專(zhuān)利名稱(chēng)：三維盤(pán)式全息存儲(chǔ)方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
三維盤(pán)式全息存儲(chǔ)方法及系統(tǒng)屬于光存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
信息科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展對(duì)信息存儲(chǔ)技術(shù)提出了更高的要求。體全息存儲(chǔ)技術(shù)以頁(yè)面全息圖的方式并行地在存儲(chǔ)介質(zhì)的整個(gè)體積進(jìn)行信息存儲(chǔ)和檢索，這一特點(diǎn)使它同時(shí)具有存儲(chǔ)密度高、存儲(chǔ)容量大、數(shù)據(jù)傳輸率高、數(shù)據(jù)搜索時(shí)間短等優(yōu)勢(shì)，成為一種高密度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的光學(xué)存儲(chǔ)技術(shù)。
以塊狀光折變晶體作為存儲(chǔ)介質(zhì)的體全息存儲(chǔ)，通常采用鄰面入射光路和純角度復(fù)用方式。但由于光折變晶體的有限動(dòng)態(tài)范圍，特別是后續(xù)記錄對(duì)已存儲(chǔ)全息圖的擦除效應(yīng)，使得在局部微小體積中可以實(shí)現(xiàn)的超高存儲(chǔ)密度，難以向材料的整個(gè)體積中推廣，從而總的存儲(chǔ)容量受到限制。采用盤(pán)狀的存儲(chǔ)材料，可以充分利用材料的全部體積，有利于實(shí)現(xiàn)高密度盤(pán)式全息存儲(chǔ)。
專(zhuān)利號(hào)為ZL96102463.1的發(fā)明中的三維盤(pán)式存儲(chǔ)方法和系統(tǒng)，雖然是采用盤(pán)式按軌道形式記錄圖像的方法存儲(chǔ)，每個(gè)同心圓軌道內(nèi)的存儲(chǔ)圖像彼此可以部分重疊，在一定程度上增大了存儲(chǔ)密度，但由于軌道間的圖像不能重疊，使整個(gè)全息光盤(pán)上的全息圖分布呈軌道內(nèi)密集而軌道間稀疏形式分布，整個(gè)存儲(chǔ)材料上的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)不均勻，由于軌道間距比較大，限制了全息圖的存儲(chǔ)密度。另外由于裝置上采用物光和參考光不等光程的光路，使其對(duì)激光的相干長(zhǎng)度要求很長(zhǎng)，限制了實(shí)際的應(yīng)用。對(duì)于存儲(chǔ)材料為光折變晶體的材料，由于全息圖多次記錄的擦除效應(yīng)，也使全息圖存儲(chǔ)的密度和圖像質(zhì)量變差。此外由于三維全息存儲(chǔ)器使用的是單模的激光，光束的光斑能量存在高斯分布，會(huì)使存儲(chǔ)的干涉全息圖的能量不均勻，中心亮，周?chē)担坏绊懘鎯?chǔ)的圖像質(zhì)量，還影響存儲(chǔ)信息的再現(xiàn)。
目前的體全息存儲(chǔ)的裝置存在體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不能脫離光學(xué)平臺(tái)，物光和參考光光程不相等的情況。另外存儲(chǔ)介質(zhì)取下后不能復(fù)位，影響其存儲(chǔ)信息的正確讀出。這些都不利于三維全息存儲(chǔ)器的實(shí)用化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種存儲(chǔ)容量大、存儲(chǔ)信息保存時(shí)間長(zhǎng)的三維盤(pán)式全息存儲(chǔ)方法。可以解決上述的缺點(diǎn)和不足，本項(xiàng)發(fā)明的方法不但可以使每個(gè)同心圓軌道內(nèi)的存儲(chǔ)圖像部分重疊，而且實(shí)現(xiàn)了軌道之間存儲(chǔ)的圖像也有部分重疊，在存儲(chǔ)過(guò)程中為了防止軌道間圖像的擦除，采用了分軌道定影熱固定技術(shù)。
本發(fā)明的三維盤(pán)式全息存儲(chǔ)方法，是一種在全息光盤(pán)上記錄多個(gè)全息圖，相鄰的傅里葉變換全息圖在空間部分地重疊(不是完全分開(kāi)，也不是完全重疊)的方法，其中，每個(gè)全息圖是一個(gè)信息頁(yè)面(數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的二維排列，或圖像)的傅里葉變換全息圖，全息圖分布在全息盤(pán)的同心圓軌道上，同一軌道上相鄰全息圖可以有部分的重疊，其特征在于相鄰軌道上的全息圖之間也有部分的重疊，所有的全息圖記錄和讀出時(shí)不需要調(diào)整參考光和照明光的角度；對(duì)同一軌道內(nèi)全息圖的尋址(切向?qū)ぶ?由盤(pán)面旋轉(zhuǎn)完成，對(duì)不同軌道的尋址(徑向?qū)ぶ?由讀寫(xiě)光學(xué)系統(tǒng)與盤(pán)面的相對(duì)平動(dòng)完成；采用分軌道熱固定的存儲(chǔ)方法；其存儲(chǔ)和讀取過(guò)程如下1)首先選擇和確定全息光盤(pán)上所存儲(chǔ)的全息圖尋址方式；①計(jì)算全息圖在水平面內(nèi)的角度選擇性ΔX和在垂直面內(nèi)的角度選擇性ΔY，其中，參考光、物光和盤(pán)面法線(xiàn)在同一平面內(nèi)，此平面稱(chēng)為“水平面”，與此平面垂直的平面稱(chēng)為“垂直面”，其計(jì)算方法是ΔX≈2λd(sinθR+sinθs)×n2-sin2θRcos2θRrR,]]>ΔY≈2rRΔsinθRcosθR]]>其中n和d分別為存儲(chǔ)介質(zhì)的折射率和厚度，rR是球面波中心到全息圖中心的距離，θR和θS分別為參考光和物光與盤(pán)面法線(xiàn)之間的夾角。
關(guān)于角度選擇性ΔX和在垂直面內(nèi)的角度選擇性ΔY具體可參見(jiàn)圖1，圖中5和12表示ΔX；4，8，11表示ΔY；6表示某位置處的變軌道的平臺(tái)移動(dòng)距離ΔL。按照上面本發(fā)明所述的全息圖復(fù)用方法，根據(jù)存儲(chǔ)的密度目標(biāo)，計(jì)算全息光盤(pán)上面每個(gè)全息圖相互之間的中心間距。
