JP2006208858A - Hologram processing apparatus and hologram processing method - Google Patents
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Abstract
【課題】 簡素な構成で短時間の処理が可能であり、かつ、再生が繰り返されたとしても、記録されているホログラムの劣化が生じず、常に良好な再生を行うことが可能なホログラム処理装置を提供する。
【解決手段】 再生時において、ホログラフィックメモリ1に読み出し光が照射されるとともに、位相共役鏡2に対して励起光が照射される。ホログラフィックメモリ1に読み出し光が照射されると、記録されているホログラムによる回折光が出射される。また、この回折光と励起光とが位相共役鏡2に照射されることによって、該位相共役鏡2に、ホログラフィックメモリ1に記録されているホログラムと位相共役なホログラムが形成される。そして、この位相共役なホログラムに基づくフィードバック光がホログラフィックメモリ1に照射されることにより、ホログラムの再書き込みが実現される。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hologram processing apparatus capable of processing in a short time with a simple configuration and capable of always performing satisfactory reproduction without causing deterioration of a recorded hologram even when reproduction is repeated. I will provide a.
During reproduction, the holographic memory 1 is irradiated with readout light and the phase conjugate mirror 2 is irradiated with excitation light. When the holographic memory 1 is irradiated with readout light, diffracted light from the recorded hologram is emitted. Further, by irradiating the phase conjugate mirror 2 with the diffracted light and the excitation light, a hologram that is phase conjugate with the hologram recorded in the holographic memory 1 is formed on the phase conjugate mirror 2. Then, when the holographic memory 1 is irradiated with feedback light based on this phase conjugate hologram, rewriting of the hologram is realized.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、ホログラフィックメモリとして例えばフォトリフラクティブ結晶を用い、該結晶中へのホログラムの記録・再生・消去を行うホログラム処理装置およびホログラム処理方法に関するものである。 The present invention relates to a hologram processing apparatus and a hologram processing method for using, for example, a photorefractive crystal as a holographic memory and recording / reproducing / erasing a hologram in the crystal.
ホログラフィックメモリ(ホログラムメモリ)は、物体をレーザ光などの干渉性の高い光で照明し、3次元の立体画像を記録できる技術(ホログラフィー)を応用し、2次元画像として表される情報を何層にも記録できるようにした記憶装置である。情報の再生は、ホログラフィックメモリに対して、情報を読み書きするための参照光を当てることによって、情報をもった画像が読み出されることによって実現される。 Holographic memory (hologram memory) applies technology (holography) that can record a three-dimensional stereoscopic image by illuminating an object with highly coherent light such as laser light. It is a storage device that can be recorded on a layer. Information reproduction is realized by reading an image with information by applying reference light for reading and writing information to the holographic memory.
例えば従来のCDやDVDなどの光ディスク記録装置は、回転する光ディスクにレーザを当て、ビット単位でデータの読み出し・書き込みを行う一方、ホログラフィックメモリは、レーザを一度当てるだけで同時に何千ビットもの読み出し・書き込みを行う。すなわち、ホログラフィックメモリは、従来の光ディスク記録装置と比較して、高速なデータ転送が可能となっている。 For example, conventional optical disc recording devices such as CDs and DVDs apply lasers to rotating optical discs to read and write data in bit units, while holographic memories read thousands of bits at the same time by applying a single laser. -Write. That is, the holographic memory is capable of high-speed data transfer as compared with a conventional optical disk recording apparatus.
また、ホログラフィックメモリは、情報としての2次元画像のホログラムをホログラム媒質中の同一個所に多重記録することが可能である。よって、情報の記録密度を極めて高くすることができるので、大容量化を実現することができる。 In addition, the holographic memory can multiplex-record a hologram of a two-dimensional image as information at the same location in the hologram medium. Therefore, the recording density of information can be made extremely high, so that a large capacity can be realized.
以上のように、ホログラフィックメモリは、2次元データのダイレクトな記録再生方式に由来する高速性と、同一箇所への多重記録に由来する大容量性とを有しているので、次世代光メモリとして注目されている。 As described above, the holographic memory has a high speed derived from a direct recording / reproducing system of two-dimensional data and a large capacity derived from multiplex recording at the same location. Attention has been paid.
従来のホログラフィックメモリは、原則的にはライトワンス(Write Once, 媒質の同一領域にはデータを一度しか書き込めず、書き込んだデータの変更はできない)のものが多い。一方、ホログラム媒質としてフォトリフラクティブ媒質(フォトリフラクティブ結晶)を用いたホログラフィックメモリでは、一旦記録されたホログラムを消去することが可能であり、書き換え型メモリへの応用が期待されている。 Many conventional holographic memories are in principle write-once (Write Once, data can be written only once in the same area of the medium, and the written data cannot be changed). On the other hand, in a holographic memory using a photorefractive medium (photorefractive crystal) as a hologram medium, a hologram once recorded can be erased, and application to a rewritable memory is expected.
フォトリフラクティブ媒質とは、光の照射によって屈折率が変化する媒質群を指し、鉄を不純物として含むリチウムニオブ酸(LiNbO3:Fe)や、セリウムを不純物として含むストロンチウムバリウムニオブ酸(SrxBa1...xNb2O6:Ce)等、数多くの媒質が知られている。 The photorefractive medium refers to a group of media whose refractive index is changed by light irradiation. Lithium niobate (LiNbO 3 : Fe) containing iron as an impurity and strontium barium niobate (Sr x Ba 1 ) containing cerium as an impurity. ... x Nb 2 O 6 : Ce) and many other media are known.
一方、上記のように、データを記録した後でも、光のみによるデータの書き換えが可能なホログラフィックメモリは、読出し用の光によって記録されているデータが劣化したり、消去されたりという問題点を有している。このような読出し光による記録データの劣化・消去をふせぐために、電界や熱を用いるホログラムの定着技術も提案されている。 On the other hand, as described above, a holographic memory in which data can be rewritten only by light even after data is recorded has a problem that data recorded by light for reading deteriorates or is erased. Have. In order to prevent such deterioration and erasure of recorded data due to reading light, a hologram fixing technique using an electric field or heat has also been proposed.
しかしながら、このような定着技術を用いる場合、リアルタイム処理(実時間でのホログラム記録再生)が困難になるという問題が生じる。また、定着処理を行うための電子回路が必要となることにより、メモリシステム全体が複雑になり、装置コストの上昇を招来する。 However, when such a fixing technique is used, there arises a problem that real-time processing (hologram recording / reproduction in real time) becomes difficult. In addition, since an electronic circuit for performing the fixing process is required, the entire memory system becomes complicated, resulting in an increase in apparatus cost.
一方、最近では、ホログラムを形成する記録光(波長l1、参照光と物体光)に加えて,記録波長(l1)での記録感度を発生させる励起光(波長l2、l1>l2)と呼ぶもう1つの光を同時に照射することでホログラムを記録し、再生時には記録光と同波長の読出し光(波長l1)のみを照射する、2光子書込み/1光子読出しの手法を用いたホログラフィックメモリが注目されている。この方法によれば、光のみによるホログラムの非破壊再生を実現することが可能である。
しかしながら、2光子書込み/1光子読出しの手法を用いたホログラフィックメモリの場合、記録時において、記録光の波長(l1)で記録感度を発生させるために、記録・再生に用いる光とは波長の異なる励起光が必要とされるという問題や、LiNbO3結晶やLiTaO3結晶など、励起光が照射されているときにのみ記録光の波長で記録感度を発生させるために必要な電子の中間励起準位が存在する特定の無機フォトリフラクティブ材料を記録媒質として用いた場合にしか適用できないという問題がある。 However, in the case of a holographic memory using the two-photon writing / one-photon reading technique, in order to generate recording sensitivity at the recording light wavelength (l 1 ) during recording, the light used for recording / reproduction is the wavelength. The problem is that different excitation lights are required, and intermediate excitation of electrons required to generate recording sensitivity at the wavelength of the recording light only when excitation light is irradiated, such as LiNbO 3 crystal and LiTaO 3 crystal There is a problem that it can be applied only when a specific inorganic photorefractive material having a level is used as a recording medium.
