復(fù)用技術(shù)

6.1空間復(fù)用技術(shù)將頁(yè)面信息的傅立葉變換全息圖陣列記錄在存儲(chǔ)材料的不同的空間區(qū)域的技術(shù)，稱為空間復(fù)用。（主要針對(duì)平面型記錄材料）由于相鄰全息圖在空間是不重疊的，再現(xiàn)出的頁(yè)面之間可以完全避免串?dāng)_噪音；每個(gè)全息圖的衍射效率都可以達(dá)到單個(gè)全息圖存儲(chǔ)所能得到的最大（飽和）衍射效率。采用相同參考光角度，只涉及記錄材料平面與讀寫頭之間的相對(duì)位移。空間復(fù)用技術(shù)方法一：固定讀寫光路，移動(dòng)記錄材料；方法二：固定記錄材料，采用光束偏轉(zhuǎn)器件和精心設(shè)計(jì)的光學(xué)系統(tǒng)，使物光和參考光同步地沿材料表面移動(dòng)空間復(fù)用技術(shù)平面全息圖的存儲(chǔ)容量與其填充因子F成正比，且F的最大值為1，故其存儲(chǔ)密度的最大值仍為1/

2。平面全息圖的空間復(fù)用技術(shù)并不能提高存儲(chǔ)密度。但實(shí)際上，記錄材料的面積往往大于單個(gè)全息圖所需要的空間尺寸，采用空間復(fù)用技術(shù)能使填充因子F盡可能接近1，從而有效地提高存儲(chǔ)容量。6.2共同體積復(fù)用技術(shù)共同體積復(fù)用技術(shù)指的是在材料的同一體積中進(jìn)行多重存儲(chǔ)的技術(shù)。全息存儲(chǔ)的共同體積復(fù)用就是全息圖K空間的復(fù)用。復(fù)用技術(shù)的目的就是在波矢k空間中容納盡可能多的光柵K矢量。不同長(zhǎng)度或不同方向的K矢量代表不同間距或不同取向的光柵。厚的體積型記錄材料，光柵的選擇性較好，K矢量的空間不確定性較小，有可能存儲(chǔ)較多的全息圖。包括角度復(fù)用、位相復(fù)用和波長(zhǎng)復(fù)用。6.2.1角度復(fù)用體積全息圖的角度選擇性使不同的信息頁(yè)面可以非相干地疊加在同一空間區(qū)域，存儲(chǔ)在材料的共同體積中，相互之間用不同的參考光角度加以區(qū)別。這種復(fù)用方式稱為角度復(fù)用。記錄時(shí)的物光可以是頁(yè)面的傅立葉變換，也可以是成像光束。每個(gè)全息圖用各自不同的物光和參考光夾角寫入和讀出，但都采用固定的波長(zhǎng)。1.角度尋址方式使物光和參考光同步地相對(duì)記錄材料的表面法線而變化；將兩寫入光束之間的夾角固定而依次相對(duì)寫入光束旋轉(zhuǎn)記錄材料；固定一個(gè)光束的方向，依次改變另一個(gè)光束的方向。2.角度復(fù)用的光路配置角度復(fù)用可分為透射式、反射式、鄰面入射式。透射光路峰值衍射效率：應(yīng)使晶軸c處在兩寫入光束所形成的平面內(nèi)；寫入和讀出采用尋常偏振(s偏振)比異常偏振(p偏振)的衍射效率高。由于衍射效率與寫入角度的關(guān)系密切，為了獲得均勻一致的衍射效率，實(shí)際上采用準(zhǔn)對(duì)稱的光路，使得所有的光柵矢量都近似平行于晶體的光軸。角度選擇性反射光路、鄰面入射光路3.角度復(fù)用的存儲(chǔ)容量對(duì)于角度復(fù)用，按位計(jì)算的存儲(chǔ)容量為每個(gè)全息圖中存儲(chǔ)的像素?cái)?shù)目Mp與在共同體積中的角度復(fù)用方法所重疊的全息圖數(shù)目Mang之積。將Mang稱為角度復(fù)用度。