②確定全息圖的初始記錄點(diǎn)在盤(pán)面上的方位，盤(pán)面上全息圖的間距(選擇性)取決于體積全息圖在水平面內(nèi)的角度選擇性ΔX和在垂直面內(nèi)的角度選擇性ΔY，選擇同一軌道內(nèi)相鄰全息圖的間隔ΔS的水平分量不小于ΔX，同一垂直線(xiàn)上相鄰軌道的兩個(gè)全息圖的間距不小于ΔY，方位角α在30°～60°之間的記錄點(diǎn)作為初始記錄點(diǎn)，此位置可以實(shí)現(xiàn)水平的軌道間尋址，降低尋址難度；同時(shí)使全息圖在盤(pán)面上的分布相對(duì)均勻。當(dāng)記錄材料的動(dòng)態(tài)范圍有限時(shí)，實(shí)際上全息圖的間隔可以取得大于以上的理論計(jì)算值，以保證較低的串?dāng)_噪聲。
圖1中1，2，3，分別表示三個(gè)不同的初始記錄位置。在這種尋址方案下，圖1中的位置2即為本發(fā)明所確定的每個(gè)圓形軌道在盤(pán)面上初始記錄點(diǎn)。圖中7為軌道內(nèi)相鄰全息圖的中心距離ΔS，9為全息圖對(duì)應(yīng)的方位角α。當(dāng)軌道尋址方向沿盤(pán)面的垂直直徑時(shí)(即位置1)，切向選擇性(軌道內(nèi)的選擇性)即為ΔX，徑向選擇性(軌道間的選擇性)即為ΔY。當(dāng)軌道尋址方向沿盤(pán)面的水平直徑時(shí)(即位置3)，切向選擇性(軌道內(nèi)的選擇性)即為ΔY，徑向選擇性(軌道間的選擇性)即為ΔX。
2)開(kāi)始存儲(chǔ)計(jì)算每個(gè)全息圖的曝光時(shí)間ti，j和這些時(shí)間的序列。
第一個(gè)軌道從全息光盤(pán)的最大半徑的圓形軌道開(kāi)始，該軌道距離全息光盤(pán)的邊緣為2～3mm，從選擇的方位角開(kāi)始記錄第一個(gè)全息圖，每次全息光盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)微小的角度，根據(jù)全息光盤(pán)軌道直徑和前面計(jì)算的尋址方式的ΔX和ΔY計(jì)算，該角度介于0.006°～0.06°之間。記錄同一軌道的下一幅全息圖，直到該軌道轉(zhuǎn)動(dòng)到初始方位角。改變記錄完這一軌道后，通過(guò)全息光盤(pán)的徑向移動(dòng)ΔL，向全息光盤(pán)半徑變小的方向平動(dòng)，改變軌道的半徑，開(kāi)始記錄下一個(gè)軌道的全息圖。根據(jù)晶體材料的動(dòng)態(tài)范圍性能，當(dāng)設(shè)計(jì)分軌道熱固定寫(xiě)入信息時(shí)的存儲(chǔ)時(shí)間為單軌道固定時(shí)，第一個(gè)軌道存儲(chǔ)完后，進(jìn)行步驟3)，當(dāng)設(shè)計(jì)分軌道熱固定寫(xiě)入信息時(shí)的存儲(chǔ)時(shí)間為多軌道固定時(shí)，存完多個(gè)軌道，進(jìn)行步驟3)。
3)進(jìn)行分軌道熱固定，由于光折變晶體中存儲(chǔ)密度的主要因素是材料的有限動(dòng)態(tài)范圍這個(gè)原因使目前的全息光盤(pán)的軌道間和軌道內(nèi)的圖像重疊所產(chǎn)生的擦除效應(yīng)使圖像重疊程度非常小，因此為了提高存儲(chǔ)密度，將分批存儲(chǔ)熱固定技術(shù)與盤(pán)式存儲(chǔ)相結(jié)合，發(fā)展為分軌道熱固定的盤(pán)式全息存儲(chǔ)技術(shù)。不僅可以提高存儲(chǔ)密度，而且實(shí)現(xiàn)非易失性存儲(chǔ)，使介質(zhì)中存儲(chǔ)的信息長(zhǎng)久保存。其要點(diǎn)是①將步驟2)中記錄一個(gè)軌道(或多個(gè)軌道)內(nèi)的M個(gè)全息圖的全息盤(pán)取下，放置入溫度受控的加熱爐中，加熱到140℃，并持溫20分鐘，冷卻至室溫；②將晶體放回原存儲(chǔ)的位置，重復(fù)步驟2)和本步驟中的步驟①，直至全部該全息光盤(pán)上的所有需要記錄的全息圖記錄完成；③用均勻的非相干光照射全息盤(pán)，一次性使記錄并固定的全息圖顯現(xiàn)出來(lái)，即顯影。
4)讀取數(shù)據(jù)時(shí)，將已經(jīng)固定和顯影后的全息光盤(pán)安裝在精密定位器上，將全息光盤(pán)轉(zhuǎn)至記錄時(shí)的初始方位角，用前述的參考光照射，轉(zhuǎn)動(dòng)全息光盤(pán)，就可以實(shí)現(xiàn)每一軌道上的全息圖的讀取。
所述的三維盤(pán)式全息存儲(chǔ)方法，其特征在于根據(jù)分軌道熱固定存儲(chǔ)計(jì)算寫(xiě)入信息時(shí)的存儲(chǔ)時(shí)間(曝光時(shí)序)，對(duì)于光折變晶體記錄材料，計(jì)算M個(gè)全息圖曝光時(shí)序的要點(diǎn)如下每一軌道全息圖，都是按照曝光時(shí)序來(lái)確定每個(gè)全息圖的存入時(shí)間的，因?yàn)檐壍赖陌霃讲煌悦總€(gè)軌道所存儲(chǔ)的全息圖的數(shù)量和曝光時(shí)序是不同的。為對(duì)應(yīng)于上述的全息圖尋址方式，為了避免軌道之間因?yàn)槿D重疊所引起的擦除效應(yīng)，需要新的存儲(chǔ)方法和曝光時(shí)間計(jì)算方法，本發(fā)明提出了分軌道熱固定存儲(chǔ)的存儲(chǔ)方法(方法詳見(jiàn)下述說(shuō)明)，并且分軌道熱固定存儲(chǔ)的方法，提出了新的寫(xiě)入信息時(shí)的存儲(chǔ)時(shí)間(曝光時(shí)序)計(jì)算方法。
1)首先在室溫和純角度復(fù)用條件下，測(cè)量材料的寫(xiě)入時(shí)間常數(shù)τW、擦除時(shí)間常數(shù)τE和飽和衍射效率η飽和。
2)采用分批熱固定少量光柵的方法模擬測(cè)量材料的軌道間擦除時(shí)間常數(shù)τF。
3)根據(jù)單個(gè)全息圖的尺寸和相鄰全息圖之間的間隔ΔX和ΔY，計(jì)算擦除矩陣W(i，j) α=tan-1dH2(jΔx)2+(iΔy)2-1]]>(其中j＝l-k；i＝m-n)即α=tan-1dH2(l-k)2Δx2+(m-n)2Δy2-1]]>
dH為全息圖直徑，同一軌道內(nèi)的兩相鄰全息圖的中心距Δx和兩軌道間的間隔Δy。存儲(chǔ)M組(批次)全息圖，每組(每個(gè)軌道上)可存儲(chǔ)NM。