また、記録するデータが2値デジタル画像である場合、元の画像に何らかの雑音(ノイズ)が含まれていたり、記録中になんらかの雑音が付加されていたりすることによってデータが劣化していることが考えられる。ここで、従来のホログラフィックメモリは基本的にアナログ記録が行われるので、劣化したデータがそのまま記録・再生されることになる。 In addition, when the data to be recorded is a binary digital image, the original image may contain some noise (noise), or the data may be deteriorated due to some noise being added during recording. Conceivable. Here, since the conventional holographic memory is basically subjected to analog recording, the deteriorated data is recorded and reproduced as it is.
これを避けるためには、記録前のデータが含まれる光信号を一旦電気信号に変換し、外部処理装置を用いて雑音の除去や劣化を補償する電子的処理を行った後、再び光信号に変換し光メモリに記録する処理が必要となる。また、ホログラム再生中に生じた雑音やデータの劣化に対しては、再生後にそれを取り除くための電子処理が必要となっている。 In order to avoid this, an optical signal containing data before recording is converted into an electrical signal, and after electronic processing is performed to compensate for noise removal and deterioration using an external processing device, the optical signal is converted again. Processing to convert and record in the optical memory is required. Further, with respect to noise and data degradation that occur during hologram reproduction, electronic processing is required to remove it after reproduction.
以上より、現状における書き換え可能(リライタブル)なホログラムメモリの大きな問題点として、読み出し用の光によってデータが消去(もしくは劣化)されることと、記録再生に伴ってノイズによるデータの劣化が発生することの二つがあげられる。 From the above, as a major problem of the rewritable hologram memory at present, the data is erased (or deteriorated) by the reading light, and the data is deteriorated due to noise accompanying recording and reproduction. There are two.
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、その目的は、簡素な構成で短時間の処理が可能であり、かつ、再生が繰り返されたとしても、記録されているホログラムの劣化が生じず、常に良好な再生を行うことが可能なホログラム処理装置およびホログラム処理方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to enable a short-time processing with a simple configuration, and even if reproduction is repeated, the recorded hologram is not deteriorated. An object of the present invention is to provide a hologram processing apparatus and a hologram processing method capable of always performing good reproduction without occurring.
以上の課題を解決するために、本発明に係るホログラム処理装置は、ホログラム記録媒質に読み出し光を照射することによって、該ホログラム記録媒質に記録されているホログラムを再生するホログラム処理装置であって、ホログラムを記録する位相共役ホログラム記録媒質を備え、上記読み出し光が上記ホログラム記録媒質に照射されて該ホログラム記録媒質から出射される回折光が上記位相共役ホログラム記録媒質に照射され、上記ホログラム記録媒質に記録されているホログラムと位相共役なフィードバック光が、該位相共役ホログラム記録媒質から上記ホログラム記録媒質に照射されることを特徴としている。 In order to solve the above problems, a hologram processing apparatus according to the present invention is a hologram processing apparatus for reproducing a hologram recorded in a hologram recording medium by irradiating the hologram recording medium with reading light, A phase conjugate hologram recording medium for recording a hologram, wherein the readout light is applied to the hologram recording medium, and diffracted light emitted from the hologram recording medium is applied to the phase conjugate hologram recording medium; Feedback light having a phase conjugate with the recorded hologram is irradiated from the phase conjugate hologram recording medium onto the hologram recording medium.
また、本発明に係るホログラム処理方法は、ホログラム記録媒質に読み出し光を照射することによって、該ホログラム記録媒質に記録されているホログラムを再生するホログラム処理方法であって、上記読み出し光が上記ホログラム記録媒質に照射されて該ホログラム記録媒質から出射される回折光を、ホログラムを記録する位相共役ホログラム記録媒質に照射するステップと、上記位相共役ホログラム記録媒質から出射される、上記ホログラム記録媒質に記録されているホログラムと位相共役なフィードバック光を上記ホログラム記録媒質に照射するステップとを有することを特徴としている。 The hologram processing method according to the present invention is a hologram processing method for reproducing a hologram recorded on the hologram recording medium by irradiating the hologram recording medium with the reading light, wherein the reading light is the hologram recording medium. Irradiating a phase conjugate hologram recording medium that records a hologram with diffracted light emitted from the hologram recording medium after being irradiated on the medium, and recorded on the hologram recording medium that is emitted from the phase conjugate hologram recording medium. And irradiating the hologram recording medium with phase-conjugate feedback light.
上記の構成および方法では、まず、ホログラム記録媒質に記録されているホログラムを再生する際に、該ホログラム記録媒質に読み出し光が照射される。ホログラム記録媒質に読み出し光が照射されると、記録されているホログラムによる回折光が出射される。また、この回折光が位相共役ホログラム記録媒質に照射されると、ホログラム記録媒質に記録されているホログラムと位相共役なフィードバック光がホログラム記録媒質に照射されることになる。 In the above configuration and method, first, when reproducing a hologram recorded on the hologram recording medium, the hologram recording medium is irradiated with reading light. When reading light is irradiated onto the hologram recording medium, diffracted light from the recorded hologram is emitted. When this diffracted light is irradiated onto the phase conjugate hologram recording medium, feedback light that is phase conjugate with the hologram recorded on the hologram recording medium is irradiated onto the hologram recording medium.
ここで、ホログラム記録媒質に対して、単に読み出し光を照射することによって再生を行う場合、この読み出し光によって、ホログラム記録媒質に記録されているホログラムの消去効果が生じることになり、再生が繰り返されたり、再生時間が長くなったりすることによって、ホログラム記録媒質に記録されているホログラムが劣化するという問題が生じる。 Here, when reproduction is performed simply by irradiating the hologram recording medium with readout light, the readout light causes an erasing effect of the hologram recorded on the hologram recording medium, and reproduction is repeated. Or a longer reproduction time causes a problem that the hologram recorded on the hologram recording medium deteriorates.
これに対して、上記の構成および方法によれば、ホログラム記録媒質に対して、読み出し光が照射されるとともに、記録されているホログラムと位相共役な画像情報を含むフィードバック光が照射されることになる。これによって、読み出し光による消去効果を補完するようにフィードバック光による再書き込み効果がホログラム記録媒質内で生じるので、記録されているホログラムの劣化が生じないことになる。したがって、再生が繰り返されたとしても、記録されているホログラムの劣化が生じず、常に良好な再生を行うことが可能なホログラム処理装置を提供することが可能となる。 On the other hand, according to the configuration and method described above, the readout light is irradiated to the hologram recording medium and the feedback light including image information phase conjugate with the recorded hologram is irradiated. Become. As a result, the rewriting effect by the feedback light is generated in the hologram recording medium so as to complement the erasing effect by the reading light, so that the recorded hologram is not deteriorated. Therefore, even if the reproduction is repeated, it is possible to provide a hologram processing apparatus capable of always performing good reproduction without causing deterioration of the recorded hologram.
また、定着技術などを利用していないので、再生処理に必要とされる時間も短時間で済み、リアルタイム処理も可能となるとともに、特別な電子回路なども不要とすることができる。 Further, since no fixing technique or the like is used, the time required for the reproduction process is short, real-time processing is possible, and a special electronic circuit or the like can be dispensed with.
