专利名称：光折变晶体多重全息存储器的热固定方法和系统的制作方法
技术领域：
光折变晶体多重全息存储器的热固定方法和系统属于光存储技术领域。
2.显影过程显影是待晶体冷却到室温后，用较强的非相干光照射晶体，擦除电子光栅使离子光栅完全显现出来，得到能够较长时间保存的离子光栅，也就是最初记录在晶体中的信息。
在多重体全息存储过程中，如果对大量的全息图中每个全息图单独进行热固定势必大大地延长存储时间，严重地阻碍体全息存储的实用化进程；另一方面，如果对大量的全息图仅作一次热固定，又会在记录过程中引入由于物光持续作用带来的噪声，严重影响全息光栅的存储质量。
本发明的一种光折变晶体多重全息存储器的热固定方法，其特征在于，它包括以下步骤(1)分批及计算批次数根据晶体的性能参数中的动态范围和晶体的写入时间常数，在符合实际存储时间小于晶体动态范围要求的写入时间的条件下，得到单批次内记录的总时间，用这一时间除以单个全息光栅的写入时间，得到单批次存储的光栅数目，用需要存储的全息光栅的总目标数目除以单批次存储的光栅数目，得到整个存储过程批次数；(2)按常规方法计算各个批次中每个全息图的曝光时间；(3)记录将晶体放置在光学系统中记录同一批全息光栅；(4)定影将记录了同一批全息光栅后的晶体放入由温控器控制的加热器中，加热到100℃-150℃，持温10-30分钟后，冷却到室温；(5)重复步骤(3)、(4)的内容，完成各批全息光栅的记录及定影；(6)显影用均匀的非相干光一次性照射已完成各个分批记录及定影的晶体，5-30分钟。
本发明的曝光时间的计算方法如下(1)通过实验测出衍射效率η，由衍射效率η和存储过程晶体的折射率调制度Δn之间的关系表达式η＝sin2[π*Δn*d/λ/(cosαr*cosαs)0.5]计算出折射率调制度Δn，式中，αr和αs为参考光和物光入射晶体时的入射角(在晶体内部)，d为晶体厚度，λ为记录光波的波长。
(2)根据光折变晶体的写入和擦除过程中折射率调制度随时间变化的指数特性写入过程Δn(tw)＝Δnsat(1-exp(-tw/τw))擦除过程Δn(te)＝Δn0exp(-te/τe)计算出写入过程的曝光时间tw和擦除过程的曝光时间te，式中，τw和τe为写入和擦除时间常数，Δnsat是饱和折射率调制度，Δn0是擦除过程的折射率调制度的初始值。
(3)由于后续全息图记录对已经写入的全息图存在光擦除，即同一批内的后续全息图记录对已写入全息图的光擦除，称为批内光擦除并由批内光擦除时间常数τE表示；以及后续不同批次的全息图记录对已写入全息图的光擦除，称为批间光擦除并由批间光擦除时间常数τF表示。为了达到均匀衍射效率，记录的折射率调制度为Δnnm=Δnsat(1-exp(-tnmτw))exp(-Σi=n+1NtimτE-Σk=m+1M/NΣi=1NtikτF)]]>式中，tnm为第m批的第n个全息图的曝光时间，tim为第m批的第i(i＝1，2，…N)个全息图的曝光时间，tik为第k批的第i个全息图(k＝1，2，…(M/N))，i＝1，2，…N)的曝光时间，N为每一批全息图的复用数，M是所有全息图的总复用数。
(4)同批全息图记录过程中，要求批内各全息图始终保持等衍射效率。由第m批的第n个全息图与第n+1个全息图等衍射效率得到递推关系式(1-exp(-tnmτw))exp(-tn+1mτE)=1-exp(-tn+1mτw)]]>在完成每一批所有全息图记录时，要求所有批次全息图达到等衍射效率。由第m批的第N个全息图与第m+1批的第N个全息图等衍射效率得到递推关系式(1-exp(-tNmτw))exp(-Σi=1Ntim+1τF)=1-exp(-tNm+1τw)]]>由上述两个递推公式计算出每个批次每个全息图的曝光时间。
