马千里[1]2007年在《光折变晶体中全息图存储热固定技术的研究》文中提出光折变晶体(例如掺铁铌酸锂)以其特殊的性能优点在光学体全息存储等领域中有着广泛的应用。但光折变晶体中记录的全息图在光照下衰减较快,导致记录的信息在读取时容易被擦除,成为制约其实用化的一大问题。热固定技术以离子在高温下的补偿为基本机制,为光折变晶体中全息图的稳定存储提供了一种解决方案。本论文从理论和实验方面对离线型热固定进行了研究。理论上详细分析了热固定各阶段的动力学特性,比较了叁种不同情况的光擦除作用。实验中研究了加热温度、定影时间等因素对离子补偿效果的影响;测定了显影过程中衍射效率随时间变化的曲线,并观测了图像逐渐显影再现的全过程,验证了有关理论推导的结果。实验中总结出便捷有效的离线热固定流程。我们在Fe:LiNbO3晶体中实现了全息图的热固定。采用90°配置的角度复用全息图存储系统,以532nm波长激光为光源,用原参考光显影和读出全息图。单幅全息图的热固定效率可达50%,固定之后的图像有较好的质量。定影后经过4小时的持续光照或10天的暗保存图像无明显的衰减,与固定前的情况进行了对比,证明热固定技术的确能延长全息图的保存时间。在多重全息图分批热固定的基础上,进一步提出非均匀分组的分批热固定方法。单点存储并固定了非均分的4组共20幅全息图,结果表明,分批热固定能减少多重存储中后续记录光的擦除作用,从而有效提高存储密度;而非均匀分组相对均匀分组能减少因前几组记录时间太长产生的散射噪声,优化了固定后全息图整体的质量。
江竹青[2]2003年在《光折变晶体中高密度全息存储热固定技术的研究》文中研究表明信息科学技术的高速发展对信息存储技术提出了更高的要求。体全息存储是一种适合高密度数据存储的光学存储技术，它同时具有存储密度高、数据传输率高、数据搜索时间短等优势。近年来，在提高数据存储密度、存取速度以及存储器性能等方面，已经取得了重大的研究进展。光折变晶体中的非易失性存储(长期保存和无损读出)问题，已成为高密度全息存储技术能否实用化的关键问题之一。本论文工作目的是研究光折变晶体中高密度全息存储的分批热固定技术及系统。 本论文分析比较了同时记录补偿和记录后补偿这两种基本热固定方法各自的特点，并且依据所在研究组独立提出的分批热固定的概念，研究了高密度全息存储的分批热固定方法及其流程。 本论文深入研究了分批存储定影过程中电子和离子在光照和高温作用下的动态特点，全面描述了全息图写入过程中的两种光擦除作用以及高温热定影过程中的补偿和平滑机制。依据Yariv的理论分析方法，理论描述了记录光对已定影的全息图的部分显影作用，据此首次提出用于量度离子补偿后的电子光栅光擦除效应的批间光擦除时间常数τF，并设计实验测得了批间光擦除时间常数τF。实验测出的多重全息光栅的各批间光擦除时间常数τF远大于每批内光栅间的擦除时间常数τE，与理论预期一致。并且依据上述两种光擦除时间常数，为分批存储热固定多重全息图的等衍射效率记录设计了曝光时序。 为了定量描述多重全息存储的分批热固定方法在提高存储容量上的优势，针对分批存储热固定技术，定义了光折变晶体的最大分批动态范围参量M _(max batch)~#，并且提出以有效动态范围参量M_(eff)~#评价系统存储能力。对不同分批存储固定的有效动态范围进行了计算比较。结果表明，采用多重全息存储的单次热固定技术，在实现非易失性多重全息存储同时，不可避免地降低了系统存储能力；而采用适当分批存储热固定技术，可以在实现非易失性存储的前提下提高原存储系统的存储能力。并且依据此研究结果进一步研究了最优分批方案问题。 北京工业大学理学博士学位论文一 计算比较了以不同分批数存储热固定的多重全息图的衍射效率。结果表明，采用分批存储热固定技术，所分的批次数越多，经等衍射效率曝光时序记录后的全息图最终达到的等衍射效率值越高，并且所有全息图的写入曝光时间值越接近。由于采用分批存储热固定技术，适当均化了所有全息图的曝光时间并缩短了总曝光时间，从而可以降低噪声强度并提高全息图存储容量。 研制了包括在线与离线小型精密温控加热装置、晶体夹持器和角度——分维复用光学读写系统等主要部分的高密度全息存储的热固定系统，该系统操作灵活并具有实用性，其存储能力不少于 10000幅全息图。 