4)根據(jù)要求的目標(biāo)衍射效率η目標(biāo)和前述的參數(shù)，計(jì)算最后一個(gè)全息圖的曝光時(shí)間tM 5)引入?yún)⒘喀捅硎緸橄率?6)利用倒推法，由下面公式遞推出曝光時(shí)序[1-exp(-ti,jτw)]×exp(-TR,CSAMτE)=v]]>TR,CSAM=Σi=0,j=1μx-1W(i,j)tij+τEτFΣi=1μy-1Σj=-1(μx-1)μx-1W(i,j)tij]]>ti，j表示第i個(gè)軌道上的第j幅全息圖的曝光時(shí)間，通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)了上述曝光時(shí)序的算法，可快捷地計(jì)算出大規(guī)模存儲(chǔ)時(shí)所需的合適的曝光時(shí)序。一批全息圖可以是一個(gè)軌道，也可以是多個(gè)軌道，上述計(jì)算公式對(duì)這兩種情況都適用。
所述的三維盤(pán)式全息存儲(chǔ)方法，其特征在于當(dāng)存儲(chǔ)介質(zhì)為光折變晶體時(shí)，采用反射型光路，晶體的光軸與盤(pán)面垂直，采用可得到較高的衍射效率和選擇性的垂直偏振光寫(xiě)入；當(dāng)存儲(chǔ)介質(zhì)為光致聚合物時(shí)，采用透射光路。
所述的三維盤(pán)式全息存儲(chǔ)方法，其特征在于讀取時(shí)采用會(huì)聚的球面參考波，這是因?yàn)榍蛎鎱⒖疾ū劝l(fā)散的球面參考波更有利于抑制讀出時(shí)的雜散光。
采用本發(fā)明的三維盤(pán)式全息存儲(chǔ)方法，減小了全息光盤(pán)的軌道間距，增加了整個(gè)全息光盤(pán)內(nèi)的軌道數(shù)目，能大幅度提高單位體積的存儲(chǔ)容量。本方案的尋址方式，可以使全息圖均勻的排列在整個(gè)全息光盤(pán)的盤(pán)面上，克服了全息圖在軌道內(nèi)緊密，軌道間距離遠(yuǎn)的不均勻性，提高存儲(chǔ)密度幾倍以上，降低誤碼率。本發(fā)明克服了光折變晶體作為盤(pán)式存儲(chǔ)介質(zhì)的關(guān)鍵問(wèn)題，提高了光折變晶體的有效動(dòng)態(tài)范圍，克服了光折變材料存儲(chǔ)的易失性，增加了存儲(chǔ)信息的保存時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)信息的長(zhǎng)時(shí)間保存。
為了實(shí)現(xiàn)前述所說(shuō)的三維盤(pán)式多軌道重疊的全息存儲(chǔ)方法，本發(fā)明設(shè)計(jì)了三維全息盤(pán)式存儲(chǔ)系統(tǒng)。對(duì)于球面波參考光，讀出與寫(xiě)入時(shí)的布拉格匹配條件極為嚴(yán)格。為了實(shí)現(xiàn)多軌道存儲(chǔ)和分軌道全息光盤(pán)的熱固定，達(dá)到存儲(chǔ)介質(zhì)反復(fù)離臺(tái)復(fù)位后仍能實(shí)現(xiàn)布拉格匹配的效果，本發(fā)明在存儲(chǔ)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了高精度全息盤(pán)定位器。
本發(fā)明的三維盤(pán)式全息存儲(chǔ)系統(tǒng)光路圖參見(jiàn)圖2，系統(tǒng)圖參見(jiàn)圖3，高精度全息盤(pán)定位器參見(jiàn)圖4～圖6，存儲(chǔ)系統(tǒng)由寫(xiě)入系統(tǒng)、讀出系統(tǒng)及被物光和參考光從兩側(cè)面入射的全息光盤(pán)48共同組成，其特征在于全息光盤(pán)48由定位器固定，定位器通過(guò)聯(lián)接桿41與精密轉(zhuǎn)臺(tái)40連接，精密轉(zhuǎn)臺(tái)40的底座聯(lián)接在精密直線(xiàn)位移臺(tái)39上，這兩個(gè)器件39，40均通過(guò)數(shù)據(jù)控制線(xiàn)由外接計(jì)算機(jī)控制。所述的定位器由定位桿50，與定位桿50相配合的定位槽43，與定位槽連接的定位器聯(lián)接螺母42，可在定位槽上滑動(dòng)的鎖緊環(huán)45，以及定位槽內(nèi)的定位楔47，鎖緊環(huán)45上的鎖緊螺母44、限位螺釘46組成，其中定位桿的一端通過(guò)定位螺母49與定位桿本身的臺(tái)階靠面來(lái)裝載全息光盤(pán)48，另一端有三個(gè)面a，b，c分別作為定位桿的限位面，面a與定位槽43的槽內(nèi)的一個(gè)側(cè)面啊a′配合，保證定位桿回轉(zhuǎn)方向的定位，即防轉(zhuǎn)；面b與定位槽43上b′面配合，保證軸向上沿軸線(xiàn)方向的定位，即防止軸向串動(dòng)；定位面c與定位楔47的斜面配合，保證受鎖緊螺母44壓力的情況下，鎖緊螺母44頂在斜面e上，定位桿能夠受力軸向和徑向的分力，使其緊密的與定位槽43相密切配合；鎖緊螺母44的中軸線(xiàn)通過(guò)定位槽43的直徑方向，還可以保證豎直徑向上定位桿的定位。
所述的三維盤(pán)式全息存儲(chǔ)系統(tǒng)，其特征在于寫(xiě)入系統(tǒng)由將入射光分為物光和參考光的偏振分束棱鏡13，以及依次位于物光光路上的物光快門(mén)14，空間濾波器15，物光準(zhǔn)直鏡筒16，物光準(zhǔn)直透鏡17，物光高斯光束均勻化器18，空間光調(diào)制器(SLM)20，SLM座21，傅里葉變換鏡頭22，錐型濾波器23，及依次位于參考光光路上的參考光快門(mén)38，空間濾波器37，參考光準(zhǔn)直透鏡35，參考光高斯光束均勻化器34，反射鏡31，參考光鏡頭29共同組成，其中與兩個(gè)準(zhǔn)直鏡筒前端都相連接的基于非球面透鏡的高斯光束均勻化器18、34由兩個(gè)透鏡組成，入射面的透鏡為平凹透鏡，出射面的透鏡為平凸透鏡，且兩個(gè)透鏡的曲面均為非球面，并且入射面和出射面的透鏡面形均為平面，通光口徑跟與其配合的準(zhǔn)直透鏡的通光口徑相同，平凸透鏡口徑比平凹透鏡大一倍以上，兩個(gè)非球面的曲率關(guān)系滿(mǎn)足下列關(guān)系式R(r)=R0[1-exp(-r2ω2)]1/2[1-exp(-r02ω2)]1/2]]>其中，R是凸面的曲率半徑，r是凹面的曲率半徑，R0為輸出的均化后的準(zhǔn)直光束的半徑，r0是均勻化前的準(zhǔn)直光束半徑，ω是高斯光束的腰板直徑，并且r，R都是變量。18與34區(qū)別在于均勻化器的鏡筒出光光闌直徑不同，物光比參考光大約10％～30％。
所述的三維盤(pán)式全息存儲(chǔ)系統(tǒng)，其特征在于在物光光路上的高斯光束均勻化器18之后設(shè)置可以使物光束光軸方向產(chǎn)生90°角偏轉(zhuǎn)的、折射率使物光和參考光光束的光程匹配的五角棱鏡、直角棱鏡或其它能改變光軸角度的棱鏡19。
