基于光致聚合物材料的体全息存储快速读出研究

【摘要】：体全息存储以其大容量、高传输速率的特点成为最有潜力的新一代光存储方式。本论文工作的目的是在光致聚合物材料中进行全息存储,并实现100Mb/s的读出速率。 本论文对全息存储器的读出速率进行了深入研究,发现读出速率受到很多因素的影响,要提高系统的极限读出速率,可以通过以下方案:(1)采用高灵敏度、低噪音的探测器;(2)提高存储密度即减小介质内全息图的间隔;(3)减小存储系统中傅里叶透镜的f数;(4)提高参考光的光强和全息图的衍射效率;(5)减小参考光束与全息图表面法线的夹角。系统的实际读出速率受到寻址系统、采集设备等硬件的限制,要提高系统的实际读出速率,需要提高寻址设备的运动速度、减小介质内全息图的间隔。 要提高体全息存储系统的快速读出速率,在硬件条件满足的情况下,最适宜的手段是提高系统的存储密度。在全息存储系统中,一般研究的是轨道内的存储密度,即单位长度内全息图的数量。存储密度由存储介质的布拉格选择性决定,而光致聚合物材料较薄的厚度限制了其布拉格选择性。有吸收的耦合波理论表明,吸收越强,布拉格选择角越大。 为了实现100Mb/s的读出速率,在实验室条件下,要求在光致聚合物中实现150μm的复用间隔。光致聚合物的吸收特性导致了布拉格展宽,在一定程度上增加了复用间隔。实验表明,在空角复用存储方案下,理论上的位移选择性为81μm时,对应的实际位移选择性约为120μm,为了进一步抑制串扰,可以用150μm的复用间隔进行多幅全息图的存储。 全息存储器的快速读出是飞行读出,即在寻址设备高速运动的过程中进行读出,这需要采集设备与寻址系统能够严格同步。根据精密位移台的运动曲线与脉冲发生器的触发频率,我们设计了脉冲激光、寻址系统、采集设备同步运转的读出时序。采用空间角度复用方案在国产光致聚合物中以150μm的复用间隔存储了10幅全息图,并利用设计好的控制软件进行读出。 为了加快全息存储器的实用化,我们采用单片机系统尝试了对系统的小型化设计,并初步验证了其可行性。在小型化系统中,通过单片机触发CMOS相机采集图像,其频率要与寻址系统的运动速度匹配。采用Keil C51软件对单片机设定了延时一段时间的133.3Hz的脉冲序列,并通过产生的脉冲对于CMOS相机的外触发控制测量了实际延时时间。根据单片机产生的脉冲与寻址位移台的运动曲线,设定了寻址系统与采集设备的同步运转读出时序。在国产光致聚合物中采用空间角度复用方案存储了5幅全息图并进行了快速读出,实际读出时间为56ms。由于程序运行必要的时间开支,本次实验相当于实现了89幅/s的读出速率。