CN110992990A - 一种衍射相位式全息存储装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种衍射相位式全息存储装置，包括：光源、扩束准直系统、空间光调制器、物镜、镜筒透镜、反射镜、光栅、4f系统、针孔光阑、大数值孔径透镜、存储介质和CCD。该装置利用光栅的衍射分级功能和4f系统、针孔光阑滤波装置实现存储信息的分束和合束，滤除出的+1级和0级光的直流部分经大数值孔径的透镜会聚后，在存储介质中发生干涉，完成全息存储的记录过程。在全息存储再现过程中，保留0级光照射存储介质，通过全息光栅的衍射将存储信息再现出来。本发明装置结构简单紧凑，系统稳定性高；空间光调制器利用率大，在同一数据存储需求下，存取速度快，耗费存储介质资源少，提升了全息存储的性能。

Description

一种衍射相位式全息存储装置
技术领域
本发明属于全息光存储领域，具体涉及一种衍射相位式全息存储装置。
背景技术
人类已经进入大数据时代，据国际数据公司(International Data Corporation,IDC)统计报告显示，2025年全球数据量将达到175ZB，庞大的数据量对数据存储技术提出了严峻挑战。全息光存储技术因具有大存储容量、存储密度高、存储速度快等优势，从而成为数据存储领域的重要发展方向之一。全息存储技术主要有离轴全息存储技术和同轴全息存储技术。
离轴全息存储技术，一般采用马赫-曾德式存储光路，通过偏振分光棱镜将光束分为物光和参考光，两束光在存储介质上进行干涉，完成信息记录过程。在信息再现过程中，遮挡住物光路，保留参考光照射存储介质，经全息光栅的衍射实现存储信息的再现。离轴全息存储系统原理简单，但是实际装调难度较大，且离轴光路容易受环境振动干扰，不容易实现批量化、商业化生产。
同轴全息存储系统，将要存储的信息光和参考光同时调制在空间光调制器上。在记录过程中，空间光调制器上的物光和参考光同时被点亮，两束光同时经过相同的装置，在存储介质上进行干涉，完成信息的存储。在数据再现阶段，空间光调制器上只有参考光被点亮，后经过与记录时同样的光路系统，恢复出原存储信息。同轴全息存储结构紧凑，系统稳定性高，但是由于空间光调制器要耗费一定数目的像元去表示参考光，使得全息存储的单页存储量降低。而在全息存储中，存储数据是以数据页的形式进行记录和读取的，单张数据页均包含参考光像元的同轴全息存储方式，必然会使得在同一存储数据量的需求下，其存取速度会降低，同时存储介质的耗费也会增加。
发明内容
针对现有全息光存储装置存在的问题，本发明提出了一种衍射相位式全息存储装置，该装置具有结构简单、存取速度快、存储容量大、系统稳定性高等特点。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种衍射相位式全息存储装置，其特征在于，所述全息存储装置包括：光源(1)、扩束准直系统(2)、空间光调制器(3)、反射镜(4)、光栅(5)、透镜(6)、滤波光阑(7)、透镜(8)、大数值孔径透镜(9)、存储介质(10)、探测器(11)。
全息光存储系统可分为记录、再现和擦除3个过程。
-在全息存储记录过程中，所述光源(1)经扩束准直系统(2)调整为一束质量均匀的平行光，经空间光调制器(3)调制后携带有存储信息，利用光栅(5)的衍射分级功能，光束被分为多束含存储信息全部信息的光束，后通过由透镜(6)(7)组成的4f系统。其中，光栅放置在4f系统的前焦面，大数值孔径的透镜放置在4f系统的后焦面，可以有效保证干涉条纹的对比度。在4f系统的频谱面，经滤波光阑(7)的滤波作用，只有+1级光束的全部信息和0级光束的直流信息(不含物体信息)通过。其中，+1级光作为全息干涉的信息光，0级光作为全息干涉的参考光。最后，在大数值孔径透镜(9)的会聚下，两束光在存储介质上形成全息干涉图，记录下存储信息。
-在全息存储再现过程中，所述滤波光阑(7)的+1级孔被遮住，只允许不含物体信息的0级光，即参考光通过照射存储介质，后通过衍射将信息再现出来。
-在全息存储擦除过程中，所述的一种衍射相位式全息存储装置的存储介质采用可擦写的铌酸锂晶体，采用比记录光波长短的光源(12)和扩束准直单元(13)或平行光管，出射一束能量均匀的平行光照射存储介质，便可实现信息的擦除。
本发明提供的技术方案的有益效果是，所述全息存储光路结构简单紧凑，稳定性高，不易受外界环境干扰；其空间光调制器可全部用来调制信息，增大了存储的单页数据容量，在同一数据存储需求下，加快了存取速度，减少了存储介质的耗费，提升了全息存储的性能。
附图说明
图1为本发明的全息存储记录光路图；
图2为本发明的全息存储再现光路图；
图3为本发明的全息存储擦除光路图，存储介质为铌酸锂晶体。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式进一步详细介绍本发明。
本发明的一种衍射相位式全息存储光路，如附图1所示，包含光源1、扩束准直系统2、空间光调制器3、反射镜4、光栅5、透镜6、滤波光阑7、透镜8、大数值孔径透镜9、存储介质10、探测器11。在实施例中，采用532nm波长的激光作为记录光源，掺铁铌酸锂晶体（铁浓度0.05mol%）作为存储介质，473nm波长的激光作为擦除光源。
在全息存储记录过程中，结合图1，所述光源1经扩束准直系统2调整为一束质量均匀的平行光，经空间光调制器3调制后携带有存储信息，利用光栅5的衍射分级功能，光束被分为多束含存储信息全部信息的光束，后通过由透镜6、7组成的4f系统。在4f系统的频谱面，经滤波光阑7的滤波作用，只有+1级光束的全部信息和0级光束的直流信息(不含物体信息)通过。其中，+1级光作为全息干涉的信息光，0级光作为全息干涉的参考光。最后，在大数值孔径透镜9的会聚下，两束光在存储介质上形成全息干涉图，记录下存储信息。
