傅里叶面延拓的相位信息检出装置的制作方法

1.本实用新型属于全息光存储技术领域，尤其涉及傅里叶面延拓的相位信息检出装置。


背景技术：

2.目前，全息光存储被誉为有望实现大数据存储的存储方式，主要是因为其具有三维体存储特性，能够实现大容量数据存储。但是，现有的全息光存储技术，能达到的存储容量与理论值有很大差异，造成这个问题的主要原因是：光本身所拥有的可调制变量没有充分得到利用。全息技术本身能够同时记录和再现光的振幅和相位信息，但是由于受到光电探测器仅能感应光强度(振幅)的限制，导致现有技术的全息光存储装置中，仅能够利用光的强度信息，而光的相位信息因无法探测而被丢失。
3.为了充分发挥全息技术的存储能力，必须利用光的相位信息。为此，产生了许多相位读取方法，其中包括迭代傅里叶变换相位读取方法。传统的迭代傅里叶变换相位读取方法其装置，需要在傅里叶面上读取二倍以上的奈奎斯特宽度(奈奎斯特定理)的信息，这样才能保证在迭代过程中完整再现记录信息，并且在傅里叶面上读取的范围越大，信息丢失越少；所以为了尽量减少丢失信息，就不得不增加材料的使用面积，这样既增加了材料消耗，又降低了存储密度。


技术实现要素：

4.针对现有技术中，全息光存储领域普遍采用的迭代傅里叶变换相位读取方法其装置所存在的上述问题，本实用新型提供傅里叶面延拓的相位信息检出装置，以减少材料记录面积，并提高存储密度。
5.本实用新型提供傅里叶面延拓的相位信息检出装置，包括沿着光束传播方向依次设置的信息入射面、第一傅里叶变换透镜、用于调节存储媒体记录数据信息范围的光束调节件、用于产生缩小像的第二傅里叶变换透镜与缩小像组件、存储媒体、用于产生放大像的接收再现光的透镜、光电探测器和迭代计算处理器。
6.进一步的，第二傅里叶变换透镜与缩小像组件、存储媒体、用于产生放大像的接收再现光的透镜和光电探测器沿着光束传播方向依次设置在透射光路上。
7.进一步的，第二傅里叶变换透镜与缩小像组件沿着光束传播方向依次设置在透射光路上，存储媒体具有反射结构，透镜和光电探测器沿着光束传播方向依次设置在反射光路上。
8.进一步的，第二傅里叶变换透镜与缩小像组件中间设置有半反半透棱镜。
9.进一步的，存储媒体具有反射结构，第二傅里叶变换透镜与缩小像组件和透镜具有一个共用的透镜。
10.进一步的，透镜的第一个透镜为与第二傅里叶变换透镜与缩小像组件共用的透镜。
11.本实用新型优势如下：
12.本实用新型的傅里叶面延拓的相位信息检出装置，通过采用只记录和读取奈奎斯特宽度的频谱信息并利用傅里叶面延拓的方法将相位信息检出，既减少了材料消耗，又提高了信噪比，大大促进提高全息存储密度；其傅里叶面延拓的相位信息检出装置，适用于实现傅里叶面延拓的相位信息检出方法，其结构合理，方便安装，提高相位信息检出效果和检出效率。
附图说明
13.图1为本实用新型的傅里叶面延拓的相位信息检出装置的一个实施例的结构示意图。
14.图2为本实用新型的傅里叶面延拓的相位信息检出装置的另一个实施例的结构示意图。
15.图3为傅里叶变换光路图。
16.图4为本实用新型的傅里叶面延拓的相位信息检出方法流程图。
17.图5为物面窗口的光强分布示意图。
18.图6为窗口在第一傅里叶面处模拟产生的光强分布示意图。
19.图7为将所述待测数据信息范围延拓为三倍的奈奎斯特宽度值的频谱延拓原理图。
20.图8为不同奈奎斯特宽度的频谱进行相位检出的结果对照图。
