(光存储原理与应用)第二章全息光存储课件

全息及全息光存储全息及全息光存储1词根起源Hologram来自希腊语holos,意思为whole，后一半gramma意思为message全息——全部的信息词根起源Hologram来自希腊语holos,意思为2思考：为什么叫全部的信息？思考：常规成像技术丢失了什么？思考：为什么叫全部的信息？思考：常规成像技术丢失了什么？3(光存储原理与应用)第二章全息光存储课件4(光存储原理与应用)第二章全息光存储课件5思考这种特效照片的产生原因思考这种特效照片的产生原因6全息背景知识回忆：何谓全息？全息：两束光（平面波或球面波）干涉记录，一束为空白参考光，一束经过光调制，带有信息，再使用其中一束光照射记录好的图像，通过衍射再现信息。概况：干涉记录，衍射再现全息背景知识回忆：何谓全息？7TheTale1947

1960

1962

1964

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1994

2000

DennisGabor

EmmettLeithandJurisUpatnieks

"TrainandBird"isthefirsthologramevermadewithalaser.

whitelighttransmissionhologramHPSSPRISMTheTale1947196019621964198全息技术应用经历的三个时代第一代,只能在单色光下再现的全息图;

第二代,可在白光下再现的全息图,它主要包括两大类型,第一类是1962年由前苏联人丹尼苏克发明的反射式全息图,这种全息图由于它的层状结构,不能形成浮雕条纹,难以快速复制,故目前主要用于装饰品,“激光宝石”即是这类全息图;另一类全息图是1969年由美国人Beton发明的彩虹全息图;这类全息图由于衍射效率高,制作过程简单,特别是能够形成浮雕状条纹,故得到快速发展,目前在全息领域占有重要地位;第三代,压印在薄膜上的模压全息图。正是由于模压全息图能大批量地快速复制,且成本低廉,才使全息图最终走出实验室,进入人们社会生活的很多领域。模压全息图除了可用于贺卡、艺术图片、邮件、广告外,最重要的应用是在防伪领域。目前,很多国家的护照、身份证、信用卡、商标、商品包装上都有模压全息图做为防伪标识。模压全息图的制作过程可分为:激光摄制;电成型;模压。全息技术应用经历的三个时代9点源的全息点源全息的构建模式实用中点源可以被任意物体取代，来记录物体信息参考平面光感光盘记录干涉图案感光乳剂有小颗粒表面(要求)物光–球面波全息记录板xzy点源的全息点源全息的构建模式参考平面光感光盘物光–球面波10(光存储原理与应用)第二章全息光存储课件11干涉记录:参考光Referencewave物光Objectwave干涉强度分布干涉记录:参考光Referencewave12干涉记录当用介质记录干涉信息时，依赖于记录强度分布，以及记录转换效率，将得到一个干涉条纹决定的相位光栅tb–由于|R|2

项产生的背景光B–记录及定影过程相关的强度效率常数干涉记录当用介质记录干涉信息时，依赖于记录强度分布，以及记录13衍射再现衍射再现：当用一个相干光A(x,y)（通常被称为重构波）照射全息片时，

最终的衍射场可以表示为：也就是相当于四个波的累加思考：加入重构波就是用参考光，会得到什么？衍射再现衍射再现：当用一个相干光A(x,y)（通常被称为重14衍射再现此时重构场可以整理为三项参考波

