(光存储原理与应用)第二章全息光存储ppt课件.ppt

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1、全息及全息光存储,词根起源,Hologram 来自希腊语 holos, 意思为 whole，后一半gramma 意思为 message全息全部的信息,思考：为什么叫全部的信息？,思考：常规成像技术丢失了什么？,思考这种特效照片的产生原因,全息背景知识,回忆：何谓全息？全息：两束光（平面波或球面波）干涉记录，一束为空白参考光，一束经过光调制，带有信息，再使用其中一束光照射记录好的图像，通过衍射再现信息。概况：干涉记录，衍射再现,The Tale,全息技术应用经历的三个时代,第一代,只能在单色光下再现的全息图; 第二代, 可在白光下再现的全息图, 它主要包括两大类型, 第一类是1962 年由前苏联

2、人丹尼苏克发明的反射式全息图, 这种全息图由于它的层状结构, 不能形成浮雕条纹, 难以快速复制, 故目前主要用于装饰品,“激光宝石”即是这类全息图; 另一类全息图是1969 年由美国人Beton 发明的彩虹全息图; 这类全息图由于衍射效率高, 制作过程简单, 特别是能够形成浮雕状条纹, 故得到快速发展,目前在全息领域占有重要地位; 第三代, 压印在薄膜上的模压全息图。正是由于模压全息图能大批量地快速复制, 且成本低廉, 才使全息图最终走出实验室, 进入人们社会生活的很多领域。模压全息图除了可用于贺卡、艺术图片、邮件、广告外, 最重要的应用是在防伪领域。目前, 很多国家的护照、身份证、信用卡、商

3、标、商品包装上都有模压全息图做为防伪标识。模压全息图的制作过程可分为: 激光摄制; 电成型; 模压。,点源的全息,点源全息的构建模式实用中点源可以被任意物体取代，来记录物体信息,参考平面光,感光盘记录干涉图案感光乳剂有小颗粒表面 (要求),物光 球面波,全息记录板,x,z,y,干涉记录:,参考光Reference wave物光Object wave干涉强度分布,干涉记录,当用介质记录干涉信息时，依赖于记录强度分布，以及记录转换效率，将得到一个干涉条纹决定的相位光栅tb 由于 |R|2 项产生的背景光B 记录及定影过程相关的强度效率常数,衍射再现,衍射再现：当用一个相干光 A(x,y)（通常被称

4、为重构波）照射全息片时， 最终的衍射场可以表示为：也就是相当于四个波的累加思考：加入重构波就是用参考光，会得到什么？,衍射再现,此时重构场可以整理为三项,参考波 和参考光分布相同，只是多了个常数因子,物波 除了一个强度系数，分布和物光完全相同,共轭物波 物光的复共轭，只不过有个 2 的角度偏移,衍射再现的三项场分布,物体虚像,实像,带系数的参考光,物波,共轭波,参考波,使用斜入射平面参考光和球面物光记录后，再用参考光入射再现，获得的衍射波强度分为三部分：,WHY?,全息图形的每一部分都是接受了物体发出的全部光, 所以全息图形随便割下一块，仍能恢复出全部物体信息,全息对波长的依赖,思考：当用一个

5、白光作为衍射光照射全息片时，在上图虚像方向将会有什么现象？全息片相当于一个相位光栅，会有衍射、色散的效果思考：如何实现彩色成像？,透射式全息: 参考光和物光在全息片的同一侧反射式全息: 参考光和物光在全息片的两侧,全息种类 反射式 vs. 透射式,透射式,反射式,简介,全息：干涉记录-衍射再现全息光存储Holographic Optical Storage (HODS) 或全息数据存储 Holographic Data Storage System (HDDS)目前最可预见的下一代光存储技术图像存储而非数字存储同一媒介可以多次存储Tbit的存储技术,全息光存储？,当前的光盘存储和磁光存储已经接

6、近了极限磁密度极限模斑尺寸极限-光波长极限衍射极限光存储如果要继续发展，只能寻求替代技术,Practical Solution or Toy?,目前出现的技术中最可行的一种超高的存储密度、超长的存储寿命超快的接入可能保守估计至少 10 of MBit/sec and 有望达到几百 MBit/sec小尺寸,技术比较,记录读取原理差异：现有光存储通过刻槽数字记录；全息则通过干涉写入，衍射读出。记录媒介差异：现有光存储信息记录在金属膜上，为二维记录；而全息信息则直接写在感光媒介内，为体记录；使用寿命差异：普通存储光盘寿命约10年；全息存储光盘能达到50-100年。存储容量差异：单张普通光盘在可见光范

7、围内最高容量少于100Gbit；单张全息光盘容量可达500-1000Gbit,体存储,0,1,0,1,0,0,1,0,0,1,0,0,1,0,1,0,1,0,0,1,0,1,思考：全息光存储光学系统如何构成？,空间光调制器（SLM）,空间光调制器是一类能将信息加载于一维或两维的光学数据场上，以便有效的利用光的固有速度、并行性和互连能力的器件。这类器件可在随时间变化的电驱动信号或其他信号的控制下，改变空间上光分布的振幅或强度、相位、偏振态以及波长，或者把非相干光转化成相干光。由于它的这种性质，可作为实时光学信息处理、光计算和光学神经 网络等系统中构造单元或关键的器件,液晶光阀：不加电液晶分子取向

8、杂乱，光不能通过；加电分子取向一致，可以通过开关作用,思考：如何使用液晶光阀实现灰阶图像调整,每个像素靠加电和不加电，分别只对应透过和不透过两种状态，那么如何获得灰阶图像调制？,全息光存储,SCANNERASSEMBLY,全息存储,LASER,BEAM SPLITTER,MIRROR STRIPS,HOLOGRAM READER,CRYSTAL,LENS,OBJECT BEAM,MIRROR,SPATIAL-LIGHT MODULATOR,MIRROR,LENS,LENS,MIRROR,LENS,LENS,BEAM SPLITTER,在全息存储系统里，激光被分为两束 ，一束用于调制信号，一束平

9、行光作为参考光，两束光干涉将信息记录在全息媒介里。,hologram reader全息图读写器scanner assembly 扫描组件beam splitter电子（射）束分裂器,Picture of a HVD by Optware,Holographic Versatile Disc structure1. Green writing/reading laser (532 nm)2. Red positioning/addressing laser (650 nm)3. Hologram (data)4. Polycarbon layer5. Photopolymeric layer (

10、data-containing layer)6. Distance layers7. Dichroic layer (reflecting green light)8. Aluminium reflective layer (reflecting red light)9. Transparent base,思考：如何提高全息存储的安全性？,相位调制的参考光（个人信息）,空间光调制器,全息加密技术,个人信息,存储数据,信息光,参考光,加密码,高度安全的全息存储技术,通过干涉存储了数字信号,思考,从全息的原理来看，如何提高全息存储的容量？,全息复用,1.45mm X 1.06mm,Dt=12 ns,