21.图9为图8中(a)的一倍奈奎斯特宽度直接相位检出得到的相位分布和误码率与(b)的一倍奈奎斯特宽度延拓至三倍奈奎斯特宽度后，再进行相位检出得到的相位分布和误码率的对比图。
22.图中，1为信息入射面，101为窗口，2为第一傅里叶变换透镜，3为光束调节件，301为第一傅里叶面，4为第二傅里叶变换透镜与缩小像组件，5为存储媒体，6为透镜，7为光电探测器，8为半反半透镜，901为二倍奈奎斯特宽度频谱图，902为一倍奈奎斯特宽度频谱图，903为窗口的傅里叶变换一倍奈奎斯特宽度频谱强度图，904为强度归一化的一倍奈奎斯特宽度频谱图，905为频谱延拓至三倍奈奎斯特宽度归一化频谱图，906为频谱延拓至三倍奈奎斯特宽度频谱强度图，907为窗口的傅里叶变换三倍奈奎斯特宽度频谱强度图。
具体实施方式
23.下面结合附图及实施例描述本实用新型具体实施方式：
24.实施例1：
25.傅里叶面延拓的相位信息检出装置，包括沿着光束传播方向依次设置的信息入射面1、第一傅里叶变换透镜2、用于调节存储媒体5记录数据信息范围的光束调节件3、用于产生缩小像的第二傅里叶变换透镜与缩小像组件4、存储媒体5、用于产生放大像的接收再现光的透镜6、光电探测器7和迭代计算处理器。
26.实施例2：
27.请见图1所示，实施例1所述的傅里叶面延拓的相位信息检出装置，还可以进一步的，第二傅里叶变换透镜与缩小像组件4、存储媒体5、用于产生放大像的接收再现光的透镜
6和光电探测器7沿着光束传播方向依次设置在透射光路上。
28.请见图2所示，实施例1所述的傅里叶面延拓的相位信息检出装置，还可以进一步的，第二傅里叶变换透镜与缩小像组件4和存储媒体5沿着光束传播方向依次设置在透射光路上，透镜6和光电探测器7沿着光束传播方向依次设置在反射光路上。
29.请见图2所示，当透镜6和光电探测器7沿着光束传播方向依次设置在反射光路上时，第二傅里叶变换透镜与缩小像组件4中间设置有半反半透棱镜8，通过半反半透棱镜8产生透射光路和反射光路，透镜6设置在反射光路上。其中，存储媒体5具有反射结构，第二傅里叶变换透镜与缩小像组件4和透镜6可以有一个共用的透镜，如透镜6的第一个透镜为与第二傅里叶变换透镜与缩小像组件4共用的透镜，即因光路反射，光束两次通过同一共用透镜。
30.还可以进一步的，光束调节件3采用光阑。缩小像组件4采用显微物镜组合结构。信息入射面1通过空间光调制器实现。光电探测器7采用ccd或cmos相机。所述迭代计算处理器采用芯片或计算机。存储媒体5可以为全息光盘。信息入射面1可以为物面。
31.如图4所示，上述任一实施例的傅里叶面延拓的相位信息检出装置的相位信息检出方法，可以包括如下步骤：
32.将所述记录数据信息范围缩小为奈奎斯特宽度值；
33.将记录数据从存储媒体5中读出并成像形成待测数据信息；
34.然后将所述待测数据信息在光电探测器7中探测；
35.在迭代前，通过数值计算，将所述待测数据信息范围延拓为奈奎斯特宽度值的倍数；
36.将延拓后的所述待测数据进行迭代数值计算，获得相位信息。
37.需要说明的是，将所述待测数据信息范围延拓为奈奎斯特宽度值的倍数时，扩展成任意倍数都可以，且不需要是整数倍，例如可以扩展到1.3倍等。此外，通过光阑调节存储媒体5的所述记录数据信息范围。
38.上述任一实施例的傅里叶面延拓的相位信息检出装置的相位信息检出方法，还可以通过迭代计算处理器进行数值计算和获得相位信息。
39.还可以更具体地，通过存储媒体5存储和读取傅里叶面的信息。
40.还可以更具体地，通过延拓探测所得的所述傅里叶面信息，得到延拓信息，用于相位信息的迭代计算。
