第五章：光存儲(chǔ)材料

1、數(shù)字信息存儲(chǔ)數(shù)字信息存儲(chǔ)信息產(chǎn)生：能量在時(shí)間或者空間上的分布信號(hào)：傳遞信息的能量信號(hào)：傳遞信息的能量噪聲：那些被檢測(cè)到但并非我們所需要信息的能量噪聲：那些被檢測(cè)到但并非我們所需要信息的能量信息的存儲(chǔ)：介質(zhì)存儲(chǔ)某一時(shí)刻的空間能量分布，并在此信息的存儲(chǔ)：介質(zhì)存儲(chǔ)某一時(shí)刻的空間能量分布，并在此之后給與再現(xiàn)。之后給與再現(xiàn)。光學(xué)存儲(chǔ)：用介質(zhì)記錄光強(qiáng)的分布，經(jīng)過激發(fā)，這個(gè)介質(zhì)光學(xué)存儲(chǔ)：用介質(zhì)記錄光強(qiáng)的分布，經(jīng)過激發(fā)，這個(gè)介質(zhì)能忠實(shí)的還原先前存儲(chǔ)的光強(qiáng)分布！能忠實(shí)的還原先前存儲(chǔ)的光強(qiáng)分布！5.1 信息存儲(chǔ)技術(shù)發(fā)展史信息存儲(chǔ)技術(shù)發(fā)展史結(jié)繩記事結(jié)繩記事文字出現(xiàn)文字出現(xiàn)磁盤產(chǎn)生磁盤產(chǎn)生光盤應(yīng)用光盤應(yīng)用5.2 光信

2、息存儲(chǔ)技術(shù)光信息存儲(chǔ)技術(shù)光信息存儲(chǔ)技術(shù)：利用光信息存儲(chǔ)技術(shù)：利用特定波長(zhǎng)的光特定波長(zhǎng)的光作為信息的讀寫工具，從作為信息的讀寫工具，從信息存儲(chǔ)介質(zhì)中讀出或向信息存儲(chǔ)介質(zhì)中寫入信息。信息存儲(chǔ)介質(zhì)中讀出或向信息存儲(chǔ)介質(zhì)中寫入信息。光信息存儲(chǔ)光源：光信息存儲(chǔ)光源：激光激光（相干性、單色性、方向性）（相干性、單色性、方向性）光光信信息息存存儲(chǔ)儲(chǔ)分分類類全息存儲(chǔ)全息存儲(chǔ)逐點(diǎn)存儲(chǔ)逐點(diǎn)存儲(chǔ)利用全息照相原理，將信息存儲(chǔ)在記錄介質(zhì)中，讀出時(shí)，利用全息照相原理，將信息存儲(chǔ)在記錄介質(zhì)中，讀出時(shí)，通過光電探測(cè)器將光信號(hào)再轉(zhuǎn)變成電信號(hào)輸出。通過光電探測(cè)器將光信號(hào)再轉(zhuǎn)變成電信號(hào)輸出。通過受信號(hào)調(diào)制的激光束與記錄介質(zhì)相互作用

3、時(shí)產(chǎn)生的狀態(tài)變化逐點(diǎn)通過受信號(hào)調(diào)制的激光束與記錄介質(zhì)相互作用時(shí)產(chǎn)生的狀態(tài)變化逐點(diǎn)記錄信號(hào)，讀出時(shí)再用激光束投射到記錄介質(zhì)表面，從反射光的強(qiáng)度記錄信號(hào)，讀出時(shí)再用激光束投射到記錄介質(zhì)表面，從反射光的強(qiáng)度變化中讀出信息。變化中讀出信息。5.3 光信息存儲(chǔ)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)及性能指標(biāo)光信息存儲(chǔ)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)及性能指標(biāo)1、信息存儲(chǔ)密度高、信息存儲(chǔ)密度高2、易于快速隨機(jī)存取、易于快速隨機(jī)存取3、能存儲(chǔ)圖像和數(shù)字兩種信息、能存儲(chǔ)圖像和數(shù)字兩種信息4、價(jià)格低廉，使用方便、價(jià)格低廉，使用方便5、保存方便，且不易丟失、保存方便，且不易丟失光信息存儲(chǔ)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：光信息存儲(chǔ)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：光信息存儲(chǔ)技術(shù)性能指標(biāo)光信息存儲(chǔ)技術(shù)性能指標(biāo):1、

