反射式体全息存储与显示技术的研究

摘要

体全息存储作为一种三维存储技术,它在存储容量、数据传输速率等方面具有独特的优势。本文在对反射式体全息存储技术研究的基础上,设计了整个存储系统光路及角度复用闭环控制系统,分析了存储材料的性能,并初步构建了基于反射式体全息存储的全息显示系统。首先,对体全息存储技术进行阐述和研究,在比较透射式和反射式体全息存储光路及相关理论的基础上,设计并构建了实际的反射式体全息存储系统,对系统中各部分光路进行分析,给出了系统核心器件的选择。其次,在反射式体全息存储系统中,改进常用的角度复用方案,提出了仅通过机械运动平台的移动就可以实现参考光束入射角度变化的双透镜共焦法。采用光栅尺作为位置检测单元,构建角度复用闭环控制系统,该系统有效的保证了全息图像存储及再现的精度,实验证明,角度复用闭环系统工作稳定可靠,再现图像效果良好。同时,研究了系统中作为核心部件的存储材料的性能,重点分析了掺杂量和极化处理对光折变晶体性能的影响,并自行研制了极化设备。性能测试表明,与同成分铌酸锂晶体相比,掺杂化学计量比铌酸锂晶体在衍射效率、响应时间,动态范围等指标上有明显的提高,并且,对化学计量比铌酸锂晶体的极化处理,使晶体的筹结构发生变化,进一步提升了晶体的性能,使其完全能够达到实时存储的要求。最后,在完成反射式体全息存储系统的构建,以及存储材料性能达到实时存储要求的基础上,本文提出了全息三维显示系统的初步构建方案。全息三维显示技术能够真实再现物体的深度、位置等信息,在战场可视化、宇航定位,航空管制,武器防御等方面有着非常广泛的应用前景。文中提出的方案将计算全息与光学全息结合起来,采用相干光照射加载到空间光调制器中的计算全息图做为物光输入,将具有深度和位置信息的三维图像存储到作为临时存储介质的化学计量比铌酸锂晶体中,以参考光照射,实现对三维物体图像的重现。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 光学体全息存储的研究进展

1.2.1 国外体全息存储技术的研究状况

1.2.2 国内体全息存储技术的现状与发展

1.3 全息三维显示技术的研究进展

1.3.1 国外全息三维显示技术的研究状况

1.3.2 国内全息三维显示技术的研究状况

1.4 本文研究的主要内容

第2章 反射式体全息存储系统的整体设计

2.1 体全息存储技术的基本原理及特性

2.1.1 体全息存储的基本物理过程及耦合波理论

2.1.2 光折变效应

2.1.3 体全息存储的优点

2.2 反射式体全息存储系统的设计与构建

2.2.1 透射式和反射式体全息存储系统的比较

2.2.2 系统光路

2.2.3 系统各部分的光路设计

2.2.4 系统核心器件的选择

2.2.5 系统的工作流程

2.3 反射式体全息存储实验结果及分析

2.3.1 实现晶体单位体积内2000 幅全息图像的存储

2.3.2 存储图像的时效性

2.4 本章小结

第3章 反射式体全息存储控制系统的构建

3.1 体全息存储复用技术

3.2 体全息存储复用技术的改进

3.2.1 传统的角度寻址方案

3.2.2 双透镜共焦法

3.2.3 位移台全闭环系统

3.3 反射式体存储系统软件控制的实现

3.3.1 位移台软件控制设计

3.3.2 快门控制设计

3.4 体全息存储复用精度分析

3.4.1 开环控制系统定位精度

3.4.2 全闭环与开环控制系统定位精度的比较

3.5 本章小结

第4章 反射式体全息存储材料性能的研究

4.1 光折变晶体与光致聚合物的比较

4.2 LiNbO_3 晶体原料掺杂量对其光折变性能的影响

4.2.1 晶体原料掺杂最佳配比

4.2.2 晶体生长工艺的选择

4.3 晶体的极化处理

4.4 极化设备的研制

4.4.1 Windows 平台高精度波形发生器的研究

4.4.2 0-10KV 高精度遥控稳压电源的研究

4.5 化学计量比LiNbO_3 全息存储性能测试及分析

4.6 本章小结

第5章 全息三维显示系统的研究

5.1 光学全息显示的方法与分析

5.2 计算全息显示的方法与分析

5.2.1 传统的计算全息显示方法

5.2.2 基于衍射的计算全息显示方法

5.2.3 迂回相位编码傅立叶变换计算全息图的制作

5.3 计算三维全息的制作

5.3.1 菲涅尔波带

5.3.2 三维全息的制作

5.4 体全息三维显示系统初步方案的提出

5.4.1 空间光调制器的分辨率问题

5.4.2 体全息三维显示系统初步方案的构建

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