根據(jù)體光柵的角度選擇性，對(duì)于純相位光柵，角度復(fù)用度的數(shù)量級(jí)為Mang=nd/。實(shí)際中對(duì)存儲(chǔ)容量的限制主要在于記錄材料折射率調(diào)制度的有限動(dòng)態(tài)范圍和有限的參考光角度調(diào)節(jié)范圍。角度復(fù)用的存儲(chǔ)容量水平選擇角；垂直選擇角。角度復(fù)用度Mang=/外角度復(fù)用的存儲(chǔ)容量在二維參考平面上取參考點(diǎn)，首先要考慮光柵簡(jiǎn)并問(wèn)題。對(duì)于已在水平面內(nèi)寫入的全息圖，讀出是在x方向的選擇角遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水平選擇角，因此在二維平面選取參考點(diǎn)對(duì)存儲(chǔ)容量不會(huì)有顯著的改善。參考光點(diǎn)源二維排列示意圖4.旋轉(zhuǎn)復(fù)用這種方法的復(fù)用度很小，通常與其它復(fù)用方法混合使用。6.2.2位相編碼復(fù)用確定性位相編碼是按照一定的方式編碼(正交位相)。參考光束有N個(gè)子光束組成，相互間的角度間隔大于布拉格選擇角，用來(lái)記錄所有的N個(gè)圖像。讓物光束同時(shí)與所有N個(gè)參考光束相干涉，不過(guò)，每個(gè)圖像的子參考光束和物光束之間的相對(duì)位相(0或)要加以改變，位相的組合就代表這個(gè)圖像的地址，這些二元位相碼是正交的。再現(xiàn)時(shí)，用攜帶有相對(duì)于給定圖像地址的位相碼的整個(gè)參考光束集來(lái)讀出這些全息圖，于是已存儲(chǔ)的每一個(gè)全息圖都有N個(gè)再現(xiàn)光束，它們互相干涉。相應(yīng)于此給定圖像的所有再現(xiàn)光束相漲干涉，得到最大的衍射效率；而其它圖像會(huì)由于相消干涉而得到衍射效率極小值。位相編碼復(fù)用位相編碼復(fù)用也就是不同參考光束集的位相編碼間具有正交性。這種正交性提供了需要的再現(xiàn)像與不需要的再現(xiàn)像正交的鑒別，即選擇性。位相編碼復(fù)用的主要優(yōu)點(diǎn)在于它具有抑制串?dāng)_噪聲的能力。在理想情況下，能夠完全抑制串?dāng)_噪聲。6.2.3波長(zhǎng)復(fù)用體積全息圖的波長(zhǎng)選擇性使不同的信息頁(yè)面可以非相干地疊加在同一空間區(qū)域，存儲(chǔ)在材料的共同體積中，相互之間用不同波長(zhǎng)的參考光加以區(qū)別。這種復(fù)用方式稱為波長(zhǎng)復(fù)用。波長(zhǎng)復(fù)用不考慮記錄材料譜線的非均勻加寬，因而介質(zhì)的全部激發(fā)中心對(duì)給定波長(zhǎng)有均勻一致的響應(yīng)，全息圖對(duì)不同波長(zhǎng)的鑒別來(lái)源于體全息的波長(zhǎng)選擇性。波長(zhǎng)復(fù)用波長(zhǎng)復(fù)用波長(zhǎng)復(fù)用對(duì)于絕大多數(shù)可以實(shí)現(xiàn)的幾何配置，物光和參考光在介質(zhì)內(nèi)的折射角都小于45o。此時(shí)反射全息圖的波長(zhǎng)選擇性明顯優(yōu)于透射全息圖，并且對(duì)寫入光束角度的變化不很敏感。為了獲得較好的波長(zhǎng)選擇性，波長(zhǎng)復(fù)用的體積全息存儲(chǔ)適宜采用反射全息的光路。