4、存儲(chǔ)容量：、存儲(chǔ)容量：存儲(chǔ)單元的數(shù)量存儲(chǔ)單元的數(shù)量2、存儲(chǔ)密度：、存儲(chǔ)密度：存儲(chǔ)器單位面積上所能記存的數(shù)的多少存儲(chǔ)器單位面積上所能記存的數(shù)的多少3、存儲(chǔ)周期：、存儲(chǔ)周期：存或取一個(gè)數(shù)據(jù)所需要的時(shí)間存或取一個(gè)數(shù)據(jù)所需要的時(shí)間65.4 光全息存儲(chǔ)材料光全息存儲(chǔ)材料1948年伽伯（年伽伯（D. Gabor，全息照相之父全息照相之父）發(fā)現(xiàn)）發(fā)現(xiàn) 全息照相基本原理，全息照相基本原理，19世紀(jì)世紀(jì)60年代后迅速發(fā)展，年代后迅速發(fā)展，1971年度的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。年度的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 1、全息照相術(shù)的簡(jiǎn)介：、全息照相術(shù)的簡(jiǎn)介：利用干涉和衍射原理記錄并再現(xiàn)物體光波波前的一種技術(shù)利用干涉和衍射原理記錄并再現(xiàn)物

5、體光波波前的一種技術(shù) 全反射鏡全反射鏡被攝物體被攝物體曝光定時(shí)器曝光定時(shí)器激光束激光束分束鏡分束鏡全反射鏡全反射鏡擴(kuò)束鏡擴(kuò)束鏡全息干板全息干板三維三維2、全息照相術(shù)的基本原理：、全息照相術(shù)的基本原理：是基于干涉、衍射的原理是基于干涉、衍射的原理 全息照相過程包含記錄和再現(xiàn)兩過程全息照相過程包含記錄和再現(xiàn)兩過程:（1）用干涉方法記錄物光波的全部信息；）用干涉方法記錄物光波的全部信息；（2）用衍射方法再現(xiàn)物體的光學(xué)現(xiàn)象。）用衍射方法再現(xiàn)物體的光學(xué)現(xiàn)象。（一）波前的全息記錄（一）波前的全息記錄(拍攝過程拍攝過程):照明光照明光H全息干板全息干板2、全息照相術(shù)的基本過程、全息照相術(shù)的基本過程把一束激光

6、分為兩束，其中把一束激光分為兩束，其中一束直接一束直接照到全息干板上照到全息干板上，稱為參考光，稱為參考光R，另另一束照射到被攝物體上一束照射到被攝物體上，經(jīng)物體反射，經(jīng)物體反射后再照射到干板上，稱為物光后再照射到干板上，稱為物光O。這兩束光在全息板上相遇并產(chǎn)生干涉，這兩束光在全息板上相遇并產(chǎn)生干涉，經(jīng)過顯影、定影等暗室處理后，底片經(jīng)過顯影、定影等暗室處理后，底片上形成明暗的復(fù)雜的干涉條紋，形成上形成明暗的復(fù)雜的干涉條紋，形成全息圖全息圖 底片上以干涉條紋的形式記錄下物光波的全部信息底片上以干涉條紋的形式記錄下物光波的全部信息(強(qiáng)度和位相強(qiáng)度和位相)干涉圖樣的明暗對(duì)比程度干涉圖樣的明暗對(duì)比程度

7、反映了反映了物光波相對(duì)于參考物光波相對(duì)于參考光波之間振幅的變化；光波之間振幅的變化；干涉圖樣的形狀和疏密變干涉圖樣的形狀和疏密變化反映了化反映了物光波和參考光物光波和參考光波之間的相位變化。波之間的相位變化。首先利用光的干涉原理，從物體上首先利用光的干涉原理，從物體上發(fā)出的光波與參考光波發(fā)出的光波與參考光波發(fā)生干涉，記錄干涉圖發(fā)生干涉，記錄干涉圖樣。由于干涉圖樣中既記錄了樣。由于干涉圖樣中既記錄了光波的光強(qiáng)光波的光強(qiáng)，又記錄了，又記錄了光波的相位光波的相位，故記錄了相干，故記錄了相干光及物體光波的全部信息。光及物體光波的全部信息。干涉圖樣為什么能記錄相位呢？由圖中的幾何關(guān)系得：由圖中的幾何關(guān)系

8、得：此式表明，在底片上同一處，來自物體上不同點(diǎn)的光，由此式表明，在底片上同一處，來自物體上不同點(diǎn)的光，由于于 它們的它們的 或或 不同，與參考光形成的干涉條紋的間距不同，與參考光形成的干涉條紋的間距就不同，因此就不同，因此底片上各處干涉條紋的間距反映了物光相位底片上各處干涉條紋的間距反映了物光相位的不同，也反映了物體上各發(fā)光點(diǎn)的位置的不同。的不同，也反映了物體上各發(fā)光點(diǎn)的位置的不同。sindxxrdxsinrO 為物體上某一發(fā)光點(diǎn)。設(shè)為物體上某一發(fā)光點(diǎn)。設(shè)A,B為為底片上兩條相鄰的暗紋，在底片上兩條相鄰的暗紋，在A,B兩兩處的物光和參考光必須都反相。由處的物光和參考光必須都反相。由于參考光在于

