光信息存储.ppt

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1、关于光全息存储的探讨光信息1001 唐丽红目录一、光全息存储关键技术及原理一、光全息存储关键技术及原理二、光全息存储的性能表征二、光全息存储的性能表征三、光全息存储材料三、光全息存储材料四、光全息存储应用前景四、光全息存储应用前景 2002年年7月，三星月，三星公司再次率先推出其公司再次率先推出其多功能光驱多功能光驱SM-308，拉开拉开Combo进军市场的进军市场的序幕序幕。1995年夏，年夏，Multimdeia PCWorking Group公布第三代公布第三代规格标准，光驱速度提规格标准，光驱速度提高到四倍速高到四倍速。1991年年，光驱问世光驱问世；1993年，第二代年，第二代MPC

2、规格问世规格问世光全息存储的提出1 12 23 31 1 1984年年，DennisGabor在在为提高电子显微镜为提高电子显微镜的分辨率的分辨率时时提出提出一、光全息存储关键技术及原理 全息存储是受全息照相的启发而研制的，当明全息存储是受全息照相的启发而研制的，当明白全息照相的技术原理时，就对全息存储可以更好白全息照相的技术原理时，就对全息存储可以更好地理解。地理解。在拍摄全息照片时，对应的拍摄设备并在拍摄全息照片时，对应的拍摄设备并不是普通照相机，而是一台激光器。该不是普通照相机，而是一台激光器。该激光器产生激光器产生的激光束被分光镜一分为二，其中一束被命名为的激光束被分光镜一分为二，其中

3、一束被命名为“物光束物光束”，直接照射到被拍摄的物体，另一束则被，直接照射到被拍摄的物体，另一束则被称为称为“参考光束参考光束”，直接照射到感光胶片上。，直接照射到感光胶片上。当物当物光束照射到所摄物体之后，形成的反射光束同样会光束照射到所摄物体之后，形成的反射光束同样会照射到胶片上，此时物体的完整信息就能被胶片记照射到胶片上，此时物体的完整信息就能被胶片记录下来，全息照相的摄制过程就这样完成了。录下来，全息照相的摄制过程就这样完成了。一、光全息存储关键技术及原理全息照片所用的感光胶片全息照片所用的感光胶片一、光全息存储关键技术及原理全息存储的实现原理全息存储的实现原理图图编码技术记录数据读出

4、数据双色记录一、光全息存储关键技术及原理编码技术一、光全息存储关键技术及原理 将数字数据流调制为空间光调制器上的光强度变将数字数据流调制为空间光调制器上的光强度变化，并使其最大限度地适应光通道的传输特性，称化，并使其最大限度地适应光通道的传输特性，称作调制编码或者通道编码。作调制编码或者通道编码。全息光存储中常使用的全息光存储中常使用的调制编码包括调制编码包括差分编码、等重码、局部响应预编码、差分编码、等重码、局部响应预编码、灰度级编码以及具有水平和垂直奇偶校验特性的阵灰度级编码以及具有水平和垂直奇偶校验特性的阵列码。列码。对于差分码的检测判决时，利用其内在隐含对于差分码的检测判决时，利用其内

5、在隐含的局部门限，依次对的局部门限，依次对CCD转换的两位转换的两位“模拟模拟”数据数据比较其大小，然后做出比较其大小，然后做出0与与1的正确判决，但差分码的正确判决，但差分码的编码效率仅为的编码效率仅为12。从目前的研究进展来看，。从目前的研究进展来看，阵阵列码最有可能在全息光存储中得到应用。列码最有可能在全息光存储中得到应用。记录数据一、光全息存储关键技术及原理 全息数据存储全息数据存储在光敏光学材料上通过在光敏光学材料上通过非光学相干非光学相干图样图样来来记录信息记录信息。一束激光首先被分成两部分，产。一束激光首先被分成两部分，产生暗像素和亮像素。通过调整参考光的角度、波长生暗像素和亮像