所述的三維盤(pán)式全息存儲(chǔ)系統(tǒng)，其特征在于全息光盤(pán)48是光折變晶體、光致聚合物或其它全息存儲(chǔ)材料制成的。
本發(fā)明的三維盤(pán)式全息存儲(chǔ)系統(tǒng)的工作原理為(1)由激光器發(fā)出的光入射到偏振分束棱鏡13，分成偏振方向互相垂直的兩束光直透的物光和偏轉(zhuǎn)90°參考光。這兩束光分別經(jīng)過(guò)由計(jì)算機(jī)控制的快門(mén)14和38，由計(jì)算機(jī)程序通過(guò)接口卡控制快門(mén)打開(kāi)和關(guān)閉的時(shí)間，當(dāng)快門(mén)打開(kāi)時(shí)，光束經(jīng)過(guò)快門(mén)進(jìn)入到空間濾波器15和37進(jìn)行擴(kuò)束和濾波，再經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡17和35形成較大直徑的準(zhǔn)直高斯光束。
(2)當(dāng)準(zhǔn)直高斯光束在腰斑的位置入射進(jìn)高斯光束均勻化器18，34后，以高斯分布的光斑截面能量將無(wú)損失地轉(zhuǎn)化為均勻分布的圓形光斑，并且光斑直徑可以增大一倍左右，并以準(zhǔn)直狀態(tài)輸出。這樣就可以得到光斑能量均勻分布并且直徑大小滿(mǎn)足物光和參考光使用要求。
(3)其中均勻的物光束入射進(jìn)入光軸前端放置棱鏡19的一個(gè)窗口，在棱鏡內(nèi)部發(fā)生二次反射，該棱鏡可以使物光束光軸方向產(chǎn)生90°角的偏轉(zhuǎn)，然后以不改變?cè)駪B(tài)的情況下從另外一個(gè)窗口射出，照射到和其同一光軸上的位于傅里葉變換鏡頭22前焦面位置的空間光調(diào)制器20上。棱鏡具有兩個(gè)重要的作用一是可以把光路精確地折轉(zhuǎn)需要的角度，以減小整個(gè)光路的尺寸；二是通過(guò)選擇棱鏡合理的光學(xué)參數(shù)，包括棱鏡的型號(hào)、通光口徑和玻璃折射率，使物光束光經(jīng)過(guò)棱鏡的內(nèi)部反射，恰好彌補(bǔ)與參考光束的光程差，得到一個(gè)物光和參考光光程均衡的系統(tǒng)。
(4)空間光調(diào)制器(SLM)20上具有通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)加載的存儲(chǔ)圖像信息。均勻的物光照射其上，SLM的每個(gè)像素以透光和不透光的形式圖像構(gòu)成了全息圖的信息頁(yè)面。
(5)空間光調(diào)制器上的偏振片可以把輸入頁(yè)面產(chǎn)生物光的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)到與參考光相同的方向。此物光然后經(jīng)過(guò)傅里葉變換鏡頭22在其后焦平面上形成譜面，在傅里葉變換鏡頭22的后端有一個(gè)帶有矩形光闌的錐型濾波器，把其余級(jí)次的譜濾掉，只保留衍射強(qiáng)度最大的零級(jí)譜。
(6)另外一個(gè)方向上，參考光也經(jīng)過(guò)擴(kuò)束、濾波、準(zhǔn)直、均勻化后，照射在位于前端導(dǎo)軌33上的反射鏡31上，沿軸線(xiàn)方向反射進(jìn)入?yún)⒖脊忡R頭29，通過(guò)調(diào)整反射鏡的調(diào)整座32和參考光鏡頭調(diào)整架的位置和角度，可以得到一個(gè)消像差的會(huì)聚球面參考光。
(7)該會(huì)聚的球面參考光和經(jīng)過(guò)傅里葉變換鏡頭22的物光在傅里葉變換鏡頭后的某一位置重合形成干涉圖樣，全息光盤(pán)就置于這一位置，通常這一位置是在傅里葉變換鏡頭22的后焦面的前面2～3mm的處，離焦位置依記錄材料的厚度而定。
(8)通過(guò)調(diào)整合適的激光功率以及物光、參考光的強(qiáng)度比，在物光和參考光的快門(mén)都打開(kāi)的情況下便可以使具有輸入頁(yè)面的信息物光和會(huì)聚的參考光在全息光盤(pán)材料內(nèi)部形成干涉圖樣，在前面所述的曝光時(shí)間內(nèi)，把干涉圖寫(xiě)入到全息光盤(pán)的介質(zhì)中。
(9)讀出數(shù)據(jù)的時(shí)候，只打開(kāi)參考光快門(mén)，使用參考光照射到全息光盤(pán)的存儲(chǔ)位置上，就可以再現(xiàn)已經(jīng)存儲(chǔ)過(guò)的干涉圖，經(jīng)過(guò)成像鏡頭24進(jìn)行傅里葉逆變換，使輸入頁(yè)面的原圖像還原到CCD探測(cè)器上，將存儲(chǔ)的圖像信息完整的讀出來(lái)。
(10)存儲(chǔ)時(shí)，將全息光盤(pán)的對(duì)準(zhǔn)到圖1中的2位置處，該位置不在全息光盤(pán)的直徑方向上，而屬于介于水平和垂直中間的某個(gè)位置。使用精密轉(zhuǎn)臺(tái)39實(shí)現(xiàn)全息光盤(pán)的沿與精密轉(zhuǎn)臺(tái)39回轉(zhuǎn)軸的同心圓軌道旋轉(zhuǎn)，精密轉(zhuǎn)臺(tái)39每次旋轉(zhuǎn)一個(gè)微小的角度，就可以在全息光盤(pán)的軌道上記錄或讀出一個(gè)圖像。在同一圓形軌道內(nèi)實(shí)現(xiàn)多個(gè)圖像存儲(chǔ)和讀出。
(11)對(duì)于不同軌道的變換和軌道間的尋址是用精密直線(xiàn)位移臺(tái)39來(lái)實(shí)現(xiàn)的。計(jì)算機(jī)程序控制精密直線(xiàn)位移臺(tái)39帶動(dòng)整個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)沿與全息光盤(pán)嚴(yán)格平行的方向上做直線(xiàn)微量位移，這樣可以改變每個(gè)全息光盤(pán)上每個(gè)同心圓存儲(chǔ)軌道的半徑，以實(shí)現(xiàn)軌道的改變。
(12)盤(pán)式晶體精密定位的定位器的工作原理如下1)全息光盤(pán)精密定位器具有兩方面的定位功能，一是全息盤(pán)式復(fù)位后在盤(pán)的中心軸線(xiàn)上不發(fā)生繞該中心軸的旋轉(zhuǎn)角度變化；二是盤(pán)的表面與記錄時(shí)的原始位置無(wú)相對(duì)的平面偏移量，即保證晶體盤(pán)不會(huì)因?yàn)槎啻窝b卸產(chǎn)生盤(pán)面的安裝跳動(dòng)誤差。這樣可以保證存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)頁(yè)面不產(chǎn)生頁(yè)面的偏移誤差，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)頁(yè)面的精確存儲(chǔ)與讀出。
