高密度體全息存儲(chǔ)器的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展對信息存儲(chǔ)技術(shù)提出了更高的要求。體全息存儲(chǔ)技術(shù)以其存儲(chǔ)密度高、存儲(chǔ)容量大，數(shù)據(jù)傳輸速率高、數(shù)據(jù)搜索時(shí)間短等優(yōu)勢成為一種頗具潛力新型信息存儲(chǔ)技術(shù)。如何充分發(fā)揮體全息存儲(chǔ)的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)高存儲(chǔ)密度、大存儲(chǔ)容量，高數(shù)據(jù)傳輸速率的全息信息存儲(chǔ)，并完善體存儲(chǔ)器的各項(xiàng)性能，推進(jìn)體全息存儲(chǔ)技術(shù)的實(shí)用化，是近年來體全息存儲(chǔ)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。三維盤式全息存儲(chǔ)方案以其相對簡單的光路讀寫機(jī)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(chǔ)的應(yīng)用，因而也更具實(shí)用意義。 本論文立足于體全息存儲(chǔ)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(chǔ)器的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。重點(diǎn)目標(biāo)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(jìn)行盤式體全息存儲(chǔ)器的小型化設(shè)計(jì)，同時(shí)研制能夠?qū)崿F(xiàn)全息光盤的離開實(shí)驗(yàn)臺(tái)的精確復(fù)位機(jī)構(gòu)。進(jìn)一步優(yōu)化盤式全息存儲(chǔ)的方案和光學(xué)系統(tǒng)，以此推進(jìn)三維盤式全息存儲(chǔ)技術(shù)的實(shí)用化進(jìn)程。

3、 本論文從盤式體全息存儲(chǔ)的基本理論和相關(guān)技術(shù)出發(fā)，首先描述了光學(xué)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(diǎn)，闡述了傅立葉變換全息光路作為體全息存儲(chǔ)器的光路系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)對光學(xué)體全息存儲(chǔ)材料的存儲(chǔ)特性做了一些簡單的介紹；接下來討論了光學(xué)體全息體積復(fù)用存儲(chǔ)技術(shù)，最后對本論文工作應(yīng)用到的空間-角度復(fù)用與盤式體全息存儲(chǔ)技術(shù)以及有關(guān)體全息存儲(chǔ)器光學(xué)設(shè)計(jì)的像差理論進(jìn)行了詳細(xì)敘述。 根據(jù)這些理論，實(shí)現(xiàn)了盤式體全息光

4、學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。首先提出來用于反射式傅立葉變換體全息存儲(chǔ)的空間一角度復(fù)用的光路機(jī)構(gòu)，然后按照SLM和CCD的光學(xué)參數(shù)以及系統(tǒng)的工作要求提出傅立葉變換鏡頭的設(shè)計(jì)條件，為實(shí)現(xiàn)在1024×768幅面的1：1像素匹配，設(shè)計(jì)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(gè)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(shè)計(jì)和優(yōu)化，得到一個(gè)能夠滿足設(shè)計(jì)要求的結(jié)果。然后利用光學(xué)設(shè)計(jì)軟件對設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行誤差分

5、析，以此確定能夠滿足設(shè)計(jì)要求的加工和裝配公差指標(biāo)。同時(shí)，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(gè)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(jìn)行調(diào)整，實(shí)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(shí)驗(yàn)來進(jìn)行驗(yàn)證，通過對512×512幅面的隨機(jī)二值化數(shù)據(jù)掩膜版和SLM與CCD的像素1：1進(jìn)行完全匹配，證明鏡頭設(shè)計(jì)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(jìn)行存儲(chǔ)數(shù)據(jù)匹配實(shí)驗(yàn)，讀出數(shù)據(jù)再現(xiàn)時(shí)誤碼率為2.5×10-3，達(dá)到了實(shí)現(xiàn)像素匹配的要求。 我們還進(jìn)行了小型化的盤式體全息存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)，通過在物光光路中加入五角棱鏡的方法來進(jìn)行光路的壓縮，以此得到一個(gè)物光和參考光等光程的緊湊光學(xué)系統(tǒng)。并且為此設(shè)計(jì)了相關(guān)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，得到了一個(gè)可以離臺(tái)的小型化盤式體全息存儲(chǔ)器。同時(shí)，根據(jù)體全息存儲(chǔ)中布拉格角度匹配的要求，設(shè)計(jì)了一個(gè)全息光盤的精確定位裝置。實(shí)驗(yàn)

7、證明，可以滿足全息光盤離臺(tái)后精確復(fù)位的要求。最終，我們在這個(gè)小型化系統(tǒng)上采用盤式分批熱固定的技術(shù)存儲(chǔ)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(chǔ)的小型化發(fā)展積累一些經(jīng)驗(yàn)。 除此之外，我們還針對盤式體全息存儲(chǔ)器研究過程中發(fā)現(xiàn)的一些問題進(jìn)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(gè)全息光盤定位誤差補(bǔ)償?shù)姆椒?，并以?shí)驗(yàn)來驗(yàn)證。同時(shí)，為了解決體全息存儲(chǔ)器中，準(zhǔn)直激光的高斯光束的光斑照度中