[發(fā)明專利]一種適用于體全息存儲(chǔ)器的相位振幅轉(zhuǎn)換方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710304775.8
• 申請(qǐng)日: 2007-12-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101217044A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 赫明釗;曹良才;何慶聲;金國(guó)藩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): G11B7/0065
• 分類號(hào): G11B7/0065;G11B7/135;G03H1/04;G03H1/16
• 代理公司: 北京眾合誠(chéng)成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 朱印康

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種適用于體全息存儲(chǔ)器的相位振幅轉(zhuǎn)換方法及裝置，可以用于體全息存儲(chǔ)器中相位調(diào)制數(shù)據(jù)的恢復(fù)，屬于光學(xué)信息處理領(lǐng)域。

背景技術(shù)

根據(jù)體全息存儲(chǔ)器使用的空間光調(diào)制器(SLM)的類型，體全息存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)輸入一般采用兩種方式：振幅調(diào)制和相位調(diào)制。振幅調(diào)制即利用透射式或反射式空間光調(diào)制器對(duì)物光波的振幅進(jìn)行調(diào)制，加載輸入信息到物光波的振幅上去。相位調(diào)制即利用透射式或反射式空間光調(diào)制器對(duì)物光波的相位進(jìn)行調(diào)制，加載輸入信息到物光波的相位。

傳統(tǒng)的體全息存儲(chǔ)器使用振幅調(diào)制，如IBM研制的體全息存儲(chǔ)系統(tǒng)DEMONI和DEMON?II、美國(guó)斯坦福大學(xué)于2000年研制出的HDSS盤式存儲(chǔ)系統(tǒng)。由于體全息存儲(chǔ)器要求具有很高的存儲(chǔ)容量，一般都采用4-f傅利葉變換光學(xué)結(jié)構(gòu)，記錄在傅利葉譜面進(jìn)行，如附圖1所示。振幅調(diào)制的物光波具有不同的強(qiáng)度，難以調(diào)節(jié)參考光的光波的強(qiáng)度達(dá)到最佳干涉效果。更嚴(yán)重的是，振幅調(diào)制的物光波會(huì)在體全息存儲(chǔ)器的傅利葉譜面產(chǎn)生極強(qiáng)的中心光斑，模擬結(jié)果和光學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別見(jiàn)附圖2和附圖3。附圖2左圖是隨機(jī)振幅調(diào)制的物光波的傅利葉變換，右圖則是隨機(jī)相位調(diào)制的物光波的傅利葉變換，可以看出左圖中心有一個(gè)極強(qiáng)的峰值，而右圖相對(duì)平穩(wěn)。附圖3左圖是隨機(jī)振幅調(diào)制的物光波的光學(xué)傅利葉變換，右圖則是隨機(jī)相位調(diào)制的光學(xué)物光波的傅利葉變換，明顯看出，通過(guò)相位調(diào)制可以消除振幅調(diào)制的中心光斑。這一現(xiàn)象是傅利葉變換光學(xué)系統(tǒng)的固有性質(zhì)，中心光斑代表輸入光波的空間頻率的零頻和低頻部分，這一光斑對(duì)于全息記錄和再現(xiàn)不起作用，而且會(huì)大量消耗存儲(chǔ)材料的動(dòng)態(tài)范圍。為克服這一缺陷，研究者提出很多對(duì)策，如在空間光調(diào)制器的表面放置一個(gè)隨機(jī)相位模板，或在傅利葉譜面放置一個(gè)光學(xué)元件遮擋中心光斑。但是，這些方法不僅需要額外的設(shè)備，而且效果不佳。相比而言，相位調(diào)制具有明顯的優(yōu)勢(shì)。相位調(diào)制的物光波在強(qiáng)度上是均勻的，與參考波干涉可以達(dá)到較好的干涉圖。而且，通過(guò)傅利葉變換后，在譜面上沒(méi)有極強(qiáng)的中心光斑，如附圖3所示。這樣可以有效利用存儲(chǔ)材料的動(dòng)態(tài)范圍，提高體全息存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)密度。

