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公開番号2025131637
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-09
出願番号2025087116,2022547893
出願日2025-05-26,2021-02-22
発明の名称ホログラフィック記憶装置
出願人マイクロソフトテクノロジーライセンシング,エルエルシー
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類G11B 7/0065 20060101AFI20250902BHJP(情報記憶)
要約【課題】ホログラフィックデータ記憶システムを提供する。
【解決手段】エミッタシステム504、ホログラフィック記録媒体102と、1つ又は複数の導波路203～208から形成された入力導波路ネットワークとを含むホログラフィックデータ記憶システムであって、ホログラフィック記録媒体は、入力導波路ネットワークの複数のアウトカップリング領域にそれぞれ光学的に結合された複数の記録領域を有し、アウトカップリング領域のいずれか1つで受信した入力ビーム104のデータを、対応する記録領域に持続的に書き込むように配置される。コントローラは、エミッタシステムと、入力導波路ネットワークの少なくとも1つの制御可能な誘導要素との少なくとも1つに結合され、入力ビームの少なくとも1つの光学特性又は少なくとも1つの誘導要素を制御して、インカップリング領域から複数のアウトカップリング領域の任意の選択されたものに入力ビームを誘導する。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
ホログラフィックデータ記憶システムであって、
異なる方向に伝播する入力ビームの複数の伝播モードとして複数の画像ピクセルを符号化するマルチモード光信号の形態で前記入力ビームを放出するように構成されたエミッタシステムと、
複数の伝播モードを同時に運ぶための１つ又は複数のマルチモード光導波路から形成された入力導波路ネットワークであって、前記エミッタシステムから入力ビームを受信するためのインカップリング領域と、複数のアウトカップリング領域とを有する入力導波路ネットワークと、
前記入力導波路ネットワークの前記複数のアウトカップリング領域の対応するものにそれぞれ光学的に結合された複数の記録領域を有する少なくとも１つのホログラフィック記録媒体であって、前記ホログラフィックデータ記憶システムは、前記アウトカップリング領域のいずれか１つで受信された入力ビームにおいて符号化された複数の画像ピクセルを、前記対応する記録領域に持続的及び同時に書き込むように配置される、少なくとも１つのホログラフィック記録媒体と、
前記エミッタシステムと前記入力導波路ネットワークの少なくとも１つの制御可能な誘導要素との少なくとも１つに結合されたコントローラであって、前記入力ビームの少なくとも１つの光学特性又は前記少なくとも１つの誘導要素を制御して、前記インカップリング領域から前記複数のアウトカップリング領域の任意の選択されたものに前記入力ビームを誘導するように構成され、前記複数の記録領域の異なるものは、前記マルチモード光導波路ネットワークの前記複数のアウトカップリング領域が前記ホログラフィック記録媒体の前記対応する記録領域に対して固定場所に留まっている間に、前記複数のアウトカップリング領域の異なるものに前記入力ビームを誘導するように前記少なくとも１つの光学特性を変更するか、又は前記少なくとも１つの誘導要素を制御することにより、前記同じインカップリング領域から書き込まれ得る、コントローラと
を含むホログラフィックデータ記憶システム。
続きを表示（約 2,900 文字）【請求項２】
前記エミッタシステムは、参照ビームを提供するように構成され、前記ホログラフィックデータ記憶システムは、前記記録領域のいずれか１つに前記参照ビームを誘導するように構成可能であり、前記コントローラは、書き込み期間において、前記入力ビームと前記参照ビームとの間の干渉によって生じたパターンとして前記入力ビームのデータを記憶するために、前記参照ビーム及び前記入力ビームを前記同じ記録領域に誘導させるように構成される、請求項１に記載のホログラフィックデータ記憶システム。
