近代物理講座

1、近代物理講座光學(xué)存儲一一全息存儲原理與應(yīng)用一、引言信息技術(shù)的高速發(fā)展，要求存儲技術(shù)提供速度更快，容量更大，功耗更低，體積更小，壽命更長，可靠性更高的存儲器。傳統(tǒng)的半導(dǎo)體工藝技術(shù)以及群存儲的容量已達到極限。利用光信息存儲則有更大的發(fā)展空間。1. 光學(xué)存儲方式：1) 光盤存儲2) 光學(xué)全息存儲3) 雙光子光學(xué)存儲4) 光學(xué)燒孔存儲2. 光盤存儲二維存儲1) 緊湊，大容量存儲2) 通入激光來寫入3) 通過激光來偏轉(zhuǎn)讀取4) 容易損傷存儲密度：口華人波長A3. 光學(xué)全息存儲全息術(shù)概念使用于1947年，首先用于電子顯微鏡。二、光學(xué)全息存儲原理光波復(fù)振幅：A(x,y)=A0(x,y)expj0(x,y)光

2、強：I(x,y)=.AA*=.Ao(x,y)2. 全息照相物光波：0(x,y)=0o(x,y)expj%(x,y)參考光波：R(x,y)=Ro(x,y)expj；(x,y)相干疊加后的光強分布：I(x,y)=(0-p)(0R)*=00*-RR*0R*R0*.2.2=|0(x,y)+|R(x,y)|+0。R°expjW0中r)+00R0expj(50中r)普通照相的光強只有幅值大小，而無相位，因此是平面的，而全息照相則不僅有幅值，而且有相位，保持下來的是一個明暗變化的條紋。參考光波：R(X,Y)作為再現(xiàn)光透過全息圖后的光波復(fù)振幅_*：IIR(x,y)=(oR)(。R)R=O(x,y)|

3、2R(x,y)十|R(x,y)|2R(x,y)十o(x,y)R(x,y)2+R(x,y)|2R(x,y)光學(xué)全息存儲十三維體存儲1/K2-1/K3,存儲密度10-6>1Tbytes/cm3T10-12特點：1、利用圖像而非信息位存儲數(shù)據(jù)。2、圖像存儲于材料內(nèi)部。全息存儲直到二十世紀(jì)末期才真正達到應(yīng)用狀態(tài)。三、光折變體全息存儲1、 光折變效應(yīng)-加；工LW工yzu二二4inzx2、 光折變二元存耦合3、 體全息光柵與全息數(shù)據(jù)存儲I(x,y)=1+cos(kxx+kyy)二維存儲I(x,y,z)=1+cos(kxx+kyy+kzz)三維存儲布拉格效應(yīng)：2.-sin上一一周期)入射角波長只能在特

4、定的角度入射，才能得到相干光強，也因此改變角度,可以得到不同的圖像。1mm的面上可記錄1000個不同的圖像。特點(三維全息存儲)：1) 三維負面式關(guān)聯(lián)存儲(部分損壞，仍可用)2) 并行內(nèi)容尋址3) 復(fù)用技術(shù)(角度，波長，空間，相應(yīng)編碼)4) 高冗余度5) 可重復(fù)讀寫潛力：1) 存儲密度1/九3bit仃8/cm32) 傳輸速率1GB/s全息存儲的優(yōu)勢4、 光折變體全息存儲材料材料問題是目前限制光息存儲技術(shù)的最大問題！散射、靈敏度，揮發(fā)問題也是一個問題。雙色存儲目前也是一種嘗試方法(雙色記錄材料)有機全息記錄材料是：另一種有前途的材料。5、 光學(xué)全息存儲系統(tǒng)1991年1立方厘米500幅1994年1

5、立方厘米10,000幅6、 全息光學(xué)相關(guān)指紋識別，參考光+物光到記錄，用參考光也可以復(fù)憶物光，反之用物光也可以復(fù)現(xiàn)參考光。分?jǐn)?shù)傅立葉變換以及光學(xué)圖像加密技術(shù)一、分婁傅立葉變換是通常傅立葉變換的推廣，即是0f的分?jǐn)?shù)傅立葉變換：F=(F)：.即口可以是任意參數(shù)，若"=0,就是通常的傅立葉變換，0f=1,就是傅立葉變換F'：f(x)二、簡單的發(fā)展歷史對分?jǐn)?shù)傅立葉變換的研究始于80年代，但中國有一段時間進展甚微，這主要是因為大家并沒有認(rèn)識到分?jǐn)?shù)傅立葉變換在其它分支及其學(xué)科的應(yīng)用，90年代兩個物理學(xué)家提出分?jǐn)?shù)傅立葉變換在物理上的理解，從此分?jǐn)?shù)傅立葉變換的研究開始活躍起來，至90年代到現(xiàn)

