光折變晶體中高密度全息存儲(chǔ)熱固定技術(shù)的研究

1、光折變晶體中高密度全息存儲(chǔ)熱固定技術(shù)的研究溫亞芹(哈爾濱華德學(xué)院通識(shí)教育學(xué)院,黑龍江哈爾濱150025摘要:隨著社會(huì)的進(jìn)步及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,尤其是近年來計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,人們獲取、處理、傳輸、存儲(chǔ)和顯示的信息量正以指數(shù)方式日益增加。光折變晶體以其特殊的性能優(yōu)點(diǎn)在光學(xué)體全息存儲(chǔ)等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。近年來,在提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)密度、存取速度以及存儲(chǔ)器性能等方面,已經(jīng)取得了重大的研究進(jìn)展。本研究主要從理論對(duì)全息儲(chǔ)存熱固定技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單說明,并對(duì)光折變?nèi)⒋鎯?chǔ)材料特性的優(yōu)化進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。關(guān)鍵詞:光折變晶體;全息存儲(chǔ);熱固定0引言信息科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展對(duì)信息存儲(chǔ)技術(shù)提出了更高的要求,光學(xué)體全息存儲(chǔ)是

2、光存儲(chǔ)領(lǐng)域中獨(dú)具特色和發(fā)展?jié)摿Φ囊豁?xiàng)技術(shù),它具有存儲(chǔ)容量大、存取時(shí)間短、抗電磁干擾能力強(qiáng)、冗余度高、可進(jìn)行內(nèi)容尋址等優(yōu)點(diǎn),因而引起了眾多研究者的關(guān)注。為了使信息能夠長(zhǎng)期保存和非破壞讀出,必須對(duì)全息圖進(jìn)行固定。固定方法有熱固定和電固定等,其中,熱固定技術(shù)是目前研究得最為活躍并且效果很好的固定技術(shù)。1、體全息存儲(chǔ)技術(shù)及發(fā)展概況步入信息時(shí)代,隨著數(shù)字多媒體、互聯(lián)網(wǎng)等高新科技的飛速發(fā)展,各種形式的數(shù)據(jù)信息日益激增,這無疑對(duì)現(xiàn)有的存儲(chǔ)技術(shù)提出了更高的要求,因此,研究開發(fā)快速存取、超大容量、更高密度的新型存儲(chǔ)器具有重要意義。1.1體全息存儲(chǔ)的特點(diǎn)由于信息科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,使得需要處理和存儲(chǔ)的信息量日益加

3、大,信息系統(tǒng)對(duì)存儲(chǔ)量、數(shù)據(jù)傳輸速率及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可靠性的要求不斷提高。體全息存儲(chǔ)是當(dāng)前最有潛力的高速大容量信息存儲(chǔ)技術(shù),光折邊材料是全息存儲(chǔ)的首選材料。體全息存儲(chǔ)技術(shù)與其它的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)相比,存在著許多優(yōu)點(diǎn):首先,體全息存儲(chǔ)器可以用于存在強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾的特殊環(huán)境中。其次,體全息存儲(chǔ)容量很高,而且全息圖的波面重現(xiàn)性質(zhì)決定了其高冗余度的特點(diǎn),這是其它存儲(chǔ)技術(shù)不具有的。體全息存儲(chǔ)技術(shù)可能達(dá)到非常高的數(shù)據(jù)傳輸率和很短的存儲(chǔ)時(shí)間。1.2體全息存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展概況在全息術(shù)發(fā)成展的初期,全息圖就被看作是有潛力的光學(xué)存儲(chǔ)方式。研究表明,全息存儲(chǔ)器可望存儲(chǔ)幾千億字節(jié)數(shù)據(jù),以每秒10億位或10億位以上的速度傳送數(shù)據(jù),并在