【請求項３】
１つ又は複数のさらなるマルチモード光導波路から形成された参照導波路ネットワークを含み、前記参照導波路ネットワークは、前記エミッタシステムから前記参照ビームを受信するためのインカップリング領域と、複数のアウトカップリング領域とを有し、前記ホログラフィック記録媒体の前記複数の記録領域の各々は、前記参照導波路ネットワークの前記複数のアウトカップリング領域の対応するものにも光学的に結合され、前記コントローラは、前記参照ビームの少なくとも１つの光学特性又は前記参照導波路ネットワークの少なくとも１つの制御可能な誘導要素を制御して、前記参照導波路ネットワークの前記インカップリング領域から前記参照導波路ネットワークの前記複数のアウトカップリング領域の任意の選択されたものに前記参照ビームを誘導させるように構成され、前記コントローラは、前記書き込み期間において、前記同じ記録領域に光学的に結合された前記アウトカップリング領域に前記参照ビームを誘導させるように構成される、請求項２に記載のホログラフィックデータ記憶システム。
【請求項４】
前記入力導波路ネットワークは、前記入力ビームと前記参照ビームとの両方を受信するように配置され、前記コントローラは、前記書き込み期間において、前記ビームの両方を前記同じ記録領域に誘導するために、
前記入力ビームの前記少なくとも１つの光学特性及び前記参照ビームの少なくとも１つの光学特性、又は
前記誘導要素
を制御するように構成される、請求項２に記載のホログラフィックデータ記憶システム。
【請求項５】
前記コントローラは、前記参照ビームの異なる位相特性及び／又は異なる角度で生成された複数のパターンが前記記録領域の単一の１つに記憶されるように、前記参照ビームの位相特性及び／又は前記参照ビームが前記入力導波路ネットワーク若しくは前記参照導波路ネットワークに結合される角度を制御するために前記エミッタシステムに結合される、請求項３又は４に記載のホログラフィックデータ記憶システム。
【請求項６】
少なくとも１つの検出器アレイを含み、前記コントローラは、読み取り期間において、前記エミッタシステムから、読み取られる前記記録領域の１つに前記参照ビームを誘導させ、それにより、そこに記憶されたパターンと前記参照ビームが相互作用することによって生成された出力ビームを、前記記憶されたパターンのデータを前記出力ビームから回復するために前記検出器アレイで受信させるように構成される、請求項２～５のいずれか一項に記載のホログラフィックデータ記憶システム。
【請求項７】
請求項１に記載の入力導波路ネットワーク又は請求項３に記載の参照導波路ネットワークは、前記出力ビームを受信するように配置され、前記コントローラは、前記参照ビームの前記光学特性又は前記入力導波路ネットワーク若しくは前記参照導波路ネットワークの前記少なくとも１つの誘導要素を制御して、前記出力ビームを前記検出器アレイに誘導させるように構成され、それにより、前記同じ検出器アレイが、前記記録領域の異なるものから読み取るために使用され得る、請求項６に記載のホログラフィックデータ記憶システム。
【請求項８】
１つ又は複数のさらなるマルチモード導波路から形成された出力導波路ネットワークを含み、前記出力導波路ネットワークは、複数のインカップリング領域であって、前記ホログラフィック記録媒体の前記複数の記録領域の各々は、それから出力ビームを受信するために、前記出力導波路ネットワークの前記複数のインカップリング領域の対応するものにも光学的に結合される、複数のインカップリング領域と、出力ビームを前記検出器アレイに提供するためのアウトカップリング領域とを有し、前記コントローラは、
前記参照ビームの前記少なくとも１つの光学特性、及び従って前記出力ビームの少なくとも１つの対応する光学特性を制御するための前記エミッタシステム、並びに
前記出力導波路ネットワークの少なくとも１つの制御可能な誘導要素
の少なくとも１つに結合され、前記コントローラは、前記読み取り期間において、前記参照ビームの前記少なくとも１つの光学特性又は前記出力導波路ネットワークの前記少なくとも１つの誘導要素を制御して、前記出力ビームを前記検出器アレイに誘導させるように構成され、前記記録領域の異なるものは、前記同じ検出器アレイを使用して、前記出力導波路ネットワークの前記インカップリング領域が前記ホログラフィック記録媒体の前記記録領域に対して固定場所に留まっている間に読み取られ得る、請求項６に記載のホログラフィックデータ記憶システム。
