全息存储的制作方法

1.本公开总体上涉及全息存储。


背景技术：

2.全息存储是计算机存储的一种形式，其中信息通过将介质暴露于光学图样而被记录在光敏全息记录介质中。例如，介质的区域(子卷)可以暴露于由参考光束和数据集被嵌入其中的输入光束之间的干涉引起的光学干涉图样。例如，光束可以是使用单个激光器和分束器产生的激光束。空间光调制(slm)可以用于将数据集嵌入在输入光束中，例如编码数据集的图像可以在空间上被调制到输入光束中。为了避免疑义，本文中的术语“光”、“光学”等不限于可见光。例如，可以使用电磁光谱的不可见部分内的红外光束或紫外光束来实现全息存储。
3.在有足够的光束功率和曝光时间的情况下，光学干涉图样会引起子卷内的持久状态改变(在这点上，干涉图样在本文中被称为持久记录或写入子卷)。在稍后将子卷暴露于基本匹配的参考光束时，子卷的改变状态使得匹配的参考光束和子卷之间的相互作用产生与初始输入光束实质上匹配的输出光束，在这个意义上，初始嵌入输入光束中的数据集可以从输出光束中恢复(这在本文中可以被称为读取记录的图样)。
4.单个干涉图样可以编码大量(例如数百万)的位，而不是将单独的位存储为离散单元。例如，数据集可以是嵌入在输入光束中的百万像素图像。此外，通过利用某些形式的全息记录介质对参考光束的角度中的微小改变的敏感性，可以将许多这样的图样(例如数百或数千)记录到相同的子卷中。对于这样的介质，当以给定角度利用参考光束产生干涉图样时，只能使用与初始用于产生它的参考光束紧密匹配的参考光束来读取记录的图样。可以利用这种效果以不同的参考光束角度将多个图样(编码不同的数据集)记录到相同的子卷。理论上，数据存储容量仅受到光束的波长的限制，对于红光，可能达到每立方毫米数百兆字节，对于紫外线，则可能达到数十千兆字节。在实践中，可能存在其他限制因素，但对于高密度数据存储仍然有巨大潜力。


技术实现要素：

5.提供本发明内容以用简化形式介绍概念的选择，这些概念将在下面的具体实施方式中被进一步描述。本发明内容并非旨在标识所要求保护的技术方案的关键特征或基本特征，也不旨在用于限制所要求保护的技术方案的范围。所要求保护的技术方案也不限于解决本文提到的任何或者所有的缺点的实现。
6.本公开涉及以节能方式调度全息数据存储系统中的写入操作。本文中，写入操作涉及数据集，诸如图像，该数据集将由输入光束承载，并作为由输入光束和参考光束之间的干涉引起的干涉图样记录在全息记录区域中。为了以可恢复的形式存储数据，即以便在以后可以从全息记录区域读取数据，该区域需要暴露于图样足够长的时间(这将取决于光束的功率)。
7.令人惊讶的是，已经发现，通过跨多个、非连续写入间隔“交错”写入操作，即通过在每个非连续写入间隔中，而不是在分隔非连续写入间隔(“脉冲”写入)的中间时间(多个)间隔内，如上所述的将全息记录介质暴露于干涉图样，记录图样所要求的总聚合曝光时间小于如果该区域以单个、连续写入间隔(“连续”写入)暴露于图样所要求的总时间。
8.本文的第一方面提供了一种在全息数据存储系统中执行写入操作的方法。调度计划跨多个非连续写入间隔调度至少一个写入操作，该写入操作涉及要存储在全息记录介质的区域中的数据集。在每个非连续写入间隔中，全息记录介质的区域暴露于由参考光束和承载数据集的输入光束之间的干涉引起的干涉图样。多个非连续写入间隔具有足够长的总聚合持续时间以引起被暴露区域中的持久状态改变，使得数据集在多个非连续写入间隔的最终写入间隔结束时可从该区域恢复。
附图说明
9.为了更好地理解本公开，并且示出本公开的实施例是如何实现的，仅通过举例的方式来参考以下的图，其中：
10.图1a和图1b示出了全息记录介质的示意性立体图；
11.图2a示出了包括一组波导的全息存储系统的示意性立体图，该组波导可以用于将光束引导至全息记录介质的不同子卷，或用于引导来自全息记录介质的不同子卷的光束，以在介质上提供空间多路复用；图2b、图2c和图2d分别示出了在写入间隔期间系统的平面图和交替侧视图；图2e-图2g示出了读取间隔期间的平面图和交替侧视图；
12.图3a-图3d示出了各种配置的有源光导管的示意性侧视图；图3e和图3f示出了有源光导管的平面(截面)图；
13.图4a和图4b示出了光波导网络(的部分)的交替侧视图；
14.图5示出了用于在全息存储介质的多个片段上进行多路复用的多波导网络的示例的示意图；
15.图6a示出了用于在全息存储系统中提供输入光束和参考光束的发射系统的示例；图6b示出了具有简化光学器件的发射系统的变体；
16.图7示出了数据取回系统的示例，该系统使用空间相干检测来测量输出光束的光场和信号处理以缓解测量光场中的波导畸变；
17.图8a示出了表示在全息存储系统内执行的功能的功能框图；
18.图8b示意性地示出了用于以分阶段方式执行写入操作的调度方案；
19.图9示出了替代全息存储系统，其中至少一个波导网络用于在两个维度中在全息记录介质板上的空间多路复用；
20.图10a和图10b示出了如何利用无源引导元件实现空间多路复用，其中空间多路复用是通过调制光束特性来实现的；
21.图11a和图11b示出了含有具有不同频率响应的无源光学滤波器的光导管；
22.图12示出了具有三个层级的波导网络的示例；以及
23.图13示出了针对脉冲和连续写入模式的衍射效率结果与写入时间的关系图。
具体实施方式
24.下面描述实现上面所提及的调度技术的实施例。首先，提供了一些有用的上下文。所描述的实施例在全息存储系统中实现调度技术，该全息存储系统使用波导网络来促进在一个或多个全息记录介质上的空间多路复用，而不需要用于从其读取和写入的介质或设备的机械移动。虽然这种组合有附加的优势，但重要的是要注意本调度技术可以在任何全息存储上下文中实现。
25.所描述的实施例将调度技术与波导架构相结合，以在一个或多个全息存储介质上实现有效的空间多路复用，此方式还减少或消除了对机械移动的需要，可以使用“有源”光导管、“无源”光导管、或有源和无源光导管的组合。注意，术语“波导”和“光导管”在本文中可互换使用。
[0026]“有源光导管”指的是具有一个或多个有源切换元件或其他引导元件的波导，该有源切换元件或其他引导元件附接到波导的表面或在波导的主体内，该有源切换元件或其他引导元件又是可配置的(即具有可变的光学特性)，以实现“一对多”光学传输，即光从第一表面区域被引导至多个可能的第二表面区域中的一个第二表面区域(在这种情况下，第一表面区域作为入耦区域，第二区域作为出耦区域)，或实现“多对一”光学传输，即光可以从第二表面区域中的任何一个第二表面区域(现在作为入耦区域)被引导至相同的第一表面区域(现在作为出耦区域)。术语“无源光导管”指的是具有多个引导元件的光导管，该多个引导元件具有不同光学灵敏度(例如不同的波长和/或偏振灵敏度)，从而可以通过改变(多个)光学特性或光束(例如改变光束的波长、偏振等，以通过具有不同波长/偏振响应等的引导元件使光束沿着不同的路线被引导；例如使用可调谐激光器)来实现类似的效果。术语“无源光导”只是一个方便的标签，与以下事实一致：在这种情况下，引导元件不要求是有源的-然而，具有不同光学灵敏度(例如不同的波长和/或偏振灵敏度等)的有源或无源引导元件可以在这种上下文中使用(即，引导元件可以是有源的并且具有不同的光学灵敏度)。