在 Icm3晶体中完成了单点分批存储热固定 1000幅全息图与单点单次热固定1000幅全息图的比较实验，并且采用信噪比损失系数 LSNR描述不同次数热定影对图像质量的影响。实验结果表明，与单次存储热固定结果比较，分批存储热固定的多重全息图具有显着增高的衍射效率和图像保真度。证实了分批存储热固定是实现高衍射效率和高图像质量的高密度全息存储的优选方案。 本论文综合研究结果表明，采用分批存储热固定技术固定存储的多重全息图具有较高的衍射效率、良好的图像质量、较长的寿命，可以无破坏性读出。采用分批热固定技术可以充分利用光折变晶体材料的存储潜力，更适合于大规模全息图的存储固定。
江竹青, 孟纲, 陶世荃[3]2000年在《光折变晶体中多重全息图分批定影热固定的研究》文中提出首次描述了多重全息图分批定影热固定的记录—补偿—多次光擦除及平滑—显影的存储固定机制 ,并据此对分批存储定影过程中的全息电子光栅和离子光栅的行为进行了详细理论分析。研究结果表明 ,多次光擦除平滑阶段中获陷电子对离子光栅的屏蔽作用所引起的光擦除减缓效应 ,是分批定影热固定法能够有效提高多重全息图固定后衍射效率的根本原因。
王小怀[4]2004年在《密集型多重体全息光栅波长解复用技术研究》文中研究说明光纤通信是目前支撑通信业务量迅速增长最重要的技术之一，已成为现代通信的支柱。利用WDM技术则是扩大光纤通信容量、充分挖掘光纤带宽资源的有效手段。然而，迄今为止，作为重要核心器件的解复用器的研究水平却明显低于系统的应用要求。随着WDM系统的迅猛发展，研究更高质量的和更高密集度的WDM器件便显得十分迫切。 本文通过比较几类WDM解复用器件，指出各自的优缺点，并对体全息技术制作解复用器的新方法作了较为深入的研究，并就该器件的设计原理、制作方法、性能特性等一系列问题展开探讨。 利用耦合波理论详细讨论了体全息光栅的衍射效率及角度选择性、波长选择性等衍射属性，阐述光折变多重体全息光栅作为波长滤波器实现波长解复用的基本原理。进一步分析该WDM器件制作过程中诸如记录材料选择、写入光路及曝光时序的确定等关键技术环节。研究表明：Fe：LiNbO_3晶体具有其它光折变材料无法比拟的优点，是用于本系统设计过程中体全息记录的首选材料；均衡考虑，应当选用O光耦合的邻面入射光路作为写入光路。这样的配置具有最高的选择灵敏度、较好的衍射效率均匀性以及相对简洁的系统；考虑到光栅写入时两写入光束之间的耦合，必须根据耦合强度的大小，选择合适的写入光束光强比，才能使写入的光栅具有最高衍射效率。本文不仅通过理论分析得出了最大衍射效率、最佳写入光强比与耦合强度大小的关系表达式，而且设计出用实验手段来确定最佳写入光强比和最大衍射效率的实验方案；为获得尽可能均匀的衍射效率，除了考虑传统的光擦除效应外，更进一步考虑到有效电光系数r_(eff)和空间电荷场E_(sc)与写入光路几何组态的关系，以及各信道衍射光波长、衍射角不同等因素带入的影响，利用递推法，推导出更为精确的曝光时序。 采用高亮度溴钨灯代替价格昂贵的大功率可调谐激光器作为波长解复用试验的光源进行设计，有效降低实验成本，设计出基于体全息技术的16通道波分解复用器的实验方案，并分析该器件的信道容量、噪声特性、插入损耗、隔离度以及存储持久性等主要性能指标。最后指出该项技术实用化进程中尚需解决的若干问题，并对其未来的应用前景予以展望。
孟纲[5]2001年在《多重全息图热固定的研究》文中指出光折变晶体是在大容量全息存储中应用最为广泛的一种介质。根据电荷的激发和输运机理，电荷场在晶体中形成电子光栅，以存储光信息。然而，这种机制也导致了光照下全息图的光擦除。因此，在光折变晶体中记录的全息光栅不能长时间保存。为了克服全息光栅读出过程的光擦除作用，提出了几种固定方法，包括电固定、热固定和光固定技术。其中，热固定是研究最多的、最有效的固定方法。热固定的过程包括两个步骤：固定和显影。在固定阶段，晶体中的离子在高温下运动，形成补偿电子光栅的离子光栅。在显影阶段，电子光栅被擦除，显现出离子光栅。 