【請求項９】
前記入力導波路ネットワークのマルチモード導波路は、前記導波路の軸に沿って延在する側面を有し、前記側面は、前記ホログラフィック記録媒体の第１の側面と位置合わせされ、前記入力導波路ネットワークの前記アウトカップリング領域は、前記導波路の前記側面の異なる場所にある、請求項１～８のいずれか一項に記載のホログラフィックデータ記憶システム。
【請求項１０】
前記入力導波路ネットワークの複数の第２のマルチモード光導波路は、前記入力導波路ネットワークの第１のマルチモード光導波路に対して、前記第１の導波路の側面に沿って異なる場所で光学的に結合され、前記入力導波路ネットワークの前記マルチモード光導波路は、前記第２の導波路の１つであり、他の第２の導波路の各々も、
前記ホログラフィック記録媒体のそれぞれのさらなる記録領域、又は
少なくとも１つのさらなるホログラフィック記録媒体のそれぞれの記録領域
に光学的に結合された複数のアウトカップリング領域を有し、前記コントローラは、前記入力ビームの前記少なくとも１つの光学特性又は前記入力導波路ネットワークの前記少なくとも１つの誘導要素を制御して、前記インカップリング領域から、前記第１の導波路を介して、前記第２の導波路のいずれか１つ及び前記第２の導波路の前記アウトカップリング領域のいずれか１つに前記入力ビームを誘導させるように構成される、請求項９に記載のホログラフィックデータ記憶システム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
技術分野
[001] 本開示は、概して、ホログラフィック記憶装置に関する。
続きを表示（約 4,800 文字）【背景技術】
【０００２】
背景
[002] ホログラフィック記憶装置は、コンピュータ記憶装置の形態であり、媒体を光パターンにさらすことによって感光性ホログラフィック記録媒体に情報が記録される。例えば、媒体の領域（サブボリューム）は、データのセットが埋め込まれた入力ビームと参照ビームとの干渉によって生じる光干渉パターンにさらすことができる。ビームは、例えば、単一のレーザ及びビームスプリッタを使用して生成されるレーザビームであり得る。入力ビームにデータのセットを埋め込むため、空間光変調（ＳＬＭ）を使用することができる（例えば、データのセットを符号化した画像を空間変調して入力ビームに埋め込むことができる）。誤解を避けるため、本明細書では、「光」、「光学」及び同様の用語は、可視光に限定されない。ホログラフィック記憶装置は、例えば、電磁スペクトルの非可視部分内の赤外線又は紫外線ビームを使用して実装することができる。
【０００３】
[003] 十分なビーム出力及び露光時間により、光干渉パターンは、サブボリューム内において持続的な状態変化をもたらす（この時点では、干渉パターンは、本明細書において、サブボリュームに持続的に記録されるか又は書き込まれると言われる）。サブボリュームの状態変化は、その後の時点において、実質的に整合する参照ビームにサブボリュームがさらされ次第、整合する参照ビームとサブボリュームとの間の相互作用により、入力ビームに元々埋め込まれたデータのセットを出力ビームから回復できる（これは、本明細書では、記録されたパターンを読み取ることと呼ばれ得る）という意味において、オリジナル入力ビームと本質的に整合する出力ビームが生成されるようなものである。
【０００４】
[004] 個々のビットを離散単位として記憶するのではなく、単一の干渉パターンは、多く（例えば、数百万）のビットを符号化することができる。例えば、データのセットは、入力ビームに埋め込まれたメガピクセル画像であり得る。その上、ホログラフィック記録媒体のある形態の感度を参照ビームの角度の小さい変化に利用することにより、多く（例えば、数百又は数千）のそのようなパターンを同じサブボリュームに記録することが可能である。そのような媒体の場合、所定の角度の参照ビームで干渉パターンが生成されると、記録されたパターンは、それを生成するために元々使用された参照ビームと厳密に整合する参照ビームを使用することによってのみ読み取ることができる。この効果は、異なる参照ビーム角度で同じサブボリュームに複数のパターンを記録する（異なるデータのセットを符号化する）ために利用することができる。理論的には、データ記憶容量は、ビームの波長によってのみ制限され、潜在的には赤色光の場合には１立方ミリメートルあたり数百メガバイトであり、紫外線の場合には数十ギガバイトである。実際には、他の制限要因があり得るが、それにもかかわらず、高密度データ記憶の大きい可能性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