[0027]
数字图像(或编码为数字图像的数据)可以作为光束沿着有源或无源光导管传播。有源光导管的引导元件可以被单独控制以透射或反射入射光束。
[0028]
许多这样的光导管(有源、无源、或两种类型的组合)可以以各种几何形状组合，以产生一个切换网络，该网络可以用于将光束和图像操控至一个或多个空间维度中的许多可寻址位置中的一个可寻址位置。例如，可以使用空间光调制器(slm)产生光导管的输入，并在ccd(电荷耦合设备)上读取输出。可以使用光学和计算技术(包括机器学习技术)的组合来校正相位干扰和噪声。某些实施例结合此类技术使用相干检测，以提供更有效的波导畸变缓解。
[0029]
与传统上在光学数据通信中使用的那种光学开关和光纤相比，所描述的实施例使用能够一次传输整个图像的光导管。这利用了当今可用的光学设备的高分辨率，诸如slm和数码相机。这些设备具有数百万像素，允许对数兆字节的数据进行编码和解码。即使对于slm、相机和有源光导管元件(在有源光导管的情况下)或(多个)光束光学特性(在无源光导管的情况下)具有中等的切换速率，这也允许高带宽传输。此外，诸如全息存储之类的应用要求多个光束之间的干涉，其中至少一个光束是利用图像调制的。在全息存储中，使用有源光导管，光束和图像可以有效地操控，并使其在全息存储介质中的任何所需位置进行干涉。如前所述，利用无源光导管可以实现更简单的优势，相反其中切换在发射器阶段被应用。
[0030]
下面描述的光导管是“多模”波导，其物理尺寸足以支持一系列“模式”(即，针对给定通道的通过波导的空间路径，例如对应于不同的传播方向)。这与简单的单模光波导(诸如光纤系统中使用的细光纤)形成对比，在单模光波导中，目的是将进入光纤的光限制为实质上单个传播模式。然而，单模光波导只能使用幅度、相位、或频率调制来传送数据，而多模光波导允许通过经由波导内的角度改变来传送更多数据(例如，具有潜在数百万像素的整个图像)。换句话说，多模波导通过为任何给定通道提供穿过波导的从发射器到检测器的多条光路(不同的路径对应于不同的传播模式)，来通过增加的角度和/或空间多样性来提供更大的带宽。
[0031]
本文公开的另一方面是一种全息数据存储系统，该系统使用一个或多个波导网络在全息记录介质上进行空间多路复用(即从介质的不同子卷读取/向介质的不同子卷写入)而不要求介质与(多个)波导网络之间的任何相对机械移动。下面描述了此类系统的一个示例，该示例使用了有源和/或无源光导管。在所描述的示例中，多模波导可以用于同时将整个数字图像承载到全息记录介质/从全息记录介质承载，或者以多个可能角度中的一个角度承载参考光束。有源光导管：
[0032]
图3a-图3d示出了具有特定物理结构的有源光导管300的示例形式的示意性侧视图。如将理解的，这仅仅是可以提供所需光学可配置性的适当物理结构的一个示例。下面考虑进一步的示例。
[0033]
有源光导管300被示为具有至少第一表面区域300-0和可切换布拉格光栅(sbg)的形式的多个有源开关，该多个有源开关可以在表面上或者嵌入到体积内。在该示例中，在波导300的第一表面300-s1上示出了两个这样的sbg 300-1、sbg 300-2，但是应当理解，可以存在设置在波导300的表面300-s1上的适当位置处和/或嵌入波导300的主体内更多数目的sbg。可以单独控制每个sbg300-1、sbg 300-2以改变其反射/透射特性，从而要么透射或要么反射入射光束。sbg 300-1、sbg 300-2形成有源光导管300的相应表面区域，根据波导300是如何被使用的，光可以在相应表面区域处进入波导300(入耦)或离开波导300(出耦)。
[0034]
第一表面区域300-0是波导300的端部区域，波导的第一侧表面300-s1从该端部区域沿着波导300的轴线301延伸。
[0035]
图3e和图3f各自示出了波导300的截面图，在该示例中，可以看出波导300的截面具有矩形形状，四个侧表面300-s1、300-s2、300-s2、300-s4沿着波导300的轴线301延伸。在该示例中，如图中所描述的，sbg 300-1、sbg 300-2都位于沿着第一侧表面300-s1的位置，但是通常这种sbg可以取决于应用而附接到波导300的多个表面。
[0036]
sbg 300-1、sbg 300-2位于沿着波导300-s1的第一侧表面的位置，距离第一区域300-0越来越远，第一sbg 300-1位于最靠近第一区域300-0的位置。
[0037]
图3a、图3b和图3e描绘了“一对多”使用情况，其中第一表面区域300-0作为入耦区域，sbg 300-1、sbg 300-2的第二表面区域作为出耦区域。作为示例，图3示出了经由入耦区域300-0耦合到波导300中的第一光线304。在该示例中，第一表面区域300-0相对于侧表面300-s1、...、300-s4成角度，使得第一光线304可以穿过第一表面区域300-0以足以在波导300内的每个侧表面300-1、...、300-4处实现全内反射的角度进入波导300的主体。
[0038]
sbg 300-1、sbg 300-2中的每一个都是可配置的，可以在反射状态和透射状态之
间进行改变。图3a示出了一种配置，其中第一sbg 300-1处于反射状态，引起入射光线300从其反射，回到波导300，并沿波导300被引导直到到达第二sbg 300-2。sbg 300-2被示为处于透射状态，引起光线304经由第二sbg 300-2被衍射出波导300，并且从而经由第二sbg 300的表面区域耦合出波导300-2。sbg 300-1、sbg 300-2的这种配置在第一表面区域300-0和第二sbg 300-2的表面区域之间产生了穿过波导300的“通道”。
[0039]
相比之下，图3b示出了处于透射状态的第一sbg 300-1。因此第一光线304，在到达第一sbg 300-1时，反而经由第一sbg300-1衍射出波导300，从而经由第一sbg 300-1的表面区域耦合出波导300。这种配置在第一表面区域300-0和第一sbg 300-1的表面区域之间产生了穿过波导300的通道。
[0040]
以这种方式，可以引导第一光线304从第一区域300-0穿过波导300并在sbg 300-1、sbg 300-2中的任何一个的表面区域处离开波导300。尽管为了简单起见仅关于两个sbg 300-1、sbg 300-2进行了描述，但是应当理解，相同的原理可以应用于更多数目的sbg。
[0041]
图3e示出了当在截面中观察时，第一光线304可以如何根据第一光线304的角度，经由tir从侧表面300-s1、...、300-s4中的一些或全部传播。
[0042]
如图3c、图3d和图3f所描绘的，针对多对一光学传输。使用所描绘的有源光导管300同样可行。