9、參考光在A,B兩處是同相位的，兩處是同相位的，所以到達(dá)所以到達(dá)A,B兩處的物光的光程差兩處的物光的光程差等于激光的波長(zhǎng)等于激光的波長(zhǎng) 。1級(jí)級(jí)0級(jí)級(jí)+1級(jí)級(jí)虛像虛像再現(xiàn)是衍射的結(jié)果再現(xiàn)是衍射的結(jié)果（二）物光波前的再現(xiàn)（二）物光波前的再現(xiàn): (成像過程成像過程)利用衍射原理再現(xiàn)物質(zhì)光波利用衍射原理再現(xiàn)物質(zhì)光波用一束參考光（在大多數(shù)情況下是用一束參考光（在大多數(shù)情況下是與記錄全息圖時(shí)用的參考光波完全與記錄全息圖時(shí)用的參考光波完全相同）照射在全息圖上，就好像在相同）照射在全息圖上，就好像在一塊復(fù)雜光柵上發(fā)生衍射，在衍射一塊復(fù)雜光柵上發(fā)生衍射，在衍射光波中將包含有原來的物光波，因光波中將包含有原來的物

10、光波，因此當(dāng)觀察者迎著物光波方向觀察時(shí)，此當(dāng)觀察者迎著物光波方向觀察時(shí)，便可看到物體的再現(xiàn)像。便可看到物體的再現(xiàn)像。 全息圖的每一部分都記錄了物體上各點(diǎn)的光信息，它的每一部分都全息圖的每一部分都記錄了物體上各點(diǎn)的光信息，它的每一部分都能再現(xiàn)原物的整個(gè)圖像，通過多次曝光還可以在同一張底片上記錄能再現(xiàn)原物的整個(gè)圖像，通過多次曝光還可以在同一張底片上記錄多個(gè)不同的圖像，而且能互不干擾地分別顯示出來。多個(gè)不同的圖像，而且能互不干擾地分別顯示出來。 4、在同一張照片上，可以重疊數(shù)個(gè)不同的全息圖。、在同一張照片上，可以重疊數(shù)個(gè)不同的全息圖。光全息照相的特點(diǎn)光全息照相的特點(diǎn)1、相干片上的花紋與被攝物體無任何

11、相似之處，在相干光束的、相干片上的花紋與被攝物體無任何相似之處，在相干光束的照射下，物體圖像卻能如實(shí)重現(xiàn)。照射下，物體圖像卻能如實(shí)重現(xiàn)。2、立體感很明顯（三維再現(xiàn)性），如某些隱藏在物體背后的東、立體感很明顯（三維再現(xiàn)性），如某些隱藏在物體背后的東西，只要把頭偏移一下也可以看到。視差效應(yīng)很明顯。西，只要把頭偏移一下也可以看到。視差效應(yīng)很明顯。3、全息圖打碎后，只要任取一小片，照樣可以用來重現(xiàn)物光波。、全息圖打碎后，只要任取一小片，照樣可以用來重現(xiàn)物光波。此時(shí)存儲(chǔ)是由多個(gè)層面組成的存儲(chǔ)，每一層中記錄的頁面存儲(chǔ)采用了不同的編碼。當(dāng)一指定層被選出來寫入或讀出數(shù)據(jù)時(shí)，其他各層必須有效當(dāng)一指定層被選出來寫

12、入或讀出數(shù)據(jù)時(shí)，其他各層必須有效地不被激活。地不被激活。在全息三維光學(xué)存儲(chǔ)器中，輸入的二維頁面信息被編碼并分在全息三維光學(xué)存儲(chǔ)器中，輸入的二維頁面信息被編碼并分布到整個(gè)存儲(chǔ)空間。布到整個(gè)存儲(chǔ)空間。光全息照相的特點(diǎn)光全息照相的特點(diǎn)在最簡(jiǎn)單的光學(xué)系統(tǒng)中，頁面存儲(chǔ)是被顯示在頁面編排器在最簡(jiǎn)單的光學(xué)系統(tǒng)中，頁面存儲(chǔ)是被顯示在頁面編排器上的，這是一種空間光調(diào)整器。上的，這是一種空間光調(diào)整器。像面全息圖像面全息圖空間光調(diào)整器空間光調(diào)整器全息記全息記錄介質(zhì)錄介質(zhì)參考光參考光參考光參考光記錄記錄再現(xiàn)再現(xiàn)平面全息存儲(chǔ)器平面全息存儲(chǔ)器只有用與記錄全息圖所用參考光束完全相同的光作為參考光只有用與記錄全息圖所用參考光

