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光折变晶体中高密度全息存储热固定技术的研究

江竹青  
【摘要】: 信息科学技术的高速发展对信息存储技术提出了更高的要求。体全息存储是一种适合高密度数据存储的光学存储技术,它同时具有存储密度高、数据传输率高、数据搜索时间短等优势。近年来,在提高数据存储密度、存取速度以及存储器性能等方面,已经取得了重大的研究进展。光折变晶体中的非易失性存储(长期保存和无损读出)问题,已成为高密度全息存储技术能否实用化的关键问题之一。本论文工作目的是研究光折变晶体中高密度全息存储的分批热固定技术及系统。 本论文分析比较了同时记录补偿和记录后补偿这两种基本热固定方法各自的特点,并且依据所在研究组独立提出的分批热固定的概念,研究了高密度全息存储的分批热固定方法及其流程。 本论文深入研究了分批存储定影过程中电子和离子在光照和高温作用下的动态特点,全面描述了全息图写入过程中的两种光擦除作用以及高温热定影过程中的补偿和平滑机制。依据Yariv的理论分析方法,理论描述了记录光对已定影的全息图的部分显影作用,据此首次提出用于量度离子补偿后的电子光栅光擦除效应的批间光擦除时间常数τF,并设计实验测得了批间光擦除时间常数τF。实验测出的多重全息光栅的各批间光擦除时间常数τF远大于每批内光栅间的擦除时间常数τE,与理论预期一致。并且依据上述两种光擦除时间常数,为分批存储热固定多重全息图的等衍射效率记录设计了曝光时序。 为了定量描述多重全息存储的分批热固定方法在提高存储容量上的优势,针对分批存储热固定技术,定义了光折变晶体的最大分批动态范围参量M _(max batch)~#,并且提出以有效动态范围参量M_(eff)~#评价系统存储能力。对不同分批存储固定的有效动态范围进行了计算比较。结果表明,采用多重全息存储的单次热固定技术,在实现非易失性多重全息存储同时,不可避免地降低了系统存储能力;而采用适当分批存储热固定技术,可以在实现非易失性存储的前提下提高原存储系统的存储能力。并且依据此研究结果进一步研究了最优分批方案问题。 北京工业大学理学博士学位论文 一 计算比较了以不同分批数存储热固定的多重全息图的衍射效率。结果表明, 采用分批存储热固定技术,所分的批次数越多,经等衍射效率曝光时序记录后的 全息图最终达到的等衍射效率值越高,并且所有全息图的写入曝光时间值越接 近。由于采用分批存储热固定技术,适当均化了所有全息图的曝光时间并缩短了 总曝光时间,从而可以降低噪声强度并提高全息图存储容量。 研制了包括在线与离线小型精密温控加热装置、晶体夹持器和角度——分维复 用光学读写系统等主要部分的高密度全息存储的热固定系统,该系统操作灵活并 具有实用性,其存储能力不少于 10000幅全息图。 在 Icm3晶体中完成了单点分批存储热固定 1000幅全息图与单点单次热固定 1000幅全息图的比较实验,并且采用信噪比损失系数 LSNR描述不同次数热定影 对图像质量的影响。实验结果表明,与单次存储热固定结果比较,分批存储热固 定的多重全息图具有显著增高的衍射效率和图像保真度。证实了分批存储热固定 是实现高衍射效率和高图像质量的高密度全息存储的优选方案。 本论文综合研究结果表明,采用分批存储热固定技术固定存储的多重全息图 具有较高的衍射效率、良好的图像质量、较长的寿命,可以无破坏性读出。采用 分批热固定技术可以充分利用光折变晶体材料的存储潜力,更适合于大规模全息 图的存储固定。


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