[0043]
图3c示出了与图3a相同的sbg配置。唯一的区别是如何使用波导300：现在示出了从外部源(未示出)入射在第二sbg300-2上的第二光线308。在第二sbg处于透射状态的情况下，第二光线308经由第二sbg(现在在其表面区域处提供入耦)被衍射到波导300中，第二光线从第二sbg被引导穿过波导300到达第一表面区域300-0(现在是出耦区域)；这包括来自当前处于反射状态的第一sbg 300-1的反射。第一sbg 300-1的反射状态防止光线308经由第一sbg 300-1离开波导。此外，可能碰巧入射在第一sbg300-1上的任何外部光线309将实质上都会从它反射出去，因此不会进入波导300。
[0044]
图3d示出了与图3b相同的配置，但是现在第二光线308从外部源入射在第一sbg 300-1上。在第一sbg 300-1处于透射状态的情况下，第三光线310通过衍射在第一sbg 300-1处进入波导300，并被引导至第一表面区域300-0。
[0045]
图3f以截面示出了第二光线308可以如何在波导300内传播，并且适用与图3e相同的描述，但是光线方向相反。
[0046]
上述描述假设sbg在透射/反射状态下具有完美的反射率/透射率。如应当理解的，这在实践中不是绝对要求，并且系统对sbg300-1、sbg 300-2和更普遍的波导300的缺陷有一定的容忍度。稍后描述用于补偿在波导300内引入的畸变的适当信号处理技术。
[0047]
尽管描绘为单独的元件，sbg 300-1、sbg 300-2实际上可以是在第一侧表面300-s1的全部或大部分上延伸的单个大的sbg的单独的、独立可控的区域。
[0048]
sbg只是有源切换元件的一种可能形式。例如，对于偏振光束，可以使用附接到波导300的表面或嵌入波导主体内的可控偏振滤波器来实现相同的效果。sbg和可控偏振滤波器是非机械有源开关的示例，非机械有源开关可以经由非机械效果改变波导300的光学特性。引导元件的其他示例包括诸如微镜设备或其他微机电系统(mem)的可控镜，后者是机械引导元件的示例。
[0049]
当使用偏振滤波器作为引导元件时，sbg 300-1、300-2可以用无源衍射元件代替，
偏振滤波器用于根据需要以可控方式将光束引导到或远离无源衍射元件，而无需重新配置衍射元件。
[0050]
注意，即使引导元件本身是机械的，这仍然避免了对整个波导300的机械移动的需要。主动光导管网络
[0051]
本文中，“波导网络”可以采用单个波导或多个相互耦合的波导网络的形式。具有多个有源光导管的波导网络在灵活的光学数据传送方面具有特殊的优势。
[0052]
图4a和图4b示出了包括第一有源光导管400和第二有源光导管420的波导网络(的部分)的交替侧视图。第二光导管420具有第一表面区域420-0，该第一表面区域420-0位于与第一光导管400的对应表面区域相邻的位置，用于经由第一表面区域400-0从第二波导420接收光束或将光束引导至第二波导420。仅作为示例，光线404被示为穿过第一波导400传播到第一波导400的相应表面区域，该相应表面区域位于与第二波导420的第一表面区域420-0的相邻位置。光线404经由附接到第一波导400的相邻表面区域的sbg 400-1耦合出第一波导400，并且经由第一表面区域400-0进入第二波导420。从那里，光线可以以一对多的方式被引导至第二波导420的多个sbg 420-1、sbg 420-2中的任何一个。相同的布置可以用于以多对一的方式将另一方向的光束从第二波导420引导至第一波导400中，其中光线方向相反。
[0053]
虽然该示例考虑了两个相互耦合的波导400、402，但这些原理可以应用于更多数目的相互耦合的波导，以允许通过波导网络进行灵活的数据路由。
[0054]
更一般地，介质的表面区域可以以其他方式光学耦合到波导的相应表面区域，例如经由空气界面或一个或多个其他光学组件(其本身可以是波导，可以或可以不提供有源或无源切换功能)。全息存储
[0055]
现在将描述有源光导管在全息存储中的应用。
[0056]
图1a和图1b示出了全息记录介质102的示意性立体图，该全息记录介质102是相对厚的感光材料的卷，能够持久地存储光学图样作为实施在全息记录介质102(为了简洁，其可以简单地被称为介质102)内的“全息图”。全息图是通过将介质102的子卷110(区域)暴露于光学图样来产生的，从而引起该子卷110内的持久状态改变。利用子卷110通过状态改变产生的全息图将光学图样记录到介质102上，以便以后可以从中复制光学图案。一旦产生，全息图就是持久的，介质102就不要求功率来维持它。介质102的组成和结构可以使得全息图一旦产生就不能被擦除，因此提供了一种“一次写入多次读取”(worm)存储的形式，或者可以使得全息图可以被擦除和替换(但仍然持久，除非并且直到它们被擦除)。
[0057]
单个全息图可以记录编码非常大量的(例如数百万)位的光学图样，允许通过曝光于光学图样/重新产生光学图样，并行地(同时地)将非常大量的数据写入全息记录介质102/从全息记录介质102读取非常大量的数据。全息存储的另一个优势是可以将许多全息图写入全息记录介质102的相同子卷110，这极大地增加了全息记录介质102每单位体的数据存储容量。
[0058]
更详细地，图1a示出了为了将数据集写入介质102，输入光束104和参考光束106是如何分别经由介质102的第一侧表面102-4和第二侧表面102-6被引导至子卷110中的。这产
生了由输入光束104和参考光束106之间的干涉引起的干涉图样形式的光学图样。假设光束104、106具有足够的功率并且子卷110暴露足够的持续时间，则由干涉光束104、106产生的干涉图样将作为全息图被持久地记录在子卷110内。数据集被嵌入在输入光束104中，并且可以从如下所述的所得全息图中恢复。以这种方式，编码的数据集被写入子卷110。在下面的示例中，数据集被编码为数字图像，然后经由空间调制将其嵌入在输入光束104中。
[0059]
如图1b所示，为了从子卷110读取数据，匹配的参考光束116经由介质102的第二侧表面102-6被引导至子卷110中，在子卷110处参考光束116与全息图相互作用以产生输出光束108，该输出光束108将实质上匹配用于写入全息图的输入光束104，以使嵌入的数据可从输出光束110恢复。输出光束108经由介质102的第三侧面102-8传播出子卷110。
[0060]
用于读取数据的参考光束116与初始用于写入数据的参考光束106基本匹配，并且特别地以与初始参考光束106的角度紧密匹配的角度(或更一般地，方向)被引导。这是因为读取全息图的能力(即产生可以从中恢复数据的输出光束108)对分别用于写入和读取全息图的参考光束106、116之间的角度偏差高度敏感。正是这种灵敏度可以被利用以在相同子卷110内记录多个全息图——每个全息图都是使用不同的参考光束角度产生的，并且可以利用参考光束角度中的轻微差异来产生两个不同的全息图。以这种方式，可以将大量(例如数百或数千)全息图写入相同的子卷110，每个全息图都编码大量的(例如数百万)位。
