光信息科学与技术.ppt

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1、光信息处理与光学全息技术-绪论,光信息处理与光学全息技术绪论,关于信息的概述关于信息科学的概述关于信息技术的概述关于光信息科学与光信息技术的概述关于光全息技术的概述,关于信息的概述,人类赖以生存的三大要素(1)物质:物质是第一性,世界是有物质组成 的,没有物质就没有世界(2)能量:能量是一切物质的动力,没有能量,物 质就是静止的.(3)信息:信息是客观事物与主观认识相结合的产物,没有信息,物质和能量就无从知晓.,关于信息的概述,信息的概念 信息从世界开始存在之日起它就存在着,但是,直到20世纪前后,在科学技术尤其是在通信等信息技术的发展推动下，人们才开始意识到它的存在,探求其特征,建立它的理论

2、.,关于信息的概述,信息的概念 关于信息的定义,至今没有统一的说法,根据统计,世界上公开的关于信息的概念和定义约有39种之多.比较易于为人所接受的信息的定义:信息是客观存在的一切事物通过物质载体所发出的消息、情报、指令、数据和信号中所包含的一切可传递和交换的内容.,关于信息的概述,信息的分类(1)宇宙信息:指宇宙空间,恒星不断发出的各种电 磁波信息,而行星通过光波反射出信息,就形成直接 传播信息和反射传播信息.(2)地球自然信息:地球上客观存在的各种信息以及生物运动的各种信息.(3)人类社会信息:人类通过手势、语言、文字、图表、图形和图象等所表示的关于客观世界的间接信息.,、,关于信息的概述,

3、信息的基本特征(1)可量度:一般来说,任何信息都可以采用基本的二进制来量度,并以此进行编码。(2)可识别:对于自然信息可以采用直接识别,比较世界或间接识别的方法.对于社会信息,一般采用综合识别的方法.(3)可转换:任何信息都可以转换成为由电磁波为载体的电报,电话,电视或者计算机代码.,关于信息的概述,信息的基本特征(4)可存储:信息可以通过物质或能量状态的某种变化来进行存储.大脑是一个天然的存储器,它可以利用100亿到150亿个神经元,可存储100万亿至1000万亿比特的信息.(5)可处理:人脑就是一个最佳的信息处理器.计算机的信息处理只不过是人脑信息处理功能的一种外化而已.,、,关于信息的概

4、述,信息的基本特征(6)可传递:信息的传递是与物质和能量的传递同时进行的,离开了物质和能量的载体,信息的传递是不可以实现的。(7)可再生性:信息经过处理之后,可以其他的形式再生.比如,输入计算机的各种数据文字信息可以用显示、打印、绘图等方式再生成信息.,关于信息的概述,信息的基本特征(8)可压缩:信息可按照一党的规则或者方法进行压缩,以用最少的信息量来描述一事物,压缩的信息处理后可还原。(9)可利用:任何信息都具有一定的实效性.(10)可共享:与物质和能量不同,信息具有不守恒性,即具有扩展性.,、,关于信息科学的概述,信息科学概论部分(1)信息科学是一门综合学科,它是20世纪70年代后期,随着

5、计算机技术高速发展和广泛应用而逐步形成的.(2)信息科学是由信息论、控制论、系统论和计算机科学四位一体相结合的崭新学科.,关于信息科学的概述,信息论(A)信息论是信息科学理论基础,它是研究 信息的本质、度量、传递、交换和处理的科学.(B)信息论着眼于对信息的认识,而信息科 学则着重于研究人类、生物和机器如何获取、存储、处理、传递和控制信息的一般规律.,关于信息科学的概述,信息科学的理解(1)信息科学研究的对象是信息(A)探讨信息的性质、产生、来源,研究信息的量度、编码交换和译码;(B)研究生物、人类和计算机如何实现信息采集、处理、传递等实现方法.(C)寻求实现信息效用的最佳途径.,关于信息科学