また、再生時に必要とされる光は、読み出し光のみであるので、例えば異なる波長の光を出射させるための光源を複数設ける必要もなく、装置コストの低減および装置の簡素化、小型化を図ることができる。 Further, since the light required for reproduction is only the readout light, for example, it is not necessary to provide a plurality of light sources for emitting light of different wavelengths, thereby reducing the apparatus cost and simplifying and downsizing the apparatus. be able to.
また、本発明に係るホログラム処理装置は、上記の構成において、上記位相共役ホログラム記録媒質に対して励起光を照射する励起光光源を備え、上記読み出し光が上記ホログラム記録媒質に照射されて該ホログラム記録媒質から出射される回折光と、上記励起光とにより生じる回折光によって、上記位相共役ホログラム記録媒質に、ホログラム記録媒質に記録されているホログラムと位相共役なホログラムが形成されるとともに、上記位相共役ホログラム記録媒質が、上記励起光および上記回折光が入射された際に、相互励起型の位相共役鏡が生成される上記位相共役ホログラム記録媒質が、上記励起光および上記回折光が入射された際に、相互励起型の位相共役鏡が生成される構成としてもよい。 The hologram processing apparatus according to the present invention further includes an excitation light source that irradiates the phase conjugate hologram recording medium with excitation light in the above-described configuration, and the hologram recording medium is irradiated with the readout light to emit the hologram. The diffracted light emitted from the recording medium and the diffracted light generated by the excitation light form a hologram that is phase-conjugated with the hologram recorded on the hologram recording medium in the phase-conjugate hologram recording medium. When the excitation light and the diffracted light are incident on the conjugate hologram recording medium, the phase conjugate hologram recording medium on which the mutual excitation type phase conjugate mirror is generated is incident on the excitation light and the diffracted light. In this case, a mutual excitation type phase conjugate mirror may be generated.
上記の構成では、位相共役ホログラム記録媒質に励起光および回折光が入射されると、その内部に相互励起型の位相共役鏡が生成するようになっている。この相互励起型の位相共役鏡は、詳細は後述するが、励起光の光強度に対する回折光の光強度の比が所定の閾値以上となっている場合にのみ生成される。ここで、ホログラム記録媒質に記録されているホログラムにノイズが生じている場合、このノイズによる回折光の光強度は、正常に記録されている部分からの回折光の光強度に比べて小さいことが予想される。よって、このノイズによる回折光の光強度の励起光に対する比が上記の閾値よりも小さければ、ノイズに関する情報は相互励起型の位相共役鏡には反映されないことになる。この場合、フィードバック光にはノイズの情報が含まれていないことになり、ホログラム記録媒質に記録されているホログラムに生じているノイズは、フィードバック光によって消去されることになる。 In the above configuration, when excitation light and diffracted light are incident on the phase conjugate hologram recording medium, a mutual excitation type phase conjugate mirror is generated therein. As will be described in detail later, this mutual excitation type phase conjugate mirror is generated only when the ratio of the light intensity of the diffracted light to the light intensity of the excitation light is equal to or greater than a predetermined threshold value. Here, when noise is generated in the hologram recorded on the hologram recording medium, the light intensity of the diffracted light due to the noise may be smaller than the light intensity of the diffracted light from the part that is normally recorded. is expected. Therefore, if the ratio of the light intensity of the diffracted light due to the noise to the excitation light is smaller than the threshold value, the information about the noise is not reflected in the mutual excitation type phase conjugate mirror. In this case, noise information is not included in the feedback light, and noise generated in the hologram recorded on the hologram recording medium is erased by the feedback light.
すなわち、上記の構成によれば、ホログラム記録媒質に記録されているホログラムに生じているノイズを消去することによって、再生データの品質を向上させることが可能となる。例えば、アナログデータの再生に対しては雑音除去機能を有することになり、記録される画像の画質を改善することができる。また、デジタルデータに対しては、低ビット誤り率での再生を可能とする。 That is, according to the above configuration, it is possible to improve the quality of reproduced data by erasing noise generated in the hologram recorded on the hologram recording medium. For example, a noise removal function is provided for analog data reproduction, and the image quality of the recorded image can be improved. Digital data can be reproduced with a low bit error rate.
また、励起光は、読み出し光と同じ波長の光で実現できるので、異なる波長の光を出射させるための光源を複数設ける必要もなく、装置コストの低減および装置の簡素化、小型化を図ることができる。 In addition, since the excitation light can be realized by light having the same wavelength as the readout light, there is no need to provide a plurality of light sources for emitting light of different wavelengths, and the apparatus cost can be reduced and the apparatus can be simplified and miniaturized. Can do.
また、本発明に係るホログラム処理装置は、上記の構成において、2次元画像情報に基づく空間変調を光に施し、物体光として上記ホログラム記録媒質に対して光を照射する光変調手段をさらに備え、上記ホログラム記録媒質に対して物体光および参照光を照射することによって、該ホログラム記録媒質にホログラムを記録する処理をさらに行う構成としてもよい。 Further, the hologram processing apparatus according to the present invention further includes a light modulation unit that performs spatial modulation on the light based on the two-dimensional image information and irradiates the hologram recording medium with light as object light in the above-described configuration, The hologram recording medium may be further subjected to a process of recording a hologram on the hologram recording medium by irradiating the hologram recording medium with object light and reference light.
上記の構成によれば、ホログラム記録媒質に対して情報の記録を行うことも可能となる。よって、記録した情報を長期間劣化させずに保持することが可能なホログラム処理装置を提供することが可能となる。 According to the above configuration, information can be recorded on the hologram recording medium. Therefore, it is possible to provide a hologram processing apparatus capable of holding recorded information for a long time without deterioration.
また、本発明に係るホログラム処理装置は、上記の構成において、上記読み出し光、上記励起光、上記物体光、および上記参照光の照射を制御し、上記光変調手段の動作を制御する制御部を備え、上記制御部が、記録時に、上記光変調手段に記録すべき情報に応じた光変調動作を行わせるとともに、上記物体光および上記参照光を上記ホログラム記録媒質に照射するように制御し、再生時に、上記読み出し光および上記励起光をそれぞれ上記ホログラム記録媒質および上記位相共役ホログラム記録媒質に照射するように制御する構成としてもよい。 The hologram processing apparatus according to the present invention further includes a control unit that controls irradiation of the readout light, the excitation light, the object light, and the reference light and controls the operation of the light modulation unit in the above configuration. The control unit controls the light modulation means to perform a light modulation operation according to information to be recorded at the time of recording, and irradiates the hologram recording medium with the object light and the reference light, A configuration may be adopted in which the readout light and the excitation light are controlled to irradiate the hologram recording medium and the phase conjugate hologram recording medium, respectively, during reproduction.
上記の構成によれば、制御部による上記のような制御に基づいて、記録処理および再生処理が行われることになる。よって、記録処理および再生処理を的確に制御することが可能なホログラム処理装置を提供することができる。 According to said structure, a recording process and a reproduction | regeneration process are performed based on the above controls by a control part. Therefore, it is possible to provide a hologram processing apparatus capable of accurately controlling the recording process and the reproduction process.
また、本発明に係るホログラム処理装置は、上記の構成において、上記ホログラム記録媒質が、BaTiO3結晶によって構成される構成としてもよい。 The hologram processing apparatus according to the present invention may be configured such that, in the above configuration, the hologram recording medium is composed of a BaTiO 3 crystal.