应用分批方法，将需要存储在晶体同一位置的所有全息图分为若干批次，每组在室温下记录，然后高温定影，当所有组次都记录、固定完成后，统一显影。因此，分批热固定包括下列过程：电子光栅被同一组中后续记录的光栅的光擦除和不同组次记录光栅时的光擦除；离子光栅在热固定时对同组内电子光栅的补偿和后续组次固定时对前组离子光栅的平滑作用。根据光擦除和离子光栅在后续组次热固定过程中的多次平滑作用，设计了测量组间擦除时间常数的分批热固定实验。根据在所有组次中的每组衍射效率，选择了双掺LiNbO_3晶体。实验结果表明：组间擦除时间常数远大于常规擦除时间常数。其原因是光致电子的运动被相应的离子光栅阻碍，离子光栅对电子光栅的屏蔽效应减慢了不同组次间的光擦除。通过对单次和分批热固定的实验测量了固定次数对图像质量的影响。结果证明多次热固定过程对图像质量的影响并不明显。最后，通过测量重构全息图的信噪比，拟和出暗保存时间。
袁（韦华）[6]2003年在《小型实用的高密度全息存储热固定系统》文中研究表明体全息存储是一种高速并行读取的信息存储技术，在海量信息存储、光学相关图像库的建立、光学滤波器等方面取得了较大的进展。体全息存储的首选记录材料是光折变晶体(如Fe:LiNbO_3)，但直接存储在晶体中的信息容易受光和热的影响而丢失。克服晶体中光栅在暗保存和光读出过程中容易衰减的弱点，可使体全息存储成为一种具有实用性的非易失性存储技术。热固定是解决这一问题的有效方法之一。热固定包括定影和显影两个过程。定影是通过加热记录了体全息光栅的晶体使晶体中的离子运动并去补偿记录信息的电子光栅，形成与电子光栅互补的离子光栅；显影是在室温下用均匀光束照射晶体以擦除掉电子光栅，得到离子光栅。在以后的暗保存或者光读出状态，这种离子光栅能较长久地保持稳定，实现非易失性存储。 小型实用的高密度全息存储热固定系统以实用性为目的，主要针对热固定方法中的记录后补偿方式(即室温记录，高温定影，再室温显影)，从两个方面开展研究设计。一方面，以全息理论和Yariv热固定的带输运模型为指导，调研晶体材料的全息特性和热固定特性，在大量实验的基础上遴选出既适合大规模全息存储又有优良热固定性能的晶体；同时提出快速热固定流程，过程稳定，重复性好，缩短热固定时间。另一方面，围绕高密度全息存储设计复用存储技术，制作了有较大存储能力的小型实用热固定全息系统，包括角度一维度复用系统、离线加热的晶体夹持器和复位装置、适合离线与在线加热的温控加热装置。对于边长为1cm的立方晶体，复用系统在水平方向和垂直方向上的选择角分别为0.008°和0.41°，能够存储10000幅数据页；复位装置的角度复位精度优于0.001°；温控加热装置的控温精度为0.1℃。最后，采用分批热固定方法在Fe:LiNbO_3中存储1000幅二值数据页，全部读出所有的图像，衍射效率均匀，图像质量良好。存储系统的暗保存、光擦除时间常数分别为5.4年和43.6小时。本系统的研制成功有利于全息存储热固定的实用化。
江竹青, 陶世荃, 袁韦华, 刘国庆, 丁晓红[7]2005年在《光折变多重全息图分批热固定的光擦除特性》文中研究表明研究光折变多重全息图分批热固定方法,依据热固定的基本理论模型研究离子补偿后的全息电子光栅在分批记录和定影过程中的光擦除特点。引入批间光擦除时间常数对多重全息图分批热固定的批间擦除特性进行定量描述,给出了测量批间光擦除时间常数的实验方法,并测得实际晶体的批间光擦除时间常数。研究结果表明,被记录光激发的已定影全息图的获陷电子对其离子光栅的屏蔽作用,使得多重全息光栅的各批间光擦除时间常数τF远大于每批内光栅间的擦除时间常数τE,实验结果与理论预期一致。证实了批间光擦除时间常数与批内光擦除时间常数的差异是采用分批存储热固定技术高效存储热固定高密度全息图的基本依据。