6、的概述,信息科学的理解(2)信息科学的拓展(A)除了信息论、控制论、和系统论作为其理论基础外,还不断的产生新的理论,如模糊集合理论、随机过程论、自动机理论,以及包括对策论、博奕论、排队论、规划论、访生学、质量控制和经济模型理论等内在的运筹学理论.(B)近年来,人工智能理论发展很快，起目标是开发人类的信息功能,帮助人类突破自己的束缚.,关于信息科学的概述,信息科学的理解(3)信息科学的精确定义(A)信息科学是一门信息的科学,其研究的是信息及其运动规律的科学.(B)信息科学是以信息作为主要研究对象,以信息的运动规律为主要研究内容,以信息科学方法论为主要研究方法、以扩展人的信息功能作为主要研究目标的

7、一门科学.,关于信息科学的概述,信息科学的理解(4)信息科学方法论(A)信息方法基本含义:在与高级复杂事物打交道的时候,应当从信息(而不是能量或者物质)的观点出发,通过分析该事物所包含的信息过程来揭示它的复杂工作机制的奥秘,通过建立适当的信息模型和合理的技术手段来模拟或实现高级事物的工作机制的认识问题.综合解决高级复杂事物工作机制的现实问题,进化则解决高级复杂系统的优化和完善问题.从认识到现实再到完善,信息贯穿始终.,关于信息科学的概述,信息科学的理解(4)信息科学方法论(B)信息方法的三层含义:信息的分析 信息的综合 信息的进化,关于信息科学的概述,信息科学的总结(1)当代信息科学的研究范围

8、已经远远超出了仙农(C.E.Shannon)的信息论的领域而深入到了控制论科学、系统科学、耗散结构理论、协同理论、人工智能理论、认知科学、思维科学等领域.,关于信息科学的概述,信息科学的总结(2)信息科学破天荒的把信息推向了科学的舞台,与物质和能量顶足而立,并以崭新的思想和方法大大的丰富了科学的宝库.信息科学的崛起,使以物质和能量二者为中心的传统自然科学观让位于以信息、能量和物质三者为中心的现代科学观,是力量型的科学发展为智慧与力量结合的科学,使得以解放人类体力劳动为目标的传统科学转换为以解放体力和智力劳动为目标的现代科学。总之,信息科学的兴起极大的改变了整个科学的结构、内容和方向，改变了科学

9、发展的前景和科学的思维方式.,关于信息技术的概述,信息技术的概论(1)功能:信息技术是能够扩展人的信息器官功能的一类技术.人的信息器官包括:(A)感觉器官视觉、嗅觉、味觉、触觉等(B)传导神经网络导入神经网络和导出神经 网络(C)思维器官-记忆、联想、分析、决策(D)效应器官-操作、行走、语言等,关于信息技术的概述,信息技术的概论(2)信息技术的分类(A)感测技术-感觉器官的延长:包括传感技术和测量技术,使人们能够更好地从外部世界获取各种有用的信息.(B)通信技术-传导神经网络的延长:传递、交换和分配信 息,消除或克服空间上的限制,使人们能有效的利用信息资源(C)计算机和智能技术思维器官功能的

10、延长:使人们能够更好的加工和再生信息.(D)控制技术-效应器官的延长:根据输入的指令对外部事物的运动状态实施干预,关于信息技术的概述,信息技术的概论(3)信息技术四基元的关系(A)核心位置:通信技术、计算机与智能技术(B)核心与外部的接口:感测技术和控制技术 没有通信、计算机与智能技术,信息技术就失去了基本的意义.没有感测技术和控制技术,信息技术就失去了基本的作用,一方面没有了信息的来源,另外一方面失去了信息的归宿.综上所叙,信息技术的四基元是一个完整的体系的.,关于信息技术的概述,信息技术的概论(4)信息技术的两个具体定义(A)信息技术是能够完成信息的获取、传递、加工、再生和使用等功能的一类

11、技术。(B)信息技术是指感测、通信、计算机和只能以及控制技术的整体。,关于信息技术的概述,信息技术的三个层次 信息技术是以电子技术为基础,特别是微电子技术为基础,以计算机技术、通信技术三者的综合体为核心的技术群.具体来所包含三个层次,关于信息技术的概述,信息技术的三个层次(1)第一个层次:信息基础技术,即有关元、器件的制造技术,它是整个信息技术的基础;(2)第二个层次:信息系统技术,即有关信息的获取、传输、处理、控制的技术,主要有计算机技术、通信技术、控制技术三个方面,是信息技术的核心;(3)第三个层次:信息应用技术,即信息管理、决策、决策等技术,是信息技术开发的根本目的.信息技术的这三个层次