在波長(zhǎng)復(fù)用中，更多的是采用兩寫入光束接近相向入射的反射全息光路配置，稱為正交波長(zhǎng)復(fù)用。在這種配置下，全息圖不僅可得到最小的光譜帶寬，而且具有最優(yōu)良的噪聲特性。6.3混合的全息復(fù)用技術(shù)實(shí)際可實(shí)現(xiàn)的存儲(chǔ)容量除了受到記錄材料有限動(dòng)態(tài)范圍的限制和噪聲的限制外，還受到各種復(fù)用技術(shù)所要求條件的限制。如：角度復(fù)用技術(shù)受到可實(shí)現(xiàn)的角度調(diào)節(jié)范圍的限制；位相復(fù)用技術(shù)受到位相編碼器件中可分辨像元數(shù)的限制（相鄰像元在系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)的角間隔須不小于全息圖的選擇角）；波長(zhǎng)復(fù)用技術(shù)受到可實(shí)現(xiàn)的波長(zhǎng)調(diào)諧范圍的限制。將任意兩種或多種復(fù)用技術(shù)相結(jié)合成為混合的復(fù)用技術(shù)。可分為共同體積的混合復(fù)用和大面積材料的混合復(fù)用。6.3.1稀疏波長(zhǎng)—角度復(fù)用稀疏波長(zhǎng)—角度復(fù)用稀疏波長(zhǎng)—角度復(fù)用SWAM混合系統(tǒng)緩解了對(duì)光束產(chǎn)生和控制器件以及光學(xué)系統(tǒng)數(shù)值孔徑的要求。可以同時(shí)用幾個(gè)不同的波長(zhǎng)對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀出，能有效地改善體全息存儲(chǔ)獲得的信息傳輸速率。但由于這種系統(tǒng)采用了波長(zhǎng)范圍較寬的多譜線光源，要保持系統(tǒng)的高性能需要有更周密的考慮。如存儲(chǔ)材料應(yīng)當(dāng)對(duì)這些波長(zhǎng)都敏感；光學(xué)元件應(yīng)當(dāng)消色差；給光學(xué)元件鍍的減反射膜要求有較寬的帶寬；要仔細(xì)研究存儲(chǔ)材料對(duì)各譜線的光學(xué)吸收特性。由于使用不同頻率的光，材料的吸收系數(shù)不同，光源的光強(qiáng)度也不同，這使得存儲(chǔ)材料在不同波長(zhǎng)上的寫入時(shí)間常量不同。6.3.2大面積材料中的混合復(fù)用包括分塊全息存儲(chǔ)技術(shù)、空間角度復(fù)用和位移復(fù)用。分塊全息存儲(chǔ)技術(shù)的基本思想是，將記錄材料劃分成不同的空間區(qū)域(或稱“塊”)，在每一塊中采用純角度、純波長(zhǎng)或純相位的復(fù)用存儲(chǔ)，也可以采用像旋轉(zhuǎn)復(fù)用與常規(guī)角度復(fù)用的混合，或SWAM這樣的混合復(fù)用等。這樣能夠充分利用記錄材料的面積，有利于緩解光學(xué)系統(tǒng)不能提供足夠數(shù)目的參考光角度(或位相分布、波長(zhǎng)等)以及材料的動(dòng)態(tài)范圍有限，不能在同一位置容納大量的復(fù)用全息圖等困難。將小塊材料拼接成大塊，或?qū)⒗w維形記錄材料集合成束。分塊全息存儲(chǔ)技術(shù)分塊全息存儲(chǔ)技術(shù)若將材料在空間上劃分成為Ns個(gè)“塊”，每個(gè)塊中重疊了Na個(gè)全息圖，而每個(gè)全息圖包含Np個(gè)信息位，則一個(gè)BOHS存儲(chǔ)器的總?cè)萘繛镹sNaNp，