[发明专利]三维盘式全息存储方法及系统

摘要

三维盘式全息存储方法及系统属于光存储技术领域，本发明的存储方法为分轨道存储，即同一轨道上、相邻轨道上的全息图之间都有部分的重叠，所有的全息图记录和读出时不需要调整参考光和照明光的角度；对同一轨道内全息图的寻址由盘面旋转完成，对不同轨道的寻址由读写光学系统与盘面的相对平动完成；采用分轨道热固定的存储方法。根据本方法所设计的三维盘式全息存储系统，由写入系统、读出系统及全息光盘驱动系统共同组成，设计了装载全息光盘的定位器，可实现全息光盘离开全息存储器后精确复位；本发明提高了单位体积的存储密度，存储装置小型、稳定、灵活，还提高了存储图像的质量，能够降低存储数据的误码率。

主权项

1、一种三维盘式全息存储方法，是一种在全息光盘上记录多个全息图，相邻的傅里叶变换全息图在空间部分地重叠，不是完全分开，也不是完全重叠的方法，其中，每个全息图是一个信息页面即数字数据的二维排列，或图像的傅里叶变换全息图，全息图分布在全息盘的同心圆轨道上，同一轨道上相邻全息图可以有部分的重叠，其特征在于：相邻轨道上的全息图之间也有部分的重叠，所有的全息图记录和读出时不需要调整参考光和照明光的角度；对同一轨道内全息图的寻址(切向寻址)由盘面旋转完成，对不同轨道的寻址(径向寻址)由读写光学系统与盘面的相对平动完成；采用分轨道热固定的存储方法，其存储和读取过程如下：1)首先选择和确定全息光盘上所存储的全息图寻址方式；①计算全息图在水平面内的角度选择性ΔX和在垂直面内的角度选择性ΔY，其中，参考光、物光和盘面法线在同一平面内，此平面称为“水平面”，与此平面垂直的平面称为“垂直面”，其计算方法是：$\mathrm{\Delta X}\approx \frac{2\lambda }{d(\sin {\theta }_R+\sin {\theta }_s)}\times \frac{\sqrt{n^2-{\sin }^2{\theta }_R}}{{\cos }^2{\theta }_R}{r}_R,$ $\mathrm{\Delta Y}\approx \frac{2\sqrt{r_R\mathrm{\Delta X}\sin {\theta }_R}}{\cos {\theta }_R}$ 其中n和d分别为存储介质的折射率和厚度，rR是球面波中心到全息图中心的距离，θR和θS分别为参考光和物光与盘面法线之间的夹角；②确定全息图的初始记录点在盘面上的方位，盘面上全息图的间距即选择性取决于体积全息图在水平面内的角度选择性ΔX和在垂直面内的角度选择性ΔY，选择同一轨道内相邻全息图的间隔ΔS的水平分量不小于ΔX，同一垂直线上相邻轨道的两个全息图的间距不小于ΔY，方位角(9)在30°～60°之间的记录点作为初始记录点，此位置可以实现水平的轨道间寻址，降低寻址难度；同时使全息图在盘面上的分布相对均匀；当记录材料的动态范围有限时，全息图的间隔可以取得大于以上的理论计算值，以保证较低的串扰噪声；2)开始存储：①计算每个全息图的曝光时间ti，j和这些时间的序列；②第一个轨道从全息光盘的最大半径的圆形轨道开始，该轨道距离全息光盘的边缘为2～3mm，从选择的方位角开始记录第一个全息图，每次全息光盘转动一个微小的角度，根据全息光盘轨道直径和前面计算的寻址方式的ΔX和ΔY计算，该角度介于0.006°～0.06°之间；记录同一轨道的下一幅全息图，直到该轨道转动到初始方位角；改变记录完这一轨道后，通过全息光盘的径向移动ΔL(6)，向全息光盘半径变小的方向平动，改变轨道的半径，开始记录下一个轨道的全息图；根据晶体材料的动态范围性能，当设计分轨道热固定写入信息时的存储时间为单轨道固定时，第一个轨道存储完后，进行步骤3)，当设计分轨道热固定写入信息时的存储时间为多轨道固定时，存完多个轨道，进行步骤3)。3)进行分轨道热固定，其要点是：①将步骤2)中记录一个轨道或多个轨道内的M个全息图的全息盘取下，放置入温度受控的加热炉中，加热到120℃～150℃之间，并持温10～30分钟，冷却至室温；②将晶体放回原存储的位置，重复步骤2)中的全息图记录和本步骤中的步骤①，直至全部该全息光盘上的所有需要记录的全息图记录完成；③用均匀的非相干光照射全息盘，一次性使记录并固定的全息图显现出来，即显影；4)读取数据时，将已经固定和显影后的全息光盘安装在精密定位器上，将全息光盘转至记录时的初始方位角，用的前述的参考光照射，转动全息光盘，就可以实现每一轨道上的全息图的读取。