6、素。通过调整参考光的角度、波长和介质的位置，理论上可以在同一个空间记录下数和介质的位置，理论上可以在同一个空间记录下数千比特张全息图像。数据存储密度的极限是几十千比特张全息图像。数据存储密度的极限是几十TB/立方厘米。立方厘米。2006年，年，InPhase科技发表了一份白皮科技发表了一份白皮书，称他们已经书，称他们已经实现了实现了500Gb/平方英寸的存储密度。平方英寸的存储密度。据此我们可以推测出一张普通的光盘（写入半径大据此我们可以推测出一张普通的光盘（写入半径大约约4厘米）可以存储约厘米）可以存储约3896.6Gb的信息。的信息。读取数据一、光全息存储关键技术及原理通过重新产生相通的参

7、考光来重建全息图像可以通过重新产生相通的参考光来重建全息图像可以将存储的数据读出。将存储的数据读出。参考光聚焦在光敏材料之上，参考光聚焦在光敏材料之上，照亮了合适的干涉图样，光线在干涉图样上发生衍照亮了合适的干涉图样，光线在干涉图样上发生衍射，衍射图案投影到检测器上。检测器可以并行的射，衍射图案投影到检测器上。检测器可以并行的将数据读出，一次就可以读出超过将数据读出，一次就可以读出超过1兆比特的信息，兆比特的信息，因此数据率非常高。记录在全息驱动器中的文件的因此数据率非常高。记录在全息驱动器中的文件的访问时间可以做到在访问时间可以做到在200毫秒以下。毫秒以下。双色记录 一、光全息存储关键技术

8、及原理全息数据记录的设备在双色全息记录的过程中，全息数据记录的设备在双色全息记录的过程中，参考光参考光和和信号光信号光固定使用固定使用一个特殊的波长一个特殊的波长（绿光、（绿光、红光、甚至红外光），而红光、甚至红外光），而敏化光束敏化光束为一个单独的为一个单独的短短波长激光波长激光（蓝光或者紫外光）。（蓝光或者紫外光）。敏化光束用来使材敏化光束用来使材料在记录过程之前和之后变得敏感，而信息将通过料在记录过程之前和之后变得敏感，而信息将通过参考光和信号光在晶体中记录下来。参考光和信号光在晶体中记录下来。在读取的过程在读取的过程中，仍然通过单独照射参考光来实现，由于参考光中，仍然通过单独照射参考光

9、来实现，由于参考光波长较长，它无法在使被束缚的电子在读取阶段激波长较长，它无法在使被束缚的电子在读取阶段激发，因此发，因此需要短波长的敏化光来擦除记录的信息。需要短波长的敏化光来擦除记录的信息。双色记录 一、光全息存储关键技术及原理全息数据记录的设备全息数据记录的设备二、光全息存储的性能表征感光灵敏度感光灵敏度感光灵敏度感光灵敏度1 1分辨率分辨率分辨率分辨率3 3感光光谱范围感光光谱范围感光光谱范围感光光谱范围2 2信噪比信噪比信噪比信噪比4 4调制传递函数调制传递函数调制传递函数调制传递函数MFTMFTMFTMFT5 5二、光全息存储的性能表征图像的振幅投射率和感光材料所受的曝光量的特性曲

10、线图像的振幅投射率和感光材料所受的曝光量的特性曲线三、光全息存储材料银盐材料银盐材料银盐材料银盐材料1 1一种新型银盐材料光路图一种新型银盐材料光路图三、光全息存储材料光致抗蚀剂光致抗蚀剂光致抗蚀剂光致抗蚀剂2 2 当当光光照射后，抗蚀剂中将发生化学变化，且随照射后，抗蚀剂中将发生化学变化，且随着曝光量的不同，发生变化的部分将具有不同的溶着曝光量的不同，发生变化的部分将具有不同的溶解力。解力。选用合适的溶剂显影，便可制成表面具有凹选用合适的溶剂显影，便可制成表面具有凹凸的浮雕相位型全息图。为了凸的浮雕相位型全息图。为了获得较好的图像质量，获得较好的图像质量，需要需要对负性光致抗蚀剂进行足够曝光

11、对负性光致抗蚀剂进行足够曝光，但这往往与，但这往往与全息图成像的最佳曝光量相矛盾，从而使负性光致全息图成像的最佳曝光量相矛盾，从而使负性光致抗蚀剂存储的全息图的精细线条往往由于曝光量不抗蚀剂存储的全息图的精细线条往往由于曝光量不够，而在显影时被腐蚀掉，影响全息图的质量。够，而在显影时被腐蚀掉，影响全息图的质量。三、光全息存储材料光折变材料光折变材料光折变材料光折变材料3 3 光折变材料是通过光折变效应来存储全息图光折变材料是通过光折变效应来存储全息图的，的，即即当受到非均匀的光强度照射时，材料局部折射率当受到非均匀的光强度照射时，材料局部折射率的变化与入射光强成正比。的变化与入射光强成正比。其