上記の構成によれば、ホログラム記録媒質をBaTiO3結晶によって構成しているので、例えばLiNbO3結晶などの書き込みに時間がかかる材料などを用いる必要がない。よって、処理時間の低減を図ることができる。 According to the above configuration, since the hologram recording medium is composed of BaTiO 3 crystal, it is not necessary to use a material that takes time to write, such as LiNbO 3 crystal. Therefore, the processing time can be reduced.
以上のように、本発明に係るホログラム処理装置は、ホログラムを記録する位相共役ホログラム記録媒質を備え、上記読み出し光が上記ホログラム記録媒質に照射されて該ホログラム記録媒質から出射される回折光が上記位相共役ホログラム記録媒質に照射され、上記ホログラム記録媒質に記録されているホログラムと位相共役なフィードバック光が、該位相共役ホログラム記録媒質から上記ホログラム記録媒質に照射される構成である。 As described above, the hologram processing apparatus according to the present invention includes the phase conjugate hologram recording medium for recording the hologram, and the diffracted light emitted from the hologram recording medium when the readout light is irradiated onto the hologram recording medium. Feedback light that is irradiated onto the phase conjugate hologram recording medium and is phase conjugate with the hologram recorded on the hologram recording medium is irradiated onto the hologram recording medium from the phase conjugate hologram recording medium.
これにより、再生が繰り返されたとしても、記録されているホログラムの劣化が生じず、常に良好な再生を行うことが可能なホログラム処理装置を提供することが可能となるという効果を奏する。 Thereby, even if the reproduction is repeated, there is an effect that it is possible to provide a hologram processing apparatus capable of always performing good reproduction without causing deterioration of the recorded hologram.
本発明の一実施形態について、図1ないし図13に基づいて説明すると以下の通りである。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
(ホログラフィックメモリ装置の構成)
図13に、本発明の実施の一形態に係るホログラフィックメモリ装置(ホログラム処理装置)の概略構成を示す。同図に示すように、該ホログラフィックメモリ装置は、ホログラフィックメモリ(ホログラム記録媒質)1、位相共役鏡(位相共役ホログラム記録媒質)2、ビームスプリッタ3、第1光源4、第2光源5、第3光源6、SLM(光変調手段)7、光検出器(光検出手段)8、および制御部(制御手段)9を備えている。
(Configuration of holographic memory device)
FIG. 13 shows a schematic configuration of a holographic memory device (hologram processing device) according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the holographic memory device includes a holographic memory (hologram recording medium) 1, a phase conjugate mirror (phase conjugate hologram recording medium) 2, a beam splitter 3, a first light source 4, a second
ホログラフィックメモリ1は、光によって書き換え可能なホログラム記録部である。位相共役鏡2は、後述するフィードバック光を生成するものである。このホログラフィックメモリ1および位相共役鏡2の詳細については後述する。
The
第1光源4は、SLM7に対して光を照射するための光源である。SLM7は、第1光源4からの光に対して、記録すべきデータに応じた変調を加え、物体光としてビームスプリッタ3に入射させる。ビームスプリッタ3は、SLM7からの物体光をホログラフィックメモリ1に導光するとともに、ホログラフィックメモリ1から入射された再生光を光検出器8へ導光する。光検出器8は、ビームスプリッタ3から入射された再生光を検出し、データの再生を行う。
The first light source 4 is a light source for irradiating the SLM 7 with light. The SLM 7 modulates the light from the first light source 4 according to the data to be recorded, and makes it incident on the beam splitter 3 as object light. The beam splitter 3 guides the object light from the SLM 7 to the
第2光源5は、書き込み時における参照光および読み出し時における読み出し光をホログラフィックメモリ1に照射するための光源である。この第2光源5からホログラフィックメモリ1に入射される参照光は、第1光源4からSLM7、ビームスプリッタ3を介してホログラフィックメモリ1に入射される物体光とコヒーレントとなるよう、制御部9によって制御される。第3光源6は、励起光を位相共役鏡2に照射するための光源である。
The second
制御部9は、ホログラフィックメモリ装置における動作を統括的に制御する。具体的には、制御部9は、第1光源4、第2光源5、第3光源6、SLM7、および光検出器8の動作を制御する。以下に示すホログラムの記録・再生処理は、制御部9の制御に基づいて行われる。
The controller 9 controls the overall operation of the holographic memory device. Specifically, the control unit 9 controls the operations of the first light source 4, the second
なお、上記の構成では、第1光源4、第2光源5、および第3光源6をそれぞれ別の構成として設けられているが、実際には、単一の光源から出射された光を、ビームスプリッタおよびミラーなどを用いて3つの光に分離し、これらを各光源として機能させる構成としてもよい。この場合、光源を単一にすることができるので、装置コストの低減および構成の簡素化を図ることができる。
In the above configuration, the first light source 4, the second
また、図13に示す構成では、ホログラムを多重記録する構成については考慮されていないが、このような構成を備えていてもよい。例えば、ホログラムの多重記録手法の一例として、ホログラムごとに参照光の波面を変えるスペックル多重記録手法を用いる場合には、後述する参照光の光路上にすりガラスを配置する構成としてもよい。また、ホログラムごとに参照光の波長を変える波長多重記録手法や、ホログラムごとに参照光の角度を変える角度多重記録法、ホログラムごとに参照光の位相を変化させる位相コード多重記録法、参照光として球面波を用い、ホログラムごとに記録媒質(ホログラフィックメモリ)を微小距離移動する球面参照光シフト多重記録法など他のホログラム多重記録手法を用いてもよい。 Further, in the configuration shown in FIG. 13, the configuration for multiplex recording of holograms is not considered, but such a configuration may be provided. For example, as an example of a hologram multiple recording method, when using a speckle multiple recording method that changes the wavefront of the reference light for each hologram, a configuration may be adopted in which ground glass is arranged on the optical path of the reference light described later. Also, as a wavelength multiplex recording method that changes the wavelength of the reference light for each hologram, an angle multiplex recording method that changes the angle of the reference light for each hologram, a phase code multiplex recording method that changes the phase of the reference light for each hologram, and reference light Other hologram multiplex recording methods such as a spherical reference light shift multiplex recording method in which a spherical wave is used and a recording medium (holographic memory) is moved by a minute distance for each hologram may be used.
また、上記の構成では、ホログラムを記録するための構成および再生するための構成の両方を備えた構成となっているが、ホログラムの再生のみを行う構成としてもよい。この場合、第1光源4、SLM7、ビームスプリッタ3などの構成を省略してもよい。 In the above configuration, both the configuration for recording the hologram and the configuration for reproducing the hologram are provided. However, only the hologram may be reproduced. In this case, the configuration of the first light source 4, the SLM 7, the beam splitter 3 and the like may be omitted.
図1に、上記ホログラフィックメモリ装置の要部の概略構成を示す。同図に示すように、ホログラフィックメモリ装置は、光によって書き換え可能(リライタブル)なホログラフィックメモリ1、および、フィードバック生成部としての相互励起型位相共役鏡(MPPCM(Mutually Pumped Phase Conjugate Mirror))2(以降、位相共役鏡2と称する)が設けられている。ホログラフィックメモリ1は、フォトリフラクティブ媒質によって構成される。このホログラフィックメモリ装置において、データの書き込みは物体光(Object beam)と参照光(Reference beam)とによって行われる。また、雑音除去されたデータの読み出し、および記録データを保持した状態での読み出しは読み出し光(Reading beam)と励起光(Pump beam)とによって行われる。以上の構成により、雑音除去機能を有した、光による非破壊読出し可能なリライタブル・ホログラフィック光メモリを実現することができる。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a main part of the holographic memory device. As shown in the figure, the holographic memory device includes a
(記録・書き換え動作)
次に、上記ホログラフィックメモリ装置におけるデータの記録動作および書き換え動作について図2を参照しながら説明する。
(Recording / rewriting operation)
Next, a data recording operation and a rewriting operation in the holographic memory device will be described with reference to FIG.
