第6章復(fù)用技術(shù).ppt

1、第六章 復(fù)用技術(shù),6.1 空間復(fù)用技術(shù),將頁面信息的傅立葉變換全息圖陣列記錄在存儲材料的不同的空間區(qū)域的技術(shù)，稱為空間復(fù)用。（主要針對平面型記錄材料） 由于相鄰全息圖在空間是不重疊的，再現(xiàn)出的頁面之間可以完全避免串?dāng)_噪音；每個(gè)全息圖的衍射效率都可以達(dá)到單個(gè)全息圖存儲所能得到的最大（飽和）衍射效率。 采用相同參考光角度，只涉及記錄材料平面與讀寫頭之間的相對位移。,空間復(fù)用技術(shù),方法一：固定讀寫光路，移動(dòng)記錄材料； 方法二：固定記錄材料，采用光束偏轉(zhuǎn)器件和精心設(shè)計(jì)的光學(xué)系統(tǒng)，使物光和參考光同步地沿材料表面移動(dòng),空間復(fù)用技術(shù),平面全息圖的存儲容量與其填充因子F成正比，且F的最大值為1，故其存儲密度的

2、最大值仍為1/2。 平面全息圖的空間復(fù)用技術(shù)并不能提高存儲密度。但實(shí)際上，記錄材料的面積往往大于單個(gè)全息圖所需要的空間尺寸，采用空間復(fù)用技術(shù)能使填充因子F盡可能接近1，從而有效地提高存儲容量。,6.2 共同體積復(fù)用技術(shù),共同體積復(fù)用技術(shù)指的是在材料的同一體積中進(jìn)行多重存儲的技術(shù)。 全息存儲的共同體積復(fù)用就是全息圖K空間的復(fù)用。復(fù)用技術(shù)的目的就是在波矢k空間中容納盡可能多的光柵K矢量。 不同長度或不同方向的K矢量代表不同間距或不同取向的光柵。厚的體積型記錄材料，光柵的選擇性較好，K矢量的空間不確定性較小，有可能存儲較多的全息圖。 包括角度復(fù)用、位相復(fù)用和波長復(fù)用。,6.2.1 角度復(fù)用,體積全息

3、圖的角度選擇性使不同的信息頁面可以非相干地疊加在同一空間區(qū)域，存儲在材料的共同體積中，相互之間用不同的參考光角度加以區(qū)別，這種復(fù)用方式稱為角度復(fù)用。 記錄時(shí)的物光可以是頁面的傅立葉變換，也可以是成像光束。每個(gè)全息圖用各自不同的物光和參考光夾角寫入和讀出，但都采用固定的波長。,1. 角度尋址方式,使物光和參考光同步地相對記錄材料的表面法線而變化； 將兩寫入光束之間的夾角固定而依次相對寫入光束旋轉(zhuǎn)記錄材料；,固定一個(gè)光束的方向，依次改變另一個(gè)光束的方向。,2. 角度復(fù)用的光路配置,角度復(fù)用可分為透射式、反射式、鄰面入射式。 透射光路 峰值衍射效率：應(yīng)使晶軸c處在兩寫入光束所形成的平面內(nèi)；寫入和讀出

4、采用尋常偏振(s偏振)比異常偏振(p偏振)的衍射效率高。由于衍射效率與寫入角度的關(guān)系密切，為了獲得均勻一致的衍射效率，實(shí)際上采用準(zhǔn)對稱的光路，使得所有的光柵矢量都近似平行于晶體的光軸。 角度選擇性,反射光路、鄰面入射光路,3. 角度復(fù)用的存儲容量,對于角度復(fù)用，按位計(jì)算的存儲容量為每個(gè)全息圖中存儲的像素?cái)?shù)目Mp與在共同體積中的角度復(fù)用方法所重疊的全息圖數(shù)目Mang之積。將Mang稱為角度復(fù)用度。 根據(jù)體光柵的角度選擇性，對于純相位光柵，角度復(fù)用度的數(shù)量級為Mang=nd/。 實(shí)際中對存儲容量的限制主要在于記錄材料折射率調(diào)制度的有限動(dòng)態(tài)范圍和有限的參考光角度調(diào)節(jié)范圍。,角度復(fù)用的存儲容量,水平選

5、擇角； 垂直選擇角。,角度復(fù)用度Mang=/外,角度復(fù)用的存儲容量,在二維參考平面上取參考點(diǎn)，首先要考慮光柵簡并問題。 對于已在水平面內(nèi)寫入的全息圖，讀出是在x方向的選擇角遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水平選擇角，因此在二維平面選取參考點(diǎn)對存儲容量不會有顯著的改善。,參考光點(diǎn)源二維排列示意圖,4. 旋轉(zhuǎn)復(fù)用,這種方法的復(fù)用度很小，通常與其它復(fù)用方法混合使用。,6.2.2 位相編碼復(fù)用,確定性位相編碼是按照一定的方式編碼(正交位相)。 參考光束有N個(gè)子光束組成，相互間的角度間隔大于布拉格選擇角，用來記錄所有的N個(gè)圖像。讓物光束同時(shí)與所有N個(gè)參考光束相干涉，不過，每個(gè)圖像的子參考光束和物光束之間的相對位相(0或)要加以