本发明的一种光折变晶体多重全息存储器的热固定系统，包括同一主光路上的激光器1，偏振分束棱镜2，由电子快门3、针孔滤波扩束准直系统5及复用读写系统组成的参考光路，由电子快门3、针孔滤波扩束准直系统5、组页器6、透镜7和探测器10组成的物光光路，其特征在于还包括在参考光和物光干涉处放置支持晶体的复位装置9，采用了将通光光阑15、透镜7、反射镜4顺序装配到由支架13连接两个可分别水平、垂直运动的线性平动台12支撑的底座14上形成的调整部分及固定的透镜7组成的复用读写系统8。
本发明采用了用固定螺钉18将放置晶体11的复位平台17紧固在框架16内的复位装置9。
本发明的定影、显影过程可以是在线进行，或者是采用复位装置9离线完成。
本发明的一种光折变晶体多重全息存储器的热固定方法，即在分析光折变晶体存储机理的基础上，将需要存储的信息分批存储，首先依据存储的质量标准和晶体的存储特性确定每一批次能够存储多少幅全息光栅，在完成该批次的全息记录以后，对该批次的全息光栅进行热固定过程中的定影处理，形成跟记录的电子光栅互补的离子光栅。再进行下一批次全息光栅的记录和定影，直至所有的记录和定影结束。最后进行一次性显影，即利用非相干光照射晶体，擦除掉电子光栅，显影出所有的与电子光栅互补的离子光栅。离子光栅能够较长久的保存在晶体中。同时，由于运用了分批定影的方法，离子光栅屏蔽了电子光栅，从而减少了物光噪声。因此，光折变晶体多重全息存储器的热固定方法和系统最终能实现提高体全息存储质量和全息光栅在晶体中长久保存的目的。
图3复位装置原理图；图中1激光器，2偏振分束镜，3电子快门，4反射镜，5针孔滤波扩束准直系统，6组页器，7成像透镜，8复用读写系统，9复位装置，10探测器，11晶体，12线性平动台，13支架，14底座，15通光光阑，16框架，17复位平台，18固定螺钉。
比较单批次记录的1000幅光栅和五批次记录分批定影方法记录的1000幅光栅，后者的图像质量有了明显的提高；进一步比较单批次记录过程曝光1692秒时的某个全息光栅和分批定影过程中某一批次也同样曝光1692秒的某一个全息光栅，分析实验数据得到后者的光栅读出时图像的信噪比有了极大的提高。
总之，由于分批定影热固定过程离子光栅对电子光栅的屏蔽作用，擦除时间τE大大增加，后续存储过程的擦除效果减弱。实验证明，分批定影热固定方法既提高了读出的衍射效率，又有效地改善图像的质量。
权利要求
1.一种光折变晶体多重全息存储器的热固定方法，其特征在于，它包括以下步骤(1)分批及计算批次数根据晶体的性能参数中的动态范围和晶体的写入时间常数，在符合实际存储时间小于晶体动态范围要求的写入时间的条件下，得到单批次内记录的总时间，用这一时间除以单个全息光栅的写入时间，得到单批次存储的光栅数目，用需要存储的全息光栅的总目标数目除以单批次存储的光栅数目，得到整个存储过程批次数；(2)按常规方法计算各个批次中每个全息图的曝光时间；(3)记录将晶体放置在光学系统中记录同一批全息光栅；(4)定影将记录了同一批全息光栅后的晶体放入由温控器控制的加热器中，加热到100℃-150℃，持温15-30分钟后，冷却到室温；(5)重复步骤(3)、(4)的内容，完成各批全息光栅的记录及定影；(6)显影用均匀的非相干光一次性照射完成各个分批记录及定影的晶体，5-30分钟。
2.根据权利要求1所述的一种光折变晶体多重全息存储器的热固定方法，其特征在于，步骤(2)中所述的曝光时间的计算方法如下(1)通过实验测出衍射效率η，由衍射效率η和存储过程晶体的折射率调制度Δn之间的关系表达式η＝sin2[π*Δn*d/λ/(cosαr*cosαs)0.5]计算出折射率调制度Δn，式中，αr和αs为参考光和物光入射晶体时的入射角(在晶体内部)，d为晶体厚度，λ为记录光波的波长。