12、或领域互相关联,构成一个统一的整体.,关于信息技术的概述,信息基础技术 主要包括四个方面:(1)微电子技术-20世纪50年代兴起(2)光电子技术-20世纪70年代兴起(3)光子技术-20世纪80年代兴起(4)分子电子技术-20世纪80年代兴起,关于信息技术的概述,微电子技术,光电子技术,光子技术,光电子技术,分子电子技术,微波通信,电子计算机,电子自动控制,激光技术,光纤通信,光生物技术,光孤子通信,光子计算机,光子集成技术,生物电子计算机,个人电脑互联网办公自动化智能家电网络工业自动化电子显微镜天体物理望远镜,光信息科学与技术,本质:光信息科学和技术原则上说是属于信息科学和技术的一个组成部分

13、.研究的对象为光信息,光信息科学与技术的研究内容,研究光信息的本质、光信息的特征和信息的量度研究光信息的运动规律,即光信息产生、获取、变换、传播、存储过程中的一般规律研究光信息的收集、加工和利用的方法研究光信息的传递与交换的途径及其方法研究如何利用光信息进行识别或鉴定、综合、或重构的原理和方法研究光信息商品、光信息产业的特征、结构、功能及其发展机制等.,光信息科学与技术,光信息科学的基础是傅立叶光学(1)傅立叶光学(信息光学)的含义:使用光学的方法来实现二维函数的傅立叶变换,并在频域中描述和处理光信息.,光信息科学与技术,(2)傅立叶光学(信息光学)的特点(A)引用通信和信息理论中的普遍概念和

14、思想来阐述光学现象,使光学和通信信息理论相结合,光学和信息科学互相渗透.(B)把光学系统看作收集和传递信息的系统,它的作用和通信系统在本质上是一样的.只不过通信系统中,信息是时间性的,而在光学系统中,信息是空间性的.,傅立叶光学,发展历史(1)傅立叶分析方法诞生在19世纪初,20世纪初(2)傅立叶分析方法在光学领域中已有成功的应用，20世纪30年代泽尼克相衬显微镜的发明是信息光学早期卓越的成就。(3)20世纪60年代激光器的出现使人们获得了相干性极好的新光源,才使傅立叶光学得以迅速的发展.,傅立叶光学,分析方法 在光学信息系统中利用傅立叶分析和线性系统理论分析光波的传播、衍射、成像现象,将光学

15、系统看成收集和传输信息的系统，把光学现象使用我们所熟悉的通信和信息理论进行阐述.因而傅立叶光学(信息光学)又是信息科学的一个重要部分.,光全息技术,全息技术的含义 实现真实的三维图像的记录和再现的技术。其图像称作全息图.“全息”意思:摄影时除记录波长和强度以外，还记录物光的相位、物光的全部信息。所以，全息摄影能使物体产生极其逼真的立体感觉，立体电影就是在全息摄影技术的基础上发展而来的。,光全息技术,全息技术的产生 全息技术是伦敦大学帝国理工学院的Dennis Gabor博士发明的。他也因此而获得了1971年的诺贝尔物理学奖。最初，Gabor博士只是希望提高扫描电子显微镜的解析度。上世纪60年代

16、初期，由于激光器的发明,密歇根大学的研究员Leith和Upatnieks制作出世界上第一组三维全息图像。最近,前苏联的Yuri Dennisyuk也开始尝试制作可以用普通白光观看的全息图。现在，全息技术的持续发展为我们提供了越来越精确的三维图像.,光全息技术,全息图象的特点(1)其他三维“图像”不一样的是，全息图提供了“视差”。视差的存在使得观察者可以通过前后、左右和上下移动来观察图像的不同形象好像有个真实的物体在那里一样。(2)全息照相和常规照相不同，在底片上记录的不是三维物体的平面图像，而是光场本身。常规照相只记录了反映被报物体表面光强的变化，即只记录的光的振幅，全息照相则记录光波的全部信