4、100微秒或更短的時(shí)間內(nèi)隨機(jī)選擇一個(gè)數(shù)據(jù)頁面。根據(jù)全息存儲(chǔ)的特性研究各種總體設(shè)計(jì)方案,均衡考慮誤碼率、容量、數(shù)據(jù)傳輸速率、堅(jiān)固性和封裝等,以期完善全息存儲(chǔ)實(shí)用化系統(tǒng)設(shè)計(jì),其中包括各種演示裝置和產(chǎn)品級(jí)別測(cè)試系統(tǒng)。2、光折變晶體中全息存儲(chǔ)的基本原理在光折邊晶體中,記錄的全息圖暗保存時(shí)間通常很短,而且在讀取過程會(huì)受到讀出光的擦除。為了使信息能夠長(zhǎng)期保存和非破壞性讀出,必須對(duì)全息圖進(jìn)行固定。體全息存儲(chǔ)就是在厚記錄介質(zhì)內(nèi)部記錄下物光與參考光的干涉圖樣,其在記錄介質(zhì)內(nèi)部形成的體全息圖的干涉條紋面是三維光柵。當(dāng)三維光柵的總衍射波振幅達(dá)到最大值時(shí),三維光柵的衍射應(yīng)該滿足布喇格條件,體全息圖總是在滿足布喇格條件

5、時(shí)才能衍射出最強(qiáng)的再現(xiàn)像,若讀出光入射角度或波長(zhǎng)不滿足布喇格條件,均會(huì)引起再現(xiàn)衍射效率的急劇下降。體全息圖的這種角度或波長(zhǎng)的選擇性,允許我們?cè)谶M(jìn)行體全息存儲(chǔ)時(shí),采用不同入射角或不同波長(zhǎng)的參考光,在記錄介質(zhì)的同一體積中記錄多個(gè)不同的全息圖。3、光折變邊晶體的全息存儲(chǔ)熱固定技術(shù)光折變晶體是常規(guī)體全息存儲(chǔ)記錄介質(zhì)。光折變體全息存儲(chǔ)是利用光折變晶體中光激發(fā)載流子的激發(fā)和輸運(yùn)機(jī)制,以全息電子光柵的形式記錄信息的,并且使用均勻光照射讀取信息。3.1熱固定的基本概念對(duì)全息電子光柵的熱固定是基于空間電荷場(chǎng)下離子的運(yùn)動(dòng)機(jī)制,鈮酸鋰晶體中參與作用的離子被證明是H+質(zhì)子。完整的熱固定過程包括兩個(gè)步驟:定影和顯影過程

6、。離子光柵適合于更長(zhǎng)期的保存和更持久的光讀出,從而實(shí)現(xiàn)非易失性全息存儲(chǔ)。3.2熱固定方法實(shí)施熱固定的基本方法分為記錄后補(bǔ)償法和同時(shí)記錄補(bǔ)償法。一般而言,同時(shí)補(bǔ)償記錄比記錄后補(bǔ)償?shù)臒峁潭ㄈD的衍射效率更高。另外,由于同時(shí)記錄補(bǔ)償法的記錄和讀出在不同溫度下進(jìn)行,光折變晶體中全息光柵的條紋間距以及晶體折射率均會(huì)隨溫度發(fā)生改變,導(dǎo)致相應(yīng)的布喇格角也隨溫度變化。4、光折變體全息存儲(chǔ)材料特性與優(yōu)化光折變材料通常指可由光致空間電荷場(chǎng)通過線性電光效應(yīng)引起折射率變化的電光材料。利用光折變材料的這種性質(zhì),可以在晶體內(nèi)實(shí)現(xiàn)信息存儲(chǔ)。材料的質(zhì)量決定了存儲(chǔ)系統(tǒng)的存儲(chǔ)質(zhì)量。4.1光折變體全息存儲(chǔ)材料的性能要求光學(xué)質(zhì)量、

