体全息存储演示装置及高厚度全息光盘组成和制备方法
【专利摘要】一种体全息存储演示装置及高厚度全息光盘组成和制备方法。装置包括半导体激光器、第一空间滤波器、偏振分光棱镜、半波片、第二空间滤波器、第一快门、第二快门、第一全反镜、第二全反镜、透射式空间光调制器、凸透镜、电控旋转台和计算机。本发明的体全息存储演示装置是针对高厚度全息光盘特点而设计，其能使携带有二维编码信息的物光与参考光发生干涉，并将信息记录于高厚度全息光盘内部，同时可利用CCD或光电探测器采集衍射光图像，从而能清晰读取出具有二维编码的体全息图像信息，且可以采用多角度复用存储方式进行存储，具有结构设计合理、操作方便等优点。高厚度全息光盘记录的信息能永久保存，且能实现一次写入永久读取的信息存储过-n.
【专利说明】体全息存储演示装置及高厚度全息光盘组成和制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于全息存储【技术领域】，特别是涉及一种体全息存储演示装置及高厚度全 息光盘组成和制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着经济社会对于信息存储容量和密度要求的持续增长，一次写入永久读取型信 息存储介质及存储方式在信息较长时期存储领域不断发展。其中，以CD、DVD为代表的二 维面存储技术逐渐显示出其局限性，较低的存储容量与密度使之正逐渐被淘汰。而以体全 息存储技术为代表的三维存储技术正逐步进入实用化阶段。体全息信息存储技术是利用携 带二维编码信息的信号光与参考光的空间干涉，将该干涉条纹记录于光敏材料内部，通过 材料内部的成分浓度调制或空间电荷调制，从而导致材料的折射率空间调制分布，将信息 以体光栅形式记录于存储介质内部。由于记录的是体光栅，同时当材料厚度大于500微米 时，能够实现高存储容量与密度，甚至实现多层存储，因此体全息存储技术成为下一代信息 存储技术的重要研究领域。
[0003] 然而高厚度的体全息存储介质的缺失使得实现大存储容量变得困难。目前以丙烯 酰胺为单体的存储体系均以薄膜材料为主，这对于实现高存储容量存在诸多不利因素，如 存在有效厚度低、角度选择性曲线较宽、单点复用图像较少等显著缺点。以聚甲基丙烯酸甲 酯为基底的光致聚合物材料由于其较高的材料有效厚度，较好的尺寸稳定性而受到关注。 因此，以高厚度材料作为存储介质将使得体全息存储具有较高的应用潜力。
[0004] 另一方面，虽然体全息存储技术提出至今已有将近50年的时间，然而仍然没有进 入实用化阶段。这一方面受限于【技术领域】的成熟程度，同时也受限于目前存储市场的重视 程度。因此研制一种体全息信息存储演示实验仪器，用于高校或科研院所的教学和科研演 示工作，将会有助于使受众对目前未普及技术进行深入的了解和掌握。
【发明内容】
[0005] 为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种体全息存储演示装置及高厚度全 息光盘组成和制备方法。
[0006] 为了达到上述目的，本发明提供的体全息存储演示装置包括半导体激光器、第一 空间滤波器、偏振分光棱镜、半波片、第二空间滤波器、第一 ,决门、第二快门、第一全反镜、第 二全反镜、透射式空间光调制器、凸透镜、电控旋转台和计算机；其中半导体激光器、第一空 间滤波器、偏振分光棱镜、第二快门、第二空间滤波器和第二全反镜从左至右相隔距离设置 成一排，并且半导体激光器的发射口面对第一空间滤波器；第一空间滤波器的前后侧各设 有一个带有小孔的孔板；半波片、第一快门和第一全反镜从后至前相隔距离设置在偏振分 光棱镜前方；透射式空间光调制器、凸透镜和电控旋转台从后至前相隔距离设置在第二全 反镜前方，电控旋转台的轴心处用于放置高厚度全息光盘，同时第一全反镜和电控旋转台 的轴心位于同一条横线上；计算机与第一 ,决门和第二快门电连接。
[0007] 所述的体全息存储演示装置还包括一个CCD或光电探测器，其设置在电控旋转台 前方，并且与计算机、第一快门和第二快门电连接。
[0008] 所述的半导体激光器为532纳米波长的二极管泵浦的半导体激光器。