17、息，除振幅外还记录了光波的相位。即把三维物体光波场的全部信息都贮存在记录介质中。,光全息技术,全息成像的基本原理 第一步:利用物光和参考光干涉在感光胶片上记录一幅干涉图样，呈错综复杂、透明度不同的花纹，称为全息（即全息照片），相当于把胶片制成一不规则的光栅，然后利用全息图对适当照明光的衍射，把原三维影像提取出来。第二步:重现,全息图是一个天然的信息存储器，可把冻结了的景物重新复活在人们眼前。,光全息技术,全息成像的发展(1)由于全息成像独特性能全息图有极其广泛的应用。如用于研究火箭飞行的冲击波、飞机机翼蜂窝结构的无损检验等。现在不仅有激光全息，而且研究成功白光全息、彩虹全息，以及全景彩虹全息，

18、使人们能看到景物的各个侧面。全息三维立体显示正在向全息彩色立体电视和电影的方向发展。,光全息技术,全息成像的发展(2)除用光波产生全息图外，已发展到可用计算机产生全息图。全息图用途很广，可作成各种薄膜型光学元件，如各种透镜、光栅、滤波器等，可在空间重叠，十分紧凑、轻巧，适合于宇宙飞行使用。使用全息图贮存资料，具有容量大、易提取、抗污损等优点。,光全息技术,全息成像的发展(3)全息照相的方法从光学领域推广到其他领域。如微波全息、声全息等得到很大发展，成功地应用在工业医疗等方面。地震波、电子波、X射线等方面的全息也正在深入研究中。,光全息技术,全息技术的应用(1)全息照相:一种不用普通光学成象系统

19、的录象方法，是六十年代发展起来的一种立体摄影和波阵面再现的新技术。由于全息照相能够把物体表面发出的全部信息(即光波的振幅和相位)记录下来，并能完全再现被摄物体光波的全部信息，因此，全息技术在生产实践和科学研究领域中有着广泛的应用。例如：全息电影和全息电视，全息储存、全息显示及全息防伪商标等。,全息照相,全息照相方法:全息照相利用有四个镜头的特殊照相机，照相机的镜头能对准拍摄目标从不同角度进行拍摄，得到景物的立体照片。,全息照相,(2)全息照相的特征:全息照相能获得景物的每个细节辐射或反射光波的全部信息，拍出的照片任何一个局部都可以复现原照片的所有信息。也就是说，即便把一张照片撕成碎片，只要有一

20、个碎片，就可以复原原照片的整个图像。因此，在那个时代，全息照相术被称为“我们这个时代最伟大的发明之一”。,全息照相,(2)全息照相的发展:具有实用价值的全息摄影是在美国物理学家雷夫和于帕特倪克斯发明了激光后才得到实际应用。高速全息摄影最快的每秒钟能拍40000张照片，能记录气体爆炸、内燃机点火等高速动作。美国柯达公司和史宾物理公司合作研制出一种世界高速影像记录分析系统SP2000。它可以每秒拍成12000张照片，不但可拍摄到发射中的子弹的行进过程，甚至对蜂鸟的拍翼情景也能清晰记录下来。可以说，全息摄影是照相技术和激光技术结合的产物。,全息照相,全息照相的拍摄要求(1)光源必须是相干光源 通过前

21、面分析知道，全息照相是根据光的干涉原理，所以要求光源必须具有很好的相干性。激光的出现，为全息照相提供了一个理想的光源。这是因为激光具有很好的空间相干性和时间相干性。,全息照相,全息照相的拍摄要求(2)全息照相系统要具有稳定性.由于全息底片上记录的是干涉条纹，而且是又细又密的干涉条纹，所以在照相过程中极小的干扰都会引起干涉条纹的模糊，甚至使干涉条纹无法记录。比如，拍摄过程中若底片位移一个微米，则条纹就分辨不清，为此，要求全息实验台是防震的。全息台上的所有光学器件都用磁性材料牢固地吸在工作台面钢板上。另外，气流通过光路，声波干扰以及温度变化都会引起周围空气密度的变化。因此，在曝光时应该禁止声波的干

22、扰,全息照相,全息照相的拍摄要求(3)物光与参考光应满足 物光和参考光的光程差应尽量小，两束光的光程相等最好，最多不能超过2cm.(4)使用高分辨率的全息底片 因为全息照相底片上记录的是又细又密的干涉条纹，所以需要高分辨率的感光材料。普通照相用的感光底片由于银化物的颗粒较粗，每毫米只能记录50100个条纹，天津感光胶片厂生产的I型全息干板，其分辨率可达每毫米30000条，能满足全息照相的要求。,全息照相,全息照相的拍摄要求(5)全息照片的冲洗过程 冲洗过程也是很关键的。显影液、停影液、定影液和漂白液都要求用蒸馏水配制，但实验证明，冲洗过程要在暗室进行，药液千万不能见光，保持在室温20在右进行冲

