高密度體全息存儲器的光學系統(tǒng)設計.pdf

1、信息技術(shù)和計算機技術(shù)的高速發(fā)展對信息存儲技術(shù)提出了更高的要求。體全息存儲技術(shù)以其存儲密度高、存儲容量大，數(shù)據(jù)傳輸速率高、數(shù)據(jù)搜索時間短等優(yōu)勢成為一種頗具潛力新型信息存儲技術(shù)。如何充分發(fā)揮體全息存儲的優(yōu)勢，實現(xiàn)高存儲密度、大存儲容量，高數(shù)據(jù)傳輸速率的全息信息存儲，并完善體存儲器的各項性能，推進體全息存儲技術(shù)的實用化，是近年來體全息存儲領(lǐng)域的研究熱點。三維盤式全息存儲方案以其相對簡單的光路讀寫機構(gòu)以及與現(xiàn)有光盤系統(tǒng)的兼容性，更適合大容量數(shù)據(jù)

2、存儲的應用，因而也更具實用意義。 本論文立足于體全息存儲領(lǐng)域的研究前沿，在已有的理論及研究基礎(chǔ)上，著重于盤式體全息存儲器的光學系統(tǒng)設計。重點目標是研制能夠?qū)崿F(xiàn)大幅面的空間光調(diào)制器(SLM)和光電耦合探測器陣列(CCD)的像素1：1匹配的傅立葉變換鏡頭，在此基礎(chǔ)上進行盤式體全息存儲器的小型化設計，同時研制能夠?qū)崿F(xiàn)全息光盤的離開實驗臺的精確復位機構(gòu)。進一步優(yōu)化盤式全息存儲的方案和光學系統(tǒng)，以此推進三維盤式全息存儲技術(shù)的實用化進程。

3、 本論文從盤式體全息存儲的基本理論和相關(guān)技術(shù)出發(fā)，首先描述了光學體全息記錄的基本物理過程和耦合波理論；然后根據(jù)全息圖的類型特點，闡述了傅立葉變換全息光路作為體全息存儲器的光路系統(tǒng)的優(yōu)點；同時對光學體全息存儲材料的存儲特性做了一些簡單的介紹；接下來討論了光學體全息體積復用存儲技術(shù)，最后對本論文工作應用到的空間-角度復用與盤式體全息存儲技術(shù)以及有關(guān)體全息存儲器光學設計的像差理論進行了詳細敘述。 根據(jù)這些理論，實現(xiàn)了盤式體全息光

4、學系統(tǒng)的設計。首先提出來用于反射式傅立葉變換體全息存儲的空間一角度復用的光路機構(gòu)，然后按照SLM和CCD的光學參數(shù)以及系統(tǒng)的工作要求提出傅立葉變換鏡頭的設計條件，為實現(xiàn)在1024×768幅面的1：1像素匹配，設計采用非對稱結(jié)構(gòu)的傅立葉變換鏡頭，可以解決SLM與CCD像素尺寸相差比較大的問題，使兩個鏡頭的焦距比同SLM和CCD的像素尺寸比相等。經(jīng)過一系列的設計和優(yōu)化，得到一個能夠滿足設計要求的結(jié)果。然后利用光學設計軟件對設計參數(shù)進行誤差分

5、析，以此確定能夠滿足設計要求的加工和裝配公差指標。同時，通過對鏡頭中各組鏡片的公差敏感度分析，找到了前組傅立葉變換鏡頭中一個對成像質(zhì)量不敏感的單元鏡片，通過對這一鏡片的前后間隔進行調(diào)整，實現(xiàn)該傅立葉變換鏡頭的微小變焦，可以解決像素匹配對鏡頭組放大率精度極其苛刻的要求。最終我們以實驗來進行驗證，通過對512×512幅面的隨機二值化數(shù)據(jù)掩膜版和SLM與CCD的像素1：1進行完全匹配，證明鏡頭設計的良好，在全息光盤介質(zhì)存在的情況下得到了1.5

6、×10-4的原始誤碼率。使用SLM在光折變晶體進行存儲數(shù)據(jù)匹配實驗，讀出數(shù)據(jù)再現(xiàn)時誤碼率為2.5×10-3，達到了實現(xiàn)像素匹配的要求。 我們還進行了小型化的盤式體全息存儲器設計，通過在物光光路中加入五角棱鏡的方法來進行光路的壓縮，以此得到一個物光和參考光等光程的緊湊光學系統(tǒng)。并且為此設計了相關(guān)的機械結(jié)構(gòu)，得到了一個可以離臺的小型化盤式體全息存儲器。同時，根據(jù)體全息存儲中布拉格角度匹配的要求，設計了一個全息光盤的精確定位裝置。實驗

7、證明，可以滿足全息光盤離臺后精確復位的要求。最終，我們在這個小型化系統(tǒng)上采用盤式分批熱固定的技術(shù)存儲了1000幅全息圖，再現(xiàn)全息圖質(zhì)量良好，證明了該系統(tǒng)的可行性，以此為體全息存儲的小型化發(fā)展積累一些經(jīng)驗。 除此之外，我們還針對盤式體全息存儲器研究過程中發(fā)現(xiàn)的一些問題進行探討，利用光路中平行平板可以使光軸偏移這一特性，提出了一個全息光盤定位誤差補償?shù)姆椒?，并以實驗來驗證。同時，為了解決體全息存儲器中，準直激光的高斯光束的光斑照度中