2)由于定位器的精密要求很高，在定位結(jié)構(gòu)上在定位桿50的一端設(shè)計(jì)以三個(gè)面a，b，c為定位面，如圖3所示，通過(guò)鎖緊螺母44的鎖緊可以在定位桿50的一個(gè)斜面上e施加作用力，此作用力可以產(chǎn)生兩個(gè)方向上的分力，這兩個(gè)分力可以分別作用在與定位桿的配合的兩個(gè)面a和c上，使定位桿50緊密地壓在定位槽43中；定位楔48有一個(gè)斜面，當(dāng)定位桿50受兩個(gè)方向的分力壓在定位楔48上時(shí)，定位桿的三個(gè)的定位面緊密壓合在定位槽43和定位楔48的三個(gè)基準(zhǔn)面上。這樣就可以通過(guò)鎖緊螺母44的松開(kāi)和鎖緊來(lái)保證來(lái)全息光盤(pán)離線(xiàn)和復(fù)位后①.在聯(lián)接桿軸線(xiàn)上的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)誤差；②.沿軸線(xiàn)方向上的前后移動(dòng)誤差；③.垂直聯(lián)接桿軸的徑向截面上的俯仰和擺動(dòng)誤差這三種誤差都能限制到允許的范圍以?xún)?nèi)。
3)裝有全息光盤(pán)的定位桿50在向定位槽43裝卸時(shí)，采取上下裝卸，即在全息光盤(pán)初始記錄的角度位置處，以垂直聯(lián)接桿的方向，進(jìn)行定位和復(fù)位操作。見(jiàn)圖4所示。這樣可以充分壓縮前后兩個(gè)傅里葉變換鏡頭之間的空間，使系統(tǒng)更為小型化。
根據(jù)本發(fā)明的三維盤(pán)式存儲(chǔ)方法所設(shè)計(jì)的三維全息存儲(chǔ)器滿(mǎn)足了全息盤(pán)離臺(tái)后可復(fù)位的要求，并且本發(fā)明設(shè)計(jì)的三維全息存儲(chǔ)器將所有器件全集成在一個(gè)底座上，具有小型、穩(wěn)定、靈活的特點(diǎn)，還提高了存儲(chǔ)圖像的質(zhì)量，能夠降低誤碼率。


圖1記錄光斑處于不同方位角時(shí)全息圖幾何關(guān)系示意圖；1.垂直位置的光斑分布，2.本發(fā)明光斑的初始位置分布，3.水平位置的光斑分布，4.相鄰軌道在位置1處的垂直位置的角度選擇性ΔY，5.同一軌道的水平面內(nèi)的角度選擇性ΔX，6.表示某位置處的變軌道的平臺(tái)移動(dòng)距離ΔL，7.為軌道內(nèi)相鄰全息圖的中心距離ΔS，8.相鄰軌道在位置2處的垂直位置的角度選擇性ΔY，9.為相鄰全息圖對(duì)應(yīng)的中心角α，10.全息光盤(pán)圓心，11.相鄰軌道在位置3處的垂直位置的角度選擇性ΔY，12.位置3不同軌道的水平面內(nèi)的角度選擇性ΔX圖2系統(tǒng)光路圖；圖3系統(tǒng)整體裝配圖；圖2-3中，13.偏振分束棱鏡，14.物光快門(mén)，15.空間濾波器，16.物光準(zhǔn)直鏡筒，17.物光準(zhǔn)直透鏡，18.高斯光束均勻化器，19.五角棱鏡，20.空間光調(diào)制器(SLM)，21.SLM座，22.傅里葉變換鏡頭FTL1，23.錐型濾波器，24.傅里葉變換鏡頭FTL2，25.鏡頭調(diào)整臺(tái)，26.CCD面陣探測(cè)器，27.二位微位移臺(tái)，28.六軸微動(dòng)調(diào)整臺(tái)，29.參考光鏡頭，30.鏡頭調(diào)整架，31.反射鏡，32.反射鏡調(diào)整座，33.導(dǎo)軌，34.光闌，35.參考光準(zhǔn)直透鏡，36.參考光準(zhǔn)直鏡筒，37.空間濾波器，38.參考光快門(mén)，39.精密直線(xiàn)位移臺(tái)，40.精密轉(zhuǎn)臺(tái)，41.聯(lián)接桿，42.定位器聯(lián)接螺母，43.定位桿，44.鎖緊螺母45.鎖緊環(huán)，46.限位螺釘47.定位楔，48.全息光盤(pán)，49.螺母，50.底座，51.反射鏡，52.反射鏡，53.激光器。
圖4盤(pán)式晶體精密定位器剖面圖；圖5圖4中A-A剖面圖；圖6盤(pán)式晶體精密定位器立體圖；圖7存儲(chǔ)10000幅全息圖的部分再現(xiàn)圖像；(a)第1幅(軌道1)；(b)第3637幅(軌道2)；(c)第8499幅(軌道3)；(d)第10000幅(軌道4)具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖具體介紹本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例本發(fā)明的存儲(chǔ)方法實(shí)施例(1)使用本發(fā)明設(shè)計(jì)的三維盤(pán)式全息存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)實(shí)例。首先選擇存儲(chǔ)介質(zhì)材料為光折變晶體單摻鐵0.03wt％，生長(zhǎng)態(tài)的鈮酸鋰晶體，并在該晶體表面鍍532nm增透膜。根據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)的折射率和厚度，球面波中心到全息圖中心的距離，參考光和物光與盤(pán)面法線(xiàn)之間的夾角等計(jì)算出來(lái)ΔX和ΔY。這樣其軌道間隔為0.8mm，相鄰全息圖中心距15μm，全息圖直徑為3.0mm，等效單點(diǎn)復(fù)用度為750。體積0.875cm3的圓形光折變晶體盤(pán)中，總共存儲(chǔ)10000幅全息頁(yè)面。
(2)然后進(jìn)行曝光時(shí)序的計(jì)算以目標(biāo)衍射效率為6.0×10-5’先進(jìn)行小規(guī)模復(fù)用實(shí)驗(yàn)，利用試錯(cuò)法確定了存儲(chǔ)介質(zhì)材料晶體的復(fù)用記錄過(guò)程中寫(xiě)入和擦除時(shí)間常數(shù)，據(jù)此計(jì)算合理的曝光時(shí)序。4個(gè)軌道存儲(chǔ)10000幅高分辨率全息圖，計(jì)算出最長(zhǎng)曝光時(shí)間3.277秒，最短曝光時(shí)間1.461秒，10000幅全息圖總共曝光25467.8秒。
