光折變晶體中高密度全息存儲熱固定技術的研究

1、光折變晶體中高密度全息存儲熱固定技術的研究溫亞芹(哈爾濱華德學院通識教育學院,黑龍江哈爾濱150025摘要:隨著社會的進步及科學技術的發(fā)展,尤其是近年來計算機和互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展,人們獲取、處理、傳輸、存儲和顯示的信息量正以指數(shù)方式日益增加。光折變晶體以其特殊的性能優(yōu)點在光學體全息存儲等領域中有著廣泛的應用。近年來,在提高數(shù)據(jù)存儲密度、存取速度以及存儲器性能等方面,已經(jīng)取得了重大的研究進展。本研究主要從理論對全息儲存熱固定技術進行簡單說明,并對光折變全息存儲材料特性的優(yōu)化進行簡單介紹。關鍵詞:光折變晶體;全息存儲;熱固定0引言信息科學技術的高速發(fā)展對信息存儲技術提出了更高的要求,光學體全息存儲是

2、光存儲領域中獨具特色和發(fā)展?jié)摿Φ囊豁椉夹g,它具有存儲容量大、存取時間短、抗電磁干擾能力強、冗余度高、可進行內容尋址等優(yōu)點,因而引起了眾多研究者的關注。為了使信息能夠長期保存和非破壞讀出,必須對全息圖進行固定。固定方法有熱固定和電固定等,其中,熱固定技術是目前研究得最為活躍并且效果很好的固定技術。1、體全息存儲技術及發(fā)展概況步入信息時代,隨著數(shù)字多媒體、互聯(lián)網(wǎng)等高新科技的飛速發(fā)展,各種形式的數(shù)據(jù)信息日益激增,這無疑對現(xiàn)有的存儲技術提出了更高的要求,因此,研究開發(fā)快速存取、超大容量、更高密度的新型存儲器具有重要意義。1.1體全息存儲的特點由于信息科學技術的快速發(fā)展,使得需要處理和存儲的信息量日益加

3、大,信息系統(tǒng)對存儲量、數(shù)據(jù)傳輸速率及數(shù)據(jù)存儲可靠性的要求不斷提高。體全息存儲是當前最有潛力的高速大容量信息存儲技術,光折邊材料是全息存儲的首選材料。體全息存儲技術與其它的數(shù)據(jù)存儲技術相比,存在著許多優(yōu)點:首先,體全息存儲器可以用于存在強電磁場干擾的特殊環(huán)境中。其次,體全息存儲容量很高,而且全息圖的波面重現(xiàn)性質決定了其高冗余度的特點,這是其它存儲技術不具有的。體全息存儲技術可能達到非常高的數(shù)據(jù)傳輸率和很短的存儲時間。1.2體全息存儲技術的發(fā)展概況在全息術發(fā)成展的初期,全息圖就被看作是有潛力的光學存儲方式。研究表明,全息存儲器可望存儲幾千億字節(jié)數(shù)據(jù),以每秒10億位或10億位以上的速度傳送數(shù)據(jù),并在

4、100微秒或更短的時間內隨機選擇一個數(shù)據(jù)頁面。根據(jù)全息存儲的特性研究各種總體設計方案,均衡考慮誤碼率、容量、數(shù)據(jù)傳輸速率、堅固性和封裝等,以期完善全息存儲實用化系統(tǒng)設計,其中包括各種演示裝置和產(chǎn)品級別測試系統(tǒng)。2、光折變晶體中全息存儲的基本原理在光折邊晶體中,記錄的全息圖暗保存時間通常很短,而且在讀取過程會受到讀出光的擦除。為了使信息能夠長期保存和非破壞性讀出,必須對全息圖進行固定。體全息存儲就是在厚記錄介質內部記錄下物光與參考光的干涉圖樣,其在記錄介質內部形成的體全息圖的干涉條紋面是三維光柵。當三維光柵的總衍射波振幅達到最大值時,三維光柵的衍射應該滿足布喇格條件,體全息圖總是在滿足布喇格條件

5、時才能衍射出最強的再現(xiàn)像,若讀出光入射角度或波長不滿足布喇格條件,均會引起再現(xiàn)衍射效率的急劇下降。體全息圖的這種角度或波長的選擇性,允許我們在進行體全息存儲時,采用不同入射角或不同波長的參考光,在記錄介質的同一體積中記錄多個不同的全息圖。3、光折變邊晶體的全息存儲熱固定技術光折變晶體是常規(guī)體全息存儲記錄介質。光折變體全息存儲是利用光折變晶體中光激發(fā)載流子的激發(fā)和輸運機制,以全息電子光柵的形式記錄信息的,并且使用均勻光照射讀取信息。3.1熱固定的基本概念對全息電子光柵的熱固定是基于空間電荷場下離子的運動機制,鈮酸鋰晶體中參與作用的離子被證明是H+質子。完整的熱固定過程包括兩個步驟:定影和顯影過程