–和参考光分布相同，只是多了个常数因子物波

–除了一个强度系数，分布和物光完全相同共轭物波

–物光的复共轭，只不过有个2的角度偏移衍射再现此时重构场可以整理为三项参考波–和参考光分布相同15衍射再现的三项场分布物体虚像实像带系数的参考光物波共轭波参考波使用斜入射平面参考光和球面物光记录后，再用参考光入射再现，获得的衍射波强度分为三部分：衍射再现的三项场分布物体虚像实像带系数的物波共轭波参考波使用16WHY?全息图形的每一部分都是接受了物体发出的全部光,所以全息图形随便割下一块，仍能恢复出全部物体信息WHY?全息图形的每一部分都是接受了物体发出的全部光,所以17全息对波长的依赖思考：当用一个白光作为衍射光照射全息片时，在上图虚像方向将会有什么现象？全息片相当于一个相位光栅，会有衍射、色散的效果思考：如何实现彩色成像？全息对波长的依赖思考：当用一个白光作为衍射光照射全息片时，在18透射式全息:参考光和物光在全息片的同一侧反射式全息:参考光和物光在全息片的两侧全息种类–反射式vs.透射式透射式反射式透射式全息:参考光和物光在全息片的同一侧全息种类–反射19简介全息：干涉记录-衍射再现全息光存储HolographicOpticalStorage(HODS)或全息数据存储HolographicDataStorageSystem(HDDS)目前最可预见的下一代光存储技术图像存储而非数字存储同一媒介可以多次存储Tbit的存储技术简介全息：干涉记录-衍射再现20全息光存储？当前的光盘存储和磁光存储已经接近了极限磁密度极限模斑尺寸极限-光波长极限衍射极限光存储如果要继续发展，只能寻求替代技术全息光存储？当前的光盘存储和磁光存储已经接近了极限21PracticalSolutionorToy?目前出现的技术中最可行的一种超高的存储密度、超长的存储寿命超快的接入可能保守估计至少10ofMBit/secand有望达到几百MBit/sec小尺寸PracticalSolutionorToy?目前出现22(光存储原理与应用)第二章全息光存储课件23技术比较记录读取原理差异：现有光存储通过刻槽数字记录；全息则通过干涉写入，衍射读出。记录媒介差异：现有光存储信息记录在金属膜上，为二维记录；而全息信息则直接写在感光媒介内，为体记录；使用寿命差异：普通存储光盘寿命约10年；全息存储光盘能达到50-100年。存储容量差异：单张普通光盘在可见光范围内最高容量少于100Gbit；单张全息光盘容量可达500-1000Gbit技术比较记录读取原理差异：现有光存储通过刻槽数字记录；全息则24体存储0100110010011001001100100110010011001001100100110010011001001100100110010011001001100100110010011001001100100110010011001001100100110010011001001100100110010011001001100100110010011001001100100110010011001001100100110010011001001100100110010011001001100101001001001010100101体存储01001100100110010011001001125(光存储原理与应用)第二章全息光存储课件26思考：全息光存储光学系统如何构成？思考：全息光存储光学系统如何构成？27空间光调制器（SLM）空间光调制器是一类能将信息加载于一维或两维的光学数据场上，以便有效的利用光的固有速度、并行性和互连能力的器件。这类器件可在随时间变化的电驱动信号或其他信号的控制下，改变空间上光分布的振幅或强度、相位、偏振态以及波长，或者把非相干光转化成相干光。由于它的这种性质，可作为实时光学信息处理、光计算和光学神经网络等系统中构造单元或关键的器件空间光调制器（SLM）空间光调制器是一类能将信息加载于一维或28液晶光阀：不加电液晶分子取向杂乱，光不能通过；加电分子取向一致，可以通过——开关作用液晶光阀：不加电液晶分子取向杂乱，光不能通过；加电分子取向一29(光存储原理与应用)第二章全息光存储课件30思考：如何使用液晶光阀实现灰阶图像调整每个像素靠加电和不加电，分别只对应透过和不透过两种状态，那么如何获得灰阶图像调制？思考：如何使用液晶光阀实现灰阶图像调整每个像素靠加电和不加电31全息光存储全息光存储32(光存储原理与应用)第二章全息光存储课件33(光存储原理与应用)第二章全息光存储课件34SCANNERASSEMBLY全息存储LASERBEAMSPLITTERMIRRORSTRIPSHOLOGRAMREADERCRYSTALLENSOBJECTBEAMMIRRORSPATIAL-LIGHTMODULATORMIRRORLENSLENSMIRRORLENSREFERENCEBEAMLENSBEAMSPLITTERSCANNER全息存储LASERBEAMSPLITTERM35在全息存储系统里，激光被分为两束

，一束用于调制信号，一束平行光作为参考光，两束光干涉将信息记录在全息媒介里。hologramreader全息图读写器scannerassembly扫描组件beamsplitter电子（射）束分裂器在全息存储系统里，激光被分为两束，一束用于调制信号，一束平36(光存储原理与应用)第二章全息光存储课件37(光存储原理与应用)第二章全息光存储课件38PictureofaHVDbyOptware

HolographicVersatileDiscstructure

1.Greenwriting/readinglaser(532nm)

2.Redpositioning/addressinglaser(650nm)

3.Hologram(data)