(3)然后按照前面所述的步驟進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，常溫下將全息光盤(pán)裝載盤(pán)式晶體精密定位器上，從距盤(pán)邊緣3mm處開(kāi)始第一個(gè)軌道，其中方位角9為45°開(kāi)始記錄，記錄完畢一個(gè)軌道的全息圖，把全息光盤(pán)轉(zhuǎn)到方位角9的位置，將全息盤(pán)從盤(pán)式晶體精密定位器取下放置入溫度受控的加熱爐中，加熱到140℃，并持溫20分鐘，冷卻至室溫；然后將全息光盤(pán)再裝到盤(pán)式晶體精密定位器上，將全息光盤(pán)向圓盤(pán)中心水平移動(dòng)，使軌道間隔為0.8mm。
(4)復(fù)上述(3)的開(kāi)始記錄之后的過(guò)程，直至4個(gè)軌道全部全息圖記錄完成；(5)然后用均勻的非相干光照射全息盤(pán)20分鐘，使記錄并固定的全息圖顯現(xiàn)出來(lái)。
(6)最后通過(guò)對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的讀出。本實(shí)例采用了分軌道熱固定的盤(pán)式全息存儲(chǔ)技術(shù)，提高存儲(chǔ)密度和信息保存時(shí)間。利用此方案在同一晶體中分4批4個(gè)軌道存儲(chǔ)和離線(xiàn)固定了10000幅高分辨率全息圖，實(shí)現(xiàn)了非易失性存儲(chǔ)，存儲(chǔ)面密度達(dá)到50bits/μm2，體密度達(dá)到10Gb/cm3。存儲(chǔ)的圖像得到高保真度再現(xiàn)，再現(xiàn)圖像的衍射效率均勻，細(xì)節(jié)清晰，平均信噪比(SNR)為3.6，相當(dāng)于原始誤碼率為1.6×10-4。
圖7給出了部分全息圖的再現(xiàn)像。
根據(jù)本發(fā)明的方法所設(shè)計(jì)的小型盤(pán)式全息存儲(chǔ)系統(tǒng)
1.三維盤(pán)式全息存儲(chǔ)系統(tǒng)的主要參數(shù)是三維盤(pán)式全息存儲(chǔ)系統(tǒng)光學(xué)及機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖2和圖3所示，寫(xiě)入系統(tǒng)由偏振分束棱鏡13，物光快門(mén)14，空間濾波器15，物光準(zhǔn)直透鏡17，高斯光束均勻化器18，.五角棱鏡19，.SLM 20，傅里葉變換鏡頭FTL122，23.錐型濾波器組成。讀出系統(tǒng)由參考光快門(mén)38，空間濾波器37，參考光準(zhǔn)直透鏡35，高斯光束均勻化器18，反射鏡31，參考光鏡頭29，傅里葉變換鏡頭FTL224，CCD面陣探測(cè)器26，二位微位移臺(tái)27，六軸微動(dòng)調(diào)整臺(tái)28及相關(guān)調(diào)整架組成。其中幾個(gè)核心部件參數(shù)是(1)SLM1024×768像元，CCD1024×1024像元，單幅全息圖數(shù)據(jù)容量0.786Mbit。
(2)傅里葉變換鏡頭對(duì)FTL1和FTL2畸變小于0.01％，波像差小于1/4～1/10λ，變換透鏡與成像透鏡的焦距比為13∶6，能實(shí)現(xiàn)物像平面間1∶1像元匹配。
(3)棱鏡19是五角棱鏡，五角棱鏡型號(hào)W II-90，口徑38.1，采用K9玻璃，有效地減小光路的整體尺寸，補(bǔ)償物光和參考光的光程差值使之小于5mm。
(4)參考光的反射鏡31位于導(dǎo)軌上的滑塊上，可以做一定范圍(0～150mm)的參考光(0～120°)角度調(diào)整。
(5)高斯光束均勻化器有兩個(gè)非球面透鏡組成，入射面的透鏡為平凹透鏡，出射面的透鏡為平凸透鏡，入射口徑30mm，出射口徑50mm，均勻化的光斑使存儲(chǔ)和讀出的圖像中，圖像整幅照度均勻。
(6)全息光盤(pán)的驅(qū)動(dòng)部分由轉(zhuǎn)臺(tái)-平臺(tái)尋址機(jī)構(gòu)，全息光盤(pán)精密定位器組成，其中全息光盤(pán)精密定位器盤(pán)面復(fù)位跳動(dòng)誤差小于0.002mm，角度復(fù)位誤差小于0.001°。轉(zhuǎn)臺(tái)-平臺(tái)尋址機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)分辨率和單向重復(fù)性0.001°，平動(dòng)分辨率和單向重復(fù)性0.2μm。對(duì)于直徑80mm、厚度5mm的光折變晶體，在軟件控制下可以尋址全息圖20萬(wàn)幅以上。
2.采用空角復(fù)用與會(huì)聚的球面參考波結(jié)合。為了避免參考光的反射光將噪聲帶入成像系統(tǒng)，采用非對(duì)稱(chēng)光路(物光入射角50°，參考光入射角22°)。光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量良好，系統(tǒng)小型化(600×400×180mm)。
權(quán)利要求
1.一種三維盤(pán)式全息存儲(chǔ)方法，是一種在全息光盤(pán)上記錄多個(gè)全息圖，相鄰的傅里葉變換全息圖在空間部分地重疊，不是完全分開(kāi)，也不是完全重疊的方法，其中，每個(gè)全息圖是一個(gè)信息頁(yè)面即數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的二維排列，或圖像的傅里葉變換全息圖，全息圖分布在全息盤(pán)的同心圓軌道上，同一軌道上相鄰全息圖可以有部分的重疊，其特征在于相鄰軌道上的全息圖之間也有部分的重疊，所有的全息圖記錄和讀出時(shí)不需要調(diào)整參考光和照明光的角度；對(duì)同一軌道內(nèi)全息圖的尋址(切向?qū)ぶ?由盤(pán)面旋轉(zhuǎn)完成，對(duì)不同軌道的尋址(徑向?qū)ぶ?