近代物理讲座

1、近代物理讲座光学存储全息存储原理与应用一、引言信息技术的高速发展，要求存储技术提供速度更快，容量更大，功耗更低，体积更小，寿命更长，可靠性更高的存储器。传统的半导体工艺技术以及群存储的容量已达到极限。利用光信息存储则有更大的发展空间。1光学存储方式：1）光盘存储2）光学全息存储3）双光子光学存储4）光学烧孔存储2光盘存储二维存储1）紧凑，大容量存储2）通入激光来写入3）通过激光来偏转读取4）容易损伤na存储密度：波长23光学全息存储全息术概念使用于1947 年，首先用于电子显微镜。二、光学全息存储原理1普通照相光波复振幅： a(x, y)a0 ( x, y) exp j 0 ( x, y)光强

2、： i ( x, y) aa*2a0 (x, y)2 全息照相物光波：,)0( , ) exp( ,)0(0j 0x yx yx y参考光波：(,)r0(,) exp(,)r x yx yj rx y相干叠加后的光强分布：i ( x, y) (0p)(0 r)*00*rr*0r *r0*2200 r0 exp j ( 0r )00 r0 exp j ( 0r )0(x, y)r(x, y)普通照相的光强只有幅值大小，而无相位，因此是平面的，而全息照相则不仅有幅值，而且有相位，保持下来的是一个明暗变化的条纹。参考光波： r（x，y）作为再现光透过全息图后的光波复振幅iir ( x, y)( o

3、r)(o r)*r2r(x, y) r( x, y)222o(x, y)r( x, y) o(x, y) r(x, y)r( x, y) r( x, y)光学全息存储+ 三维体存储1/ 2 1/ 3 ,存储密度 10-61tbytes/cm3t 10-12特点： 1、利用图像而非信息位存储数据。2、图像存储于材料内部。全息存储直到二十世纪末期才真正达到应用状态。三、光折变体全息存储1、光折变效应2、光折变二元存耦合3、体全息光栅与全息数据存储i ( x, y)1 cos(kx xk y y) 二维存储i ( x, y, z)1cos(k x xk y y kz z) 三维存储布拉格效应： 2s

4、in周期入射角波长只能在特定的角度入射，才能得到相干光强，也因此改变角度，可以得到不同的图像。 1 的面上可记录 1000 个不同的图像。特点（三维全息存储）：1）三维负面式关联存储（部分损坏，仍可用）2）并行内容寻址3）复用技术（角度，波长，空间，相应编码）4）高冗余度5）可重复读写潜力：1）存储密度 1/ 3bit 1tb / cm32）传输速率 1gb / s全息存储的优势4、光折变体全息存储材料材料问题是目前限制光息存储技术的最大问题！散射、灵敏度，挥发问题也是一个问题。双色存储目前也是一种尝试方法（双色记录材料）有机全息记录材料是：另一种有前途的材料。5、光学全息存储系统1991 年

5、 1 立方厘米 500 幅1994 年 1 立方厘米 10，000 幅6、全息光学相关指纹识别，参考光 +物光到记录，用参考光也可以复忆物光，反之用物光也可以复现参考光。分数傅立叶变换以及光学图像加密技术一、分娄傅立叶变换是通常傅立叶变换的推广，即是 的分数傅立叶变换： f (f )即可以是任意参数，若=0，就是通常的傅立叶变换，=1，就是傅立叶变换f f (x)二、简单的发展历史对分数傅立叶变换的研究始于80 年代，但中国有一段时间进展甚微，这主要是因为大家并没有认识到分数傅立叶变换在其它分支及其学科的应用， 90 年代两个物理学家提出分数傅立叶变换在物理上的理解，从此分数傅立叶变换的研究开

6、始活跃起来，至90 年代到现在已发表 200 多篇文章。三、数字定义1、一个阶为的分数f（x）傅立叶变换可以定义为：ff ( x)sk (x) f (x)dx这个变换的核是：k ( n , x)a0exp i(cotu 22csc uxcot(x) 2 )with ,2/ 2, ax1i cot2、分数傅立叶变换的性质1）周期性：f 0p f (x), f 1f.f 2qf ( x), f 3fqqf , f 4f 0p2）线性型： ff ( x) bg( x)af f ( x)bfg (x)分数傅立叶变换相当于把像空间旋转一个角度，与原来的傅立叶变换的连接可以通过一个旋转变换。 多重分数傅立

7、叶变换可以通过更多函数的叠加得到， 因此其周期可以是 4 的整数倍。这样的一个叠加当周期为 4 的进修可以化到实的。 当周期无穷大时， 又退化到原始的傅立叶变换，之所以联想到在物理上的解释， 重要因素是在某种情况下千载一时上的变化的函数为一个高斯函数。 另外，光连演变射的过程也可以通过一个分数傅立叶变换来描述（当接收器为球面的时候，接收的结果就是傅立叶变换）四、光学分数 fourier 变换的应用1、 信号分析，综合2、 图像加密，用光学的方法及量子论加密解密，通过全傅立叶变换来研究模板及信息通过随机对象可以把傅立叶变换应用到随机外像偏码。3、 直接通过多重分数傅立叶变换进行加密，解密。激光光