ビームスプリッタ3を透過した物体光(Object beam)が、参照光(Reference beam)とともに書き換え可能なホログラフィックメモリ1に入射する。物体光中のデータはこれら2つの光波の干渉縞に応じて誘起されるホログラム(屈折率格子)Hとして記録される。ここで、ホログラフィックメモリ1に予め書き込まれていたホログラムHがある場合には、そのホログラムHは消去され、新たに入射した物体光(Object beam)に基づくホログラムHがホログラフィックメモリ1に書き込まれる。これにより、書き換え動作が行われる。
The object beam transmitted through the beam splitter 3 is incident on the rewritable
(読み出し動作)
次に、上記ホログラフィックメモリ装置におけるデータの読み出し動作について図3を参照しながら説明する。
(Read operation)
Next, a data reading operation in the holographic memory device will be described with reference to FIG.
ホログラフィックメモリ1に記録されているデータを読み出す際には、ホログラフィックメモリ1に読み出し光(Reading beam)が照射され、位相共役鏡2に励起光(Pump beam)が入射される。読み出し光は記録時に用いた参照光と同一の方向からホログラフィックメモリ1に対して入射される。読み出し光はホログラフィックメモリ1中のホログラムHによって回折され、その回折光(Diffraction beam)は位相共役鏡2に入射する。
When reading the data recorded in the
位相共役鏡2中では、回折光強度が、励起光強度によって決められる強度閾値よりも大きい場合にのみ、回折光および励起光の入射によって生じる相互励起型位相共役現象を介して、互いの位相共役光を発生させるようなホログラムが生成される。その結果、回折光の位相共役となるフィードバック光(Feedback beam)が発生し、ホログラムメモリ1中に記録されたホログラムHの位相整合条件を自動的に満足して入射する。
In the
ホログラフィックメモリ1中のホログラムHを透過したフィードバック光は、物体光の位相共役となっており、ビームスプリッタ3を介して出力光(Output beam)として出力される。この出力光を検出することによって再生が行われる。
The feedback light transmitted through the hologram H in the
この再生過程において、ビームの露光によるホログラム消去効果と、以下に示されるような2つのホログラム再書き込みが同時に生じる。1つは読み出し光と回折光との干渉による再書き込みであり、もう1つはフィードバック光とフィードバック光の回折光との干渉による再書き込みである。この2つの再書き込みの組み合わせにより、最適な条件下では、ビームの露光による消去効果を上回る再書き込み効果を得ることができる。したがって、上記の構成によれば、熱定着や電場定着等の処理を施さなくてもホログラムは保持され、記録されたデータの全光学的な非破壊再生が可能となる。 In this reproduction process, a hologram erasing effect by beam exposure and two hologram rewritings as shown below occur simultaneously. One is rewriting due to interference between readout light and diffracted light, and the other is rewriting due to interference between feedback light and diffracted light of feedback light. By combining these two rewritings, under the optimum conditions, a rewriting effect exceeding the erasing effect by beam exposure can be obtained. Therefore, according to the above configuration, the hologram is held without performing processing such as heat fixing and electric field fixing, and all-optical nondestructive reproduction of recorded data is possible.
(再生時におけるデータの再書き込みによるホログラムの維持)
上記のように、本実施形態に係るホログラフィックメモリ装置では、読み出し光およびフィードバック光の同時入射、つまり、書き換え可能なホログラフィックメモリ1の両端からビームを同時に入射することによって得られる各々の再書き込み効果の組み合わせによって、ホログラフィックメモリ1に記録されているホログラムHの劣化を防止することが可能となっている。ここでは光のみで書き換え可能なホログラム材料として代表的なフォトリフラクティブ結晶を、ホログラフィックメモリ1の記録媒質として用いた場合について詳細に説明する。
(Maintaining holograms by rewriting data during playback)
As described above, in the holographic memory device according to this embodiment, reading light and feedback light are simultaneously incident, that is, each rewrite obtained by simultaneously incident beams from both ends of the rewritable
ホログラムの再書き込み効果は、読み出し光と、ホログラムによって回折された読み出し光(この読み出し光は記録されているデータの情報を有しており、以降回折光と称する)とが干渉縞を形成し、この干渉縞により再び元の物体光の情報を有するホログラムが記録されることによって実現される。再書き込みの強さは、読み出し光と回折光との強度比に依存する。この強度比が1:1のときに2つの光波による干渉縞のコントラストが最も高くなるため、最も強く書き込まれる。 The rewriting effect of the hologram is that the readout light and the readout light diffracted by the hologram (the readout light has information on the recorded data, hereinafter referred to as diffracted light) form interference fringes, This is realized by recording the hologram having the information of the original object light again by the interference fringes. The strength of rewriting depends on the intensity ratio between the readout light and the diffracted light. When the intensity ratio is 1: 1, the contrast of the interference fringes due to the two light waves is the highest, so that writing is strongest.
一方、フォトリフラクティブ結晶中のホログラムに、その格子が記録された際の光強度分布と異なる分布を有する光波が入射された際には、記録されているホログラムは消去されることになる。 On the other hand, when a light wave having a distribution different from the light intensity distribution when the grating is recorded is incident on the hologram in the photorefractive crystal, the recorded hologram is erased.
図4に、光波の伝搬方向zを横軸、読み出し光の照射開始からの時間経過を縦軸とし、光波がフォトリフラクティブ効果を介して相互作用する領域のz方向の長さとして定義される相互作用長をLとしたときのホログラムの時間的空間的変化を示す。ここで、フォトリフラクティブ結晶中に記録されているホログラムに、図4におけるz=0の方向から読み出し光を入射した場合について、フォトリフラクティブ結晶中に生じる再書き込み効果と消去効果とを合わせて考えると、図4に示されるように、z=0の点では消去効果のみが生じ、z=0+dz以降の点では再書き込み効果が生じる。 In FIG. 4, the propagation direction z of the light wave is the horizontal axis, the time elapsed from the start of the reading light irradiation is the vertical axis, and the mutual length defined as the length in the z direction of the region where the light waves interact via the photorefractive effect. The temporal and spatial changes of the hologram when the action length is L are shown. Here, when the reading light is incident on the hologram recorded in the photorefractive crystal from the direction of z = 0 in FIG. 4, the rewriting effect and the erasing effect generated in the photorefractive crystal are considered together. As shown in FIG. 4, only the erasing effect is produced at the point of z = 0, and the rewriting effect is produced at the point after z = 0 + dz.
まずz=0+dzの点について考えると、この点には読み出し光とz=0の点のホログラムによる回折光とが存在する。よって、この回折光と読み出し光との干渉縞により、記録されたホログラムと同一の情報を有したホログラムが書き込まれる。しかしながら、z=0の点に注目すると、ここには回折光が存在せずホログラムには読み出し光のみが入射されていることになる。当然読み出し光の光強度分布はホログラムを記録した際の光強度分布とは異なるため、z=0の点におけるホログラムは時間が経過するに従って減衰し、最終的には完全に消去される。 First, considering the point of z = 0 + dz, there are readout light and diffracted light from the hologram at the point of z = 0 at this point. Therefore, a hologram having the same information as the recorded hologram is written by the interference fringes between the diffracted light and the readout light. However, paying attention to the point where z = 0, there is no diffracted light here, and only readout light is incident on the hologram. Of course, since the light intensity distribution of the reading light is different from the light intensity distribution when the hologram is recorded, the hologram at the point of z = 0 is attenuated as time elapses, and is finally completely erased.