[0009] 所述的凸透镜与高厚度全息光盘中心之间的距离为1毫米，这样能够消除高能量 汇聚物光导致的散射噪声。
[0010] 本发明提供的高厚度全息光盘由以重量份计的下列组分组成：
[0011] 菲醌 0 5-10 偶氮二异丁氰 0.5 SiOjft米粒子 （).()()5-0.02
[0012] 甲基丙烯酸甲酯 98.38-98.995 。
[0013] 所述的Si02纳米粒子的平均直径为10nm。
[0014] 本发明提供的高厚度全息光盘的制备方法是：首先将按照上述重量称量的作为光 敏剂的菲醌、作为热引发剂的偶氮二异丁氰和作为热致聚合单体的甲基丙烯酸甲酯共混， 然后在50°C下通过超声波振荡使其混合均匀并充分互溶，之后放置30分钟以产生沉淀， 然后过滤，将Si0 2纳米粒子加入到过滤后的澄清液中而制成混合液，将上述混合液升温至 55°C，并持续超声振荡5分钟，而后停止振荡，之后移至圆盘型玻璃模具内，升温至65°C， 维持该温度并在干燥箱内固化48小时而制成毛坯，最后将上述毛坯利用氧化铝抛光粉在 300-500r/min的转速下使用抛光机进行表面抛光，由此制成高厚度全息光盘16,厚度范围 为500微米至3毫米。
[0015] 本发明提供的体全息存储演示装置是针对高厚度全息光盘的特点而设计的，其能 够使携带有二维编码信息的参考光与物光发生干涉，并将信息记录于高厚度全息光盘内 部，同时可利用CCD或光电探测器采集衍射光图像，从而能够清晰读取出具有二维编码的 体全息图像信息，并且可以采用多角度复用存储方式进行存储，具有结构设计合理、操作方 便等优点。另外，本发明还提供了一种与上述体全息存储演示装置配合使用的高厚度全息 光盘及光盘制备方法，基于高厚度全息光盘所采用的材料的性质，其记录的信息将能够永 久保存，并且能够实现一次写入永久读取的信息存储过程。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1为本发明提供的体全息存储演示装置示意图。
[0017] 图2为10个不同角度的光栅扫描曲线。
[0018] 图3为图2中第一个角度的光栅曲线放大图。
[0019] 图4为记录于高厚度全息光盘内部后读取的二值化全息图像。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图和具体实施例对本发明提供的体全息存储演示装置进行详细说明。
[0021] 如图1所示，本发明提供的体全息存储演示装置包括半导体激光器1、第一空间滤 波器4、偏振分光棱镜5、半波片6、第二空间滤波器7、第一,决门9、第二快门8、第一全反镜 11、第二全反镜10、透射式空间光调制器12、凸透镜13、电控旋转台15和计算机18 ;其中半 导体激光器1、第一空间滤波器4、偏振分光棱镜5、第二快门8、第二空间滤波器7和第二全 反镜10从左至右相隔距离设置成一排，并且半导体激光器1的发射口面对第一空间滤波器 4 ;第一空间滤波器4的前后侧各设有一个带有小孔的孔板2 ;半波片6、第一快门9和第一 全反镜11从后至前相隔距离设置在偏振分光棱镜5前方；透射式空间光调制器12、凸透镜 13和电控旋转台15从后至前相隔距离设置在第二全反镜10前方，电控旋转台15的轴心处 用于放置高厚度全息光盘16,同时第一全反镜11和电控旋转台15的轴心位于同一条横线 上；计算机18与第一快门9和第二快门8电连接。
[0022] 所述的体全息存储演示装置还包括一个(XD或光电探测器17,其设置在电控旋转 台15前方，并且与计算机18、第一快门9和第二快门8电连接。
[0023] 所述的半导体激光器1为532纳米波长的二极管泵浦的半导体激光器。
[0024] 所述的凸透镜13的焦平面与高厚度全息光盘16中心之间的距离为1毫米，这样 能够消除高能量汇聚物光导致的散射噪声。
