据示例性实施例的记录全息信息的方法，可采用焦点控制器来代替光闸140。可选地，当采用从单光源发射的光束时，通过修改光源的驱动条件可改变相干性。可选地，可采用两个独立地光源。
以下，将解释可应用根据本发明实施例的记录全息信息的方法的全息数据记录/再现设备的光学结构的不同示例。
图6是示出可实现根据本发明示例性实施例的记录全息信息的方法的全息数据记录/再现设备的光学结构的示例的示意图。
参照图6，全息数据记录/再现设备在用光束照射其两侧的全息数据存储介质190上记录数据并再现记录的数据。所述设备包括将光束照射到全息数据存储介质190并接收照射的光束的光拾取单元100和电路单元(未示出)。
光拾取单元100可包括光源110、光路分离器130、第一物镜160、第二物镜170和光检测器(PD)180。
光源110发射光L。光路分离器130将光源110发射的光L分离为信号光束L1和参考光束L2。当第二物镜170将参考光束L2聚焦在全息数据存储介质190上时，第一物镜160将信号光束L1聚焦在全息数据存储介质190上。光检测器180检测从全息数据存储介质190反射的再现光束L2′r。
光拾取单元100还可包括分别改变L1和L2的焦点位置的第一焦点变化单元150和第二焦点变化单元153。另外，光拾取单元100还可包括对光源110发射的光L进行校准的准直透镜120和适当地使光路弯曲的第一至第三反射部件132、134和136。另外，光拾取单元100还可包括执行伺服操作的伺服光学系统(未示出)。
光源110和光路分离器130构成发射记录/再现光束的光源单元。
光源110可以是例如发射蓝光的半导体激光二极管(LD)。
准直透镜120可对光源110发射的记录/再现光L进行校准。图6示例性示出准直透镜120设置在光源110与偏振转换器125之间。可选地，准直透镜120可位于偏振转换器125与光路分离器130之间或光路中的其它位置。
通常地，用作光源110的半导体主要地发射一个偏振分量的激光束。在这种情况下，偏振转换器125可位于光源110与光路分离器130之间。
偏振转换器125可以是诸如半波片或四分之一波片的波片。当有源半波片被用作偏振转换器125时，波片旋转入射到全息数据存储介质190的线性偏振光的偏振方向，并可将线性偏振光转换为具有两个正交线性偏振分量(即，S偏振分量和P偏振分量)的光。当有源四分之一波片被用作偏振转换器125时，有源四分之一波片可将预定的入射线性偏振光转换为循环偏振光。循环偏振光可被分解为两个正交的线性偏振分量。如上所述，在记录期间，通过偏振转换器125传播的S偏振分量和P偏振分量可分别被用作信号光束L1和参考光束L2。
偏振转换器125可以是在记录操作期间执行偏振转换功能并在再现操作期间执行不执行偏振转换功能的有源类型。即，偏振转换器125可以是有源半波片或有源四分之一波片。当这些有源元件被用作偏振转换器125时，光源110发射的几乎所有光束可在再现期间被用作再现光束。
全息数据记录/再现设备实现由信号光束L1和参考光束L2之间的干涉形成的干涉条纹包括用于每个焦点的单比特数据的微型全息方法。逐比特调制发射光源110发射的光L。因此，由于信号光束L1和参考光束L2均包括记录信息，所以在信号光束L1与参考光束L2之间的记录处理中不存在实质的区别，并且可互换地使用术语“信号光束和参考光束”。为简化说明，通过与入射到全息数据存储介质190的再现光束L2′i相同的光路传播的光束被表示为参考光束L2。
光路分离器130可将光源发射的光L分离为两个正交偏振分量并允许各个偏振分量沿着单独的光路照射到全息数据存储介质190。光路分离器130可以是根据偏振方向传送或反射光的偏振分束器。例如，光路分离器130可直接传送入射的P偏振光并反射入射的S偏振光。在再现模式中，光路分离器130还可从自全息数据存储介质190反射的再现光束L2′r分离入射到全息数据存储介质190的再现光L2′i。
光检测器180可位于光路分离器130的一侧以检测从全息数据存储介质190反射并通过光路分离器130的再现光束L2′r。
由光路分离器130分离的信号光束L1和参考光束L2可通过聚焦光学系统并入射在全息数据存储介质190上。