時間的空間的に上記の現象が連続することにより、ホログラムの分布はzの正方向に移動しながら減衰することとなる。再書き込み効果を得られる領域がz=Lの結晶端面まで到達したとき、もはやそこには再書き込みを行う領域が存在しない。そのため強い消去効果のみが残ることとなり、時間が経過すると結晶中のホログラムは完全に消去されてしまう。 As the above phenomenon continues in time and space, the hologram distribution is attenuated while moving in the positive z direction. When a region where the rewriting effect can be obtained reaches the crystal end face where z = L, there is no longer a region where rewriting is performed. For this reason, only a strong erasing effect remains, and the hologram in the crystal is completely erased as time elapses.
また、フィードバック光のみが読み出し光の入射方向とは反対方向から入射された場合には、読み出し光のみを入射した時と同様の現象が逆方向であるzの負方向に向かって生じる。その結果、読み出し光のみを入射した場合と同様に、時間が経過すると結晶中のホログラムは完全に消去されてしまう。 In addition, when only the feedback light is incident from the direction opposite to the incident direction of the readout light, the same phenomenon as that when only the readout light is incident occurs in the negative direction of z which is the reverse direction. As a result, as in the case where only the readout light is incident, the hologram in the crystal is completely erased over time.
しかしながら、読み出し光とフィードバック光を結晶の両側からそれぞれ同時に入射させた場合、時間が経過してもホログラムは維持され続ける。この場合、図5に示されるように、以下に示す2つのホログラム補完作用が生じる。1つ目の作用は、フィードバック光とその回折光とによって発生する再書き込み効果が、読み出し光の入射によって生じる消去効果で弱められたホログラムを補完する作用である。2つ目の作用は、読み出し光とその回折光とによって発生する再書き込み効果が、フィードバック光の入射によって生じる消去効果で弱められたホログラムを補完するという作用である。フォトリフラクティブ結晶の結合強度が大きい場合、この2つの作用によって、時間が経過しても各々の再書き込み効果が消去効果を上回る位置において常に再書き込みを繰り返すことができる。以上のメカニズムによってホログラムは消去されずに維持されることになり、記録データの非破壊再生が可能となる。 However, when the reading light and the feedback light are simultaneously incident from both sides of the crystal, the hologram is maintained even after a lapse of time. In this case, as shown in FIG. 5, the following two hologram complementing actions occur. The first action is an action that complements the hologram in which the rewriting effect generated by the feedback light and its diffracted light is weakened by the erasing effect caused by the incidence of the reading light. The second effect is that the rewriting effect generated by the readout light and its diffracted light complements the hologram that is weakened by the erasing effect caused by the incidence of the feedback light. When the coupling strength of the photorefractive crystal is high, rewriting can be always repeated at a position where each rewriting effect exceeds the erasing effect even if time passes by these two actions. With the above mechanism, the hologram is maintained without being erased, and the recorded data can be reproduced nondestructively.
(位相共役鏡の閾値特性を用いた雑音除去)
相互励起型の位相共役鏡2とは、互いにインコヒーレントな2本の光波が入射されると、互いの位相共役光を発生することができる位相共役鏡である。位相共役鏡2を上記のような位相共役鏡として的確に機能させる、すなわち、位相共役鏡2中に相互励起型の位相共役鏡を生成するためには、入射させる2本の光波の強度比が重要な要素となる。適切な強度比を与えれば、位相共役鏡2を上記のような位相共役鏡として的確に機能させることができるが、不適切な強度比に対しては、位相共役鏡2を上記のような位相共役鏡として的確に機能させることができない。この適切な光強度比の限界は、詳細は後述するが、結合強度によって決定され、そのときの結合強度の値を結合強度閾値という。なお、相互励起型位相共役鏡の形成過程に関しては、前記の非特許文献10に示されている。
(Noise reduction using threshold characteristics of phase conjugate mirror)
The mutual excitation type
図6に位相共役鏡2における入射強度比に対する結合強度閾値の関係を示す。ここで、2本の光波の強度をI1およびI2としている。入射強度比が1、つまり2本の入射光波の強度が等しい場合、最小の結合強度閾値2.0をとる。入射強度比が大きくあるいは小さくなる、つまり2本の入射光波の強度差が大きくなるにつれて、結合強度閾値は上昇する。
FIG. 6 shows the relationship of the coupling intensity threshold value with respect to the incident intensity ratio in the
図7に、入射強度差がほとんどない光波を位相共役鏡2の媒質に入射した場合と入射強度差が大きい光波を媒質に入射した場合を(a)および(b)として示す。例えば、位相共役鏡2の媒質の結合強度が3.0である場合、図7における(a)および(b)の状態は、それぞれ図6のグラフ中に示される(a)および(b)の入射強度比に対応する。図7における(a)に示すように、入射強度差がほとんどない場合、図6の関係によって求められる結合強度閾値は、位相共役鏡2の媒質における結合強度の値より十分小さくなる。よって、位相共役鏡2の媒質内に相互励起型位相共役鏡が生成され(位相共役鏡2が相互励起型の位相共役鏡2として機能し)、2つの光波における互いの位相共役光が発生する。
FIG. 7 shows (a) and (b) a case where a light wave having almost no difference in incident intensity is incident on the medium of the
一方、図7における(b)に示すように、入射強度差が大きい場合、図6の関係によって求められる結合強度閾値が位相共役鏡2の媒質の結合強度より大きくなる。よって、位相共役鏡2の媒質内に相互励起型位相共役鏡が生成されない(位相共役鏡2が相互励起型の位相共役鏡2として機能しない)。なお、図7において、位相共役鏡2の媒質内に相互励起型位相共役鏡が生成された場合(a)には、位相共役光(Phase conjugate beam)が発生している。
On the other hand, as shown in FIG. 7B, when the difference in incident intensity is large, the coupling intensity threshold obtained by the relationship of FIG. 6 becomes larger than the coupling intensity of the medium of the
以上を考慮すれば、図1などに示すように位相共役鏡2を光フィードバック回路として用いた場合、1本目の光である励起光強度(図1および図3におけるPump beam)を一定とすると、2本目の光としてノイズなどのこれより小さな強度の回折光(図1および図3におけるDiffraction beam)が入射されたとしても、位相共役鏡2の媒質内に相互励起型位相共役鏡が生成されず、フィードバック光(図1および図3におけるFeedback beam)は発生しないことになる。
Considering the above, when the
通常のホログラフィックメモリはアナログ記録が行われるので、元のデータに含まれる雑音成分や記録・再生中に生じた雑音成分は、除去されることないので、そのまま再生データの劣化を引き起こすことになる。これに対して、本実施形態の構成によれば、このような雑音成分が生じても、その強度が励起光強度よりも十分に小さく相互励起型位相共役鏡が生成されるのに十分な閾値に達しなければ、それらの雑音成分によるフィードバック光は生じず再生時に維持されることはない。したがって、このような雑音成分によって一時的にホログラムの書き込みが生じ、記録データが劣化したとしても、再生時には読出し光による消去作用によって消滅するものと考えられる。以上のようなメカニズムにより、雑音成分によって、記録されたホログラムが劣化されたり、雑音成分そのものが誤記録されて再生データの品質が低下したりする可能性を著しく低減することができる。 Since ordinary holographic memory performs analog recording, the noise component contained in the original data and the noise component generated during recording / reproduction are not removed, which causes degradation of the reproduced data as they are. . On the other hand, according to the configuration of the present embodiment, even if such a noise component occurs, a threshold sufficient to generate a mutual excitation type phase conjugate mirror whose intensity is sufficiently smaller than the excitation light intensity. If the value does not reach, feedback light due to these noise components does not occur and is not maintained during reproduction. Therefore, even if the hologram component is temporarily written by such a noise component and the recorded data is deteriorated, it is considered that it disappears due to the erasing action by the reading light during reproduction. With the mechanism as described above, it is possible to significantly reduce the possibility that the recorded hologram is degraded by the noise component, or that the noise component itself is erroneously recorded and the quality of the reproduction data is lowered.