13、束完全相同的光作為參考光束才能再現(xiàn)物，這一特征提供了復(fù)用能力。束才能再現(xiàn)物，這一特征提供了復(fù)用能力。參考光束相繼以不同的入射角投向同一張膠片上，就可以記參考光束相繼以不同的入射角投向同一張膠片上，就可以記錄多張全息圖。錄多張全息圖。特定角度的參考光只再現(xiàn)特定位置上記錄的物，而其他物的特定角度的參考光只再現(xiàn)特定位置上記錄的物，而其他物的再現(xiàn)位置是偏移的。再現(xiàn)位置是偏移的。需要高功率激光器和需要高功率激光器和復(fù)雜光學(xué)元件復(fù)雜光學(xué)元件頁面存儲(chǔ)的大小受空間光調(diào)制器和列陣探測(cè)器技術(shù)發(fā)展水平頁面存儲(chǔ)的大小受空間光調(diào)制器和列陣探測(cè)器技術(shù)發(fā)展水平的限制，也受到透鏡和系統(tǒng)中其他光學(xué)元件大小的限制。的限制，也受到

14、透鏡和系統(tǒng)中其他光學(xué)元件大小的限制。堆疊全息圖三維存儲(chǔ)器堆疊全息圖三維存儲(chǔ)器如果能夠選擇激活任意一層，那么幾個(gè)平面全息圖就能以分如果能夠選擇激活任意一層，那么幾個(gè)平面全息圖就能以分層的結(jié)構(gòu)方式堆疊在一起形成三維光學(xué)存儲(chǔ)器。層的結(jié)構(gòu)方式堆疊在一起形成三維光學(xué)存儲(chǔ)器。設(shè)計(jì)思想設(shè)計(jì)思想采用雙光子吸收材料的光子選通三維存儲(chǔ)器采用雙光子吸收材料的光子選通三維存儲(chǔ)器采用電子俘獲材料的疊層三維存儲(chǔ)器采用電子俘獲材料的疊層三維存儲(chǔ)器電信號(hào)電信號(hào)可以激活可以激活選定的層。選定的層。堆疊全息圖的三維光學(xué)存儲(chǔ)器堆疊全息圖的三維光學(xué)存儲(chǔ)器Thaxster和和Kestigian在在1974年證實(shí)，外加電場(chǎng)可以控制年證實(shí)

15、，外加電場(chǎng)可以控制SBN全息圖記錄的靈敏度和全息圖再現(xiàn)中的衍射效率。全息圖記錄的靈敏度和全息圖再現(xiàn)中的衍射效率。鈮酸鍶鋇鈮酸鍶鋇( )( )通常寫為通常寫為SBNSBN，是一種可以用來產(chǎn)是一種可以用來產(chǎn)生全息圖的生全息圖的光折變材料。光折變材料。261xxSr BaNb O55 10 V m當(dāng)在合適的方向加外場(chǎng)，且外場(chǎng)達(dá)到當(dāng)在合適的方向加外場(chǎng)，且外場(chǎng)達(dá)到靈敏度增加，能夠記錄全息圖靈敏度增加，能夠記錄全息圖外電場(chǎng)提供的漂移場(chǎng)促進(jìn)了外電場(chǎng)提供的漂移場(chǎng)促進(jìn)了光離化電荷的分離。光離化電荷的分離。nE SBNSBN層的堆疊層的堆疊注意，電極應(yīng)放在注意，電極應(yīng)放在SBNSBN層的邊緣。層的邊緣。陷進(jìn)中電子

16、被激發(fā)陷進(jìn)中電子被激發(fā)雜質(zhì)離子均勻分布雜質(zhì)離子均勻分布光光電子擴(kuò)散電子擴(kuò)散和漂移和漂移電荷重新分布電荷重新分布3Fe2Fe2Fe3Fe隱藏：加對(duì)抗場(chǎng)，增強(qiáng)記錄的電場(chǎng)方向相反隱藏：加對(duì)抗場(chǎng)，增強(qiáng)記錄的電場(chǎng)方向相反記錄：加增強(qiáng)記錄的電場(chǎng)方向相同記錄：加增強(qiáng)記錄的電場(chǎng)方向相同再記錄：加增強(qiáng)記錄的電場(chǎng)方向相同再記錄：加增強(qiáng)記錄的電場(chǎng)方向相同2Fe3Fe衍射效率衍射效率降低降低SBN層的堆疊層的堆疊Chen和和Brady提出了用提出了用PVA疊層和偏振轉(zhuǎn)動(dòng)器構(gòu)成三維存疊層和偏振轉(zhuǎn)動(dòng)器構(gòu)成三維存儲(chǔ)器件的建議。儲(chǔ)器件的建議。用用PVA層存儲(chǔ)全息圖，每一層層存儲(chǔ)全息圖，每一層PVA上有偏振旋轉(zhuǎn)器，它是上有偏振