41.还可以更具体地，根据信息入射面1上的二维相位编码信息，模拟生成与所述二维相位编码信息空间频率一致的窗口101，且通过所述窗口的傅里叶频谱的强度包络对所述延拓信息的光强度进行描述。
42.需要说明的是，窗口101的尺寸需要和相位编码信息的空间频率一致。例如，相位编码信息是以一个个单个像素为单位来编码的，则窗口101的尺寸就是单个像素。如果相位编码是以4
×
4个像素作为一个相位编码的，那么窗口101的尺寸也应该是4
×
4个像素，且像素尺寸应该相同。
43.还可以更具体地，通过空间光调制器实现信息入射面1。
44.实际应用中，通过上述傅里叶面延拓的相位信息检出装置，实现上述实施例的傅里叶面延拓的相位信息检出方法时，还可以包括以下步骤，
45.通过空间光调制器实现信息入射面1，根据信息入射面1的单个像素的傅里叶频谱的分布，对所述延拓信息的光强度分布值进行调制；将信息入射面1的信息光束通过第一傅里叶变换透镜2；再通过光阑调节存储媒体5对信息入射面1的所述记录数据信息范围；再将光阑调节后的信息光束通过用于产生缩小像的第二傅里叶变换透镜与缩小像组件4；然后将存储媒体5的记录数据信息范围缩小为奈奎斯特宽度值，通过存储媒体5存储和读取傅里叶面的信息；
46.先通过光电探测器7接收到一倍奈奎斯特频谱即待测数据信息，然后在迭代前，通过迭代计算处理器进行数值计算，将所述待测数据信息范围延拓为奈奎斯特宽度值的倍数，得到延拓后的频谱信息，用于相位信息的迭代计算；
47.将延拓后的所述待测数据通过迭代计算处理器进行获得相位信息。
48.需要说明的是，光束调节件3和存储媒体5为构成4f系统的面，存储媒体5和光电探测器7分别为构成4f系统的面；且光束调节件3和光电探测器7为完全相同的面。通过从光电探测器7得到的信息进行分析和处理，得到光束调节件3和存储媒体5面的信息。
49.需要进一步说明的是，上述实施例的傅里叶面延拓的相位信息检出方法中，将存储媒体5的记录数据信息范围缩小为奈奎斯特宽度值时：
50.如图3所示，信息入射面1处的光束经过第一傅里叶变换透镜2透射后，到达第一傅里叶面301处，第一傅里叶面301处即为图2和图3所示的光束调节件3光阑处。信息入射面1处的窗口101在第一傅里叶面301处经过光电探测器7探测接收到的光强分布如图5所示。根据奈奎斯特定理，信息入射面1上x处的窗口101的光强i(x)如式(1)所示：
[0051][0052]
式(1)中，i(x)为光强，rect(x)为矩形函数，x为信息入射面1上的窗口101的位置坐标，a为窗口101的宽度。
[0053]
则如图6所示，窗口101的光强i(x)经傅里叶变换所得的光强i(ξ)分布如式(2)所示：
[0054][0055]
式(2)中，i(ξ)为窗口101的光强i(x)经傅里叶变换所得的光强，ξ为第一傅里叶面301上的窗口101对应的位置坐标。
[0056]
图6中，ω为奈奎斯特宽度。奈奎斯特宽度为根据式(1)所确定的窗口101的透光特性，其光束所能发送的最大符号速率值。
[0057]
一倍奈奎斯特宽度频谱图902的光强i(a)分布如矩阵式(3)所示：
[0058][0059]
窗口的傅里叶变换一倍奈奎斯特宽度频谱强度图903为图6中的一倍奈奎斯特部分，而图6为图5的傅里叶变换。一倍奈奎斯特宽度频谱图902为一个二维相位编码的傅里叶变换的一倍奈奎斯特宽度频谱。窗口的傅里叶变换一倍奈奎斯特宽度频谱强度图903的光