(数値解析の実施例)
次に、本実施形態の構成による非破壊読み出し性能および雑音除去性能についての数値解析結果について説明する。図8は、この数値解析を行う上での処理の流れを模式的に示している。同図において、縦軸は時間経過を表している。また、同図において、OJは物体光(Object Beam)、RDは読み出し光(Reading Beam)、RFは参照光(Reference Beam)、DFは回折光(Diffraction Beam)、FBはフィードバック光(Feedback Beam)、および、PUは励起光(Pump Beam)を示している。各光波の相互作用は以下の結合波動方程式で表される。
(Example of numerical analysis)
Next, numerical analysis results on the nondestructive reading performance and noise removal performance according to the configuration of the present embodiment will be described. FIG. 8 schematically shows the flow of processing in performing this numerical analysis. In the figure, the vertical axis represents the passage of time. In the figure, OJ is an object beam, RD is a reading beam, RF is a reference beam, DF is a diffracted beam, and FB is a feedback beam. , And PU indicate excitation light (Pump Beam). The interaction of each light wave is expressed by the following coupled wave equation.
ここで、I2S(0)は物体光の光強度、I1S(0)は読み出し光または参照光の光強度、I3M(LM)は回折光の光強度、I3S(LS)はフィードバック光の光強度、I1M(0)は励起光の光強度を表している。また、Ajk(j=1〜4)は各光波の振幅を表し、添え字k(k=S,M)はそれぞれホログラフィックメモリ1および位相共役鏡2を表す。γkおよびτkは相互作用における結合係数および時定数、Qkはフォトリフラクティブ効果により誘起される空間電界に比例する関数である。また、ejk(数1中ではベクトルeハットとして記載)は偏光単位ベクトル、I0kは全光強度、Lkは光波の相互作用長を表す。本解析において、ホログラフィックメモリ1の時定数を光強度50mW/cm2に対し1sとし、τM/τS=0.05とした。いずれの解析においても、図8に示されるように50秒間物体光と参照光とをホログラフィックメモリ1に入射させてホログラムを記録した後、読み出し光と励起光とを入射させることによって再生を行うと仮定し、結合係数と相互作用長の積(γkLk)で表される結合強度をγLkとおく。
Here, I 2S (0) is the light intensity of the object light, I 1S (0) is the light intensity of the readout light or reference light, I 3M (L M ) is the light intensity of the diffracted light, and I 3S (L S ) is The light intensity of the feedback light, I 1M (0), represents the light intensity of the excitation light. A jk (j = 1 to 4) represents the amplitude of each light wave, and the subscript k (k = S, M) represents the
(非破壊読み出し特性)
図9に、再生時において、ホログラフィックメモリ1の結合強度γLSを3種類の値とした場合における、それぞれの出力光強度I3S(0)の時間応答特性を示す。ここで、物体光強度I2S(0)、読み出し光強度I1S(0)および励起光強度I1M(0)をそれぞれ10mW/cm2、10mW/cm2、および20mW/cm2とし、位相共役鏡2の結合強度γLMを3とした。γLS=2.1の場合、出力光強度は一時的に上昇するものの、すぐに減少し約30秒後には消失してしまう。一方、γLS=2.4およびγLS=2.7の場合には、出力光は200秒以上にわたって発生し続けることが確認できる。以上から、ホログラフィックメモリ1として、比較的大きな結合係数を有する記録媒質を用いることによって、非破壊読み出しを達成できることがわかる。
(Non-destructive readout characteristics)
9, at the time of reproduction, in the case where the three values of binding strength GanmaL S of the
(雑音除去特性)
図10に、記録時に用いた物体光の信号レベルを4種類の値とした場合における、それぞれの読み出し時の出力光強度I3S(0)の時間応答特性を示す。ここで、読み出し光強度I1S(0)および励起光強度I1M(0)をそれぞれ10mW/cm2、および20mW/cm2とし、ホログラフィックメモリ1の結合強度γLSおよび位相共役鏡2の結合強度γLMをそれぞれ2.4および3とした。物体光の信号レベルが0dB、−10dBおよび−20dBの場合には出力光強度は発生し続け、一定値約6.5mW/cm2をとる。一方、物体光の信号レベルが−30dBの場合、出力光は発生しない。以上のことから、本実施形態の構成において、記録可能な信号レベルに対して強度閾値が存在し、その強度閾値を境にデータを2値化(デジタル化)する機能を有していることがわかる。
(Noise reduction characteristics)
FIG. 10 shows time response characteristics of the output light intensity I 3S (0) at the time of reading when the signal level of the object light used at the time of recording is set to four kinds of values. Here, the read light intensity I 1S (0) and the excitation light intensity I 1M (0), respectively 10 mW / cm 2, and a 20 mW / cm 2, binding of the holographic binding strength of the
以上のことから、本実施形態に係るホログラフィックメモリ装置は、アナログデータに対する雑音除去機能を有していること、また、デジタルデータの記録・再生に用いた場合には、物理層レベルにおける低ビット誤り率での記録・再生が可能となることがわかる。 From the above, the holographic memory device according to the present embodiment has a noise removal function for analog data, and when used for recording / reproducing digital data, a low bit at the physical layer level. It can be seen that recording / reproduction with an error rate becomes possible.