全息数据存储介质190可以是两侧被信号光束L1和参考光束L2照射的传输性介质。在这种情况下，聚焦光学系统可被划分为聚焦信号光束L1的第一聚焦光学系统和聚焦参考光束L2的第二聚焦光学系统。光闸140、第一焦点变化单元150、第一反射部件132和第二反射部件134、第一四分之一波片165、第一物镜160可构成聚焦信号光束L1的第一聚焦光学系统。第二焦点变化单元153、第三反射部件136、第二四分之一波片175和第二物镜170可构成用于聚焦参考光束L2的第二聚焦光学系统。
第一反射部件至第三反射部件132、134和136可以是将光路弯曲到适当设置的光学装置的光学部件。例如，第一反射部件至第三反射部件132、134和136可以是镜子或全反射棱镜。
光闸140可以是传输或阻止入射光的光学部件。在根据本发明示例性实施例的使用光闸140来记录全息信息的方法中，可如下操作光闸140。在记录操作中，光闸140在记录全息标记10a期间允许信号光束L1通过，而在记录均匀标记10b期间切断信号光束L1。在再现操作期间，光闸140可阻止再现光束L2′i通过全息数据存储介质190，并沿与信号光束L1相反的方向通过预定路径传播到光路分离器130。
光源110发射的光L不是完全的线性偏振光并可部分地包括另一线性偏振分量。因此，在再现操作中，当具有另一线性偏振分量的光L的部分可被光路反射器130反射时，从光源110传播的光L可作为再现光束L2′i通过光路分离器130。由于光闸140在再现操作期间如上所述切断入射光，所以具有另一线性偏振分量的光L的部分可被光闸140切断并不被允许向全息数据存储介质190传播。
当根据示例性实施例的记录全息信息的方法使用处光闸140之外的光学装置来实现时，可根据上述的其它功能操作光闸140。具体地，在记录操作期间，光闸140可打开以直接传输信号光束L1，在再现操作期间，光闸140可关闭以防止再现光束L2′i通过全息数据存储介质190并沿与信号光束L1相反的方向通过预定路径传播到光路分离器130。
第一焦点变化单元150和第二焦点变化单元153改变信号光束L1和参考光束L2在全息数据存储介质190中的焦点位置。例如，第一焦点变化单元150可包括第一中继透镜(relay lens)151和第二中继透镜152。第一中继透镜151可被机械地驱动以沿光轴方向移动，从而改变信号光束L1的焦点位置。另外，第二焦点变化单元153可包括第三中继透镜154和第四中继透镜155。第三中继透镜154可被驱动以沿光轴方向移动，从而改变参考光束L2的焦点位置。
如上所述，由于第一焦点变化单元150和第二焦点变化单元153改变信号光束L1和参考光束L2的焦点位置，所以全息干涉条纹，即，全息标记10a可被记录在全息数据存储介质190的多层上。
第一四分之一波片165和第二四分之一波片175可将入射到全息数据存储介质190的线性偏振光转换为循环偏振光，并可将全息数据存储介质190反射的循环偏振光转换为线性偏振光。
将描述根据本发明的方法的使用光闸140的全息数据记录/再现设备的记录操作。
参照图3A至图3D和6，在记录操作期间，光源110发射根据将被记录的数据调制的光L。偏振转换器125将发射的光L转换为具有S偏振分量和P偏振分量的光，光路分离器130将转换的光分离为P偏振光和S偏振光。为简化，假设S偏振光被光路分离器130反射并成为信号光束L1，P偏振光通过光路分离器130传输并成为参考光束L2。信号光束L1被光路分离器130分离，通过光闸140、第一焦点变化单元150、第一反射部件132和第二反射部件134，并被第一物镜160聚焦，最后入射到全息数据存储介质190的一侧。另外，参考光束L2被光路分离器130分离，通过第二焦点变化单元153、第三反射部件136和第二四分之一波片175，并被第二物镜170聚焦，最后入射到全息数据存储介质190的另一侧。
入射到全息数据存储介质190的两侧的信号光束L1和参考光束L2会聚到全息数据存储介质190中的焦点，并在焦点上记录由于全息干涉条纹而包括单比特数据的全息标记10a。
在预定的焦点位置上记录全息标记10a之后，当信号光束L1被光闸140切断时，仅有参考光束L2被照射到全息数据存储介质190，从而记录均匀标记10b。