23、洗，配制一次药液保管得当可使用一个月左右。,光全息技术,全息技术的应用(2)光学全息外，还发展了红外、微波和超声全息技术，这些全息技术在军事侦察和监视上有重要意义:一般的雷达只能探测到目标方位、距离等，而全息照相则能给出目标的立体形象，这对于及时识别飞机、舰艇等有很大作用。因此，备受人们的重视。但是,由于可见光在大气或水中传播时衰减很快，在不良的气候下甚至于无法进行工作。为克服这个困难发展出红外、微波及超声全息技术，即用相干的红外光、微波及超声波拍摄全息照片，然后用可见光再现物象，这种全息技术与普通全息技术的原理相同。,光全息技术,全息技术的应用(3)全息技术在光通信器件中的应用逐渐引起人们的

24、重视。随着因特网、宽带综合业务数字网以及多媒体通信的高速发展，对光通信系统传输速率和带宽的要求越来越高，波分复用(WDM)、光码分多址(OCDMA)和全光交换等新技术和新概念应运而生，对光电子器件提出了越来越高的要求。全息技术由于自身的特点，正在为光通信器件的研发提供新的思路和方法，已逐渐引起人们的重视。近年来国内外体全息复用器、全息光纤光栅、全息光开关的研究已有较多报道.,全息光存储,全息光存储(1)全息存储技术的实质上还是一种光盘存储技术.60年代初，随着激光器的出现，Van Heerden提出了全息数据存储的概念。在全息光存储中，数据信息是以全息图的形式被记录在存储材料中。可以分为:(A

25、)模拟全息存储技术(B)数字全息存储技术两类.,全息光数字存储方案,(1)第一种方案 由Inphase提供，采存储介质为两层光敏聚合物，介质厚度为1.5毫米，并被安置在了全息碟片的两层塑料外壳中间。InPhase还研究了一种先进的多点记录技术，通过重叠数据的“书”而不是重叠数据的页来创造更大的数据密度。InPhase的多点记录技术消除了数据卷，因此增加了数据密度。读取光头采用波长407nm的蓝色激光。,全息光数字存储方案,(1)第二种方案 日本企业Optware公司研发的同线全息技术（Collinear holography），其读写速度比传统DVD要高出40倍。Optware计划于2006年

26、6月推出容量达200GB的企业级可移动磁盘，初期的目标用户是医疗保健机构。目前，Optware、FujiFilm和CMC、Magnetics等厂商组建了一个全息多功能磁盘联盟，目的就是要实现该技术的标准化。,全息光存储的基本原理,如图所示，来自物方携带有调制信号（欲实现存储的信息）的光称为物光，另一束光称为参考光。物光和参考光是由同一激光器输出的激光束经分光镜而得到的，因此满足形成干涉所需的相干条件。当物光和参考光相遇时就会产生干涉，从而在空间形成光的干涉图样。令物光和参考光在全息光存储材料中相遇并发生干涉，干涉图样会使存储材料的化学或物理特性发生改变，存储材料在折射率或者吸收率上的相应变化就

27、作为干涉图样的复制品而存储下来。存储下来的干涉图样就是全息图，它保存了物光的全部信息（包括振幅和位相信息）。,全息光存储的基本原理,全息光存储的基本原理,普通全息存储中存储和再现的是事物本身的全息图像，这是一种模拟存储方式，并非数字式存储。全息光盘存储则是数字存储方式：需要存储的数字信息经过编码后组成二维数据页，并被送到空间光调制器（Spatial Light Modulator，缩写为SLM）中。组成M维数据页的“0”和“1”分别对应SLM像素阵列上的亮点和暗点，从而在SLM的像素阵列上形成了一幅二维数据页的图像。,全息光存储的基本原理,全息光存储的基本原理,从激光器发出的激光穿过SLM而被