(実験例)
次に、本実施形態に係るホログラフィックメモリ装置を用いて実際に記録再生処理を行った実験例について説明する。本実験例では、ホログラフィックメモリ1および位相共役鏡2を構成する記録媒質として、BaTiO3結晶(フォトリフラクティブ結晶)を用い、レーザ光源として波長514.5nmのアルゴンイオンレーザを用いた。この場合の実験系の概略を図11(a)〜図11(c)に示す。また、実験結果としての再生画像の読み出し開始からの時間変化を図12(a)〜図12(c)に示し、実験で用いた入力画像を図12(d)に示す。なお、図12(a)〜図12(c)において、再生画像の下部に示す時間は、読み出し開始からの経過時間を示している。
(Experimental example)
Next, an experimental example in which recording / reproduction processing is actually performed using the holographic memory device according to the present embodiment will be described. In this experimental example, a BaTiO 3 crystal (photorefractive crystal) was used as a recording medium constituting the
図11(a)に示す実験系は、ホログラフィックメモリ1のみを設け、位相共役鏡2を設けない公知のホログラフィックメモリ装置の系を示している。この系による再生画像の時間変化を図12(a)に示す。同図に示すように、読み出し開始時にはデータは正確に再生されているが、2分後には大部分のデータが消えており、5分後にはデータがほぼ完全に消去されていることがわかる。
The experimental system shown in FIG. 11A shows a known holographic memory device system in which only the
図11(c)に示す実験系は、本実施形態に係るホログラフィックメモリ装置に対応するものであり、ホログラフィックメモリ1および位相共役鏡2を備えた構成となっており、相互励起型の位相共役鏡2によるフィードバック光を用いている。この系による再生画像の時間変化を図12(c)に示す。同図に示すように、読み出し開始から20分が経過しても、記録されたデータが消去されておらず、非破壊読み出しに成功していることがわかる。また、長時間の読出しを行っても画像にノイズが混じることはなく、雑音除去効果があることがわかる。
The experimental system shown in FIG. 11C corresponds to the holographic memory device according to the present embodiment, and includes a
図11(b)は、本実施形態に係るホログラフィックメモリ装置の変形例として、位相共役鏡2’として、自己励起型の位相共役器(SPPCM(Self Pumped Phase Conjugate Mirror))を設け、このフィードバック光を用いた構成を示している。この系による再生画像の時間変化を図12(b)に示す。同図に示すように、この系の場合にも、読み出し開始から20分を経過しても、記録されたデータが消去されておらず、長時間にわたる読み出しが可能となっている。しかしながら、再生画像中にノイズが発生しており、時間経過によってもこのノイズが除去されておらず、不鮮明な再生画像が観測されている。すなわち、この系では、雑音除去効果はないことがわかる。以上より、相互励起型の位相共役鏡2を用いてフィードバックを行う構成は、画質ならびに非破壊読み出し時間の両面から有利であることがわかる。
FIG. 11B shows a modified example of the holographic memory device according to the present embodiment, in which a self-excited phase conjugator (SPPCM (Self Pumped Phase Conjugate Mirror)) is provided as the
実験機材の都合上ホログラフィックメモリとレンズ及び位相共役器の距離は図11(b)と図11(c)との間で異なっているが、いずれの系においてもホログラフィックメモリとレンズ及び位相共役器の距離を等しくすることは可能である。両者の構成上の相違としては、SPPCMにおいては、位相共役器への励起光の入射が不要であり、位相共役器中で発生した光が結晶中で全反射となるような光線角度で光線を入射する。一方、MPPCMでは、位相共役器への励起光の入射が必要であり、位相共役器への2つの入射波が共にビームファニングを効率良く発生する角度で入射させる必要がある。 The distance between the holographic memory, the lens, and the phase conjugator is different between FIG. 11B and FIG. 11C for the convenience of the experimental equipment. In either system, the holographic memory, the lens, and the phase conjugate. It is possible to make the distances of the vessels equal. The difference between the two is that in SPPCM, it is not necessary to enter the excitation light into the phase conjugator, and the light beam generated at a light beam angle so that the light generated in the phase conjugator is totally reflected in the crystal. Incident. On the other hand, in MPPCM, it is necessary for the excitation light to be incident on the phase conjugator, and it is necessary that both incident waves to the phase conjugator be incident at an angle that efficiently generates beam fanning.
なお、上記した具体的な実施の形態と実施例とは、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と特許請求の範囲に記載した範囲内で、種々変更して実施することができるものである。 The specific embodiments and examples described above are merely to clarify the technical contents of the present invention, and should not be interpreted in a narrow sense by limiting only to such specific examples. Rather, various modifications can be made within the spirit and scope of the present invention.
本発明に係るホログラフィックメモリ装置は、大容量のデータを記録し、かつ、データの記録速度、読み出し速度を高速に行うことを要求される情報記録再生装置として用いることができる。 The holographic memory device according to the present invention can be used as an information recording / reproducing device that is required to record a large amount of data and to perform a high data recording speed and a high data reading speed.
1 ホログラフィックメモリ(ホログラム記録媒質)
2 位相共役鏡(位相共役ホログラム記録媒質)
3 ビームスプリッタ
4 第1光源
5 第2光源
6 第3光源(励起光光源)
7 SLM(光変調手段)
8 光検出器(光検出手段)
9 制御部(制御手段)
1 Holographic memory (hologram recording medium)
2 Phase conjugate mirror (phase conjugate hologram recording medium)
3 beam splitter 4
7 SLM (light modulation means)
8 Light detector (light detection means)
9 Control unit (control means)
Claims (6)
ホログラムを記録する位相共役ホログラム記録媒質を備え、
上記読み出し光が上記ホログラム記録媒質に照射されて該ホログラム記録媒質から出射される回折光が上記位相共役ホログラム記録媒質に照射され、上記ホログラム記録媒質に記録されているホログラムと位相共役なフィードバック光が、該位相共役ホログラム記録媒質から上記ホログラム記録媒質に照射されることを特徴とするホログラム処理装置。 A hologram processing apparatus for reproducing a hologram recorded on a hologram recording medium by irradiating the hologram recording medium with reading light,
A phase conjugate hologram recording medium for recording a hologram;
The readout light is applied to the hologram recording medium, the diffracted light emitted from the hologram recording medium is applied to the phase conjugate hologram recording medium, and feedback light that is phase conjugate with the hologram recorded on the hologram recording medium is generated. The hologram processing apparatus irradiates the hologram recording medium from the phase conjugate hologram recording medium.
上記読み出し光が上記ホログラム記録媒質に照射されて該ホログラム記録媒質から出射される回折光と、上記励起光とにより生じる回折光によって、上記位相共役ホログラム記録媒質に、ホログラム記録媒質に記録されているホログラムと位相共役なホログラムが形成されるとともに、
上記位相共役ホログラム記録媒質が、上記励起光および上記回折光が入射された際に、相互励起型の位相共役鏡が生成されることを特徴とする請求項1記載のホログラム処理装置。 An excitation light source for irradiating the phase conjugate hologram recording medium with excitation light;
The readout light is applied to the hologram recording medium and is recorded on the hologram recording medium in the phase conjugate hologram recording medium by diffracted light generated by the diffracted light emitted from the hologram recording medium and the excitation light. A hologram that is phase conjugate with the hologram is formed,
2. The hologram processing apparatus according to claim 1, wherein when the excitation light and the diffracted light are incident on the phase conjugate hologram recording medium, a mutual excitation type phase conjugate mirror is generated.
上記ホログラム記録媒質に対して物体光および参照光を照射することによって、該ホログラム記録媒質にホログラムを記録する処理をさらに行うことを特徴とする請求項1記載のホログラム処理装置。 Light modulation means for performing spatial modulation on the light based on the two-dimensional image information and irradiating the hologram recording medium with light as object light;
2. The hologram processing apparatus according to claim 1, further comprising a process of recording a hologram on the hologram recording medium by irradiating the hologram recording medium with object light and reference light.
上記制御部が、記録時に、上記光変調手段に記録すべき情報に応じた光変調動作を行わせるとともに、上記物体光および上記参照光を上記ホログラム記録媒質に照射するように制御し、再生時に、上記読み出し光および上記励起光をそれぞれ上記ホログラム記録媒質および上記位相共役ホログラム記録媒質に照射するように制御することを特徴とする請求項3記載のホログラム処理装置。 A controller that controls irradiation of the readout light, the excitation light, the object light, and the reference light, and controls the operation of the light modulation unit;
The control unit controls the light modulation means to perform a light modulation operation according to information to be recorded at the time of recording, and controls to irradiate the hologram recording medium with the object light and the reference light. 4. The hologram processing apparatus according to claim 3, wherein the reading light and the excitation light are controlled to irradiate the hologram recording medium and the phase conjugate hologram recording medium, respectively.
上記読み出し光が上記ホログラム記録媒質に照射されて該ホログラム記録媒質から出射される回折光を、ホログラムを記録する位相共役ホログラム記録媒質に照射するステップと、
上記位相共役ホログラム記録媒質から出射される、上記ホログラム記録媒質に記録されているホログラムと位相共役なフィードバック光を上記ホログラム記録媒質に照射するステップとを有することを特徴とするホログラム処理方法。 A hologram processing method for reproducing a hologram recorded on a hologram recording medium by irradiating the hologram recording medium with readout light,
Irradiating the phase conjugate hologram recording medium for recording the hologram with the diffracted light emitted from the hologram recording medium when the readout light is irradiated on the hologram recording medium;
A hologram processing method comprising: irradiating the hologram recording medium with a hologram recorded on the hologram recording medium and phase conjugate feedback light emitted from the phase conjugate hologram recording medium.
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