4.Polycarbonlayer

5.Photopolymericlayer(data-containinglayer)

6.Distancelayers

7.Dichroiclayer(reflectinggreenlight)

8.Aluminiumreflectivelayer(reflectingredlight)

9.Transparentbase

PictureofaHVDbyOptwareHo39思考：如何提高全息存储的安全性？思考：如何提高全息存储的安全性？40相位调制的参考光（个人信息）空间光调制器全息加密技术个人信息存储数据信息光参考光加密码高度安全的全息存储技术通过干涉存储了数字信号相位调制的参考光（个人信息）空间光调制器全息加密技术个人信息41(光存储原理与应用)第二章全息光存储课件42思考从全息的原理来看，如何提高全息存储的容量？思考从全息的原理来看，如何提高全息存储的容量？43全息复用Changingobject1.45mmX1.06mmDt=12ns全息复用Changingobject1.45mmX144全息及全息光存储全息及全息光存储45词根起源Hologram来自希腊语holos,意思为whole，后一半gramma意思为message全息——全部的信息词根起源Hologram来自希腊语holos,意思为46思考：为什么叫全部的信息？思考：常规成像技术丢失了什么？思考：为什么叫全部的信息？思考：常规成像技术丢失了什么？47(光存储原理与应用)第二章全息光存储课件48(光存储原理与应用)第二章全息光存储课件49思考这种特效照片的产生原因思考这种特效照片的产生原因50全息背景知识回忆：何谓全息？全息：两束光（平面波或球面波）干涉记录，一束为空白参考光，一束经过光调制，带有信息，再使用其中一束光照射记录好的图像，通过衍射再现信息。概况：干涉记录，衍射再现全息背景知识回忆：何谓全息？51TheTale1947

1960

1962

1964

1968

1994

2000

DennisGabor

EmmettLeithandJurisUpatnieks

"TrainandBird"isthefirsthologramevermadewithalaser.

whitelighttransmissionhologramHPSSPRISMTheTale19471960196219641952全息技术应用经历的三个时代第一代,只能在单色光下再现的全息图;

第二代,可在白光下再现的全息图,它主要包括两大类型,第一类是1962年由前苏联人丹尼苏克发明的反射式全息图,这种全息图由于它的层状结构,不能形成浮雕条纹,难以快速复制,故目前主要用于装饰品,“激光宝石”即是这类全息图;另一类全息图是1969年由美国人Beton发明的彩虹全息图;这类全息图由于衍射效率高,制作过程简单,特别是能够形成浮雕状条纹,故得到快速发展,目前在全息领域占有重要地位;第三代,压印在薄膜上的模压全息图。正是由于模压全息图能大批量地快速复制,且成本低廉,才使全息图最终走出实验室,进入人们社会生活的很多领域。模压全息图除了可用于贺卡、艺术图片、邮件、广告外,最重要的应用是在防伪领域。目前,很多国家的护照、身份证、信用卡、商标、商品包装上都有模压全息图做为防伪标识。模压全息图的制作过程可分为:激光摄制;电成型;模压。全息技术应用经历的三个时代53点源的全息点源全息的构建模式实用中点源可以被任意物体取代，来记录物体信息参考平面光感光盘记录干涉图案感光乳剂有小颗粒表面(要求)物光–球面波全息记录板xzy点源的全息点源全息的构建模式参考平面光感光盘物光–球面波54(光存储原理与应用)第二章全息光存储课件55干涉记录:参考光Referencewave物光Objectwave干涉强度分布干涉记录:参考光Referencewave56干涉记录当用介质记录干涉信息时，依赖于记录强度分布，以及记录转换效率，将得到一个干涉条纹决定的相位光栅tb–由于|R|2

项产生的背景光B–记录及定影过程相关的强度效率常数干涉记录当用介质记录干涉信息时，依赖于记录强度分布，以及记录57衍射再现衍射再现：当用一个相干光A(x,y)（通常被称为重构波）照射全息片时，

最终的衍射场可以表示为：也就是相当于四个波的累加思考：加入重构波就是用参考光，会得到什么？衍射再现衍射再现：当用一个相干光A(x,y)（通常被称为重58衍射再现此时重构场可以整理为三项参考波