概要
[005] この概要は、選択された概念を簡略化して紹介するために提供され、それらの概念は、以下の詳細な説明でさらに説明される。この概要は、特許請求される主題の重要な特徴又は本質的な特徴を特定することを意図するものでも、特許請求される主題の範囲を限定するために使用することを意図するものでもない。また、特許請求される主題は、本明細書で記述される欠点のいずれか又はすべてを解決する実装形態に限定されるものでもない。
【０００６】
[006] ホログラフィック記録媒体にわたって空間多重化を提供するホログラフィックデータ記憶／回復システムは、媒体の異なる物理的なサブボリュームに書き込むこと／サブボリュームから読み取ることができるという意味において、典型的には例えばシステムの読み取り／書き込みヘッド（そこから入力及び参照ビームが放出され、そこで出力ビームが検出される）に対して媒体を動かすか、又は媒体に対して読み取り／書き込みヘッドを動かすためのホログラフィック媒体の制御可能な機械的動作を引き起こすために、何らかの形態の機械式アクチュエータを必要とする。従って、データの書き込み／読み取りが可能な速度並びにまたそのようなシステムのスケーラビリティ及び信頼性に対する制限が課される。本明細書で開示される技術の態様は、そのような機械的動作の必要性を低減又は排除する。
【０００７】
[007] 本明細書の第１の態様は、ホログラフィックデータ記憶システムであって、エミッタシステムと、少なくとも１つのホログラフィック記録媒体と、複数の伝播モードを同時に運ぶための１つ又は複数のマルチモード光導波路から形成された入力導波路ネットワークとを含むホログラフィックデータ記憶システムを提供する。エミッタシステムは、異なる方向に伝播する入力ビームの複数の伝播モードとして複数の画像ピクセルを符号化するマルチモード光信号の形態で入力ビームを放出するように構成される。入力導波路ネットワークは、エミッタシステムから入力ビームを受信するためのインカップリング領域と、複数のアウトカップリング領域とを有する。少なくとも１つのホログラフィック記録媒体は、入力導波路ネットワークの複数のアウトカップリング領域の対応するものにそれぞれ光学的に結合された複数の記録領域を有し、ホログラフィックデータ記憶システムは、アウトカップリング領域のいずれか１つで受信された入力ビームにおいて符号化された複数の画像ピクセルを、対応する記録領域に持続的及び同時に書き込むように配置される。コントローラは、エミッタシステムと、入力導波路ネットワークの少なくとも１つの制御可能な誘導要素との少なくとも１つに結合され、コントローラは、入力ビームの少なくとも１つの光学特性又は少なくとも１つの誘導要素を制御して、インカップリング領域から複数のアウトカップリング領域の任意の選択されたものに入力ビームを誘導するように構成される。この配置を用いて、複数の記録領域の異なるものは、マルチモード光導波路ネットワークの複数のアウトカップリング領域がホログラフィック記録媒体の対応する記録領域に対して固定場所に留まっている間、複数のアウトカップリング領域の異なるものに入力ビームを誘導するように前記少なくとも１つの光学特性を変更するか、又は前記少なくとも１つの誘導要素を制御することにより、同じインカップリング領域から書き込まれ得る。
【０００８】
[008] それに従って、第１の態様では、ホログラフィック記録媒体にわたる空間多重化は、エミッタシステム、ホログラフィック記録媒体又は入力導波路ネットワークのいかなる機械的動作も必要とすることなく、書き込みオプションに対して達成される。誘導要素が制御可能である事例では、入力導波路ネットワークを通して異なるルートに沿って媒体の異なる領域に入力ビームを誘導するように誘導要素を制御することができ、ビームの光学特性を変化させる事例では、入力導波路ネットワークは、アクティブであっても又はなくてもよいが（すなわちパッシブであってもアクティブであってもよいが）、いずれにしても、入力導波路ネットワークは、入力ビームの光学特性の変化に応答し、そのような変化により、入力ビームは、異なるルートに沿って同様に誘導される。