在全息存储再现过程中，结合图2，所述滤波光阑7的+1级滤波孔被遮挡住，只允许不含物体信息的0级光，即参考光通过照射存储介质，后通过全息光栅的衍射将信息再现出来。
在全息存储擦除过程中，结合图3，在实施例中采用可擦写的掺铁铌酸锂晶体作为存储介质，采用473nm激光光源12和扩束准直单元13，出射一束能量均匀的平行光照射存储介质，实现对存储信息的擦除。
上述实施例为本发明较佳的详细描述，但本发明不应局限于该实例和附图公开之内容，因此凡等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种衍射相位式全息存储装置，其特征在于，所述全息存储装置包括：光源(1)、扩束准直系统(2)、空间光调制器(3)、反射镜(4)、光栅(5)、透镜(6)、滤波光阑(7)、透镜(8)、大数值孔径透镜(9)、存储介质(10)、探测器(11)；全息光存储系统可分为全息存储记录和全息存储再现过程：
在全息存储记录过程中，所述光源(1)经扩束准直系统(2)调整为一束质量均匀的平行光，经空间光调制器(3)调制后携带有存储信息，利用光栅(5)的衍射分级功能，光束被分为多束含存储信息全部信息的光束，后通过由透镜(6)(7)组成的4f系统；
其中，光栅放置在4f系统的前焦面，大数值孔径的透镜放置在4f系统的后焦面，可以有效保证干涉条纹的对比度；在4f系统的频谱面，经滤波光阑(7)的滤波作用，只有+1级光束的全部信息和0级光束的直流信息(不含物体信息)通过；其中，+1级光作为全息干涉的信息光，0级光作为全息干涉的参考光；最后，在大数值孔径透镜(9)的会聚下，两束光在存储介质上形成全息干涉图，记录下存储信息；
在全息存储再现过程中，所述滤波光阑(7)的+1级孔被遮住，只允许不含物体信息的0级光，即参考光通过照射存储介质，后通过全息光栅的衍射将信息再现出来。
2.根据权利要求1所述的一种衍射相位式全息存储装置，其特征在于，所述全息存储装置采用由光栅(5)、透镜(6)、滤波光阑(7)、透镜(8)和大数值孔径透镜(9)完成存储信息的分束和合束。
3.根据权利要求1所述的一种衍射相位式全息存储装置，其特征在于，所述光源(1)可以是激光，也可以是白光、LED光源。
4.根据权利要求1所述的一种衍射相位式全息存储装置，其特征在于，所述探测器(11)可以是光屏、CCD、CMOS或功率计。
5.根据权利要求1所述的一种衍射相位式全息存储装置，其特征在于，所述扩束准直系统(2)(13)可以由焦距一小一大的两个透镜和针孔滤波器组成，也可以是成形的平行光管，能够将光束调整为质量均匀的平行光即可。
6.根据权利要求1所述的一种衍射相位式全息存储装置，其特征在于，该装置采用可擦写的铌酸锂晶体作为存储介质，采用比记录波长短的光源(12)和扩束准直单元(13)或平行光管，出射一束能量均匀的平行光照射存储介质，实现信息的擦除。
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Address after: Unit 4-A, Beijing Institute of Technology Innovation Building, No. 9 Yuexing 5th Road, High-tech Zone Community, Yuehai Street, Nanshan District, Shenzhen, Guangdong 518000

Applicant after: Shenzhen Sanli Zhiguang Technology Co.,Ltd.

Address before: 518000 7C, Building 2, Xingxing Garden, No. 1042, Qiaoxiang Road, Futian District, Shenzhen, Guangdong

Applicant before: Huang Shilei

Applicant before: Zhang Yue

Applicant before: Zhu Mengpei

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Effective date of registration: 20230626

Address after: Unit 4-B, North Science and Technology Innovation Building, No. 9 Yuexing Fifth Road, Gaoxin District Community, Yuehai Street, Nanshan District, Shenzhen City, Guangdong Province, 518000

Applicant after: Shenzhen Sanfu Beili New Materials Science Research Co.,Ltd.

Address before: Unit 4-A, Beijing Institute of Technology Innovation Building, No. 9 Yuexing 5th Road, High-tech Zone Community, Yuehai Street, Nanshan District, Shenzhen, Guangdong 518000

Applicant before: Shenzhen Sanli Zhiguang Technology Co.,Ltd.

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