可重复允许信号光束L1通过光闸140以记录全息标记10a的操作和使用光闸140切断信号光束L1以记录均匀标记10b的的操作，从而形成记录数据的单个记录层。如图13所示，可根据是记录全息标记10a还是记录均匀标记10b，由全息数据记录/再现控制器101控制光闸140的操作。另外，当使用第一焦点变化单元150和第二焦点变化单元153来改变聚焦的信号光束L1和参考光束L2的焦点时，数据可被记录在多个记录层上。
如上所述，可修改参照图3A至图3D描述的记录方法。即，全息标记10a记录在单个层上，使用光闸140来切断两个光束中的一个，均匀标记10b可再次被记录在全息标记10a之间。
在再现操作中，光源110可发射未调制的光L。当光源110被配置为仅发射一个线性偏振光或偏振转换器125是有源类型时，通过偏振转换器125的光是沿一个方向线性偏振的光。为了简化，假设通过偏振转换器125的光是P偏振光。
通过光路分离器130传输的P偏振光，即，再现光束L2′i可通过第二焦点变化单元153、第三反射部件136和第二四分之一波片175传播，并被第二物镜170聚焦，入射到全息数据存储介质190。入射的再现光束L2′i可从全息数据存储介质190的记录层反射，反射的再现光束L2′r再次通过第二物镜170、第二四分之一波片175、第三反射部件136和第二焦点变化单元153，并入射到光路分离器130。在这种情况下，改变从全息数据存储介质190反射的再现光束L2′r的偏振方向，从而再现光束L2′r被光路分离器130反射并入射到光检测器180。
虽然示例性地如上描述全息数据记录/再现设备使用光闸140操作，但本发明不局限于此。如上陈述，可使用焦点控制器来代替光闸140。可选地，当采用从单个光源发射的光束时，通过改变光源的驱动条件可改变相干性。可选地，可采用两个独立的光源。
当使用焦点控制器或通过改变单个光源的驱动条件来改变相干性时，可采用图6的全息数据记录/再现设备或具有不同的光学结构的其它全息数据记录/再现设备。随后将描述使用两个独立的光源的全息数据记录/再现设备的光学系统的示例。
图7A和图7B是示出根据本发明示例性的使用焦点控制器记录全息信息的方法的示意图。具体地，在本示例性实施例中，使用图6的光学系统，设置在信号光束L1的路径上的第一焦点变化单元150的第一中继透镜151被用作焦点控制器。因此，图7A和图7B示出根据全息数据存储介质190的旋转通过控制两个入射光束中的一个的焦点位置来记录数据的部分操作。
参照图7A，当两个光束从光源110入射到全息数据存储介质190的两侧并聚焦到焦点时，产生干涉条纹。由于全息数据存储介质190的折射率与干涉条纹的强度成比例地变化，所以用条纹示出的折射率周期性变化的全息标记10a被记录在全息数据存储介质190中。在此，焦点位于将形成全息标记10a的虚拟记录层上。
参照图7B，当通过驱动焦点控制器(即，第一焦点变化单元150的第一中继透镜151)来改变一个光束的焦点位置时，仅在记录位置上轻微地形成两个光束引起的干涉条纹，从而记录与全息标记10a不同的具有几乎均匀的折射率分布的均匀标记10b。
当沿光轴方向控制第一中继透镜151的位置时，在全息数据存储介质190中交替地形成具有干涉条纹的全息标记10a和其折射率均匀变化的均匀标记10b。如图13所述，根据是记录全息标记10a还是记录均匀标记10b，全息数据记录/再现控制器101控制第一焦点变化单元150的操作。
如上所述，可修改根据图7A和图7B的使用焦点控制器的记录方法。具体地，整个预定的记录层可被记录以设置全息标记10a，在预定记录层上记录全息标记10a之后，可改变两个光束中的一个的焦点位置以使在记录层上仅轻微地形成两个光束引起的干涉条纹，从而在全息标记10a之间记录均匀标记10b。
可选地，当通过改变图6的光源110的驱动条件(即，驱动频率)来改变相干性时，可交替地形成全息标记10a和均匀标记10b。
图8A和图8B分别示出当用作光源110的半导体LD在单模式中振荡时的干涉条纹的激射光谱和可见度。图9A和图9B分别示出当用作光源110的半导体LD在多模式中振荡时干涉条纹的激射光谱和可见度。
参照图8A和图8B，可观察到当半导体LD在单模式中振荡时，均匀地形成干涉条纹。相反，参照图9A和图9B，可观察到当半导体LD在多模式中振荡时，干涉条纹按稀疏的间隔形成。从该结果可看出，由于在多模式振荡期间相干性差而引起不正常地形成干涉条纹。