[0061]
图2a示出了包含本公开的某些原理的示例全息存储系统200的示意性立体图。在该特定示例中，三个单独的波导204、206和208用于承载输入光束104、参考光束116、126和输出光束118，并且可以分别被称为输入波导204、参考波导206和输出波导208。如指出的那样，术语“光波导”和“光导管”在本文中可互换使用。波导204、206和208中的每一个波导都可以提供空间多路复用，从某种意义上说，它可以将信号引导至全息记录介质102内的多个子卷中的任何一个子卷(在输入波导204和参考波导206的情况下)或从全息记录介质102内的多个子卷中的任何一个子卷引导信号(在输出波导208的情况下)。这提供了跨全息记录介质102的卷的空间多路复用，而不要求任何波导204、206、208相对于全息记录介质102的任何机械移动。为了避免对这种机械移动的需要，引导元件位于波导204、206、208中的每一个之上或之内，并且可配置为改变波导204、206、208的光学特性，以便将信号引导至介质102的不同子卷或从介质102的不同子卷引导信号。也就是说，根据需要在波导204、206、208内产生不同的通道。在该特定示例中，引导元件采用有源光切换元件(开关)的形式。开关可以采用多种形式。在该示例中，开关采用位于波导204、206、208的不同表面区域中的sbg的形式208，总体布置与图3a-图3e相同。也就是说，波导204、206和208均采用有源光导管的形式，并且波导204、206、208中的每一个波导具有与图3a-图3e的有源光导管300相同的总体物理结构。
[0062]
每个波导204、206、208被布置成使其第一表面(即，波导的sbg位于其上的表面)邻近介质102的不同侧表面，使得波导的sbg沿着介质102的该侧表面延伸。每个波导204、206、208的第一sbg和第二sbg分别由参考数字204-1、204-2；206-1、206-2；和208-1、208-2表示，所有这些都可以按照上述方式进行配置。进一步的sbg没有用参考数字来描绘，并且可以选择sbg的数目以适应任何尺寸的全息记录介质102。为了简洁，以下描述指的是每个波导204、206、208的第一sbg和第二sbg，但应当理解，该描述适用于更多数目的sbg。
[0063]
图2b到图2d示出了输入波导204和参考波导206是如何用于以一对多的方式将数
据写入介质102的。图2b示出了系统200的示意性平面图，图2c和图2d示出了交替侧视图，其中输入波导204和参考波导206分别是可见的。输入波导404用于将输入光束104以上述方式，经由输入波导204的sbg 404-1、sbg 404-2中的任一个sbg，引导至介质102的多个子卷中的任何一个子卷。参考波导406被配置为将参考光束106同时引导至相同子卷，以便产生要写入该子卷的期望干涉图样。在所描绘的示例中，输入波导204和参考波导206两者当前被配置为经由每个波导204、206的第二sbg 204-2、sbg 206-2将输入光束104和参考光束106引导至由参考数字110表示的子卷。
[0064]
图2e到图2g示出了可以如何使用参考波导206和输出波导208从介质102读取数据。图2e是平面图，图2f和图2g示出了交替侧视图，其中参考波导204和输出波导206是可见的。参考波导206的使用方式与图2b至图2d中所描绘的完全相同，但是现在将参考光束116引导至要从中读取全息图的任何子卷——在这种情况下是子卷110。输出波导208以一对多的方式用于引导来自子卷110的所得输出光束108并通过直通波导208用于后续检测。
[0065]
例如，每个子卷110可以具有沿着任何侧表面测量的几毫米的高度和宽度，并且这通常足以每个数据“页”(例如多路复用角度)存储数百万像素——在这种情况下，子卷卷足以存储(百万像素)*(多路复用角度的数目)。
[0066]
输入波导204和参考波导206(本示例中的sbg)的引导元件按照需要被配置为，为输入光束104和参考光束106、116提供从光束源(发射系统)到要被读取的子卷108的通道。对于sbg，这是根据需要将sbg设置为透射或反射状态以产生通道的情况。类似地，输出波导208的引导元件(在该示例中也是sbg)被类似地设置为提供从被读取的子卷108到检测器的通道。为了提供附加的上下文，这将参考图5中描绘的多波导网络在下面进行更详细的描述。然而，关于具体示例图5描述的原理更普遍地适用于其他波导网络拓扑，无论是更简单的网络(例如单个波导)或是更复杂的波导网络。
[0067]
如上所述，这允许在介质102上进行空间多路复用，而没有任何介质102相对于波导204、206、208的机械移动。无论引导元件采取何种形式(引导元件本身可以是机械的或非机械的，如上所述)，这都是正确的。使用多波导网络的全息存储
[0068]
图5示出了包含图4所示类型的多波导网络的全息存储系统的示例。
[0069]
输入波导网络被示为包括第一输入光导管203(“父”波导)，多个第二输入光导管204a、204b(“子”波导)耦合到该第一输入光导管203。来自发射器系统504的输入光束104经由其入耦区域耦合到第一输入波导203中，并且可以从那里被引导至第二输入波导204a、204b中的任何波导中。
[0070]
参考波导网络被示为包括第一参考波导205，多个第二参考波导206a、206b耦合到该第一参考波导205。来自发射器系统504的参考光束106、116类似地耦合到第一参考波导205中，并且可以被引导至第二参考波导206a、206b中的任何波导中。
[0071]
输出波导网络被示为包括第一输出波导207，多个第二输出波导208a、208b耦合到该第一输出波导207。
[0072]
所描绘的布置允许将光束引导至全息存储介质102a、102b的多个片段的不同子卷/从全息存储介质102a、102b的多个片段的不同子卷引导光束。
[0073]
尽管图4示出了输入光束104、参考光束106、116和输出光束108，但是应当理解，子
卷通常会在不同时间以上面参照图2a-图2g描述的方式被写入和读取。
[0074]
第二波导204a、204b、204c的第一组(输入、参考和输出中各一个)位于全息存储介质102a的第一片段(第一介质)周围，并且第二波导204b、206b、208b的第二组位于第二片段102b(第二介质)周围，每个都有与图2a-g相同的总体布置。因此，可以通过首先将那些光束分别引导至输入网络和参考网络的所需第二波导，然后引导至邻近期望波导的介质片段的期望子卷，来将输入光束104和参考光束106、116引导至介质102a、102b的任何片段的任何子卷。
[0075]
