[发明专利]盘式三维全息存储的方法及其光学系统

说明书

盘式三维全息存储的方法及其光学系统属于光存储技术领域。

目前的光盘存储技术采用了“串行”方式，把数据逐点记录在二维平面介质中，通过盘的旋转和读写头的径向移动实现寻址，其缺点是：1．不能充分利用材料的体积，使其存储容量受到平面介质的限制；2．大量信息位的寻址完全受机械调节精度的限制，其存储密度有限；3．逐点的写入和读出，使数据传输速率受到慢速机械运动的限制。现在已提出的三维全息存储盘方案采用体全息技术，数据和图象以页面的傅立叶变换全息图的方式存储在介质的体积中，因而，其存储容量大且可并行存取，解决了上述光盘存储技术的难题，但是，由于它在技术上采用“分块式全息存储”方式，即把大块存储介质在空间上划分为互相独立的小块，再采用“角度复用”的方法在每个小块共同体积中存储多幅全息图，因而，其读写光学系统很复杂，除了盘面的旋转和读写头的径向移动外，还要在每个寻址位置多次调整读写光束的角度以实现互相完全重叠的全息图之间的角度鉴别，因而，不仅设备复杂而且精度要求很高。本发明提出了一种以光盘寻址方法为基础、以空间一角度用技术为特征的体积全息存储方案，在确保数据并行存取的条件下，既提高了存储容量，又降低了对读写头径向机械运动的误差要求，而且又革除了结构复杂的角度调整设备，提高了寻址的精确度。

因而，本发明的目的在于：提出一种数据并行存取、存储容量大、对设备精度要求低的盘式三维全息存储方法，

本发明的特征在于：它是一种空间一角度复用的全息存储方法，即是一种使相邻的傅立叶变全息图在空间上部分地重叠，再采用球面参考波和球面照明波使全息图的角度鉴别和空间位置的寻址同时实现的方法，其记录和读出过程如下：

1．以光折变晶体一类的各向异性的体全息存储材料作盘式存储介质，使参考光和物光分别从盘的两面射入而其主光线可对称也可不对称于记录材料任意一点的法线方向即晶体的光轴方向并同处于一个平行于空间任何一个二维平面如Y-Z平面的平面内，此时记录材料的法线方法即为Z方向；

2．把一系列傅立叶变换全息图依次、逐个且部分重叠地记录在与盘式存储介质同心的其某一个环形区域内，即每记录一个全息图后，使盘旋转一个微小角度Φ_I，再记录另一个全息图，按下式求出其相邻两个全息图在Y方向的微小距离为ΔY，每个全息图的曝光时间为t_l，j其中：其中，l：环形区域的序号；j：环形区域上全息图的序号；r_l：第l个环的半径，设定：r_l=12a且从内向外记录；

R：盘的半径；a：全息图的半径；

λ：激光波长；d：盘的厚度；

n：记录介质的折射率；

θ_RO：参考光主光线对盘面的入射角；

θ_SO：物光主光线对盘面的入射角；

Z_RO：参考光球面波中心距离盘面的在Z轴上的距离的测量值；

θ_R：参考光在介质内部看的入射角；

θ_S：物光的在介质内部看的入射角；

Z_R：参考光球面波距介质中心面的沿Z轴的距离折合到介质内部的值。

α：参考光在某一个全息图的Y=Y_max处与Y轴的夹角；

τ_w：记录材料的写入时间常数，实验测定；

τ_E：记录材料的擦除时间常数，实验测定；

T_l，f：第l个环上第j个全息图所承受的擦除时间；

η_目标：设定的目标衍射效率，对每个全息图都相同；

Δn_max记录材料折射率调制的动态范围；

(3)在记录了一个环形区域后，使参考光和物光同时移动到该全息盘半径方向上另一个相互不相重叠的新环形区域上，再重复上述步骤；

(4)在读出时，只要给定全息图的空间位置，便可通过光束偏转器的径向偏折和全息盘的旋转，用原来的写入参考光读出任意一个全息图，即只要使写入参考光之主光线与某一个全息图中心点的法线位于同一个与Y-Z平面平行的平面即可。

其各全息图曝光时间的计算方法即记录时间t_l，j的计算方法特征如下：