8、谱学在医疗和环境中应用对于原子，分子，光子的观察，我们可以了解微观世界。一、 1激光的出现在改变了光谱，使光谱学发生了巨大变化，以前光谱分辨依赖于仪器时间长。2激光发散角小，可获单射能量很高。97、99 分别为激光光谱年有关，天文地理有关应用。3医疗应用，恶性肿瘤二、 1光谱学分类光谱学：常规激光：线性非线性2主要的光谱仪学测量方式：p光强空间有组织有关不同位置一脉冲激光。固定位置按时， p 对 t 一调制：正强波、频光波率分辨测量3 医学中的激光诊断及治疗1）激光诱导组加热激光手术刀，血管，内窥镜x 光2）特点： a、避免出血，凝血。 b、消毒，高温（细菌、组织） c、不必接触，不感染， d

9、、有选择的治疗。3）诊断特点： a、不接触b、无辐射能c、实时d、分子测量4、光学生物诊断技术， x 射线、超声、函电子诊断摄影术、目前出现激光诱导荧光、是动力学诊断。5、光与组织相互作用共振，非共振不影响能级跃迁：弹性散射和romen 散射任何物体（分子，原子）激光使物体从单一能级跃迁到另一能级（激光分子吸收诱导组织加热诱导荧光诱导光化学）6、组织分子的吸收对光传播的影响激光入射透射吸收散射7、吸收特点1）系数随入变化，穿透组织的能力2）吸收强，穿透组织深度越小， 1000-1300 纳米人体里透明度， 人体吸收红光最小。8、温度与组织的关系与作用吸收热，温度高则某酶电活性破坏27-40 多

10、， 60 度蛋白质变性，100 度细胞破裂， 200 度碳化反应，止血应用于手术。9、激光诱导组织加热激光外解10、 激光器 co2 准分子，二极管， ar 离子，血红素（视网膜、胎痣血管漂白）11、 激光器的比较co2 和准分子对组织损害较小，穿透深度小，准分子有紫外光有伤害（角膜一般用co20.1 ）用于激光手术刀（吸收水分子爆炸，接连开刀）但co2 转自偏转不易。12、 外科治疗病症：近视，远视，血管肉瘤，唔子，息肉，痔疮，痣。13、 激光诱导光及光谱特点：单一波长，动脉冠状硬化。三光诱导光化学1、分子变激发态，衰变：发生诱导化学反应、是动力学诊疗、胃癌直肠癌、膀胱、牛皮癣2、ala 特

11、药吸血红素四、光谱性质理念：实验按浓度数据，检验传染促进治疗基理五、我国现状以到： 1、co2 传输现代化2、光动力学、 301 医院双光子吸收3、长波激发，深处治疗。光通信进展一、光通信的发展信息技术现代工业的先导20 世纪信息技术微电子技术（电子计算机、电子通信）电子互联网21 世纪信息光电子学（高速计算机、光纤通信）光纤互连2000 年 物理学 ： 明半 体异味 构。国 光 通信 燕尾服的里程碑：1955 年英国 明玻璃光 。1960 年 人高 等人首次提出用 吸收光 做光通信。 1970 年柯林公司研制出 耗20 分 /公里的石英光 。 1970 年 室研制出室 运 半 体激光器。19

12、77 年美国在芝加哥开通第一条光 通信 路。1979、1.55 微半波 光 耗率低达0.2 分 /公里斫英国南安普敦大学 明 光 放大器。 1989 年美国首次 行波分复用光 通信 。1998 年美国 密集波分复用沟通信。中国光通信 史80 年代上海建成 1.8 公里数字光通信 路。80 年代投 武 科学研究院研制光 光通信器件。1995-1998 年上海交大“ 95” 目、四 点全光城域 网。90 年代全国各地普遍 和使用 路光 通信 路。2000 年，中国网通公司建成3400km 波分复用光 通信网。2000 年完成 863 目，中国高速示范网。 、中 、大唐、武 等公司批量生 光通信系 。光通信系 的 展1 分复用（ tdm ）1）同步数字系列（ pdh）一次群（ 2m b/s）二次群（ 8m b/s）3）同步数字系列（ sdh）155m b/s 2.5g b/s 10g b/s2波分复用（ wdm ） 多通道， 4、8、16、32每通道送 tdm信号全光化，光纤传输光纤放大全光交换全光网：三网合电信 +计算机 +有线电视光纤通信简介：分类：阶跃折射光纤、渐变折射光纤模式：单模光纤、多模光纤用途：保偏光纤、色散补偿光纤、零色散光纤，色散位移光纤，色散平坦光纤。光纤的色散：光纤中不同频率和不同模式的光波的传播速度不相同，使脉冲信号