【０００９】
[009] 本明細書の第２の態様は、ホログラフィックデータ回復システムであって、エミッタシステムと、画像を検出するための少なくとも１つの検出器アレイと、少なくとも１つのホログラフィック記録媒体と、１つ又は複数のマルチモード光導波路から形成された参照導波路ネットワークとを含むホログラフィックデータ回復システムを提供する。参照導波路ネットワークは、エミッタシステムから参照ビームを受信するためのインカップリング領域と、少なくとも１つのホログラフィック記録媒体の対応する記録領域にそれぞれ光学的に結合された複数のアウトカップリング領域とを有する。コントローラは、エミッタシステムと参照ネットワークの少なくとも１つの制御可能な誘導要素との少なくとも１つに結合され、コントローラは、参照ビームの少なくとも１つの光学特性又は少なくとも１つの誘導要素を制御して、読み取られる記録領域の任意の選択されたものに参照ビームを誘導し、それにより、そこに記憶されたパターンと参照ビームが相互作用することを介して、出力ビームを、検出器アレイで受信して、記憶されたパターンのデータを出力ビームから回復するために生成するように構成される。この配置を用いて、複数の記録領域の異なるものが、同じエミッタシステムを使用して、マルチモード光導波路ネットワークの複数のアウトカップリング領域がホログラフィック記録媒体の対応する記録領域に対して固定場所に留まっている間に、参照ビームの前記少なくとも１つの光学特性を変更するか、又は参照ネットワークの前記少なくとも１つの誘導要素を制御することによって、読み取られ得る。コントローラは、同じ選択された記録領域に記憶された異なるパターンを読み取るために、参照ビームの角度を変化させるように構成され、参照導波路ネットワークのマルチモード光導波路は、複数の可能な角度の任意の１つで参照ビームを運ぶためのものである。
【００１０】
[0010] 本明細書の第３の態様は、ホログラフィックデータ回復システムであって、少なくとも１つの検出器アレイと、少なくとも１つのホログラフィック記録媒体と、１つ又は複数のマルチモード光導波路から形成された出力導波路ネットワークとを含むホログラフィックデータ回復システムを提供する。出力導波路ネットワークは、出力ビームを検出器アレイに提供するためのアウトカップリング領域と、少なくとも１つのホログラフィック記録媒体の対応する記録領域にそれぞれ光学的に結合された複数のインカップリング領域とを有する。コントローラは、出力導波路ネットワークの少なくとも１つの制御可能な誘導要素又は出力ビームを生成するために使用される参照ビームの少なくとも１つの光学特性を制御することにより、検出器アレイで受信するために、出力導波路ネットワークを通して、記録領域の任意の選択されたものから、それに光学的に結合されたインカップリング領域を介して前記アウトカップリング領域に出力ビームを誘導させるように構成される。この配置を用いて、複数の記録領域の異なるものが、同じ検出器アレイを使用して、検出器アレイ又はホログラフィック記録媒体を動かすことなく、出力導波路ネットワークの複数のインカップリング領域がホログラフィック記録媒体の対応する記録領域に対して固定場所に留まっている間に、前記少なくとも１つの光学特性を変更するか、又は前記少なくとも１つの誘導要素を制御することによって、読み取られ得る。ホログラフィックデータ回復システムは、参照ビームを、選択された記録領域に記憶されたパターンと相互作用させることによって出力ビームを生成するように構成され、記憶されたパターンは、複数の画像ピクセルを符号化し、複数の画像ピクセルは、出力導波路ネットワークを通して異なる方向に同時に伝播する複数の伝播モードとして出力ビームにおいて符号化される。
（【００１１】以降は省略されています）

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