图10A和图10B是示出根据本发明示例性实施例的使用图6的光学结构的通过改变光源110的驱动条件来改变相干性的记录全息信息的方法的示意图。具体地，图10A和图10B示出通过改变光源110发射的光的相干性在全息数据存储介质190中交替地记录全息标记10a和均匀标记10b的部分处理。
参照示出驱动光源11 0以发射具有好的相干性的光的情况的图10A，当两个光束从光源110入射到全息数据存储介质190的两侧并在焦点聚焦时，产生干涉条纹。由于全息数据存储介质190的折射率与干涉条纹的强度成比例地变化，所以用条纹示出的折射率周期性变化的全息标记10a被记录在全息数据存储介质190中。在此，焦点位于将形成全息标记10a的虚拟记录层上。
参照示出驱动光源110以发射具有差的相干性的光的情况的图10B，即使两个光束从光源110入射到全息数据存储介质190的两侧并在焦点聚焦，由于差的相干性也不回适当地形成干涉条纹。结果，仅轻微地形成干涉条纹从而记录与全息标记10a不同的具有几乎均匀的折射率分布的均匀标记10b。如图13所示，可根据是记录全息标记10a还是记录均匀标记10b，由全息数据记录/再现控制器101控制光源110的驱动。
图11是示出根据本发明示例性实施例的使用两个独立的光源来实现记录全息信息的方法的全息数据记录/再现设备的光学结构的示例。图12A和图12B是示出根据本发明示例性实施例的使用两个独立的光源来记录全息信息的方法的示意图。
除全息数据记录/再现设备还包括发射用于形成均匀标记10b的光束L3的光源210、对光束L3进行校准的准直透镜220、结合光束L3与光束L1的光路以允许光束L3沿与信号光束L1相同的光路传播的分束器230之外，图11的光学系统与图6的光学系统几乎基本上相同。图11示出分束器230设置在光闸140与第一焦点变化单元150之间，但是本发明不限于此。可选地，可设置光源210、准直透镜220和分束器230以允许光束L3沿参考光束L2的光路传播。
参考图12A，在记录全息标记10a期间，仅驱动光源110以将信号光束L1和参考光束L2照射在全息数据存储介质190上，从而可记录全息标记10a。
参照图12B，在记录均匀标记10b期间，关闭光源110并仅驱动光源210以将光束L3照射在全息数据存储介质190上，从而可记录均匀标记10b。
如上所述，交替地驱动两个独立的光源110和210，从而可交替地记录全息标记10a和均匀标记10b。可选地，使用光源110在单记录层上记录全息标记10a之后，可驱动光源210以在全息标记10a之间记录均匀标记10b。
如上所述，描述和示出使用光闸140或焦点控制器，改变光源110发射的光的相干性，或使用两个独立的光源110和210以实现根据本发明示例性实施例的记录全息信息的方法。但是，本发明不限于上述的方法，并且可应用将均匀标记10b设置在全息标记10a之间的任何记录方法。
另外，实现根据本发明示例性实施例的记录全息信息的方法的全息数据记录/再现设备的光学系统的结构不限于图6和图11，其它不同结构可被应用到根据本发明的光学系统。
另外，上面对根据本发明示例性实施例的记录全息信息的方法被应用到所有记录层的假设进行了描述。但是，由于设置在距入射表面最远的记录层上的记录层仅对再现操作产生影响，所以从实践出发不必要对所有层使用如上所述的方法。因此，虽然可以交替地在所有记录层上记录全息标记和均匀标记，但是，如果需要，还可以将本发明的方法仅应用到影响其它层的记录层。例如，在全息数据存储介质的多层记录期间，可禁止将根据本发明的实施例的方法应用到所有记录层中对相邻记录层产生较小影响的至少一个记录层。因此，可在所述至少一个记录层上仅记录全息标记，而在剩余记录层上交替地设置全息标记和均匀标记。
另外，描述了用于实现根据本发明的示例性实施例的记录全息信息的方法的全息数据记录/再现设备是两侧入射类型，但是本发明不限于此。例如，还可使用一侧入射类型全息数据记录/再现设备。
虽然已示出和描述了本发明的一些实施例，但本领域的技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改。