孔芳[8]2006年在《双掺杂铌酸锂晶体中多重全息图的双色存储技术研究》文中认为体全息存储技术以其在存储容量和存储速率上的独特优势,成为颇具潜力的下一代存储技术,而光折变记录材料(如掺杂的LiNbO3晶体)则以其大的动态范围及易于大尺寸生产等特性成为体全息存储的一种非常重要的存储材料。但是用光折变材料进行体全息存储时,读出光对已记录光栅的擦除,即光折变光栅读出时的易失性是一个不可忽视的问题。迄今为止,已经有多种全息固定技术被提出,如热固定技术和电固定技术,但是由于这些技术不能满足实时、快速擦除等方面的要求而阻碍了全息方法读写信息的实用性发展。采用具有深浅两个掺杂中心的双掺铌酸锂晶体,一种全光过程的双色体全息的光固定技术被提出并成为了一种最具潜力的体全息存储固定技术。在进行双色体全息存储时,具有高光子能量的敏化光(本论文中为紫外光)首先激发深能级的电子通过导带到达浅能级中心,从而使晶体变得对低光子能量的记录光敏感。当干涉的记录光照射到晶体上时,由于门光束的同时存在,信息同时存储在深浅两个能级。在读出时,由于只有低光子能量的光存在,所以只有被存储在浅能级的信息被擦除,而深能级由于对读出光不敏感,其中记录的信息被保留,从而实现全息存储的非易失性读出。本论文对双掺LiNbO_3:Fe:Cu晶体中的非易失性全息存储的内在物理机制进行了理论上的分析,并对双色的记录和固定过程进行了分析讨论,确定了双色存储过程的叁步记录方案:首先用敏化光对晶体进行一定时间的敏化,然后用干涉的记录光和非干涉的门光束同时进行记录,记录完毕后,用沿布拉格角度方向的单束记录光进行固定读出。我们通过一系列实验对LiNbO_3:Fe:Cu晶体中的双色全息存储的条件进行了优化,确定了在LiNbO_3:Fe:Cu晶体中进行双色全息存储时最佳的敏化程度及记录光与门光束的光强比(I_w /I_g)。实验结果表明,在紫外光的敏化光强是305mw/cm2,敏化时间为20分钟左右,I_w /I_g=14时,取得了较好的全息存储性能,得到了η=31%的饱和衍射效率, S=0.016 cm / J的记录灵敏度。本论文还对LiNbO_3:Fe:Cu晶体进行角度复用的曝光特性进行了分析讨论,并用简单的曝光时序实现了50幅全息图等衍射效率的双色存储,得到的平均记录灵敏度S_(ave)=0.009 cm / J,固定后动态范围不小于4.7。并首次成功实现了10幅图像的全息存储,并对其噪声的特点进行了初步的分析。
万玉红[9]2005年在《盘式体全息存储关键技术研究》文中指出信息技术和计算机技术的高速发展对信息存储技术提出了更高的要求。体全息存储技术以其存储密度高、存储容量大,数据传输速率高、数据搜索时间短等优势成为一种颇具潜力的海量信息存储技术。近年来,体全息存储领域的研究热潮持续高涨。如何充分发挥体全息存储的优势,实现高存储密度、大存储容量,高数据传输速率的全息信息存储,并完善体存储器的各项性能,推进体全息存储技术的实用化,是近年来体全息存储领域的研究热点。叁维盘式全息存储方案以其相对简单的光路读写机构以及与现有光盘系统的兼容性,更适合大容量数据存储的应用,因而也更具实用意义。本论文立足于体全息存储领域的研究前沿,在已有的理论及研究基础上,着重于如何实现高密度、高保真度、非易失性的盘式体全息存储的研究。并进一步优化盘式全息存储的方案和系统,以改善和提高盘式全息存储系统的各项性能,推进叁维盘式全息存储技术的实用化进程。本论文从研究光折变晶体的全息存储性能入手,深入研究了多重全息存储条件下晶体噪声特性,采用信噪比损失系数(LSNR)重点考察了由于物光长时间照射晶体而引起的晶体内散射噪声的特性,即物光散射噪声对全息存储中输入图像像质的影响。并对物光引起的散射噪声特性和参考光引起的散射噪声特性进行了比较研究。实验结果表明,参考光或物光长时间照明晶体均会在晶体内建立起散射噪声,且物光的散射噪声影响远比参考光的散射噪声影响显着;氧化态晶体的散射噪声的影响小于生长态和还原态晶体;反射光路较之透射光路和邻面入射(90°)光路更不易受散射噪声影响。为了尽可能的减小散射噪声的影响,实际存储系统中,应当选用物光散射噪声小的取向,并选择适当的记录方式,适当掺杂和后处理的晶体来抑制散射噪声对存储图像质量的影响。针对光折变晶体内光伏噪声的成因,本文提出了抑制光伏噪声的有效方法即通过在晶体表面镀透明导电膜(氧化铟锡:Indium Tin Oxide,简称ITO)来短路晶体。分别研究了晶体在开路模式和短路模式下的噪声情况及主要的全息存储性能参数变化。实验结果表明,镀ITO 膜使晶体工作于短路模式后,信噪比损失明显降低,晶体中的光伏噪声被有效抑制。并且短路后晶体的动态范围(M~#)有