6、。離子光柵適合于更長期的保存和更持久的光讀出,從而實現(xiàn)非易失性全息存儲。3.2熱固定方法實施熱固定的基本方法分為記錄后補償法和同時記錄補償法。一般而言,同時補償記錄比記錄后補償?shù)臒峁潭ㄈD的衍射效率更高。另外,由于同時記錄補償法的記錄和讀出在不同溫度下進行,光折變晶體中全息光柵的條紋間距以及晶體折射率均會隨溫度發(fā)生改變,導致相應的布喇格角也隨溫度變化。4、光折變體全息存儲材料特性與優(yōu)化光折變材料通常指可由光致空間電荷場通過線性電光效應引起折射率變化的電光材料。利用光折變材料的這種性質,可以在晶體內實現(xiàn)信息存儲。材料的質量決定了存儲系統(tǒng)的存儲質量。4.1光折變體全息存儲材料的性能要求光學質量、

7、光折變靈敏度、動態(tài)范圍和信息存儲壽命是光折變全息存儲介質的首要參考特性,這些特性直接影響和制約著存儲器的存儲密度、存儲容量、數(shù)據(jù)讀/寫速率和數(shù)據(jù)誤碼率。信息通過成像系統(tǒng)和記錄介質成像于陣列探測器上,成像的好壞不僅受成像系統(tǒng)質量的影響,而且還受存儲介質光學質量的影響。我們可以改善材料的光折變性能,通過改變LN晶體陷阱中心(如Nb獷十、Fe,十的濃度和光折變敏感中心(如FeZ+的濃度,以滿足光折變體全息存儲對材料靈敏度和再現(xiàn)圖像信噪比的要求。信息存儲壽命是每個存儲系統(tǒng)都必須具備的性能。光折變材料的其它性能,如光折變光柵的建立時間(響應時間、光致光散射以及空間分辨率也對光折變全息存儲的寫入速度、誤碼

8、率等有重要的影響。4.2光折變材料光折變材料包括有機高分子聚合物、有機晶體和無機材料(光折變晶體、陶瓷等等多種材料。光折變晶體可分為三類:化合物半導體、秘硅族氧化物和鐵電晶體。所有光折變材料都可以記錄折射率光柵,原則上都可以用作光折變體全息存儲器的存儲介質。4.3晶體參數(shù)的優(yōu)化晶體的摻雜量對光柵的熱固定效率影響很大,為了得到高的熱固定效率,應該選用摻雜濃度小的晶體樣品。D2A和D2B晶體的摻雜濃度相同,但還原處理不同。No8晶體雖為高摻雜晶體,但它是氧化晶體,故依然可顯影出離子光柵,這表明晶體的氧化P還原態(tài)對熱固定效率的影響是顯著的。無論是電子光柵還是離子光柵,受到光照以后都會有一定程度的光擦

9、除,室溫時放置于黑暗處也會產(chǎn)生衰減。Ce2,Ce3和D2A晶體均為強還原晶體,熱固定效率極低,以致不能觀察到離子光柵。如果降低這幾種晶體的摻雜濃度,有可能獲得可顯影的且暗衰減時間常數(shù)很長的離子光柵。5、結語二十一世紀世界進入信息社會,知識經(jīng)濟成為最活躍的推動社會進步、促進科學技術發(fā)展的強大動力。高密度全息存儲技術是具有開發(fā)潛力和應用前景的海量存儲技術,其實用化關鍵在于兼顧全息圖保真度下實現(xiàn)高密度全息圖的存儲和固定。雖然熱固定的研究取得了一定的進展,不過在研究中也發(fā)現(xiàn)存在一些問題,有待今后改進和解決?？偠灾?熱固定技術是實現(xiàn)光折變晶體中全息圖穩(wěn)定存儲的有效方法。體全息存儲的研究正在持續(xù)高漲,并

10、處在實用化和產(chǎn)品化的重大突破階段。通過國內外科研人員的不斷努力,光折變海量存儲器越來越接近實用化。隨著研究的不斷深入,相信在不遠的將來,體全息存儲會得到更加廣泛和實際的應用。參考文獻:Study of photorefractive crystal in high density holographicstorage thermal fixing techniqueWen Yaqin(Harbin Huade University General Education College,Heilongjiang Harbin150025 Abstract:with the development

11、of social progress and science and technology,especially the development of computer and Internet technology in recent years,people access, processing,transmission,storage and display the amount of information is increasing exponentially.Photorefractive crystal with its advantages of special perform

12、ance in the optical holographic storage and other fields are widely used in.In recent years,the improvement of data storage density and access speed and memory performance etc, have made significant advances in the study of.This research mainly carries on the simple description from the stored thermal fixing technique of holographic theory,and optimization of the photorefractive holographic stora