[0025] 现将本发明提供的体全息存储演示装置工作原理阐述如下：首先将上述高厚度全 息光盘16安装在电控旋转台15的轴心处，盘面与水平面垂直，同时利用计算机18控制第 一快门9和第二快门8打开，然后利用半导体激光器1发射出波长为532纳米的绿色激光， 该激光先经过第一空间滤波器4,利用其上孔板2上小孔与透镜组合将直径较窄的光束扩 大2-3倍，并获得较好的准直光束，再通过偏振分光棱镜5分成两束偏振方向相互垂直的参 考光和物光，其中参考光首先通过半波片6以改变其偏振方向，使其与物光偏振方向相同， 由此获得最佳干涉条纹对比度，然后依次通过第一快门9和第一全反镜11而照射在高厚度 全息光盘16上；与此同时，物光首先通过第二快门8,然后由第二空间滤波器7再次扩束后 并通过第二全反镜10反射到透射式空间光调制器12上，并由透射式空间光调制器12加载 而成为具有二维编码的二值化图像，而后通过凸透镜13汇聚在高厚度全息光盘16上而与 参考光重叠，并发生干涉而形成体全息图像或光栅，最后将干涉条纹记录于高厚度全息光 盘16内部，由此实现一个体全息图像或光栅的记录。当需要进行多重存储时，首先利用电 控旋转台15旋转一定的角度，以使高厚度全息光盘16也旋转一定角度，然后再次应用相同 的光强与曝光时间重复上述过程，从而在高厚度全息光盘16上记录下多重体全息图像或 光栅，也可以采用序列曝光方式来改善衍射效率均匀性。
[0026] 图2为10个不同角度的光栅扫描曲线。图3为其中第一个角度的光栅曲线放大 图。可以看出，对于厚度为1毫米的高厚度全息光盘16,其峰值半宽度约为0.08°，当选择 合适的旋转角度后，该高厚度全息光盘16单点能够复用多幅全息图像，从而能够提高材料 的存储容量。
[0027] 另外，当需要观看高厚度全息光盘16内的体全息图像时，首先利用计算机18将第 二快门8关闭，同时第一快门9仍处于开启状态，然后利用（XD或光电探测器17采集透过 高厚度全息光盘16的衍射光图像并转化为数字信号，之后传送给计算机18,这时用户可通 过计算机18上的显示器读取出如图4所示的清晰的二值化体全息图像。
[0028] 下面结合具体实施例对本发明提供的高厚度全息光盘组成和制备方法进行详细 说明
[0029] 实施例1 :
[0030] 本实施例提供的高厚度全息光盘16由以重量计的下列组分组成：
[0031] 菲醌 0.5kg 偶氮二异丁氰 0. 5 kg Si()」纳米粒子 ().()0〇 kg 甲基丙烯酸甲醋 98. 38 kg
[0032] 制备方法：首先将按照上述重量称量的作为光敏剂的菲醌、作为热引发剂的偶氮 二异丁氰和作为热致聚合单体的甲基丙烯酸甲酯共混，然后在50°C下通过超声波振荡使其 混合均匀并充分互溶，之后放置30分钟以产生沉淀，然后过滤，将平均直径为10nm的Si0 2 纳米粒子加入到过滤后的澄清液中而制成混合液，将上述混合液升温至55°C，并持续超声 振荡5分钟，而后停止振荡，之后移至圆盘型玻璃模具内，升温至65°C，维持该温度并在干 燥箱内固化48小时而制成毛坯，最后将上述毛坯利用氧化铝抛光粉在300r/min的转速下 使用抛光机进行表面抛光，由此制成高厚度全息光盘16,厚度范围为500微米。
[0033] 实施例2 :
[0034] 本实施例提供的高厚度全息光盘16由以重量份计的下列组分组成：
[0035] 菲醌 1. 0 kg 偶氮二异丁氰 0.5 kg 8102纳米粒子 0.02 kg 甲基丙烯酸甲酯 98. 995 kg
[0036] 制备方法：首先将按照上述重量称量的作为光敏剂的菲醌、作为热引发剂的偶氮 二异丁氰和作为热致聚合单体的甲基丙烯酸甲酯共混，然后在50°C下通过超声波振荡使其 混合均匀并充分互溶，之后放置30分钟以产生沉淀，然后过滤，将平均直径为10nm的Si0 2 纳米粒子加入到过滤后的澄清液中而制成混合液，将上述混合液升温至55°C，并持续超声 振荡5分钟，而后停止振荡，之后移至圆盘型玻璃模具内，升温至65°C，维持该温度并在干 燥箱内固化48小时而制成毛坯，最后将上述毛坯利用氧化铝抛光粉在500r/min的转速下 使用抛光机进行表面抛光，由此制成高厚度全息光盘16,厚度范围为3毫米。
[0037] 实施例3 :
[0038] 本实施例提供的高厚度全息光盘16由以重量份计的下列组分组成：