28、二维数据页的图像所调制，并在存储材料中和参考光相遇，实现对数字信息的存储。复用技术-采用不同角度的参考光可以在同一存储材料的同一位置存储另外一幅完全不同的全息图，这就是全息光存储的一个重要技术特征。,全息光存储的基本原理,全息光盘的信息读出 在复用情况下，一个角度的参考光对于一幅全息图。当读出数据页时，用和存储该数据页所用参考光相间的光照射存储材料，光束与存储材料中的干涉图样（全息图）发生衍射，衍射光成像于光电探测器阵列上并被转变为电信号，通过电通道传输到后续处理环节。每一数据页都可以使用与记录时所用参考光相同的光准确地再现出来。,全息光存储的基本原理,全息光盘的信息读出 要确保可靠地存储数据

29、以及准确地读出数据，必须要有高质量的成像系统引导复杂的波前贯穿存储材料，以备读出时恢复并成像到CCD上。CCD上的数据页图像质量必须近乎理想，成像系统的任何光学像、色差或CCD的散焦都将使一个像素上的能量扩散到邻近的像素上。光学失真或放大倍率错误也将使像素成像偏离预定的接受无件，从而导致读出的数据发生错误。,全息光存储的基本原理,全息光存储系统的组成 全息光存储系统的主要组成部分包括光源、空间光调制器（SL）、探测器阵列，以及变换透镜和相应的光学元件等。系统的性能与这些组成部分的性能密切相关。下图所示只是全息光存储系统的部分组件，另外还有复杂的光学系统，访问其它存储体的机械部件，控制系统的电子

30、设备和实现编解码处理的存储通道等。,全息光存储的基本原理,全息光存储的基本原理,（1）光源：用于全息光存储系统的光源必须具有高度的空间和时间相干性，以便在要求的空间形成干涉图样，并在曝光时间内保持干涉图样的稳定，因此一般都采用激光作为光源。早期一般都使用体积庞大的Ar 气体激光器，其波长为514.5nm，输出功率高达5W。随着存储材料所需记录功率的下降，以及全息技术商品化的需要，人们逐渐使用微型LD，双频泵浦全固体ND：YAG（钇铝石榴石）绿光激光器，其波长为532nm，输出功率在100mw左右。据报道，在Optware和Inphase最新展示的系统中，则采用了新型的氮化镓（GaN）蓝光半导体

31、激光器，其波长为405nm，输出功率可达30mw.,全息光存储的基本原理,（2）空间光调制器（SLM）：用于全息光存储系统的空间光调制器必须是二维的，但并不一定需要是彩色的。此外，对空间光调制器还要求其具有高对比度和快速转换能力。一般对比度能达到5：1就可以接受，越高当然越好。而帧转换速度则要求能够达到1000帧/s，这样才能够达到100MBs的数据传输率。,全息光存储的基本原理,（3）探测器阵列：它是全息光存储系统的一个重要组成部件，用于接收读出的图像并形成相应电信号进入取阈、纠错和解调电路。目前，所有全息光存储系统中采用的都是CCD光电转换元件。CCD有线阵和面阵两种结构，在全息光存储系统

32、中一段使用面阵结构的CCD器件，其主要的性能指标有：电荷转移效率、工作频率、噪声、暗电流、光灵敏度、量子效率、分辨率和动态范围。此外，还需要考虑CCD器件和SLM之间的像素匹配程度，即如果SLM具有1024*1024个像素，像素尺寸是12.8m，那么理想情况下希望 CCD器件也具有1024*1024个像素，且像素尺寸为12m。,全息光存储的基本原理,（4）控制电路：系统图中没有表示出驱动光学部件的复杂电路，以及编解码、纠错等电通道处理环节，但是这些部分在整个全息光存储系统中起着不可替代的重要作用。在信源方面，需要存储的数字信息必须经过调制编码才能形成二维的数据页。而在系统的另一端，CCD器件探

33、测到的图像信号只是伪数字信号，必须取阈值变为二值数据，再经过解调和纠错方能为人们所用。此外，在记录和读出时还要求计算、控制激光的功率、复用情况。曝光时间、对图像的处理以及纠正图像失真等。这些都需要由控制电路加以快速、准确地控制，从而实现对数字信息的存储和准确读出。,全息存储中的复用技术,复用的作用 存储中的复用技术是全息光存储所特有的技术特征，采用合理的复用技术可以有效地增加系统的存储容量，提高存储系统的性能。复用的类型(1)空间复用(2)体积复用(3)混合复用,全息存储中的复用技术,(1)空间复用 空间复用技术是将记录介质的二维平面划分成不同的区域，在每一个区域中单独存储一幅全息图。空间复用