输出波导网络可以用于将来自介质102a、102b的任何片段的任何子卷的输出光束108从适用的第二输出波导208a、208b引导至第一输出波导207，并从第一输出波导207经由第一输出波导207的出耦区域引导到检测器508。为了从特定子卷读取，sbg被配置为提供从该子卷到检测器的通道；因此，在这种情况下，sbg204a-2和207a-1被设置为透射状态，输出波导网络的其他(多个)sbg根据需要被设置为反射状态，以便为输出光束108提供去往检测器508的通道(例如，在这种情况下，第一输出波导207的sbg207-2被设置为反射，以防止输出光束104传播到波导207-2中)。输出波导网络的其他sbg可以在需要的范围内被设置为反射，以防止任何不需要的光的传输，即从介质102a的相同片段的其他区域或从介质102b的不同(多个)片段的“泄漏”(例如，在该示例中，靠近正在被读取的子卷的sbg 204a-1显示被设置为反射以防止不需要的泄漏)。
[0076]
尽管在上述示例中，三个单独的波导网络被用于输入光束104、参考光束106、116和输出光束108，但这不是必需的。例如，可以使用相同波导网络来承载输入光束104和参考光束106、116，和/或可以使用相同波导网络来承载输入光束104和输出光束108，和/或可以使用相同波导网络来承载输出光束108和输入光束104。通常期望具有三个单独的网络将提供最佳性能，然而仍然存在仅使用一个或两个波导网络的完全可行的实现。
[0077]
尽管未在任何图中描绘，但第四波导网络可以用于承载去往介质108a、108b的片段的其余侧表面的光束。例如，第四网络可以用于承载到所需子卷的擦除光束，适用于至少从其中擦除全息图(在可擦除全息存储的情况下)。
[0078]
图9示出了备选物理结构，其中全息介质102的单个“板”被用于代替图5的单独片段102a、102b。输入波导网络被描绘，它具有实质上相同的物理配置，但第二输入波导204a、204b被配置为将输入光束104引导至相同板102的不同子卷。然而在图5中，沿着介质102a、102b的不同单个片段的长度，每个第二输入波导204a、204b在单个维度中提供多路复用，在图9中，第二波导204a、204b在全息介质102的板上在两个维度中提供空间多路复用(每个波导单独提供一维多路复用，但在整个板102上有2d多路复用)。
[0079]
图9的系统仅限于最多两个波导网络(板102的每侧各一个)。如上所述，这仍然是一种可行的布置，因为可以使用相同的网络来承载多个波束。数据编码
[0080]
图6a示出了提供输入光束104和参考光束106两者的发射器系统504的示例。输入光束是扩展的、空间调制的激光束。激光器600发射相干的窄激光束，该激光束使用分束器604来分割。
[0081]
来自分束器602的光束的一部分被用作参考光束106。在该示例中，可控参考光束操控元件612用于将参考光束106以期望的角度操控到参考波导106中。通过在参考光束106
耦合到参考波导206中之前改变参考光束106的角度，可以以上述方式将不同的全息图写入到介质的相同子卷中/从介质的相同子卷读取不同的全息图。
[0082]
备选地或除了光束角多路复用之外，可以将多个图样存储到具有参考光束106、116的不同相位的相同子卷并从中读取(相位多路复用)。因此，逻辑地址可以对应于特定的参考光束角度和/或相位特性。所有涉及参考光束角度的调制的描述同样适用于相位调制。
[0083]
来自分束器602的光束的其他部分使用光束扩展器604来扩展，并且扩展的光束穿过空间光调制器(slm)606。编码器610接收要编码的数据集并将其编码为数字图像，该数字图像然后经由slm 606被调制到扩展光束中。入耦光学器件——在这种情况下，傅里叶透镜608定位为使得slm 606的平面基本位于傅里叶透镜608的焦平面中——用于将扩展光束分离成不同的传播模式；在该示例中，模式对应于独特的传播方向，模式对应于slm 606的平面中的特定点。不同的传播模式耦合到输入波导202中，它们以如上所述的方式被引导通过该输入波导2020。使用入耦光学器件608，数据在参考光束内被“角度编码”，在某种意义上，数字图像内的点实质上对应于独特的传播方向，即输入光束104的独特传播模式。这类似于来自远处目标的光线被认为是无限远的。图6a的角度编码输入光束104是“多模”光信号多传播模式(即沿不同方向传播的分量)的一个示例，并且这种布置提供了一种形式的角度多样性。
[0084]
注意，术语“多模”不一定意味着这种入耦光学器件608的使用，也不要求每个图像点独特地对应于给定的传播方向。也就是说，多模不一定意味着传播模式和图像点/数据点之间的一一对应关系。例如，图6b示出了备选的可行的发射器系统，其中空间调制光束直接耦合到输入波导204中。在这种情况下，仍然存在多个模式(即，针对任何给定通道的穿过波导的多个空间路径)，但是没有传播方向和图像点之间的一一对应关系，也可能没有图像/数据点和模式之间的任何一一对应关系。这经由slm 606的多个像素和空间相干检测器508的检测器阵列提供了一种基于mimo(多输入多输出)传输形式的空间多样性形式。数据解码
[0085]
图7示出了用于测量输出光束108的光场的空间相干检测器508，与传统的“直接探测”相比，空间相干检测器508包括像素阵列(或者更一般地说，检测器元素)，每个像素都被配置为在该像素的位置处测量光场的振幅和相位(而不仅仅是强度)。这些可以使用例如空间相干检测器508的本地振荡器712来测量。像素阵列因此能够测量光场在时间和空间上的相位和幅度的变化，并因此提供所测量光场的模拟或数字表示。在这种情况下，所测量的光场是经由输出波导208被引导至空间相干检测器208的输出光束108的光场。
[0086]
尽管仅描绘了单个阵列，但实际上可以有作为单个“逻辑阵列”协作的多个物理阵列。例如，该逻辑阵列可以被分割为两个物理相机。
[0087]
物理检测器阵列可以采用单个相机(每个检测器元件是相机的一个像素或一组像素)或多个相机的形式。在极端情况下，每个检测器元件可以是一个单独的相机，在这种情况下，逻辑检测器阵列可能会被分割为非常多的物理检测器。
[0088]
如所指出的，从光束进入波导网络所处的特定入耦区域到光束离开波导网络所处的特定出耦区域(其中这些区域可以在相同或不同的波导中)的路线在本文中可以被称为“通道”。如所指出的，在多模波导网络中，单个通道将涵盖多个空间路径。输出光束108将已经经由输出波导网络的特定通道被引导，即从其特定的入耦区域到输出波导208的出耦区
域。此外，它将已经从全息图被生成，该全息图使用从输入波导网络的入耦区域被引导至输入波导网络的特定出耦区域的输入光束被产生。全息图将已经使用参考光束被产生和读取，参考光束类似地经由穿过参考波导网络的特定通道来引导。输入光束104、参考光束106、116和输出光束108都容易受到相关波导网络内的畸变的影响，该相关波导网络特定于它们已经经由其被引导的通道。信号处理组件700将模拟和/或数字信号处理应用于测量场的表示，以便补偿这种畸变；它使用与当前正在从中读取的子卷(即从中产生输出光束108的子卷)相关联的通道模型来这样做。与特定子卷相关联的通道模型不仅对输出光束108经由其被引导至检测器508的通道建模，而且对用于写入全息图的输入光束104经由其被引导至该子卷的通道建模，以及对用于写入/读取全息图的参考光束106、116经由其被引导至该子卷的通道建模。