–和参考光分布相同，只是多了个常数因子物波

–除了一个强度系数，分布和物光完全相同共轭物波

–物光的复共轭，只不过有个2的角度偏移衍射再现此时重构场可以整理为三项参考波–和参考光分布相同59衍射再现的三项场分布物体虚像实像带系数的参考光物波共轭波参考波使用斜入射平面参考光和球面物光记录后，再用参考光入射再现，获得的衍射波强度分为三部分：衍射再现的三项场分布物体虚像实像带系数的物波共轭波参考波使用60WHY?全息图形的每一部分都是接受了物体发出的全部光,所以全息图形随便割下一块，仍能恢复出全部物体信息WHY?全息图形的每一部分都是接受了物体发出的全部光,所以61全息对波长的依赖思考：当用一个白光作为衍射光照射全息片时，在上图虚像方向将会有什么现象？全息片相当于一个相位光栅，会有衍射、色散的效果思考：如何实现彩色成像？全息对波长的依赖思考：当用一个白光作为衍射光照射全息片时，在62透射式全息:参考光和物光在全息片的同一侧反射式全息:参考光和物光在全息片的两侧全息种类–反射式vs.透射式透射式反射式透射式全息:参考光和物光在全息片的同一侧全息种类–反射63简介全息：干涉记录-衍射再现全息光存储HolographicOpticalStorage(HODS)或全息数据存储HolographicDataStorageSystem(HDDS)目前最可预见的下一代光存储技术图像存储而非数字存储同一媒介可以多次存储Tbit的存储技术简介全息：干涉记录-衍射再现64全息光存储？当前的光盘存储和磁光存储已经接近了极限磁密度极限模斑尺寸极限-光波长极限衍射极限光存储如果要继续发展，只能寻求替代技术全息光存储？当前的光盘存储和磁光存储已经接近了极限65PracticalSolutionorToy?目前出现的技术中最可行的一种超高的存储密度、超长的存储寿命超快的接入可能保守估计至少10ofMBit/secand有望达到几百MBit/sec小尺寸PracticalSolutionorToy?目前出现66(光存储原理与应用)第二章全息光存储课件67技术比较记录读取原理差异：现有光存储通过刻槽数字记录；全息则通过干涉写入，衍射读出。记录媒介差异：现有光存储信息记录在金属膜上，为二维记录；而全息信息则直接写在感光媒介内，为体记录；使用寿命差异：普通存储光盘寿命约10年；全息存储光盘能达到50-100年。存储容量差异：单张普通光盘在可见光范围内最高容量少于100Gbit；单张全息光盘容量可达500-1000Gbit技术比较记录读取原理差异：现有光存储通过刻槽数字记录；全息则68体存储0100110010011001001100100110010011001001100100110010011001001100100110010011001001100100110010011001001100100110010011001001100100110010011001001100100110010011001001100100110010011001001100100110010011001001100100110010011001001100100110010011001001100101001001001010100101体存储01001100100110010011001001169(光存储原理与应用)第二章全息光存储课件70思考：全息光存储光学系统如何构成？思考：全息光存储光学系统如何构成？71空间光调制器（SLM）空间光调制器是一类能将信息加载于一维或两维的光学数据场上，以便有效的利用光的固有速度、并行性和互连能力的器件。这类器件可在随时间变化的电驱动信号或其他信号的控制下，改变空间上光分布的振幅或强度、相位、偏振态以及波长，或者把非相干光转化成相干光。由于它的这种性质，可作为实时光学信息处理、光计算和光学神经网络等系统中构造单元或关键的器件空间光调制器（SLM）空间光调制器是一类能将信息加载于一维或72液晶光阀：不加电液晶分子取向杂乱，光不能通过；加电分子取向一致，可以通过——开关作用液晶光阀：不加电液晶分子取向杂乱，光不能通过；加电分子取向一73(光存储原理与应用)第二章全息光存储课件74思考：如何使用液晶光阀实现灰阶图像调整每个像素靠加电和不加电，分别只对应透过和不透过两种状态，那么如何获得灰阶图像调制？思考：如何使用液晶光阀实现灰阶图像调整每个像素靠加电和不加电75全息光存储全息光存储76(光存储原理与应用)第二章全息光存储课件77(光存储原理与应用)第二章全息光存储课件78SCANNERASSEMBLY全息存储LASERBEAMSPLITTERMIRRORSTRIPSHOLOGRAMREADERCRYSTALLENSOBJECTBEAMMIRRORSPATIAL-LIGHTMODULATORMIRRORLENSL