34、技术是发展得最早的复用技术，主要适合于平面型记录材料，存储材料中的存储格式类似于硬盘和光盘。,全息存储中的复用技术,空间复用的特点(A)优点：由于相邻的全息图在空间并不重叠，因此再现出的页面之间可以完全避免串扰噪声，每个全息图的衍射效率也都可以达到单个全息图所能达到的最大衍射效率。此外，由于存储的所有全息图都可以采用相同的参考光角度，因此系统的光路设计和构架相对简单。(B)缺点：单纯空间复用技术的主要缺点是不能充分利用存储材料的厚度来增加系统的存储容量，因此没有充分利用全息存储技术的潜力实现最大存储容量,全息存储中的复用技术,(2)体积复用 为了弥补空间复用技术的缺陷，人们提出了体积复用技术。

35、体积复用技术分为三种：(A)角度复用(B)位相复用(C)波长复用,全息存储中的复用技术,(A)角度复用 这是一种使用最早，研究最为充分的复用技术，它利用了体积全息图的角度选择性，使不同的信息页面可以互不相干地叠加在同一个空间区域内。每幅全息图在记录和读出时所采用的物光和参考光的夹角都各不相同，但采用的激光波长是固定的.对角度的调整可以通过旋转反光镜或声光偏转器来实现。,全息存储中的复用技术,角度复用的特点 角度复用技术可以有效地增大存储容量，提高存储密度。但角度复用存储的全息图数目越多，平均衍射效率就越低，并且由于串抗干扰的叠加将导致读出数据的信噪比下降，这些因素也影响和限制了角度复用技术可以

36、实现的存储容量。,全息存储中的复用技术,(B)位相复用 为了克服角度复用技术串扰噪声较大的缺点，人们又提出了正交位相编码复用技术。在这种复用技术中，参考光的波长和光束角度都是固定的，而位相编码一般使用确定性位相编码中的正交位相编码。,正交位相编码的含义,每个全息图的参考光都是由一组平面波束的集合组成，对其中每个光束都进行纯位相调制，即相对位相延迟非0即。每组这样的光束集合代表一个存储图像的地址，且和其它所有地址都正交。读出信息时，只有该地址参考光束对应的全息图的衍射效率最大，而对于其它全息图则是相消干涉，理论上其衍射效率均为零。因此，位相复用技术可以提高读出过程中全息图的衍射效率，增加读出数据

37、的信噪比，并且可以使对存储数据的寻址通过改变光束的位相而不是改变光束的方向来实现，从而使寻址过程更快。,全息存储中的复用技术,(C)波长复用 由于全息图的再现对读出光的波长也十分敏感，所以波长复用也是全息光存储的主要复用方式之一。波长复用也是基于全息光存储所具有的布喇格角选择性，只是此时每幅存储的全息图是与一个特定的光源波长相对应，记录和读出过程中参考光和物光之间的夹角保持不变。,全息存储中的复用技术,(3)混合复用 混合复用技术就是将上述几种复用方法结合使用，以便充分利用各种复用方法的优点，提高系统的存储容量。主要的几种混合复用技术包括：(A)稀疏波长角度复用(B)空间角度复用(C)空间位相

38、复用。,全息存储中的复用技术,随着技术的发展，人们又提出了一些新型的复用技术。例如：1999年VMarkov等人提出的静态散斑复用技术；2001年，清华大学提出了利用全息光存储系统中随机相位极自身位移产生的动态散斑实现的动态散斑复用技术等。,全息存储中的复用技术,相信随着科技的不断进步，会有更多优秀的复用技术得到开发和应用，从而可以更加充分地发掘全息光存储的存储潜力，实现大容量、高密度的数字存储。,本门课程的课程内容安排,(1)傅立叶分析(2)二维线性系统(3)标量衍射理论(4)透镜的位相调制和傅立叶变换性质(5)光学成像系统的投射函数(6)部分相干理论(7)光学全息(8)光学信息处理,谢谢!,