[0089]
例如，每个通道模型可以采用传输函数(直接对通道建模)或逆传输函数(根据通道的近似逆对通道建模)的形式。注意，传输函数应用于测量光场的表示，即在不同的空间点处测量的其相位和幅度，而不仅仅是光的强度。空间相干检测为消除或减少这种通道畸变提供了更大的范围，目的是足够准确地恢复初始数字图像，以促进解码器704从恢复的图像中解码编码数据。
[0090]
例如，信号处理700可以使用光学和计算技术的组合来校正相位干扰和噪声，这些技术可以包括例如机器学习技术。
[0091]
尽管在全息存储的上下文中进行了描述，但是此类信号处理700结合空间相干检测的使用在这方面不受限制，并且可以应用于其他上下文，诸如光学通信或光学计算，或任何其他上下文，其中接收到的输出光束很容易受到在一个或多个波导网络中引入的畸变的影响。
[0092]
图7示出了出耦光学器件715，该出耦光学器件715被布置成实质上反转了图6b的入耦光学器件608的效果，即将每个传播模式分解为空间相干检测器508的平面内的实质上单个点。同样，这不是必须的，并且对于图6b的备选发射系统，可以省略出耦光学器件715。
[0093]
尽管未在图6a或图6b中描绘，但在数字图像被调制到输入光束104之前，可以对数字图像应用某种级别的预处理。这可以减少检测器侧所需的补偿级别。即使具有这样的预处理，也可以应用一定量的检测器侧处理，以考虑不同通道之间的不同畸变效果。动态调度
[0094]
图8a以调度器800的形式示出了控制器，调度器800可以调度上述类型的全息存储系统内的读取和写入操作。为了促进有效的调度，介质108内或介质108a、108b的每个片段内的子卷被分配了独特地址。这提供了一种可寻址全息存储形式，类似于更传统的可寻址电子存储形式。然而，与传统寻址相比，存在许多区别。
[0095]
首先，如上所述，单个子卷可以存储多个不同参考光束角度的全息图。为了适应这一点，每个地址独特地对应于结合特定参考光束方向的特定子卷，即，每个可用元组被分配独特地址，该独特地址表示介质102内的特定子卷或介质102a、102b的片段中的其中一个片段，并且表示特定的参考光束方向(例如，定义光束方向的一个角度或多个角度的集合；术语“角度”可以用作指代参考光束的方向的简写，但是应当理解，该方向实际上可以取决于系统的配置由多个角度来定义)。因此，子卷可以与潜在的大量的地址相关联，对应于不同的参考光束角度。元组定义了逻辑存储位置，其中多个逻辑存储位置在物理级别由不同参
考光束角度的相同子卷提供。每个逻辑存储位置都有独特的地址(addr)。该符号被用作表示对应于子卷和参考光束角度的地址的简写，但是应该理解这并不意味着地址的任何特定表示。可以使用独特标识这种性质的逻辑存储位置的任何地址空间和寻址机制。
[0096]
其次，与传统存储相比，每个逻辑存储位置都可以存储整个图像，因此单个逻辑存储位置可以潜在地存储大量的(例如数千或数百万)位。
[0097]
调度器800在逻辑存储级别操作并且在适当的时间间隔内调度涉及不同地址的传入读取和写入操作。
[0098]
参考数字804、806和808分别用于表示输入、参考和输出光波导网络。如上所述，每个都是单波导网络或多波导网络(例如，如图5所示)，具有一个或多个可配置的引导元件(例如，sbg或其他有源切换元件)，这些引导元件可以用于产生去往全息存储介质的片段(或多个片段)的不同子卷的通道。
[0099]
在调度涉及特定地址的写入操作的间隔(写入间隔)期间，输入波导和参考波导网络804、806内的引导元件被设置为产生用于从发射器系统504分别通过输入网络804和参考网络806到达相应子卷的输入光束104和参考光束106的通道；另外，参考光束操控元件612被设置为将参考光束106以相应方向引导至参考网络806中。这引起以参考光束角度在子卷内产生所需的干涉图样，这反过来又引起该干涉图样被持久地存储为全息图，前提是子卷暴露于干涉图样足够长的持续时间。
[0100]
在调度涉及特定地址的读取操作的间隔(写入间隔)期间，参考网络和输出网络806、808内的引导元件类似地被设置为产生用于参考光束116通过参考网络806到达子卷的通道，并且产生用于输出光束108通过输出网络808从子卷到检测器508的通道；参考光束操控元件612类似地设置为将参考光束116以对应方向引导至参考网络806中，以便在子卷和参考光束角度读取预期的全息图。最优调度
[0101]
全息存储的一个问题是写入操作需要相对较长的时间来完成。这是因为，为了产生稳定的(持久的)全息图，与读取现有全息图所需的时间相比，子卷需要暴露相对长的时间间隔。例如，在某些系统中可能需要十毫秒或百毫秒量级的曝光时间来持久产生全息图。相比之下，读取操作仅要求子卷暴露足够长的时间以测量输出光束108的所得光场。例如，在某些系统中，可以实现百微秒到一毫秒量级的针对读取操作的曝光时间(即，介质暴露于读取光束的持续时间和/或相机快门打开时间)，并且写入操作可以在例如类似持续时间的间隔上被分段。
[0102]
然而，本文认识到不必在单个、不间断的时间间隔中执行写入操作。假设子卷暴露于干涉图样足够长的总聚合时间，该暴露可以用“分阶段”的方式执行。为了执行写入操作，子卷可以暴露于要被记录的干涉图样一段时间，但该段时间不足以使得该干涉图样被持久记录。然后为了执行一些其他操作，可以终止曝光，并在稍后重新开始。一般来说，写入间隔之间的时间可以任意长，假设数据可以在过渡期间保存在其他地方(例如，在非易失性缓冲器中)，因为全息图中的数据在完全曝光完成之前可能无法从介质中读取。但是，这可能会引起显著的写入延时。因此，调度器800寻求所需的这种缓冲量与避免读取的队头阻塞的需要之间的平衡。
[0103]
图8b示意性地示出了利用这种效果来有效地调度一组读取和写入操作的调度方
案。为了示出的目的，描绘了单个写入操作814和三个读取操作818a、818b、818c，但是调度方案可以应用于任何数目的读取和写入操作。
[0104]
除了能量效率之外，交错写入操作的附加优势是它允许以一种减少写入操作在“朴素”调度方案中可能具有的“队头阻塞”的方式来调度读取操作，“朴素”调度方案简单地在足够长的时间间隔内调度写入操作使其能够完成，然后在写入操作完成后执行读取操作。后者是传统存储系统中通常如何调度写入操作的方式。在这样的系统中，写入操作具有显著增加读取操作818a-818c的延时的效果，读取操作818a-818c必须等待，直到写入操作814完成。
[0105]
通过以分阶段的方式跨多个非连续的时间间隔执行写入操作814，在与多个写入间隔在时间上交错的读取间隔中调度读取操作181a-c，实现了提高能效和减少读取操作延时的双重效果。
[0106]
