盤式體全息存儲關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、信息技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展對信息存儲技術(shù)提出了更高的要求。體全息存儲技術(shù)以其存儲密度高、存儲容量大，數(shù)據(jù)傳輸速率高、數(shù)據(jù)搜索時間短等優(yōu)勢成為一種頗具潛力的海量信息存儲技術(shù)。近年來，體全息存儲領(lǐng)域的研究熱潮持續(xù)高漲。如何充分發(fā)揮體全息存儲的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)高存儲密度、大存儲容量，高數(shù)據(jù)傳輸速率的全息信息存儲，并完善體存儲器的各項(xiàng)性能，推進(jìn)體全息存儲技術(shù)的實(shí)用化，是近年來體全息存儲領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。三維盤式全息存儲方案以其相對簡單的光路讀寫機(jī)構(gòu)

2、以及與現(xiàn)有光盤系統(tǒng)的兼容性，更適合大容量數(shù)據(jù)存儲的應(yīng)用，因而也更具實(shí)用意義。 本論文立足于體全息存儲領(lǐng)域的研究前沿，在已有的理論及研究基礎(chǔ)上，著重于如何實(shí)現(xiàn)高密度、高保真度、非易失性的盤式體全息存儲的研究。并進(jìn)一步優(yōu)化盤式全息存儲的方案和系統(tǒng)，以改善和提高盤式全息存儲系統(tǒng)的各項(xiàng)性能，推進(jìn)三維盤式全息存儲技術(shù)的實(shí)用化進(jìn)程。 本論文從研究光折變晶體的全息存儲性能入手，深入研究了多重全息存儲條件下晶體噪聲特性，采用信噪比損失系

3、數(shù)(LSNR)重點(diǎn)考察了由于物光長時間照射晶體而引起的晶體內(nèi)散射噪聲的特性，即物光散射噪聲對全息存儲中輸入圖像像質(zhì)的影響。并對物光引起的散射噪聲特性和參考光引起的散射噪聲特性進(jìn)行了比較研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，參考光或物光長時間照明晶體均會在晶體內(nèi)建立起散射噪聲，且物光的散射噪聲影響遠(yuǎn)比參考光的散射噪聲影響顯著；氧化態(tài)晶體的散射噪聲的影響小于生長態(tài)和還原態(tài)晶體；反射光路較之透射光路和鄰面入射(90°)光路更不易受散射噪聲影響。為了盡可能的減小

4、散射噪聲的影響，實(shí)際存儲系統(tǒng)中，應(yīng)當(dāng)選用物光散射噪聲小的取向，并選擇適當(dāng)?shù)挠涗浄绞剑m當(dāng)摻雜和后處理的晶體來抑制散射噪聲對存儲圖像質(zhì)量的影響。 針對光折變晶體內(nèi)光伏噪聲的成因，本文提出了抑制光伏噪聲的有效方法即通過在晶體表面鍍透明導(dǎo)電膜(氧化銦錫：IndiumTinOxide，簡稱ITO)來短路晶體。分別研究了晶體在開路模式和短路模式下的噪聲情況及主要的全息存儲性能參數(shù)變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鍍ITO膜使晶體工作于短路模式后，信噪比

5、損失明顯降低，晶體中的光伏噪聲被有效抑制。并且短路后晶體的動態(tài)范圍(M＃)有所提高。利用晶體內(nèi)單點(diǎn)復(fù)用存儲多重全息圖的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證了工作于短路模式晶體的動態(tài)范圍的增加。 在對光折變晶體的全息存儲性能和噪聲特性進(jìn)行充分研究的基礎(chǔ)上，篩選出綜合性能良好的光折變晶體作為存儲介質(zhì)，采用空間-角度復(fù)用技術(shù)進(jìn)行高密度高保真度全息存儲的研究。首先在實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計上綜合考慮了可達(dá)到的存儲密度和存儲圖像的質(zhì)量，在系統(tǒng)器件的選擇和抑制系統(tǒng)中各種

6、噪聲方面進(jìn)行了改進(jìn)和創(chuàng)新：配置了高分辨率、多個灰度級的空間光調(diào)制器(SLM)，以提高單幅存儲頁面的信息量和存儲密度；采用了高靈敏度的CCD照相機(jī)作為探測器件，以盡可能的降低探測器噪聲對存儲圖像質(zhì)量的影響；為了避免反射式記錄方式下，參考光的反射光進(jìn)入成像系統(tǒng)的缺陷，我們變常規(guī)對稱光路為非對稱光路(物光入射角50°，參考光入射角22°)；我們采用了自行設(shè)計的一體式短焦成像鏡頭，全視場內(nèi)消像差，提高了系統(tǒng)成像質(zhì)量。采用空間—角度復(fù)用方式結(jié)合會

7、聚的球面參考光波進(jìn)行多軌道盤式存儲。實(shí)現(xiàn)了單幅頁面768×768像素，總存儲頁面10000幅，存儲容量5898.24Mbits，存儲密度33.7bits/μm2(6.7Gbits/cm3)的高密度信息存儲。再現(xiàn)全息圖的圖像質(zhì)量良好。 為進(jìn)一步提高光折變?nèi)⒈P的存儲密度，并實(shí)現(xiàn)非易失性的全息存儲，我們首次將分批熱固定方法與盤式存儲相結(jié)合，提出了分軌道熱固定的盤式體全息存儲方案。為實(shí)施該方案，對晶體的特征時間常數(shù)，尤其是軌道間的擦除

8、時間常數(shù)進(jìn)行了測量。并發(fā)展了空角復(fù)用的盤式全息存儲的曝光時序的計算模型。利用分軌道熱固定的盤式存儲方案，分4個軌道存儲和離線熱固定了5000幅高分辨率的全息圖，在光折變晶體盤中實(shí)現(xiàn)了更高密度的非易性全息存儲。實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)的面存儲密度為50bits/μm2，體存儲密度為10Gbits/cm3。 為建立小型、高性能的盤式全息存儲系統(tǒng)，推進(jìn)盤式全息存儲技術(shù)的實(shí)用化進(jìn)程，本文對非易失盤式全息存儲的方案和全息盤的尋址方式進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化研究

9、。理論分析了非易失性盤式存儲方案實(shí)施過程中，離線熱固定對晶體夾持器的復(fù)位精度要求，并對實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的晶體盤夾持器的復(fù)位性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測量。建立了轉(zhuǎn)臺-平臺的組合尋址機(jī)構(gòu)，以轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)軌道內(nèi)不同全息圖的尋址，而以平臺的水平運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)不同軌道上全息圖的尋址。通過研究全息圖的選擇性隨記錄光斑位置的變化，合理選擇了記錄光斑在盤面上的位置，使全息圖在盤面內(nèi)盡可能均勻的分布，從而降低整個全息盤內(nèi)存儲全息圖的尋址難度。在以上工作的基礎(chǔ)上，給出了本實(shí)