然而，相位調(diào)制的輸入方式會(huì)帶來(lái)數(shù)據(jù)全息讀取過(guò)程中的不便。CCD或CMOS探測(cè)器只能探測(cè)強(qiáng)度，不能直接探測(cè)相位。為此，必須進(jìn)行相位-振幅轉(zhuǎn)換才能探測(cè)。現(xiàn)有的相位-振幅轉(zhuǎn)換方法主要有：實(shí)時(shí)干涉法；二次曝光干涉法；同軸干涉法。實(shí)時(shí)干涉法即在讀取過(guò)程中物光波和參考光同時(shí)照射，參考光照射記錄材料再現(xiàn)出記錄的物光波，而物光波經(jīng)過(guò)空白的空間光調(diào)制器，不加載任何信息。物光波透過(guò)記錄材料后與再現(xiàn)出來(lái)的物光波干涉，達(dá)到相位到振幅的轉(zhuǎn)換。這一方法由于兩束光波經(jīng)過(guò)不同的光路，需要精密的光學(xué)儀器和較高的復(fù)位精度。二次曝光法則是在記錄材料的同一位置記錄相位調(diào)制的信息及一幅空白頁(yè)。用一束參考波就能將兩束物光波再現(xiàn)，從而進(jìn)行相位-振幅轉(zhuǎn)換。這一方法的缺點(diǎn)顯而易見(jiàn)，由于要額外存儲(chǔ)一幅空白頁(yè)用于相位-振幅轉(zhuǎn)換，材料的動(dòng)態(tài)范圍要消耗一半，體全息存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)密度相應(yīng)降低。同軸干涉法巧妙的利用譜面上的中心光斑作為參考光，與再現(xiàn)的物光波干涉，達(dá)到相位-振幅轉(zhuǎn)換的目的。但是，這一方法要求有較強(qiáng)的中心光斑作為參考光，而與消除譜面中心光斑提高體全息存儲(chǔ)器密度的要求背離。除此之外，這些方法還有一個(gè)共同的問(wèn)題：用于相位-振幅轉(zhuǎn)換的光束都經(jīng)過(guò)記錄材料，對(duì)記錄材料都有一定的消耗。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)這些相位振幅轉(zhuǎn)換方法不適用于體全息存儲(chǔ)器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于相移干涉法的用于體全息存儲(chǔ)器的相位振幅轉(zhuǎn)換方法及裝置。針對(duì)先前方法中參考光經(jīng)過(guò)記錄材料的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明引入不經(jīng)過(guò)記錄材料的第三束光波做為參考波，為了避免精密的光路調(diào)節(jié)，引入相移干涉法，從記錄的多幅干涉圖中提取原相位信息，而且可以矯正參考波相移誤差和參考波傾斜誤差。這一方法盡管需要數(shù)據(jù)讀取過(guò)程中的相位-振幅轉(zhuǎn)換，但是這一過(guò)程僅在全息再現(xiàn)過(guò)程中進(jìn)行相位-振幅轉(zhuǎn)換，不會(huì)影響記錄過(guò)程，提高了系統(tǒng)的存儲(chǔ)密度。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：適用于體全息存儲(chǔ)器的相位振幅轉(zhuǎn)換方法，其特征是包括下列步驟：

第一步，將數(shù)據(jù)頁(yè)上載到空間光調(diào)制器。由于相位調(diào)制相對(duì)于振幅調(diào)整具有消除中心光斑、譜面均勻、便于提高體全息存儲(chǔ)器密度等優(yōu)點(diǎn)，故使用相位型空間光調(diào)制器對(duì)物光波進(jìn)行相位調(diào)制。

第二步，全息記錄。物光波經(jīng)過(guò)傅利葉變換透鏡與參考波在譜面上干涉，干涉條紋被放置在4-f系統(tǒng)譜面上的光致聚合物材料記錄，形成體全息光柵。