7、光折變靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍和信息存儲(chǔ)壽命是光折變?nèi)⒋鎯?chǔ)介質(zhì)的首要參考特性,這些特性直接影響和制約著存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)密度、存儲(chǔ)容量、數(shù)據(jù)讀/寫速率和數(shù)據(jù)誤碼率。信息通過成像系統(tǒng)和記錄介質(zhì)成像于陣列探測(cè)器上,成像的好壞不僅受成像系統(tǒng)質(zhì)量的影響,而且還受存儲(chǔ)介質(zhì)光學(xué)質(zhì)量的影響。我們可以改善材料的光折變性能,通過改變LN晶體陷阱中心(如Nb獷十、Fe,十的濃度和光折變敏感中心(如FeZ+的濃度,以滿足光折變體全息存儲(chǔ)對(duì)材料靈敏度和再現(xiàn)圖像信噪比的要求。信息存儲(chǔ)壽命是每個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)都必須具備的性能。光折變材料的其它性能,如光折變光柵的建立時(shí)間(響應(yīng)時(shí)間、光致光散射以及空間分辨率也對(duì)光折變?nèi)⒋鎯?chǔ)的寫入速度、誤碼

8、率等有重要的影響。4.2光折變材料光折變材料包括有機(jī)高分子聚合物、有機(jī)晶體和無機(jī)材料(光折變晶體、陶瓷等等多種材料。光折變晶體可分為三類:化合物半導(dǎo)體、秘硅族氧化物和鐵電晶體。所有光折變材料都可以記錄折射率光柵,原則上都可以用作光折變體全息存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)介質(zhì)。4.3晶體參數(shù)的優(yōu)化晶體的摻雜量對(duì)光柵的熱固定效率影響很大,為了得到高的熱固定效率,應(yīng)該選用摻雜濃度小的晶體樣品。D2A和D2B晶體的摻雜濃度相同,但還原處理不同。No8晶體雖為高摻雜晶體,但它是氧化晶體,故依然可顯影出離子光柵,這表明晶體的氧化P還原態(tài)對(duì)熱固定效率的影響是顯著的。無論是電子光柵還是離子光柵,受到光照以后都會(huì)有一定程度的光擦

9、除,室溫時(shí)放置于黑暗處也會(huì)產(chǎn)生衰減。Ce2,Ce3和D2A晶體均為強(qiáng)還原晶體,熱固定效率極低,以致不能觀察到離子光柵。如果降低這幾種晶體的摻雜濃度,有可能獲得可顯影的且暗衰減時(shí)間常數(shù)很長(zhǎng)的離子光柵。5、結(jié)語二十一世紀(jì)世界進(jìn)入信息社會(huì),知識(shí)經(jīng)濟(jì)成為最活躍的推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步、促進(jìn)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力。高密度全息存儲(chǔ)技術(shù)是具有開發(fā)潛力和應(yīng)用前景的海量存儲(chǔ)技術(shù),其實(shí)用化關(guān)鍵在于兼顧全息圖保真度下實(shí)現(xiàn)高密度全息圖的存儲(chǔ)和固定。雖然熱固定的研究取得了一定的進(jìn)展,不過在研究中也發(fā)現(xiàn)存在一些問題,有待今后改進(jìn)和解決?？偠灾?熱固定技術(shù)是實(shí)現(xiàn)光折變晶體中全息圖穩(wěn)定存儲(chǔ)的有效方法。體全息存儲(chǔ)的研究正在持續(xù)高漲,并

10、處在實(shí)用化和產(chǎn)品化的重大突破階段。通過國內(nèi)外科研人員的不斷努力,光折變海量存儲(chǔ)器越來越接近實(shí)用化。隨著研究的不斷深入,相信在不遠(yuǎn)的將來,體全息存儲(chǔ)會(huì)得到更加廣泛和實(shí)際的應(yīng)用。參考文獻(xiàn):Study of photorefractive crystal in high density holographicstorage thermal fixing techniqueWen Yaqin(Harbin Huade University General Education College,Heilongjiang Harbin150025 Abstract:with the development

11、of social progress and science and technology,especially the development of computer and Internet technology in recent years,people access, processing,transmission,storage and display the amount of information is increasing exponentially.Photorefractive crystal with its advantages of special perform

12、ance in the optical holographic storage and other fields are widely used in.In recent years,the improvement of data storage density and access speed and memory performance etc, have made significant advances in the study of.This research mainly carries on the simple description from the stored thermal fixing technique of holographic theory,and optimization of the photorefractive holographic stora