盤(pán)式體全息存儲(chǔ)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展對(duì)信息存儲(chǔ)技術(shù)提出了更高的要求。體全息存儲(chǔ)技術(shù)以其存儲(chǔ)密度高、存儲(chǔ)容量大，數(shù)據(jù)傳輸速率高、數(shù)據(jù)搜索時(shí)間短等優(yōu)勢(shì)成為一種頗具潛力的海量信息存儲(chǔ)技術(shù)。近年來(lái)，體全息存儲(chǔ)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(chǔ)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)高存儲(chǔ)密度、大存儲(chǔ)容量，高數(shù)據(jù)傳輸速率的全息信息存儲(chǔ)，并完善體存儲(chǔ)器的各項(xiàng)性能，推進(jìn)體全息存儲(chǔ)技術(shù)的實(shí)用化，是近年來(lái)體全息存儲(chǔ)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。三維盤(pán)式全息存儲(chǔ)方案以其相對(duì)簡(jiǎn)單的光路讀寫(xiě)機(jī)構(gòu)

2、以及與現(xiàn)有光盤(pán)系統(tǒng)的兼容性，更適合大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(chǔ)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(pán)式體全息存儲(chǔ)的研究。并進(jìn)一步優(yōu)化盤(pán)式全息存儲(chǔ)的方案和系統(tǒng)，以改善和提高盤(pán)式全息存儲(chǔ)系統(tǒng)的各項(xiàng)性能，推進(jìn)三維盤(pán)式全息存儲(chǔ)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(chǔ)性能入手，深入研究了多重全息存儲(chǔ)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(zhǎng)時(shí)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(duì)全息存儲(chǔ)中輸入圖像像質(zhì)的影響。并對(duì)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(zhǎng)時(shí)間照明晶體均會(huì)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(zhǎng)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(chǔ)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?，適當(dāng)摻雜和后處理的晶體來(lái)抑制散射噪聲對(duì)存儲(chǔ)圖像質(zhì)量的影響。 針對(duì)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(guò)在晶體表面鍍透明導(dǎo)電膜(氧化銦錫：IndiumTinOxide，簡(jiǎn)稱(chēng)ITO)來(lái)短路晶體。分別研究了晶體在開(kāi)路模式和短路模式下的噪聲情況及主要的全息存儲(chǔ)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(dòng)態(tài)范圍(M＃)有所提高。利用晶體內(nèi)單點(diǎn)復(fù)用存儲(chǔ)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(dòng)態(tài)范圍的增加。 在對(duì)光折變晶體的全息存儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)的研究。首先在實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)上綜合考慮了可達(dá)到的存儲(chǔ)密度和存儲(chǔ)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(gè)灰度級(jí)的空間光調(diào)制器(SLM)，以提高單幅存儲(chǔ)頁(yè)面的信息量和存儲(chǔ)密度；采用了高靈敏度的CCD照相機(jī)作為探測(cè)器件，以盡可能的降低探測(cè)器噪聲對(duì)存儲(chǔ)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(duì)稱(chēng)光路為非對(duì)稱(chēng)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(jì)的一體式短焦成像鏡頭，全視場(chǎng)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(huì)

7、聚的球面參考光波進(jìn)行多軌道盤(pán)式存儲(chǔ)。實(shí)現(xiàn)了單幅頁(yè)面768×768像素，總存儲(chǔ)頁(yè)面10000幅，存儲(chǔ)容量5898.24Mbits，存儲(chǔ)密度33.7bits/μm2(6.7Gbits/cm3)的高密度信息存儲(chǔ)。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(pán)的存儲(chǔ)密度，并實(shí)現(xiàn)非易失性的全息存儲(chǔ)，我們首次將分批熱固定方法與盤(pán)式存儲(chǔ)相結(jié)合，提出了分軌道熱固定的盤(pán)式體全息存儲(chǔ)方案。為實(shí)施該方案，對(duì)晶體的特征時(shí)間常數(shù)，尤其是軌道間的擦除

8、時(shí)間常數(shù)進(jìn)行了測(cè)量。并發(fā)展了空角復(fù)用的盤(pán)式全息存儲(chǔ)的曝光時(shí)序的計(jì)算模型。利用分軌道熱固定的盤(pán)式存儲(chǔ)方案，分4個(gè)軌道存儲(chǔ)和離線熱固定了5000幅高分辨率的全息圖，在光折變晶體盤(pán)中實(shí)現(xiàn)了更高密度的非易性全息存儲(chǔ)。實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)的面存儲(chǔ)密度為50bits/μm2，體存儲(chǔ)密度為10Gbits/cm3。 為建立小型、高性能的盤(pán)式全息存儲(chǔ)系統(tǒng)，推進(jìn)盤(pán)式全息存儲(chǔ)技術(shù)的實(shí)用化進(jìn)程，本文對(duì)非易失盤(pán)式全息存儲(chǔ)的方案和全息盤(pán)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(pán)式存儲(chǔ)方案實(shí)施過(guò)程中，離線熱固定對(duì)晶體夾持器的復(fù)位精度要求，并對(duì)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的晶體盤(pán)夾持器的復(fù)位性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量。建立了轉(zhuǎn)臺(tái)-平臺(tái)的組合尋址機(jī)構(gòu)，以轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)軌道內(nèi)不同全息圖的尋址，而以平臺(tái)的水平運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同軌道上全息圖的尋址。通過(guò)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(pán)面上的位置，使全息圖在盤(pán)面內(nèi)盡可能均勻的分布，從而降低整個(gè)全息盤(pán)內(nèi)存儲(chǔ)全息圖的尋址難度。在以上工作的基礎(chǔ)上，給出了本實(shí)