홀로그래피의 응용

홀로그램

평면의 정보가 한 점에 기록되어 한 점만으로도 평면의 정보를 읽어낼 수 있다.

홀로그램은 그 특성상 비록 일부분이라도 물체에서 발생된 파면의 모든 정보를 가지고 있다고 생각할 수 있다. 즉 물체를 기록한 홀로그램의 작은 조각만 가지고 있다해도 그 속을 들여다 보면 물체의 전모를 볼 수 있는 것이다. 물론 홀로그램이 작아지면 시선을 이동할 여지는 덜 해져서 마치 좁은 창 틈이나 구멍으로 밖을 살펴보는 것처럼 여러 측면에서의 영상을 볼 수는 없다 하더라도 적어도 물체의 이차원적인 정보는 완벽하게 가지고 있는 것이다. 다시 말하면 홀로그램의 한 점이라도 그 점에서 볼 수 있는 물체의 표면 정보를 완전하게 기록하고 있다고 할 수 있다.

물체가 3차원적으로 복잡하게 배열된 경우에는 홀로그램이 넓을수록 더 완전한 3차원의 정보를 가지고 있다고 할 수 있지만 물체가 문서나 도면처럼 평면적인 것이라면 홀로그램의 어느 지점에 기록된 정보도 동일하다고 할 수 있다. 이렇게 기록된 홀로그램의 일부분에 먼지가 묻거나 훼손되어 있다해도 상을 재생하는 데는 거의 영향이 없다. 이러한 성질은 정보를 보관해야하는 기억소자, 즉 메모리로서는 바람직한 성질이 된다.

아래 그림은 푸리에변환 홀로그래피를 이용한 데이터 저장의 원리를 보여주고 있다. 그림에서 비트 패턴(bit pattern)은 가로 세로 각 10개, 모두 100개의 격자 위에 투명한 부분과 불투명한 부분이 있다. 이는 기록하고자 하는 데이터의 비트를 표시하고 있고 이의 회절상이 필름의 한 부분에 기록된다.

비트패턴을 바꾸어 주고 필름을 상하, 좌우로 스캔하여 다른 부분에 회절무늬를 기록하면 여러 장의 정보를 한 장의 필름에 기록할 수 있어 대용량의 정보의 저장이 가능해진다. 실제로 비트패턴의 가로 세로 격자의 수가 100, 100이라 하면 비트패턴 한 장에 10,000비트의 정보를 가지고 있는 것이 되고, 한편 필름도 마찬가지로 분할하여 기록한다면 10,000개의 비트패턴을 기록할 수 있어 결국 필름 한 장에 10⁸비트의 정보를 기록하게 된다.

한편 이렇게 기록된 필름에서부터 다시 데이터를 읽어 낼 때에는 아래 그림처럼 필름의 한 부위에 평면파를 비춘다. 필름의 회절무늬의 역푸리에 상인 원래의 비트패턴이 CCD 어레이에 비추어져서 원래의 데이터를 읽어 내게 된다.

_ 역푸리에 변환_ 볼록렌즈_ 평면파_ 회절_ 격자_ 간섭_ 파면

홀로그램 데이터 기록

다중 홀로그램의 방법을 이용한 데이터 기록장치

앞의 홀로그래피 단원에서 반사형 홀로그래피를 살펴본 것처럼 두꺼운 필름에 홀로그램을 기록하면 정보가 큰 부피에 분산되어 기록되므로 신호가 미약하거나 겹쳐도 뚜렷한 상을 얻을 수 있다. 이러한 홀로그램을 일반적으로 두꺼운 홀로그램(립만 홀로그램)이라 한다. 이러한 두꺼운 필름에는 기준파를 달리하여 여러 물체를 겹쳐서 촬영할 수 있다.

이 홀로그램에 원래 기록시 사용했던 하나의 기준파를 비추면 그 상황에서 촬영한 물체의 모습을 재생할 수 있게 된다. 즉 한 필름에 수천개까지의 물체를 다중촬영할 수 있고, 또한 각각의 물체를 따로따로 재생할 수 있는 것이다.

아래 그림은 다중 홀로그램의 원리를 이용한 데이터 저장장치의 원리를 보여주고 있다. 여기서 서로 다른 기준파를 만드는 한 가지 방법으로는 각각의 다른 물체를 기록할 때 기준파의 각도를 변화시키는 방법(angle multiplexing)을 쓰고 있다. 이 방법을 이용하면 공간광변조기에 기록되어 나타난 비트패턴의 수천 페이지의 홀로그램을 하나의 입방체에 기록하여 재생할 수 있게 된다. 수천개의 정보는 동일한 장소에 기록되어 있으므로 매우 빠르게 기록 및 재생이 가능하게 되는 것이다. 　

위의 그림에서 빔분리기가 물체파와 기준파를 만들어 낸다. 물체파는 기록하고자 하는 정보를 담고 있는 비트패턴에 비추어진다. 이 비트패턴은 격자모양의 투명한 부분과 불투명한 부분으로 되어 있고, 이는 공간광변조기에 의해 외부에서 공급된 입력신호에 의해 만들어진다.

아래 그림은 위의 방법으로 기록한 필름으로부터 데이터를 판독해 내는 방법을 보여주고 있다. 물체파는 제거되어 있고 필름에 기준파만 비추면 마치 필름 너머에 비트패턴이 있는 것 같은 상황을 만들어 내게된다. 이 영상을 CCD 어레이에 비추어 이의 각 화소에서 한 장에 포함되어 있는 정보를 읽어내게 된다.

한편 회전거울이 고속으로 회전하고 있어 각각의 각도에서 기록된 비트패턴이 따로따로 읽혀지게 되므로 엄청난 양의 정보를 읽을 수 있게 된다.

_ 빔분리기_ 격자_ 분산