6、在已發(fā)表200多篇文章。三、數(shù)字定義1、 一個階為口的分?jǐn)?shù)F(X)傅立葉變換可以定義為：F：(f(x)；=Sk(x)f(x)dx這個變換的核是K：(N,x)=4邛匕90tu2-2cseuxcot(x)2)：?with,=2二/2,Ax=,1-icot2、 分?jǐn)?shù)傅立葉變換的性質(zhì)1) 周期性：F0=p=f(x),F1=F.F2=Q=f(-x),F3=FQ=QF,F4=F0=P2) 線性型：F“=Gf(x)+bg(x)J=aFaf(x)+bF"%(x)分?jǐn)?shù)傅立葉變換相當(dāng)于把像空間旋轉(zhuǎn)一個角度，與原來的傅立葉變換的連接可以通過一個旋轉(zhuǎn)變換。多重分?jǐn)?shù)傅立葉變換可以通過更多函數(shù)的疊加得到，因此其

7、周期可以是4的整數(shù)倍。這樣的一個疊加當(dāng)周期為4的進修可以化到實的。當(dāng)周期無窮大時，又退化到原始的傅立葉變換，之所以聯(lián)想到在物理上的解釋，重要因素是在某種情況下千載一時上的變化的函數(shù)為一個高斯函數(shù)。另外，光連演變射的過程也可以通過一個分?jǐn)?shù)傅立葉變換來描述(當(dāng)接收器為球面的時候，接收的結(jié)果就是傅立葉變換)四、光學(xué)分?jǐn)?shù)Fourier變換的應(yīng)用1、信號分析，綜合2、圖像加密，用光學(xué)的方法及量子論加密解密，通過全傅立葉變換來研究模板及信息通過隨機對象可以把傅立葉變換應(yīng)用到隨機外像偏碼。3、 直接通過多重分?jǐn)?shù)傅立葉變換進行加密，解密。激光光譜學(xué)在醫(yī)療和環(huán)境中應(yīng)用對于原子，分子，光子的觀察，我們可以了解微觀

8、世界。1、 1激光的出現(xiàn)在改變了光譜，使光譜學(xué)發(fā)生了巨大變化，以前光譜分辨依賴于儀器時間長。2 激光發(fā)散角小，可獲單射能量很高。97、99分別為激光光譜年有關(guān)，天文地理有關(guān)應(yīng)用。3 醫(yī)療應(yīng)用，惡性腫瘤2、 1光譜學(xué)分類光譜學(xué)：常規(guī)激光：線性非線性2 .主要的光譜儀學(xué)測量方式：P光強空間有組織有關(guān)不同位置一脈沖激光。固定位置按時，P對T一調(diào)制：正強波、頻光波率分辨測量3 醫(yī)學(xué)中的激光診斷及治療1、 激光誘導(dǎo)組加熱激光手術(shù)刀，血管，內(nèi)窺鏡X光2、 特點：A、避免出血，凝血。B、消毒，高溫（細菌、組織）C、不必接觸，不感染，D、有選擇的治療。3、 診斷特點：A、不接觸B、無輻射能C、實時D、分子測量

9、4、 光學(xué)生物診斷技術(shù)，X射線、超聲、函電子診斷攝影術(shù)、目前出現(xiàn)激光誘導(dǎo)熒光、是動力學(xué)診斷。5、 光與組織相互作用共振，非共振一一不影響能級躍遷：彈性散射和Romen散射任何物體（分子，原子）激光使物體從單一能級躍遷到另一能級（激光分子吸收誘導(dǎo)組織加熱誘導(dǎo)熒光誘導(dǎo)光化學(xué)）6、 組織分子的吸收對光傳播的影響激光入射透射吸收散射7、 吸收特點1） 系數(shù)隨入變化，穿透組織的能力2） 吸收強，穿透組織深度越小，1000-1300納米人體里透明度，人體吸收紅光最小。8、 溫度與組織的關(guān)系與作用吸收熱，溫度高則某酶電活性破壞27-40多，60度蛋白質(zhì)變性，100度細胞破裂，200度碳化反應(yīng)，止血應(yīng)用于手術(shù)