(2)根据光折变晶体的写入和擦除过程中折射率调制度随时间变化的指数特性写入过程Δn(tw)＝Δnsat(1-exp(-tw/τw))擦除过程Δn(te)＝Δn0exp(-te/τe)计算出写入过程的曝光时间tw和擦除过程的曝光时间te，式中，τw和τe为写入和擦除时间常数，Δnsat是饱和折射率调制度，Δn0是擦除过程的折射率调制度的初始值。(3)由于后续全息图记录对已经写入的全息图存在光擦除，即同一批内的后续全息图记录对已写入全息图的光擦除，称为批内光擦除并由批内光擦除时间常数τE表示；以及后续不同批次的全息图记录对已写入全息图的光擦除，称为批间光擦除并由批间光擦除时间常数τF表示。为了达到均匀衍射效率，记录的折射率调制度为Δnnm=Δnsat(1-exp(-tnmτw))exp(-Σi=n+1NtimτE-Σk=m+1M/NΣi=1NtikτF)]]>式中，tnm为第m批的第n个全息图的曝光时间，tim为第m批的第i(i＝1，2，…N)个全息图的曝光时间，tik为第k批的第i个全息图(k＝1，2，…(M/N))，i＝1，2，…N)的曝光时间，N为每一批全息图的复用数，M是所有全息图的总复用数。(4)同批全息图记录过程中，要求批内各全息图始终保持等衍射效率。由第m批的第n个全息图与第n+1个全息图等衍射效率得到递推关系式(1-exp(-tnmτw))exp(-tn+1mτE)=1-exp(-tn+1mτw)]]>在完成每一批所有全息图记录时，要求所有批次全息图达到等衍射效率。由第m批的第N个全息图与第m+1批的第N个全息图等衍射效率得到递推关系式(1-exp(-tNmτw))exp(-Σi=1Ntim+1τF)=1-exp(-tNm+1τw)]]>由上述两个递推公式计算出每个批次每个全息图的曝光时间。
3.一种光折变晶体多重全息存储器的热固定系统，包括同一主光路上的激光器(1)，偏振分束棱镜(2)，由电子快门(3)、针孔滤波扩束准直系统(5)及复用读写系统组成的参考光路，由电子快门(3)、针孔滤波扩束准直系统(5)、组页器(6)、透镜(7)和探测器(10)组成的物光光路，其特征在于还包括在参考光和物光干涉处放置支持晶体的复位装置(9)，采用了将通光光阑(15)、透镜(7)、反射镜(4)顺序装配到由支架(13)连接两个可分别水平、垂直运动的线性平动台(12)支撑的底座(14)上形成的调整部分及固定的透镜(7)组成的复用读写系统(8)。
4.根据权利要求3所述的一种光折变晶体多重全息存储器的热固定系统，器特征在于采用了用固定螺钉(18)将放置晶体(11)的复位平台(17)紧固在框架(16)内的复位装置(9)。
5.根据权利要求1所述的一种光折变晶体多重全息存储器的热固定方法，其特征在于，步骤(4)中所述的定影过程是在线进行，或者是采用复位装置(9)离线完成。
6.根据权利要求1所述的一种光折变晶体多重全息存储器的热固定方法，其特征在于，步骤(6)中所述的显影过程是在线进行，或者是采用复位装置(9)离线完成。
全文摘要
一种光折变晶体多重全息存储器的热固定方法和系统，属于光存储技术领域，本发明的方法包括以下步骤(1)分批及计算批次数，(2)计算各个批次中每个全息图的曝光时间，(3)记录同一批全息光栅，(4)将记录了同一批全息光栅后的晶体定影，(5)一次性显影出各个分批记录及定影的晶体；本发明的系统包括激光器(1)，偏振分束棱镜(2)，由电子快门(3)、针孔滤波扩束准直系统(5)及复用读写系统(8)组成的参考光路，由电子快门(3)、针孔滤波扩束准直系统(5)、组页器(6)、透镜(7)和探测器(10)组成的物光光路，复位装置(9)，分批定影热固定方法既提高了读出的衍射效率，又有效地改善图象的质量。
文档编号G02F1/00GK1410851SQ0215347
公开日2003年4月16日 申请日期2002年11月29日 优先权日2002年11月29日
发明者江竹青, 陶世荃, 袁韡, 丁晓红, 王大勇, 刘国庆 申请人:北京工业大学