由讀寫(xiě)光學(xué)系統(tǒng)與盤(pán)面的相對(duì)平動(dòng)完成；采用分軌道熱固定的存儲(chǔ)方法，其存儲(chǔ)和讀取過(guò)程如下1)首先選擇和確定全息光盤(pán)上所存儲(chǔ)的全息圖尋址方式；①計(jì)算全息圖在水平面內(nèi)的角度選擇性ΔX和在垂直面內(nèi)的角度選擇性ΔY，其中，參考光、物光和盤(pán)面法線(xiàn)在同一平面內(nèi)，此平面稱(chēng)為“水平面”，與此平面垂直的平面稱(chēng)為“垂直面”，其計(jì)算方法是ΔX≈2λd(sinθR+sinθs)×n2-sin2θRcos2θRrR,]]>ΔY≈2rRΔXsinθRcosθR]]>其中n和d分別為存儲(chǔ)介質(zhì)的折射率和厚度，rR是球面波中心到全息圖中心的距離，θR和θS分別為參考光和物光與盤(pán)面法線(xiàn)之間的夾角；②確定全息圖的初始記錄點(diǎn)在盤(pán)面上的方位，盤(pán)面上全息圖的間距即選擇性取決于體積全息圖在水平面內(nèi)的角度選擇性ΔX和在垂直面內(nèi)的角度選擇性ΔY，選擇同一軌道內(nèi)相鄰全息圖的間隔ΔS的水平分量不小于ΔX，同一垂直線(xiàn)上相鄰軌道的兩個(gè)全息圖的間距不小于ΔY，方位角(9)在30°～60°之間的記錄點(diǎn)作為初始記錄點(diǎn)，此位置可以實(shí)現(xiàn)水平的軌道間尋址，降低尋址難度；同時(shí)使全息圖在盤(pán)面上的分布相對(duì)均勻；當(dāng)記錄材料的動(dòng)態(tài)范圍有限時(shí)，全息圖的間隔可以取得大于以上的理論計(jì)算值，以保證較低的串?dāng)_噪聲；2)開(kāi)始存儲(chǔ)①計(jì)算每個(gè)全息圖的曝光時(shí)間ti，j和這些時(shí)間的序列；②第一個(gè)軌道從全息光盤(pán)的最大半徑的圓形軌道開(kāi)始，該軌道距離全息光盤(pán)的邊緣為2～3mm，從選擇的方位角開(kāi)始記錄第一個(gè)全息圖，每次全息光盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)微小的角度，根據(jù)全息光盤(pán)軌道直徑和前面計(jì)算的尋址方式的ΔX和ΔY計(jì)算，該角度介于0.006°～0.06°之間；記錄同一軌道的下一幅全息圖，直到該軌道轉(zhuǎn)動(dòng)到初始方位角；改變記錄完這一軌道后，通過(guò)全息光盤(pán)的徑向移動(dòng)ΔL(6)，向全息光盤(pán)半徑變小的方向平動(dòng)，改變軌道的半徑，開(kāi)始記錄下一個(gè)軌道的全息圖；根據(jù)晶體材料的動(dòng)態(tài)范圍性能，當(dāng)設(shè)計(jì)分軌道熱固定寫(xiě)入信息時(shí)的存儲(chǔ)時(shí)間為單軌道固定時(shí)，第一個(gè)軌道存儲(chǔ)完后，進(jìn)行步驟3)，當(dāng)設(shè)計(jì)分軌道熱固定寫(xiě)入信息時(shí)的存儲(chǔ)時(shí)間為多軌道固定時(shí)，存完多個(gè)軌道，進(jìn)行步驟3)。3)進(jìn)行分軌道熱固定，其要點(diǎn)是①將步驟2)中記錄一個(gè)軌道或多個(gè)軌道內(nèi)的M個(gè)全息圖的全息盤(pán)取下，放置入溫度受控的加熱爐中，加熱到120℃～150℃之間，并持溫10～30分鐘，冷卻至室溫；②將晶體放回原存儲(chǔ)的位置，重復(fù)步驟2)中的全息圖記錄和本步驟中的步驟①，直至全部該全息光盤(pán)上的所有需要記錄的全息圖記錄完成；③用均勻的非相干光照射全息盤(pán)，一次性使記錄并固定的全息圖顯現(xiàn)出來(lái)，即顯影；4)讀取數(shù)據(jù)時(shí)，將已經(jīng)固定和顯影后的全息光盤(pán)安裝在精密定位器上，將全息光盤(pán)轉(zhuǎn)至記錄時(shí)的初始方位角，用的前述的參考光照射，轉(zhuǎn)動(dòng)全息光盤(pán)，就可以實(shí)現(xiàn)每一軌道上的全息圖的讀取。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維盤(pán)式全息存儲(chǔ)方法，其特征在于根據(jù)分軌道熱固定存儲(chǔ)，計(jì)算全息圖的寫(xiě)入時(shí)間ti，j，，即第i個(gè)軌道上的第j幅全息圖的曝光時(shí)間和這些時(shí)間的序列，對(duì)于光折變晶體記錄材料，計(jì)算M個(gè)全息圖曝光時(shí)序的要點(diǎn)如下1)首先在室溫和純角度復(fù)用條件下，測(cè)量材料的寫(xiě)入時(shí)間常數(shù)τW、擦除時(shí)間常數(shù)τE和飽和衍射效率η飽和。2)采用分批熱固定少量光柵的方法模擬測(cè)量材料的軌道間擦除時(shí)間常數(shù)τF。3)根據(jù)單個(gè)全息圖的尺寸和相鄰全息圖之間的間隔ΔX和ΔY，計(jì)算擦除矩陣W(i，j) α=tan-1dH2(jΔx)2+(iΔy)2-1]]>(其中j＝l-k；i＝m-n)即α=tan-1dH2(l-k)2Δx2+(m-n)2Δy2-1]]>dH為全息圖直徑，同一軌道內(nèi)的兩相鄰全息圖的中心距Δx和兩軌道間的間隔Δy；存儲(chǔ)M組/批次全息圖，每組即每個(gè)軌道上可存儲(chǔ)NM；4)根據(jù)要求的目標(biāo)衍射效率η目標(biāo)和前述的參數(shù)，計(jì)算最后一個(gè)全息圖的曝光時(shí)間tM 5)引入?yún)⒘縱表示為下式 6)利用倒推法，由下面公式遞推出曝光時(shí)序[1-exp(-ti,jτw)]×exp(-TR,CSAMτE)=v]]>TR,CSAM=Σi=0,j=1μx-1W(i,j)ti,j+τEτFΣi=1μy-1Σj=-(μx-1)μx-1W(i,j)tij]]>ti，j表示第i個(gè)軌道上的第j幅全息圖的曝光時(shí)間，通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)了上述曝光時(shí)序的算法，可快捷地計(jì)算出大規(guī)模存儲(chǔ)時(shí)所需的合適的曝光時(shí)序。一批全息圖可以是一個(gè)軌道，也可以是多個(gè)軌道，上述計(jì)算公式對(duì)這兩種情況都適用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維盤(pán)式全息存儲(chǔ)方法，其特征在于當(dāng)存儲(chǔ)介質(zhì)為光折變晶體時(shí)，采用反射型光路，晶體的光軸與盤(pán)面垂直，采用垂直偏振光s偏振；當(dāng)存儲(chǔ)介質(zhì)為光致聚合物時(shí)，采用透射光路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維盤(pán)式全息存儲(chǔ)方法，其特征在于讀取時(shí)采用會(huì)聚的球面參考波，物光與參考光是完全等光程。