在每个写入间隔中，写入操作814所涉及的子卷暴露于编码要存储的图像的相同干涉图样；输入和参考网络804、806在每个写入间隔中以相同方式配置以提供必要的通道，并且参考光束106在相同方向上被引导。
[0107]
在中间的读取间隔中，可以重新配置参考网络和输出网络806、808，并且可以根据需要重定向参考光束116以读取全息存储系统内的任何所需的全息图。能量优化
[0108]
惊讶的是，已经发现，当写入操作以上述分阶段方式进行时，持久产生全息图所需的总聚合时间(即多个非连续写入间隔的单独持续时间的总和)小于在输入光束104和参考光束106的给定功率下，在单个不间断的写入间隔中写入全息图所需的曝光时间。例如，已经发现在单一的、不间断的写入间隔中，可能需要大约10毫秒才能完成的写入操作可以在相同系统中的多个非连续的时间间隔上执行，具有仅大约7毫秒的总聚合持续时间。这又意味着完成写入操作所需的能量的量(这实质上与使用固定功率的光束完成它所需的总持续时间成正比)可以通过以图8b的方式使写入操作分阶段来减少。
[0109]
针对一个特定设置，图13示出了的一组结果，该结果图示了这种效果。针对脉冲和连续写入的结果分别由参考数字1302和1304表示。在该特定示例中，可以看出，对于大于约30毫秒的每个写入时间，对于具有该量的总聚合持续时间的脉冲写入比具有相同总持续时间的连续写入实现了更高的衍射效率。可以看出衍射效率随着写入时间的增加而增加。在该上下文中，衍射效率指示衍射到介质102中的总能量，与入射能量成比例。因此，可以看出与连续写入相比，使用脉冲写入可以实现更高的能量效率。
[0110]
图8a示出了能量估计函数804，考虑到上述效果，能量估计函数804可以用于估计根据特定调度计划执行一组操作所需的能量的量。调度器800试图确定一个基本上最佳的调度计划，该调度计划基本上最小化了完成一组给定操作所要求的总估计能量。该目标与减轻写入操作的队头阻塞效果的目标完全兼容；以上述方式进行写入操作814不仅将释放中间时间间隔以允许读取操作818a-818c在中间读取间隔中以较低延时完成，而且会减少完成写入操作814所要求的总能量的量，原因在前面的段落中讨论过。
[0111]
写入操作814可以响应于写入操作814已经开始之后但在其完成之前发起或接收的(多个)传入的读取操作818a、818b、818c而动态中断，在这个意义上，调度可以是动态的。这种动态中断写入操作814的能力允许调度器800以最小的延时响应传入的读取操作。
基于成本函数的调度：
[0112]
现在将描述基于成本函数优化的一种可能的调度方案。在这种情况下，调度器800寻求优化定义的成本函数，该成本函数寻求平衡竞争因素，诸如写入延时、读取延时(例如在读取缓冲时间方面表达的)和能量(考虑到分阶段写入操作的节能效果)中的两项或更多项。
[0113]
例如，给定一组(多个)读取操作r＝{ri}和一组写入操作w＝{wj}，以及调度计划s，调度计划s以特定方式跨调度这些操作(即将每个操作分配给一个或多个时间间隔，其中可能包括用于写入操作的非连续时间间隔)，成本函数可以定义为：其中：
·
第一项ls(ri)是在给定调度计划s的情况下读取操作ri的估计延时。更一般地，第一项可以是任何读取延时惩罚。
·
第二项ls(wj)是在给定调度计划s的情况下写入操作wj的估计延时。更一般地，第二项可以是任何写入延时惩罚。
·
第三项es(wj)是在给定调度计划s的情况下完成写入操作wj所需的估计能量，其中能量估计函数es考虑了“交错”写入操作的节能效果。更一般地，第三项可以是任何能量惩罚(即惩罚所要求的能量的增加)。这里，es表示能量估计函数804。
·
w1、w2、w3是权重——例如第一项可以有比写入延时更高的权重来惩罚读取延时。
[0114]
尽管该成本函数考虑了三个竞争因素，但可能存在任意数目的成本项(例如，上述任何两个和/或其他成本项)。
[0115]
对于第二项和第三项，交错写入操作可以减少第三项中相关的能量惩罚，但会增加第二项中的延时惩罚。优化器将尝试找到平衡这些竞争要求的最佳调度计划s
*
：s
*
＝argminsc(s)
[0116]
即，具有基本上最小化成本的调度计划s
*
。
[0117]
虽然上面使用了“成本”术语，但这只是一个方便的标签。优化奖励函数(该奖励函数奖励例如延时和/或能量的减少)在本文与最小化成本函数同义。替代波导网络：
[0118]
图10a和10b示出了替代系统，其中空间多路复用是通过调制输入和参考光束104、106、116的一个或多个光学特性来实现的。在这样的系统中，可以使用无源(不可切换)引导元件代替前面图中的主动(可切换)引导元件。
[0119]
图10a的示例考虑了频率(或等效地，波长)调制。在这种情况下，(多个)光导管本身(它们本身)可以是无源的，具有静态波长相关的出耦(诸如连续更长通二向色干涉滤波器，或改变的中心波长带通滤波器)。
[0120]
图11a示出了具有外表面1100-s的光导管1100，多个无源滤波器1100-1、1100-2沿该外表面1100-s放置。除了滤波器1100-1、1100-2代替sgb 300-1、300-2这一事实之外，光导管1100的配置与图3a-图3d的配置相同。滤波器1100-1、1100-2具有不同的频率响应(即它们作为频率滤波器)。更具体地，每个滤光器1100-1、1100-2对于相对窄的光频率范围实
质上是透射的，并且对于该范围之外的频率实质上是反射的。图11a示出了具有在第二滤波器1100-2的范围内但在第一滤波器1100-1的范围之外的频率的入耦光束1104。因此，光束1104从前者反射，但通过后者透射(从而在该位置处离开光导管1100)。图11b示出了不同频率的光束1104'，现在在第一滤波器1100-1的范围内，因此被透射通过第一滤波器1100-1。
[0121]
这样的光导管1100可以用来代替上述的有源光导管，并且上面的描述同样适用于系统的以下修改。
[0122]
图10a示出了调度器800通信耦合到发射器系统的激光器600，用于改变输入和参考光束104、106、116的频率(或等效地，波长)。在这种情况下，任一光束可以通过设置相应地频率被引导至所需的全息存储区域。不同的光束频率现在对应于穿过波导网络的不同路线(由无源滤波器的不同频率特性定义)，并且可以将频率设置为对应于任何所需的路线。
[0123]
在这种情况下，波长被用作切换维度。激光器600是一种可快速调谐的激光器，其用作有源元件。
[0124]
在这样的实现中，切换可以仅在一个空间维度中(即沿着单个导管)。然而，利用具有足够范围和线路窄度的激光器，第一光导管可以粗略地滤波(即在相对较宽的波长范围之上)，随后的光导管可以更精细地采样(即在较窄的波长范围之上)。限制线路宽度的另一个因素是对相对较长的相干长度的需要，因此线路在任何情况下都可能足够窄。为了实现将输入字段在全息存储上下文中复制到2d输出空间中的可寻址位置，该实现可以例如与使用不同可切换参数(例如偏振)的第二实现相结合。
[0125]