强i(b)分布如矩阵式(4)所示：
[0060][0061]
如式(5)所示，将一倍奈奎斯特宽度频谱图902的光强i(a)分布的矩阵式(3)与窗口的傅里叶变换一倍奈奎斯特宽度频谱强度图903的光强度i(b)分布的矩阵式(4)分布进行相除，得到强度归一化的一倍奈奎斯特宽度频谱图904的光强i(c)分布的矩阵式，
[0062][0063]
最后，所得强度归一化的一倍奈奎斯特宽度频谱图904的光强i(c)分布如矩阵式(6)所示：
[0064][0065]
再将矩阵式(6)所示的强度归一化的一倍奈奎斯特宽度频谱图904的光强分布i(c)矩阵进行延拓，得到频谱延拓至三倍奈奎斯特宽度归一化频谱图905的光强i(d)分布如矩阵式(7)所示：
[0066][0067]
即频谱延拓至三倍奈奎斯特宽度归一化频谱图905的光强i(d)分布具体如矩阵式(8)所示：
[0068][0069]
然后将频谱延拓至三倍奈奎斯特宽度归一化频谱图905的光强i(d)分布的矩阵式(8)与奈奎斯特宽度倍数的频谱强度图907的光强i(b)分布的矩阵式(4)进行相乘运算，得到为频谱延拓至三倍奈奎斯特宽度频谱强度图906的光强i(f)分布的矩阵式(9)：
[0070][0071]
最终得到三倍奈奎斯特宽度的为频谱延拓至三倍奈奎斯特宽度频谱强度图906。
[0072]
然后将延拓后的所述待测数据进行迭代数值计算，获得相位信息。
[0073]
如图8所示，表示不同奈奎斯特宽度的频谱进行相位检出的结果，(a)为五倍奈奎斯特宽度的频谱，(b)为二倍奈奎斯特宽度的频谱，(c)为一倍奈奎斯特宽度的频谱，(d)～(f)分别是(a)～(c)的相位检出结果；其可以用于解释采样定理，通常二倍奈奎斯特以上的宽度才能精确重建，但上述实施例能够实现一倍奈奎斯特宽度记录，并利用频谱延拓计算得到多倍奈奎斯特宽度的频谱相位检出结果。
[0074]
图9为图8中(a)的一倍奈奎斯特宽度直接相位检出得到的相位分布和误码率与(b)的一倍奈奎斯特宽度延拓至三倍奈奎斯特宽度后，再进行相位检出得到的相位分布和误码率的对比图。
[0075]
还需要进一步说明的是，上述实施例的傅里叶面延拓的相位信息检出方法中，将所述待测数据信息范围延拓为二倍的奈奎斯特宽度值时：
[0076]
如图6和图7所示，将图6中窗口的傅里叶变换光强分布自中心开始取二倍奈奎斯特宽度用作图7中907处，即可在906处获得二倍奈奎斯特宽度延拓的待测数据信息。
[0077]
其中，记录数据信息是一倍奈奎斯特宽度，并且仅发生在存储媒体5中，利用光束调节件3；后续所有延拓相关的部分都发生在光电探测器7读取到一倍奈奎斯特信息后，即所述待测数据信息。
[0078]
将所述记录数据信息范围延拓为三倍的奈奎斯特宽度值时：
[0079]
如图6和图7所示，将图6中窗口的傅里叶变换光强分布自中心开始取三倍奈奎斯特宽度用作图7中907处，即可在906处获得三倍奈奎斯特宽度延拓的待测数据信息。最终延拓倍数通过调节窗口的傅里叶变换三倍奈奎斯特宽度频谱强度图907实现。
[0080]
上面结合附图对本实用新型优选实施方式作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。
[0081]
不脱离本实用新型的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本实用新型不限于特定的实施方式，本实用新型的范围由所附权利要求限定。