滕东东[10]2007年在《基于掺铁铌酸锂的体全息相关识别系统的研究》文中研究指明信息技术和计算机技术的高速发展对信息存储技术提出了更高的要求。体全息存储技术以其存储密度高、存储容量大、数据传输速率高、数据搜索时间短等优势成为一种颇具潜力的海量信息存储技术。而基于体全息的相关识别技术是一种新兴的光学模式识别技术。它通过角度复用光学体全息存储技术将图像库存储在光折变晶体中,建立识别模板库。当输入载有待识别图像信息的物光时,产生一系列与模板库对应的相关峰,各个相关峰强度正比于待识别图像与相应模板的相似度。传统的目标识别方式受限于数字计算机的串行依次处理,其识别时间与模板库的大小成正比,尤其是对海量模板的匹配,其时间开销是巨大的。而体全息相关识别技术是一种并行处理技术,待识别目标只需经过一次并行处理就能完成与模板库中所有模板的匹配处理,其识别时间与模板库大小无关。本论文主要以掺铁铌酸锂晶体为存储介质,进行基于光折变体全息的相关识别系统的研究。在传统热固定技术的基础上,综合考虑动态范围和热固定效率对存储过程的影响,对各种参数进行了优化处理。当存储介质同一体积内存储的全息图数量很大时,在采用顺序曝光时序进行存储的过程中,最早存储全息图的曝光时间较长,光致散射比较严重,不利于识别准确率的提高。为了解决这个问题,并得到更理想的热固定效率,本论文还介绍了分批热固定理论,研究了批间光擦除时间常数对存储过程的影响,最终实现了分批热固定后衍射效率的均匀化。以薄晶体为存储介质,根据离焦相关识别系统的位移不变性,论文进行了以人耳为识别目标的实时图像识别。在存在一定程度平移、变形或旋转等畸变的情况下,准确实现了同一类别图像不同模板的归类识别。对于非实时图像,我们以厚晶体为存储介质,利用其大的动态范围,大大提高了同一体积内可以存储的识别模板的数量。在不考虑图像畸变的情况下,论文第四章采用相关系数模板的识别算法,实现了1000幅图像分批热固定后的并行识别。为了提高识别系统的实用化,我们在第五章进行了可携式识别系统的研究。采用反射式光路,用会聚的参考光进行存储,将参考光光路去除后,保留激光光源和物光光路进行单独的设计和包装,得到尺寸为350×200×70mm3的可携式相关识别系统。我们还在第五章对相关识别系统进行了一些改进。首先,提出了分维角度-空间复用的存储方法。在相关识别系统中,这种复用方法可以有效的提高存储密度,更充分地利用晶体的动态范围。其次,为进一步提高体全息相关识别系统的识别速率,我们以端面为正方形的长条状Zn:Fe:Mn:LiNbO3晶体为存储介质,在物光固定不动的情况下实现了多个空间位置处的分维角度复用存储。在识别时,输入图像可以与晶体内多个位置处存储的7500幅图像同时进行相关识别,得到了更高的识别速率。
参考文献：
[1]. 光折变晶体中全息图存储热固定技术的研究[D]. 马千里. 哈尔滨工业大学. 2007
[2]. 光折变晶体中高密度全息存储热固定技术的研究[D]. 江竹青. 北京工业大学. 2003
[3]. 光折变晶体中多重全息图分批定影热固定的研究[J]. 江竹青, 孟纲, 陶世荃. 激光杂志. 2000
[4]. 密集型多重体全息光栅波长解复用技术研究[D]. 王小怀. 西北大学. 2004
[5]. 多重全息图热固定的研究[D]. 孟纲. 北京工业大学. 2001
[6]. 小型实用的高密度全息存储热固定系统[D]. 袁（韦华）. 北京工业大学. 2003
[7]. 光折变多重全息图分批热固定的光擦除特性[J]. 江竹青, 陶世荃, 袁韦华, 刘国庆, 丁晓红. 中国激光. 2005
[8]. 双掺杂铌酸锂晶体中多重全息图的双色存储技术研究[D]. 孔芳. 北京工业大学. 2006
[9]. 盘式体全息存储关键技术研究[D]. 万玉红. 北京工业大学. 2005
[10]. 基于掺铁铌酸锂的体全息相关识别系统的研究[D]. 滕东东. 哈尔滨工业大学. 2007
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