Эксперимент по объемному голографическому хранению

1. Базовая теория объемной голографической памяти.

В настоящее время для хранения информации предъявляются все более высокие требования к плотности и скорости носителей . В настоящее время существуют компьютерные жесткие диски , компакт-диски , DVD-диски и другие методы хранения информации. Однако из-за ограничений их механизмов хранения они не могут удовлетворить требования к емкость памяти , скорость передачи и адресация.Скорость и другие требования. Технология голографического хранения оптического объема обладает преимуществами высокой плотности хранения , большой емкости и многократного использования, а также имеет хорошие перспективы развития в технологии хранения.

Механизм оптического хранения можно просто описать так: данные, изображения и другая информация, подлежащая хранению, модулируются после прохождения через двумерный пространственный модулятор света. Модулированный свет несет в себе информацию изображения, подлежащую сохранению, которую обычно называют сигналом. свет (в данном эксперименте используется свет объекта. Сигнальный свет формируется посредством узорчатой ​​пленки). Другой луч опорного света интерферирует с сигнальным светом, а фоторефрактивный эффект носителя записи (фоторефрактивный кристалл или фотополимер) используется для формирования объемной голограммы для завершения хранения информации. При воспроизведении и чтении для воспроизведения информации об объекте, хранящейся на носителе, используется та же адресация опорного света, что и у оригинала.

В соответствии с брэгговской селективностью объемной голографии можно использовать несколько методов мультиплексирования, таких как угловое мультиплексирование, мультиплексирование по длине волны, пространственное мультиплексирование и спекл-мультиплексирование. В этом эксперименте для хранения изображений последовательности используется метод углового мультиплексирования. В настоящее время применение объемной голографической памяти во многом ограничено разработкой различных компонентов системы, таких как лазеры, пространственные модуляторы света, ПЗС-матрицы, запоминающие кристаллы и т. д. Нынешняя лазерная технология является относительно зрелой.Разрешение пикселей пространственного модулятора света и ПЗС-матрицы напрямую влияет на хранимую информацию и разрешение во время воспроизведения.Характеристики фотоответа кристаллической среды хранения (фоторефрактивный динамический диапазон, время отклика и т. д.) напрямую ограничивают вместимость склада.

Экспериментальные исследования объемного голографического хранения направлены главным образом на изучение фоторефрактивного эффекта накопительных кристаллов и использование интерференционных и дифракционных характеристик для хранения информации об изображении.

2. Цель и принцип эксперимента.

1.  Экспериментальная цель

а) Дальнейшее понимание основной теории голографической записи и воспроизведения ;

б) Понять основные свойства фоторефрактивных кристаллов;

в) Понимать принципы объемных голограмм и методы реализации углового мультиплексирования;

г) Научиться собирать и отлаживать оптический тракт и экспериментальную систему интерферометра Маха-Цендера;

д) Научитесь использовать кристаллы для хранения и чтения информации.

2.  Очки знаний и курсы

а)   Очки знаний: объемная голография, голографическое хранение, пространственная модуляция света световыми волнами, угловое мультиплексирование;

б)   Сопутствующие курсы: информационная оптика, инженерная оптика, оптика Фурье.

3.  Эксперимент по хранению объемной голографической решетки

Экспериментальный оптический путь показан на рисунке 1. После излучения лазера он разделяется на два луча света с одинаковым направлением поляризации. Один из лучей света проходит через объект Obj. Свет объекта с информацией изображения подвергается преобразованию Фурье преобразование и объединяется с эталонным светом в записывающей кристаллической среде (интерференционные полосы образуются в Fe-LiNbO3), а кристалл хранения использует метод мультиплексирования под большим углом, который падает под углом 90 градусов от соседней поверхности, так что считывание Шум светорассеяния оказывает наименьшее влияние на воспроизводимую информацию, и система более компактна.

Фоторефрактивный эффект заставляет носитель информации реагировать на интерференционные полосы определенной интенсивности.Его показатель преломления создает периодическое распределение, основанное на интенсивности интерференционных полос, образуя голограмму, подобную решетчатой ​​структуре в носителе. Отрегулируйте угол отражателя, и опорный свет пройдет через систему 4f, образуя различные интерференционные голограммы под разными внутренними углами и положениями кристалла, реализуя угловое мультиплексирование и хранение в кристаллической среде. В процессе считывания используется принцип дифракции света.Кристаллическая голограмма освещается эталонным светом под определенным углом (повторение определенного эталонного света во время процесса записи) для проверки дифракционной эффективности мультиплексирования углов кристалла.

Рисунок 1 Принципиальная схема оптического пути системы хранения объемных голографических изображений

1)  Лазер с длиной волны 532 нм проходит через два поляризатора для регулировки интенсивности выходного света . Поверните поляризатор P2 так, чтобы направление его поляризации составляло примерно 45° с кубом расщепления поляризационного луча. Поверните поляризатор P1 , чтобы отрегулировать интенсивность выходного света ; 

2)  Плоско-вогнутая линза L1 и плоско-выпуклая линза L2 образуют систему расширения луча (расширение луча в 4 раза);

3)  1/2-волновая пластина WP1 используется для регулировки интенсивности света двух лучей, выходящих из поляризационного куба расщепления луча;

4)  Куб поляризационного расщепления луча делит лазер на два луча поляризованного света с направлениями поляризации, перпендикулярными друг другу;

5)  1/2 волновая пластина WP2 используется для регулировки направления поляризации светового луча так, чтобы направления поляризации двух световых лучей, интерферирующих в кристаллической среде (Fe-LiNbO3), были согласованными;

6) Плоско-выпуклые линзы L3 и L4 образуют систему 4f, позволяющую регулировать угол и положение опорного света, падающего на кристалл;

7) Апертура A1 имеет функцию фильтрации, позволяющую улучшить качество луча опорного света;

8) Объект Obj (пленка) и ПЗС размещаются на поверхности объекта и поверхности изображения объектива 4ф (плоско-выпуклые линзы Л5 и Л6);

9)  ПЗС-матрица используется для контроля положения пятна и фотоэлектрического воспроизведения изображения.

Примечание: Убедитесь, что направления поляризации двух световых лучей, падающих на соседнюю поверхность кристалла, совпадают, а высота луча одинакова. Лучше всего использовать призму светоделителя одинакового размера, расположенную в одном и том же положении на кристалле. После того, как на ПЗС-матрице наблюдаются 2–3 явные интерференционные полосы , замените кристалл и убедитесь, что лазер может покрыть определенный участок пленки и что кристалл находится в слегка расфокусированном положении. , удалите объект Obj и наблюдайте дифракционное изображение кристалла на ПЗС-матрице.