[0039] 菲醌 0. 8 kg 偶氮二异丁氰 0. 5 kg Si02纳米粒子 0. 013 kg 甲基丙烯酸甲酯 98.60 kg
[0040] 制备方法：首先将按照上述重量称量的作为光敏剂的菲醌、作为热引发剂的偶氮 二异丁氰和作为热致聚合单体的甲基丙烯酸甲酯共混，然后在50°c下通过超声波振荡使其 混合均匀并充分互溶，之后放置30分钟以产生沉淀，然后过滤，将平均直径为10nm的Si02 纳米粒子加入到过滤后的澄清液中而制成混合液，将上述混合液升温至55°C，并持续超声 振荡5分钟，而后停止振荡，之后移至圆盘型玻璃模具内，升温至65°C，维持该温度并在干 燥箱内固化48小时而制成毛坯，最后将上述毛坯利用氧化铝抛光粉在400r/min的转速下 使用抛光机进行表面抛光，由此制成高厚度全息光盘16,厚度范围为1毫米。
【权利要求】
1. 一种体全息存储演示装置，其特征在于：其包括半导体激光器（1)、第一空间滤波器 (4)、偏振分光棱镜（5)、半波片（6)、第二空间滤波器（7)、第一决门（9)、第二快门（8)、第一 全反镜（11)、第二全反镜（10)、透射式空间光调制器（12)、凸透镜（13)、电控旋转台（15) 和计算机（18);其中半导体激光器（1)、第一空间滤波器（4)、偏振分光棱镜（5)、第二快门 (8)、第二空间滤波器（7)和第二全反镜（10)从左至右相隔距离设置成一排，并且半导体激 光器（1)的发射口面对第一空间滤波器（4);第一空间滤波器（4)的前后侧各设有一个带 有小孔的孔板（2);半波片（6)、第一快门（9)和第一全反镜（11)从后至前相隔距离设置在 偏振分光棱镜（5)前方；透射式空间光调制器（12)、凸透镜（13)和电控旋转台（15)从后 至前相隔距离设置在第二全反镜（10)前方，电控旋转台（15)的轴心处用于放置高厚度全 息光盘（16)，同时第一全反镜（11)和电控旋转台（15)的轴心位于同一条横线上；计算机 (18)与第一快门（9)和第二快门⑶电连接。
2. 根据权利要求1所述的体全息存储演示装置，其特征在于：所述的体全息存储演示 装置还包括一个CCD或光电探测器（17)，其设置在电控旋转台（15)前方，并且与计算机 (18)、第一快门（9)和第二快门（8)电连接。
3. 根据权利要求1所述的体全息存储演示装置，其特征在于：所述的半导体激光器（1) 为532纳米波长的二极管泵浦的半导体激光器。
4. 根据权利要求1所述的体全息存储演示装置，其特征在于：所述的凸透镜（13)的焦 平面与高厚度全息光盘（16)中心之间的距离为1毫米。
5. -种利用权利要求1进行存储和演示的高厚度全息光盘，其特征在于：所述的高厚 度全息光盘（16)由以重量份计的下列组分组成： 菲醌 0. 5-1. 0 偶氮二异丁氰 〇. 5 Si02m米粒子 0. 005-0. 02 甲基丙烯酸甲酯 98.38-98.995 。
6. 根据权利要求5所述的高厚度全息光盘，其特征在于：所述的Si02纳米粒子的平均 直径为l〇nm。
7. -种如权利要求5所述的高厚度全息光盘的制备方法，其特征在于：所述的制备方 法是：首先将按照上述重量称量的作为光敏剂的菲醌、作为热引发剂的偶氮二异丁氰和作 为热致聚合单体的甲基丙烯酸甲酯共混，然后在50°C下通过超声波振荡使其混合均匀并充 分互溶，之后放置30分钟以产生沉淀，然后过滤，将Si0 2纳米粒子加入到过滤后的澄清液 中而制成混合液，将上述混合液升温至55°C，并持续超声振荡5分钟，而后停止振荡，之后 移至圆盘型玻璃模具内，升温至65°C，维持该温度并在干燥箱内固化48小时而制成毛坯， 最后将上述毛坯利用氧化铝抛光粉在300-500r/min的转速下使用抛光机进行表面抛光， 由此制成高厚度全息光盘（16)，厚度范围为500微米至3毫米。
【文档编号】G11B7/007GK104217732SQ201410361134
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年7月28日 优先权日:2014年7月28日
【发明者】刘鸿鹏, 王维波 申请人:中国民航大学