17、旋轉(zhuǎn)器，它是由一對(duì)透明電極之間夾一層液晶而成。由一對(duì)透明電極之間夾一層液晶而成。PVA特點(diǎn)特點(diǎn)只有在特定的偏振態(tài)下才能記錄和再現(xiàn)全息圖。只有在特定的偏振態(tài)下才能記錄和再現(xiàn)全息圖。PVA疊層結(jié)構(gòu)疊層結(jié)構(gòu)PVA層堆疊層堆疊未加電壓時(shí)，液晶旋轉(zhuǎn)器可以將入射光的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)未加電壓時(shí)，液晶旋轉(zhuǎn)器可以將入射光的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)9090（ONON）；）；加上電壓后，液晶偏振旋轉(zhuǎn)器將不影響入射光的偏振態(tài)（加上電壓后，液晶偏振旋轉(zhuǎn)器將不影響入射光的偏振態(tài)（OFFOFF）。）。液晶偏轉(zhuǎn)器工作過程液晶偏轉(zhuǎn)器工作過程帶有細(xì)小溝槽的配向膜，作用帶有細(xì)小溝槽的配向膜，作用是使液晶分子沿著溝槽排列是使液晶分子沿著溝槽排列ONON

18、態(tài)態(tài)OFFOFF態(tài)態(tài)入射光偏振方向是入射光偏振方向是0，且激活，且激活PVA層要求層要求90。液晶偏振器在液晶偏振器在OFF態(tài)時(shí)，入射光通過態(tài)時(shí)，入射光通過PVA層不受影響；層不受影響；液晶偏振器在液晶偏振器在ON態(tài)時(shí)，入射光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)態(tài)時(shí)，入射光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)90，激活，激活選定的選定的PVA層，下一個(gè)層，下一個(gè)PVA層也置于層也置于ON態(tài)，入射光偏振態(tài)，入射光偏振態(tài)又回到態(tài)又回到0。PVA疊層三維存儲(chǔ)器工作原理疊層三維存儲(chǔ)器工作原理被記錄的三維干涉圖樣稱為體全息圖，在再現(xiàn)過程中，它又被記錄的三維干涉圖樣稱為體全息圖，在再現(xiàn)過程中，它又可以轉(zhuǎn)換成最初的二維圖樣?？梢赞D(zhuǎn)換成最初的二維圖樣。提高存儲(chǔ)

19、提高存儲(chǔ)容量容量圖的再現(xiàn)受布拉格條件的限制，相同波長(zhǎng)的再現(xiàn)光束的照射圖的再現(xiàn)受布拉格條件的限制，相同波長(zhǎng)的再現(xiàn)光束的照射角度必須與記錄過程中的參考光束記錄角度相同。角度必須與記錄過程中的參考光束記錄角度相同。體全息圖再現(xiàn)要求體全息圖再現(xiàn)要求在普通應(yīng)用中，平面全息圖用來產(chǎn)生物體的三維顯示；在普通應(yīng)用中，平面全息圖用來產(chǎn)生物體的三維顯示；在數(shù)字光學(xué)存儲(chǔ)應(yīng)用中，體全息圖用于記錄和顯示二維頁面在數(shù)字光學(xué)存儲(chǔ)應(yīng)用中，體全息圖用于記錄和顯示二維頁面存儲(chǔ)。存儲(chǔ)。具有三維衍射光具有三維衍射光柵的性質(zhì)柵的性質(zhì)體全息三維光學(xué)存儲(chǔ)器體全息三維光學(xué)存儲(chǔ)器具有獨(dú)創(chuàng)性設(shè)計(jì)具有獨(dú)創(chuàng)性設(shè)計(jì)的第一個(gè)三維全息光學(xué)存儲(chǔ)器原型是的第

20、一個(gè)三維全息光學(xué)存儲(chǔ)器原型是DAuria等人等人1974年提出的，它基于下圖所示的結(jié)構(gòu)，只是每一個(gè)微年提出的，它基于下圖所示的結(jié)構(gòu)，只是每一個(gè)微小的平面亞全息圖替換為摻鐵鈮酸鋰小的平面亞全息圖替換為摻鐵鈮酸鋰體亞全息圖體亞全息圖。偏轉(zhuǎn)器將參考光束定位到全息片的亞全息圖上以再現(xiàn)頁面存儲(chǔ)偏轉(zhuǎn)器將參考光束定位到全息片的亞全息圖上以再現(xiàn)頁面存儲(chǔ)三維全息光學(xué)存儲(chǔ)器研究進(jìn)展三維全息光學(xué)存儲(chǔ)器研究進(jìn)展工藝用用SBN光纖制作微體積亞全息圖，其直徑為光纖制作微體積亞全息圖，其直徑為1mm，長(zhǎng)度為長(zhǎng)度為4mm，存儲(chǔ)容量為存儲(chǔ)容量為3050個(gè)頁面。個(gè)頁面。材料易材料易生長(zhǎng)生長(zhǎng)進(jìn)展進(jìn)展Mok等人后又將等人后又將500