在读取操作的上下文中，应用相同的原理，输出光束108的频率将与用于读取特定子卷的参考光束116的频率相匹配，并且可以使用输出波导网络808中的合适的滤波器将其引导回检测器。
[0126]
图10b示出了具有可控偏振元件601的这种实现的示例，可控偏振元件可以用于改变输入和参考光束104、106、116的偏振。这可以与光导管上或光导管内的无源偏振滤波器组合。这可以作为图10a示例中的无源频率滤波器的备选或补充来实现。这种偏振调制将提供两条独立的路线，并且可以有用地组合，例如与无源波长滤波和/或(多个)有源光导管。光束的偏振调制也可以与(多个)有源偏振滤波器组合。
[0127]
注意，上述所有的各种“无源”和“有源”实现都可以单独或组合实现，例如可以使用有源和无源引导元件的组合。也就是说，波导可以同时具有无源和有源元件和/或有源和无源波导可以组合在相同网络中。附加层级：
[0128]
上述示例考虑了具有父波导和子波导两个层次“级别”的波导网络。然而，多波导网络可以具有三个级别(父级、子级、孙级)或更多。注意，术语“子”、“父”和“祖父”不一定意味着直接的层次关系，即术语子或孙可以分别指代低于父波导或子波导的任何层次级别的任何波导；也就是说，子/孙波导可以光学耦合到父/子波导，而不仅仅是经由例如空中接口(直接后代)，而是也经由其一个或多个其他子/孙波导(间接后代)。
[0129]
图12示出了一个具有三个层次结构的波导网络示例。父波导1200具有两个直接子波导网络1202a、1202b，子波导网络1202a、1202b以上述方式光学耦合到父波导1200，并且这些子波导1202a/1202b中的每一个波导具有以相同方式与其耦合的两个孙网络1204a-a、1204a-b/1204b-a、1204b-b。
[0130]
一个极端的示例是“二叉树”架构，其中每个波导刚好有两个直接子代，可能有超过三个级别的波导。然而，在实践中，也可能存在这样的情况：即优选增加直接子代的数目以减少所要求的层级数目。
[0131]
更一般地，所描述的调度技术可以在任何全息存储系统(具有或不具有波导)中实施，具有相同的节能优势。这包括，例如，没有空间多路复用的系统，或者空间多路复用是使用机械装置实现的，诸如可移动介质或可移动读/写头。
[0132]
图8a、图10a和图10b中所示的调度器800和能量估计函数804是系统的功能组件。类似地，编码器610、解码器704和信号处理组件700是功能组件。此类组件可以在软件中实现(即作为在一个或多个可编程硬件处理器(诸如cpu、加速器，例如gpu等)上执行的程序代码)，或使用其他形式的处理器硬件，诸如(多个)现场可编程门阵列和/或(多个)专用集成电路。由信号处理组件700执行的信号处理可以是模拟或数字信号处理，或它们的任意组合。这样的程序代码和其他数据(例如通道模型702)可以被编码在计算机可读存储中。计算机可读存储的示例包括光学、磁性和/或固态存储，其中代码、数据等可以用非暂时性形式存储。这与诸如暂态信号载体之类的暂态介质形成对比。
[0133]
本文的第一方面提供了一种在全息数据存储系统中执行写入操作的方法，该方法包括：由调度器跨多个非连续写入间隔调度至少一个写入操作，该写入操作涉及要被存储在全息记录介质的区域中的数据集；以及在每个非连续写入间隔中，将全息记录介质的区域暴露于由参考光束和承载数据集的输入光束之间的干涉引起的干涉图样；其中多个非连续写入间隔具有足够长的总聚合持续时间以引起被暴露的区域中的持久状态改变，使得数据集在多个非连续写入间隔的最终写入间隔结束时可从该区域恢复。
[0134]
在实施例中，调度步骤可以进一步包括调度器在与多个非连续写入间隔交错的至少一个间隔中调度至少一个另外的操作。
[0135]
至少一个另外的操作可以包括至少一个读取操作。
[0136]
至少一个另外的操作可以包括至少一个另外的写入操作，至少一个另外的写入操作是跨与多个非连续写入间隔交错的另外的多个非连续写入间隔被调度的。
[0137]
调度器可以使用能量估计函数来执行调度，能量估计函数用于估计完成至少一个写入操作要求的能量的量。
[0138]
调度器可以通过基本上优化成本函数来执行调度，成本函数惩罚完成至少一个写入操作要求的估计的能量的量的增加。
[0139]
成本函数还可以惩罚针对至少一个写入操作的估计延时的增加。
[0140]
替代地或附加地，成本函数还可以惩罚：针对至少一个读取操作的估计延时的增加，和/或针对至少一个另外的白色操作的估计延时的增加和完成至少一个另外的写入操作要求的估计的能量的量的增加。
[0141]
调度器可以响应于读取操作，在多个非连续时间间隔中的较早的一个时间间隔期间或之后的时间，动态地调度多个非连续时间间隔中的至少一个较晚的时间间隔。
[0142]
本文的第二方面提供了一种全息数据存储系统，包括：至少一个处理器，被配置为实现调度器，该调度器被配置为跨多个非连续写入间隔调度至少一个写入操作，写入操作涉及要被存储在全息记录介质的区域中的数据集；发射器系统，被配置为在多个非连续写入间隔中的每个非连续写入间隔中发射参考光束和输入光束，数据集被嵌入输入光束中；
以及全息记录介质，全息存储系统被布置为在多个非连续写入间隔中的每个非连续写入间隔中将全息记录介质的区域暴露于由输入光束和参考光束之间的干涉引起的干涉图样，从而执行被调度的写入操作。
[0143]
调度器可以被配置为在与多个非连续写入间隔交错的至少一个间隔中调度至少一个另外的操作，其中该系统可以进一步包括一个或多个光波导网络，光波导网络被布置为在多个非连续时间间隔中的每个非连续时间间隔中，将输入光束和参考光束引导至全息记录介质的区域，其中系统被配置为在交错的间隔中使用一个或多个光波导网络中的至少一个来将参考光束承载到：全息记录介质的另一区域或另一全息记录介质，其中改变或不改变参考光束的角度和/或相位特性，或全息记录介质的相同区域，但以不同的角度和/或相位特性。
[0144]
至少一个光波导网络可以具有至少一个可配置的引导元件，并且至少一个处理器耦合到至少一个引导元件以使其被重新配置，以便在交错的间隔中将参考光束承载到其他全息记录区域。
[0145]
至少一个光波导网络可以具有响应于参考光束的可控光学特性的至少一个静态引导元件，并且至少一个处理器耦合到发射器系统以使参考光束的光学特性改变，以便在交错的间隔中将参考光束承载到其他全息记录区域。
[0146]
写入操作和另外的写入操作与相应的逻辑地址相关联，每个逻辑地址定义全息存储区域以及用于其相关操作的参考光束角度和/或相位特性。
[0147]
本文的第三方面提供了一种调度器，该调度器体现为可执行程序代码，该可执行程序代码存储在计算机可读存储介质上并且被配置为，当在全息数据存储系统的至少一个处理器上被执行时，执行上述方法的任何一种方法。
[0148]
应当理解，以上实施例仅以示例的方式进行了描述。一旦给出本文中的本公开内容，所公开技术的其他变体或使用情况对于本领域技术人员来说可能变得明显。本公开的范围不受所描述的实施例的限制，而仅受所附权利要求的限制。