6、改變，位相的組合就代表這個(gè)圖像的地址，這些二元位相碼是正交的。再現(xiàn)時(shí)，用攜帶有相對于給定圖像地址的位相碼的整個(gè)參考光束集來讀出這些全息圖，于是已存儲的每一個(gè)全息圖都有N個(gè)再現(xiàn)光束，它們互相干涉。相應(yīng)于此給定圖像的所有再現(xiàn)光束相漲干涉，得到最大的衍射效率；而其它圖像會由于相消干涉而得到衍射效率極小值。,位相編碼復(fù)用,位相編碼復(fù)用,也就是不同參考光束集的位相編碼間具有正交性。這種正交性提供了需要的再現(xiàn)像與不需要的再現(xiàn)像正交的鑒別，即選擇性。 位相編碼復(fù)用的主要優(yōu)點(diǎn)在于它具有抑制串?dāng)_噪聲的能力。在理想情況下，能夠完全抑制串?dāng)_噪聲。,6.2.3 波長復(fù)用,體積全息圖的波長選擇性使不同的信息頁面可以非相

7、干地疊加在同一空間區(qū)域，存儲在材料的共同體積中，相互之間用不同波長的參考光加以區(qū)別。這種復(fù)用方式稱為波長復(fù)用。 波長復(fù)用不考慮記錄材料譜線的非均勻加寬，因而介質(zhì)的全部激發(fā)中心對給定波長有均勻一致的響應(yīng)，全息圖對不同波長的鑒別來源于體全息的波長選擇性。,波長復(fù)用,波長復(fù)用,波長復(fù)用,對于絕大多數(shù)可以實(shí)現(xiàn)的幾何配置，物光和參考光在介質(zhì)內(nèi)的折射角都小于45o。此時(shí)反射全息圖的波長選擇性明顯優(yōu)于透射全息圖，并且對寫入光束角度的變化不很敏感。為了獲得較好的波長選擇性，波長復(fù)用的體積全息存儲適宜采用反射全息的光路。 在波長復(fù)用中，更多的是采用兩寫入光束接近相向入射的反射全息光路配置，稱為正交波長復(fù)用。在這

8、種配置下，全息圖不僅可得到最小的光譜帶寬，而且具有最優(yōu)良的噪聲特性。,6.3 混合的全息復(fù)用技術(shù),實(shí)際可實(shí)現(xiàn)的存儲容量除了受到記錄材料有限動(dòng)態(tài)范圍的限制和噪聲的限制外，還受到各種復(fù)用技術(shù)所要求條件的限制。如：角度復(fù)用技術(shù)受到可實(shí)現(xiàn)的角度調(diào)節(jié)范圍的限制；位相復(fù)用技術(shù)受到位相編碼器件中可分辨像元數(shù)的限制（相鄰像元在系統(tǒng)中對應(yīng)的角間隔須不小于全息圖的選擇角）；波長復(fù)用技術(shù)受到可實(shí)現(xiàn)的波長調(diào)諧范圍的限制。 將任意兩種或多種復(fù)用技術(shù)相結(jié)合成為混合的復(fù)用技術(shù)?？煞譃楣餐w積的混合復(fù)用和大面積材料的混合復(fù)用。,6.3.1 稀疏波長角度復(fù)用,稀疏波長角度復(fù)用,稀疏波長角度復(fù)用,SWAM混合系統(tǒng)緩解了對光束產(chǎn)生

9、和控制器件以及光學(xué)系統(tǒng)數(shù)值孔徑的要求。 可以同時(shí)用幾個(gè)不同的波長對存儲器進(jìn)行讀出，能有效地改善體全息存儲獲得的信息傳輸速率。 但由于這種系統(tǒng)采用了波長范圍較寬的多譜線光源，要保持系統(tǒng)的高性能需要有更周密的考慮。如存儲材料應(yīng)當(dāng)對這些波長都敏感；光學(xué)元件應(yīng)當(dāng)消色差；給光學(xué)元件鍍的減反射膜要求有較寬的帶寬；要仔細(xì)研究存儲材料對各譜線的光學(xué)吸收特性。 由于使用不同頻率的光，材料的吸收系數(shù)不同，光源的光強(qiáng)度也不同，這使得存儲材料在不同波長上的寫入時(shí)間常量不同。,6.3.2 大面積材料中的混合復(fù)用,包括分塊全息存儲技術(shù)、空間角度復(fù)用和位移復(fù)用。 分塊全息存儲技術(shù)的基本思想是，將記錄材料劃分成不同的空間區(qū)域(或稱“塊”)，在每一塊中采用純角度、純波長或純相位的復(fù)用存儲，也可以采用像旋轉(zhuǎn)復(fù)用與常規(guī)角度復(fù)用的混合，或SWAM這樣的混合復(fù)用等。這樣能夠充分利用記錄材料的面積，有利于緩解光學(xué)系統(tǒng)不能提供足夠數(shù)目的參考光角度(或位相分布、波長等)以及材料的動(dòng)態(tài)范圍有限，不能在同一位置容納大量的復(fù)用全息圖等困難。 將小塊材料拼接成大塊，或?qū)⒗w維形記錄材料集合成束。,分塊全息存儲技術(shù),分塊全息存儲技術(shù),若將材料在空間上劃分成為Ns個(gè)“塊”，每個(gè)塊中重疊了Na個(gè)全息圖，而每個(gè)全息圖包含Np個(gè)信