21、0張全息圖存儲(chǔ)在張全息圖存儲(chǔ)在2cmX1.5cmX1cm摻摻鐵鈮酸鋰晶體內(nèi)。鐵鈮酸鋰晶體內(nèi)。Mok等人成功的將等人成功的將500張張320X320像素圖像全息圖存儲(chǔ)在像素圖像全息圖存儲(chǔ)在1cmX1cmX1cm摻鐵鈮酸鋰晶體內(nèi)。摻鐵鈮酸鋰晶體內(nèi)。實(shí)驗(yàn)裝置必須具備下述的三個(gè)基本條件：實(shí)驗(yàn)裝置必須具備下述的三個(gè)基本條件：3高分辨率的感光底片。高分辨率的感光底片。當(dāng)物光與參考光之間的夾角當(dāng)物光與參考光之間的夾角=60時(shí)，時(shí)，=632.8nm=632.8nm時(shí)，時(shí)，d=0.6328md=0.6328m 干涉條紋寬度：干涉條紋寬度：1一個(gè)好的相干光源。激光，時(shí)間相干與空間相干；一個(gè)好的相干光源。激光，時(shí)間

22、相干與空間相干；2一個(gè)穩(wěn)定性較好的防震臺(tái)。干涉條紋寬度屬于波長(zhǎng)數(shù)量級(jí)；一個(gè)穩(wěn)定性較好的防震臺(tái)。干涉條紋寬度屬于波長(zhǎng)數(shù)量級(jí)；全息照相是全息照相是干涉記錄干涉記錄，要求參考光束與各，要求參考光束與各個(gè)物點(diǎn)的物光束彼此都是相干的個(gè)物點(diǎn)的物光束彼此都是相干的普通照相只是像的普通照相只是像的強(qiáng)度記錄強(qiáng)度記錄，并不，并不要求光源的相干性，用普通光源就要求光源的相干性，用普通光源就可以了可以了光全息照相與普通照相的區(qū)別光全息照相與普通照相的區(qū)別全息照相全息照相普通照相普通照相全息照相過程分記錄、再現(xiàn)兩步，它是以全息照相過程分記錄、再現(xiàn)兩步，它是以干涉干涉衍射等波動(dòng)光學(xué)的規(guī)律衍射等波動(dòng)光學(xué)的規(guī)律為基礎(chǔ)的。為基

23、礎(chǔ)的。普通照相過程是以普通照相過程是以幾何光學(xué)的規(guī)律幾何光學(xué)的規(guī)律為基為基礎(chǔ)的。礎(chǔ)的。全息圖所記錄的是物體各點(diǎn)的全部光信息，全息圖所記錄的是物體各點(diǎn)的全部光信息，包括包括振幅和位相振幅和位相普通照相底片記錄的僅是物體各點(diǎn)普通照相底片記錄的僅是物體各點(diǎn)的的光強(qiáng)（或振幅）光強(qiáng)（或振幅）全息照相過程中物體與底片之間是點(diǎn)面對(duì)全息照相過程中物體與底片之間是點(diǎn)面對(duì)應(yīng)的關(guān)系，即每個(gè)物點(diǎn)所發(fā)射的光束直接應(yīng)的關(guān)系，即每個(gè)物點(diǎn)所發(fā)射的光束直接落在記錄介質(zhì)整個(gè)平面上。反過來說，落在記錄介質(zhì)整個(gè)平面上。反過來說，全全息圖中每一個(gè)局部都包含了物體各點(diǎn)的光息圖中每一個(gè)局部都包含了物體各點(diǎn)的光信息信息普通照相過程中物像之間

24、是點(diǎn)點(diǎn)對(duì)普通照相過程中物像之間是點(diǎn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的關(guān)系，即應(yīng)的關(guān)系，即一個(gè)物點(diǎn)對(duì)應(yīng)像平面一個(gè)物點(diǎn)對(duì)應(yīng)像平面中的一個(gè)像點(diǎn)中的一個(gè)像點(diǎn)全息圖能完全再現(xiàn)原物的波前全息圖能完全再現(xiàn)原物的波前，因而能觀，因而能觀察到察到一幅非常逼真的立體圖像一幅非常逼真的立體圖像普通照相得到的只能是普通照相得到的只能是二維的平面二維的平面圖像圖像動(dòng)態(tài)全息圖動(dòng)態(tài)全息圖 白光全息圖白光全息圖 真彩全息圖真彩全息圖 光全息圖片光全息圖片全息照相的應(yīng)用全息照相的應(yīng)用1、全息干涉測(cè)量、全息干涉測(cè)量 全息干涉測(cè)量特別適用于各種材料的無損檢驗(yàn)。全息干涉全息干涉測(cè)量特別適用于各種材料的無損檢驗(yàn)。全息干涉測(cè)量技術(shù)是把全息照相和干涉測(cè)量技術(shù)結(jié)合在