12、其具具有有动态范围大、存动态范围大、存储持久性长、可以固定以及生长工艺成熟储持久性长、可以固定以及生长工艺成熟等优点，等优点，且有机光折变聚合物也没有光致聚合物的体积变化且有机光折变聚合物也没有光致聚合物的体积变化问题。光折变材料主要有问题。光折变材料主要有无机存储材料和有机存储无机存储材料和有机存储材料材料两类。常见的光折变无机材料主要有两类。常见的光折变无机材料主要有掺铁铌酸掺铁铌酸锂晶体锂晶体(LiN b3(LiN b3：Fe)Fe)、铌酸锶钡、铌酸锶钡(SBN)(SBN)、和钛酸钡、和钛酸钡(BaTiO)(BaTiO)；而；而常见的有机光折变聚合物则有常见的有机光折变聚合物则有PMMA

13、PMMA等。等。三、光全息存储材料光折变材料光折变材料光折变材料光折变材料3 3光折变晶体全息相关器示意图光折变晶体全息相关器示意图三、光全息存储材料光致聚合物光致聚合物光致聚合物光致聚合物4 4 光致聚合物主要由光致聚合物主要由单体、聚合体和光敏剂单体、聚合体和光敏剂组成。组成。记录光照射聚合物后，光敏剂被激发，并引发曝光记录光照射聚合物后，光敏剂被激发，并引发曝光过程；然后，自由基引发单体分子聚合，最后在材过程；然后，自由基引发单体分子聚合，最后在材料中形成位相型全息图。光致聚合物具有料中形成位相型全息图。光致聚合物具有较高感光较高感光灵敏度、高分辨率、高衍射效率以及高信噪比，灵敏度、高分

14、辨率、高衍射效率以及高信噪比，可可用完全干法处理及快速显影，记录的生息图具有很用完全干法处理及快速显影，记录的生息图具有很高的几何保真度，并易于长期保存。光致聚合物的高的几何保真度，并易于长期保存。光致聚合物的本要本要缺点缺点在于在于其体积容易受到影响而发生变化其体积容易受到影响而发生变化。三、光全息存储材料光致变色材料光致变色材料光致变色材料光致变色材料5 5 光致变色材料是由于光致变色膜层内的分子极光致变色材料是由于光致变色膜层内的分子极化特性发生改变，会导致膜层折射率的变化。化特性发生改变，会导致膜层折射率的变化。尤其尤其记录波长与介质吸收谱非共振时，膜层内部可产生记录波长与介质吸收谱非

15、共振时，膜层内部可产生显著的折射率变化。光致变色材料具有显著的折射率变化。光致变色材料具有无颗粒特征，无颗粒特征，分辨率仅受记录光波长和光学系统的影响。但是光分辨率仅受记录光波长和光学系统的影响。但是光致变色材料存储的全息图的衍射效率并不高。致变色材料存储的全息图的衍射效率并不高。四、光全息存储应用前景1 12 23 31 12 2全息光存储全息光存储的巨大竞争的巨大竞争力力体现在它体现在它所具有的所具有的超超大存储容量大存储容量、超高存储密超高存储密度度和和越快的越快的存取速度存取速度等等方面。方面。Inphase公公司和司和Optware公公司已经在这司已经在这一领域中迈一领域中迈出了坚实的出了坚实的步伐，取得步伐，取得了令人瞩目了令人瞩目的成就的成就11景敏景敏.全息显示技术发展与现状全息显示技术发展与现状.J.J.科科技广场技广场.2008.2008（7 7）,232-234,232-23422刘玉照刘玉照.激光全息存储技术的发展激光全息存储技术的发展.J.J.情报科情报科5555学学,2000(18),473-475,2000(18),473-47533江涛江涛.信息存储新领域信息存储新领域全息存储及全息存储及其材料其材料.J.J.信息记录材料信息记录材料.2006(7),32-35.2006(7),32-35参考文献