10、。9、 激光誘導(dǎo)組織加熱激光外解10、 激光器CO2準(zhǔn)分子，二極管，Ar離子，血紅素（視網(wǎng)膜、胎痣血管漂白）11、 激光器的比較CO2和準(zhǔn)分子對組織損害較小，穿透深度小，準(zhǔn)分子有紫外光有傷害（角膜一般用CO20.1mm）用于激光手術(shù)刀（吸收水分子爆炸，接連開刀）但CO2轉(zhuǎn)自偏轉(zhuǎn)不易。12、 外科治療病癥：近視，遠視，血管肉瘤，唔子，息肉，痔瘡，痣。13、 激光誘導(dǎo)光及光譜特點：單一波長，動脈冠狀硬化。三光誘導(dǎo)光化學(xué)1、 分子變激發(fā)態(tài)，衰變：發(fā)生誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)、是動力學(xué)診療、胃癌直腸癌、膀胱、牛皮癬2、 ALA特藥吸血紅素4、 光譜性質(zhì)理念：實驗按濃度數(shù)據(jù)，檢驗傳染促進治療基理5、 我國現(xiàn)狀以到：

11、1、CO2傳輸現(xiàn)代化2、光動力學(xué)、301醫(yī)院雙光子吸收3、長波激發(fā)，深處治療。光通信進展一、光通信的發(fā)展信息技術(shù)現(xiàn)代工業(yè)的先導(dǎo)20世紀(jì)信息技術(shù)微電子技術(shù)（電子計算機、電子通信）電子互聯(lián)網(wǎng)21世紀(jì)信息光電子學(xué)（高速計算機、光纖通信）光纖互連2000年諾貝爾物理學(xué)獎：發(fā)明半導(dǎo)體異味質(zhì)結(jié)構(gòu)。國際光纖通信發(fā)燕尾服的里程碑：1955年英國發(fā)明玻璃光導(dǎo)纖維。1960年華人高錕等人首次提出用紙吸收光纖做光通信。1970年柯林公司研制出損耗20分貝/公里的石英光纖。1970年貝爾實驗室研制出室穩(wěn)連續(xù)運轉(zhuǎn)半導(dǎo)體激光器。1977年美國在芝加哥開通第一條光纖通信線路。1979、1.55微半波長光纖損耗率低達0.2分

12、貝/公里斫英國南安普敦大學(xué)發(fā)明摻鉺光纖放大器。1989年美國首次進行波分復(fù)用光纖通信實驗。1998年美國實驗密集波分復(fù)用溝通信。中國光通信簡史80年代上海建成1.8公里數(shù)字光通信線路。80年代投資武漢郵電科學(xué)研究院研制光纖懷光通信器件。1995-1998年上海交大“95”項目、四節(jié)點全光城域試驗網(wǎng)。90年代全國各地普遍鋪設(shè)和使用單路光纖通信線路。2000年，中國網(wǎng)通公司建成3400KM波分復(fù)用光纖通信網(wǎng)。2000年完成863項目，中國高速示范網(wǎng)。華為、中興、大唐、武郵等公司批量生產(chǎn)光通信系統(tǒng)。光通信系統(tǒng)的發(fā)展1時分復(fù)用（TDM）1）同步數(shù)字系列（PDH）一次群（2mb/s）二次群（8mb/s）3）同步數(shù)字系列（SDH）155mb/s2.5Gb/s10Gb/s2.波分復(fù)用（WDM）單計多通道，4、8、16、32每通道送TDM信號全光化，光纖傳輸光纖放大全光交換全光網(wǎng)：三網(wǎng)合電信+計算機+有線電視光纖通信簡介：分類：階躍折射光纖、漸變折射光纖模式：單模光纖、多模光纖用途：保偏光纖、色散補償光纖、零色散光纖，色散位移光纖，色散平坦光纖。光纖的色散：光纖中不同頻率和不同模式的光波的傳播速度不相同，使脈沖信號增寬，