25、一起形成的，也測(cè)量技術(shù)是把全息照相和干涉測(cè)量技術(shù)結(jié)合在一起形成的，也叫三維干涉測(cè)量技術(shù)。叫三維干涉測(cè)量技術(shù)。 一個(gè)被測(cè)物體經(jīng)過全息照相后，即記錄了該物體的一個(gè)一個(gè)被測(cè)物體經(jīng)過全息照相后，即記錄了該物體的一個(gè)精確的形象。如果物體以后發(fā)生了精確的形象。如果物體以后發(fā)生了某種形變某種形變，可以把這個(gè)物，可以把這個(gè)物體經(jīng)全息照相體經(jīng)全息照相記錄的形狀記錄的形狀與被記錄的物體的與被記錄的物體的原始形狀原始形狀進(jìn)行光進(jìn)行光學(xué)比較，從而精確地指出物體形狀的微小變化，盡而判斷物學(xué)比較，從而精確地指出物體形狀的微小變化，盡而判斷物體的某些性質(zhì)和狀態(tài)。體的某些性質(zhì)和狀態(tài)。 其具體方法有一次曝光法和二次曝光法。其具

26、體方法有一次曝光法和二次曝光法。 2、全息照相制作光學(xué)元件、全息照相制作光學(xué)元件用全息照相法制作光學(xué)元件，能大大地改善光學(xué)元件的性能。用全息照相法制作光學(xué)元件，能大大地改善光學(xué)元件的性能。例如，用全息法制作光柵完全擺脫了機(jī)械刻劃的陳舊方式。采例如，用全息法制作光柵完全擺脫了機(jī)械刻劃的陳舊方式。采用記錄干涉條紋的照相方法可以方便地得到質(zhì)量較好的衍射光用記錄干涉條紋的照相方法可以方便地得到質(zhì)量較好的衍射光柵。這種全息光柵的特點(diǎn)：雜散光很小，且一般來說分辨率高。柵。這種全息光柵的特點(diǎn)：雜散光很小，且一般來說分辨率高。全息圖還可以制作波帶片等光學(xué)元件及作為防偽商標(biāo)。全息圖還可以制作波帶片等光學(xué)元件及作

27、為防偽商標(biāo)。5.3 5.3 光學(xué)存儲(chǔ)光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)介質(zhì)照相膠片（照相膠片（photographic），），或者叫鹵化銀膠片，是用來存儲(chǔ)圖或者叫鹵化銀膠片，是用來存儲(chǔ)圖像的最常用的介質(zhì)。像的最常用的介質(zhì)。膠片或者照相干板通常以膠片或者照相干板通常以透明的醋酸纖維膠片或者玻璃透明的醋酸纖維膠片或者玻璃作為基作為基片，在其上鍍一層感光乳膠。乳膠有大量微小的感光鹵化銀顆片，在其上鍍一層感光乳膠。乳膠有大量微小的感光鹵化銀顆粒組成，這些顆粒懸浮在明膠當(dāng)中。粒組成，這些顆粒懸浮在明膠當(dāng)中。鹵化銀乳膠可以用來產(chǎn)生相位調(diào)制和振幅調(diào)制鹵化銀乳膠可以用來產(chǎn)生相位調(diào)制和振幅調(diào)制存儲(chǔ)機(jī)制存儲(chǔ)機(jī)制5.3.1 照相底片照相

28、底片最初溴離子吸收光子產(chǎn)生一個(gè)溴原子：最初溴離子吸收光子產(chǎn)生一個(gè)溴原子：AgBr AgBr0e吸收光吸收光銀離子能與電子結(jié)合產(chǎn)生銀原子銀離子能與電子結(jié)合產(chǎn)生銀原子AgeAg0提供了潛影提供了潛影 照相底片照相底片當(dāng)感光乳膠曝光時(shí)，一些鹵化銀顆粒吸收光能后發(fā)生復(fù)雜的物理化當(dāng)感光乳膠曝光時(shí)，一些鹵化銀顆粒吸收光能后發(fā)生復(fù)雜的物理化學(xué)變化，吸收足夠能量的顆粒馬上會(huì)還原為銀原子。學(xué)變化，吸收足夠能量的顆粒馬上會(huì)還原為銀原子。生成的明膠乳劑熔化后涂布在玻璃板或塑料片基上，形成照相干板。生成的明膠乳劑熔化后涂布在玻璃板或塑料片基上，形成照相干板。照相三步驟曝光曝光顯影顯影定影定影5.3 5.3 光學(xué)存儲(chǔ)介