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維盤(pán)式全息存儲(chǔ)方法而設(shè)計(jì)的三維盤(pán)式全息存儲(chǔ)系統(tǒng)，由寫(xiě)入系統(tǒng)、讀出系統(tǒng)及被物光和參考光從兩側(cè)面入射的全息光盤(pán)(48)共同組成，其特征在于全息光盤(pán)(48)由定位器固定，定位器通過(guò)聯(lián)接桿(41)與精密轉(zhuǎn)臺(tái)(40)連接，精密轉(zhuǎn)臺(tái)(40)的底座聯(lián)接在精密直線(xiàn)位移臺(tái)(39)上，這兩個(gè)器件(39)、(40)均通過(guò)數(shù)據(jù)控制線(xiàn)由外接計(jì)算機(jī)控制；所述的定位器由定位桿(50)，與定位桿(50)相配合的定位槽(43)，與定位槽連接的定位器聯(lián)接螺母(42)，可在定位槽上滑動(dòng)的鎖緊環(huán)(45)，以及定位槽內(nèi)的定位楔(47)，鎖緊環(huán)(45)上的鎖緊螺母(44)、限位螺釘(46)組成，其中定位桿的一端通過(guò)定位螺母(49)與定位桿本身的臺(tái)階靠面來(lái)裝載全息光盤(pán)(48)；另一端有三個(gè)面(a)，(b)，(c)分別作為定位桿的限位面，面(a)與定位槽(43)的槽內(nèi)的一個(gè)側(cè)面啊(a′)配合，保證定位桿回轉(zhuǎn)方向的定位，即防轉(zhuǎn)；面(b)與定位槽上的(b′)面配合，保證軸向上沿軸線(xiàn)方向的定位，即防止軸向串動(dòng)；定位面(c)與定位楔(47)的斜面配合，保證受鎖緊螺母(44)壓力的情況下，鎖緊螺母(44)頂在斜面(e)上，定位桿能夠受力軸向和徑向的分力，使其緊密的與定位槽(43)相密切配合；鎖緊螺母(44)的中軸線(xiàn)通過(guò)定位槽(43)的直徑方向，還可以保證豎直徑向上定位桿的定位。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三維盤(pán)式全息存儲(chǔ)系統(tǒng)，其特征在于寫(xiě)入系統(tǒng)由將入射光分為物光和參考光的偏振分束棱鏡(13)，以及依次位于物光光路上的物光快門(mén)(14)，空間濾波器(15)，物光準(zhǔn)直鏡筒(16)，物光準(zhǔn)直透鏡(17)，物光高斯光束均勻化器(18)，空間光調(diào)制器(20)，空間光調(diào)制器座(21)，傅里葉變換鏡頭(22)，錐型濾波器(23)，及依次位于參考光光路上的參考光快門(mén)(38)，空間濾波器(37)，參考光準(zhǔn)直透鏡(35)，參考光高斯光束均勻化器(34)，反射鏡(31)，參考光鏡頭(29)共同組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的三維盤(pán)式全息存儲(chǔ)系統(tǒng)，其特征在于所述的與兩個(gè)準(zhǔn)直鏡筒前端都相連接的基于非球面透鏡的高斯光束均勻化器(18)、(34)由兩個(gè)透鏡組成，入射面的透鏡為平凹透鏡，出射面的透鏡為平凸透鏡，且兩個(gè)透鏡的曲面均為非球面，并且入射面和出射面的透鏡面形均為平面，通光口徑跟與其配合的準(zhǔn)直透鏡的通光口徑相同，平凸透鏡口徑比平凹透鏡大一倍以上，兩個(gè)非球面的曲率關(guān)系滿(mǎn)足下列關(guān)系式R(r)=R0[1-exp(-r2ω2)]1/2[1-exp(-r02ω2)]1/2]]>其中，R是凸面的曲率半徑，r是凹面的曲率半徑，R0為輸出的均化后的準(zhǔn)直光束的半徑，r0是均勻化前的準(zhǔn)直光束半徑，ω是高斯光束的腰板直徑，并且r，R都是變量。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的三維盤(pán)式全息存儲(chǔ)系統(tǒng)，其特征在于在物光光路上的高斯光束均勻化器(18)之后設(shè)置可以使物光束光軸方向產(chǎn)生90°角偏轉(zhuǎn)的、折射率使物光和參考光光束的光程匹配的五角棱鏡、直角棱鏡或其它能改變光軸角度的棱鏡(19)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三維盤(pán)式全息存儲(chǔ)系統(tǒng)，其特征在于全息光盤(pán)(48)是光折變晶體、光致聚合物或其它全息存儲(chǔ)材料制成的。
全文摘要
三維盤(pán)式全息存儲(chǔ)方法及系統(tǒng)屬于光存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明的存儲(chǔ)方法為分軌道存儲(chǔ)，即同一軌道上、相鄰軌道上的全息圖之間都有部分的重疊，所有的全息圖記錄和讀出時(shí)不需要調(diào)整參考光和照明光的角度；對(duì)同一軌道內(nèi)全息圖的尋址由盤(pán)面旋轉(zhuǎn)完成，對(duì)不同軌道的尋址由讀寫(xiě)光學(xué)系統(tǒng)與盤(pán)面的相對(duì)平動(dòng)完成；采用分軌道熱固定的存儲(chǔ)方法。根據(jù)本方法所設(shè)計(jì)的三維盤(pán)式全息存儲(chǔ)系統(tǒng)，由寫(xiě)入系統(tǒng)、讀出系統(tǒng)及全息光盤(pán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)共同組成，設(shè)計(jì)了裝載全息光盤(pán)的定位器，可實(shí)現(xiàn)全息光盤(pán)離開(kāi)全息存儲(chǔ)器后精確復(fù)位；本發(fā)明提高了單位體積的存儲(chǔ)密度，存儲(chǔ)裝置小型、穩(wěn)定、靈活，還提高了存儲(chǔ)圖像的質(zhì)量，能夠降低存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的誤碼率。
文檔編號(hào)G11B7/0065GK1697038SQ200510070880
公開(kāi)日2005年11月16日 申請(qǐng)日期2005年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月23日
發(fā)明者陶世荃, 江竹青, 王也, 萬(wàn)玉紅, 王大勇, 賈克斌 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)