基于光折变晶体的数字全息存储系统的研究

摘要

体全息存储是当前最有潜力的高速大容量信息存储技术，在信息处理，航空航天、多媒体和大型数据库等领域有很广阔的应用前景。体全息存储研究中要解决的关键问题有三个方面，一是存储材料，二是存储相关器件及系统，三是存储技术问题。存储材料方面，有SBN、加入掺杂的LiNbO3 以及BaTaO3 为常用存储材料，其中LiNbO3 的使用最为普遍。目前体全息存储在容量方面已经通过成熟的复用技术达到了一定的成效，但是关于再现信息的清晰度及分辨率方面还有待提高。 本文对体全息存储各个环节进行了详细的分析，并且对再现图像的分辨率以及存储容量进行了定量的分析。影响再现图像分辨率的因素有很多，包括各种噪声、体全息存储系统中各光学元件的自身性能以及实验中各控制参数的把握。实验中激光器分别选用红光激光器，绿光激光器以及紫光激光器三种进行体存储实验。其中红光激光器对应的存储介质为SBN 晶体，绿光及紫光激光器对应的存储介质为单掺杂的LiNbO3 晶体。空间光调制器(SLM)选用分辨率板及各种掩膜图形作为存储对象；以分辨率板作为存储图像可以直接由CCD 接收清晰图像来判别图像的再现质量，利用各种掩膜图形来逐步测试体全息存储系统的各控制变量，包括离焦量，参物光的分束比，曝光时间，曝光强度，再现光强度等。通过三种不同波长的激光器比较再现图像的质量，并且进行角度复用实验。实验中对存储容量进行了理论分析，按照角度—位移复用的方法对各种不同的掩膜图形进行了存储，并得出晶体存储的最大角度以及存储的每个数据页间的最小存储角度。各再现图像均由MATLAB 软件进行三维重建，能够更方便的对分辨率进行比较。由于电子微镜器件（DMD）具有高对比度、开关状态间可进行快速转换并且表达像素比实际掩膜板多等优点，体全息存储可利用已得出的各实验参量对以DMD作为空间光调制器生成的掩膜图形进行存储。 全息存储的研究是一个包括材料研究、光电技术研究以及机械设计于一体的综合性研究，并且对环境条件的要求也比较严格，本课题利用现有条件对体全息存储的整个系统设计以及各技术问题进行了一定的研究，并且经过大量的实验对其复用问题以及再现质量问题进行了定量分析，利用现有条件可达到的再现图像分辨率为20lin/mm，对提高体全息存储的清晰度及分辨率有一定的指导作用，对体全息存储的发展进行了进一步的肯定。