29、質(zhì)光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)根據(jù)底片的感光特性及當(dāng)時(shí)的照明條件，選擇適當(dāng)?shù)母鶕?jù)底片的感光特性及當(dāng)時(shí)的照明條件，選擇適當(dāng)?shù)钠毓饬繉⒌灼毓?，使其在底片上形成潛像曝光量將底片曝光，使其在底片上形成潛像顯影的作用是使有潛像的底片在顯影液的化學(xué)作用下，顯影的作用是使有潛像的底片在顯影液的化學(xué)作用下，以潛像上已析出的銀原子為顯影中心，將附近鹵化銀微以潛像上已析出的銀原子為顯影中心，將附近鹵化銀微粒的銀原子還原出來。析出的銀粒子數(shù)目與感光強(qiáng)弱成粒的銀原子還原出來。析出的銀粒子數(shù)目與感光強(qiáng)弱成正比。顯影一定時(shí)間后，就會(huì)顯現(xiàn)出黑白圖像正比。顯影一定時(shí)間后，就會(huì)顯現(xiàn)出黑白圖像其作用是將底片上未起光化作用的鹵化銀微粒從片基上其

30、作用是將底片上未起光化作用的鹵化銀微粒從片基上溶去，以防止它們繼續(xù)感光變黑。溶去，以防止它們繼續(xù)感光變黑。如果將牛的軟骨、蹄和骨頭放在一起煮足夠長(zhǎng)的時(shí)間，它們?nèi)绻麑⑴５能浌?、蹄和骨頭放在一起煮足夠長(zhǎng)的時(shí)間，它們最終將成為膠狀，這些膠在經(jīng)過提煉可以得到明膠。最終將成為膠狀，這些膠在經(jīng)過提煉可以得到明膠。明膠膠片可以通過在襯底上明膠膠片可以通過在襯底上浸涂浸涂( (dip-coating)dip-coating)或者或者刮制刮制( (doctor-doctor-blading)blading)的方法獲得的方法獲得提取方法提取方法明膠遇水膨脹。明膠本身對(duì)光不敏感，用化學(xué)敏化方法增加其感光明膠遇水膨脹

31、。明膠本身對(duì)光不敏感，用化學(xué)敏化方法增加其感光性，通常是在其中加入重鉻酸銨性，通常是在其中加入重鉻酸銨(NHNH4 4 2 2CrCr2 2O O7 7) )，它能夠使明膠內(nèi)部它能夠使明膠內(nèi)部發(fā)生變化從而對(duì)光敏感。發(fā)生變化從而對(duì)光敏感。明膠特點(diǎn)明膠特點(diǎn)5.3.2 重鉻酸鹽明膠重鉻酸鹽明膠明膠光化學(xué)反應(yīng)明膠光化學(xué)反應(yīng)6rC吸光吸光3rC3rC明膠明膠明膠交叉明膠交叉連接變多連接變多明膠明膠水水膨脹變?nèi)跖蛎涀內(nèi)踅萁菝髂z中產(chǎn)生明膠中產(chǎn)生折射率差折射率差明膠明膠酒精酒精脫水脫水聚合過程就是兩個(gè)或者多個(gè)相同物質(zhì)的分子在一起形成聚合過程就是兩個(gè)或者多個(gè)相同物質(zhì)的分子在一起形成一個(gè)新的分子（聚合體），這

32、個(gè)分子和原來的物質(zhì)分子一個(gè)新的分子（聚合體），這個(gè)分子和原來的物質(zhì)分子（單體）具有相同的組分，其分子量是組成聚合體的原（單體）具有相同的組分，其分子量是組成聚合體的原始分子量的整數(shù)倍。始分子量的整數(shù)倍。商用的光聚合物是由單體和光敏物質(zhì)通過聚合膠混合形成的軟片。商用的光聚合物是由單體和光敏物質(zhì)通過聚合膠混合形成的軟片。聚合定義聚合定義光聚合物（光聚合物（photoploymer）5.3.3 光敏聚合物光敏聚合物光聚合過程光聚合過程聚合體的濃度變化聚合體的濃度變化熒光曝光熒光曝光使圖像穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)折射率調(diào)制使圖像穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)折射率調(diào)制曝光曝光單體聚合單體聚合光聚合物光聚合物單體擴(kuò)散單體擴(kuò)散v光刻膠是一

33、種有機(jī)光敏材料，它廣泛應(yīng)用于集成電路光刻膠是一種有機(jī)光敏材料，它廣泛應(yīng)用于集成電路(IC)芯芯片制造的光刻過程。片制造的光刻過程。負(fù)型膠負(fù)型膠：在曝光之后，光刻膠會(huì)由于聚合或者其他過程變得不溶在曝光之后，光刻膠會(huì)由于聚合或者其他過程變得不溶于溶劑，那些沒有曝光的部分被沖洗掉之后就剩下了曝光的圖像。于溶劑，那些沒有曝光的部分被沖洗掉之后就剩下了曝光的圖像。正型膠正型膠：感光的光刻膠溶于顯影溶液的感光的光刻膠溶于顯影溶液的圖像以浮雕圖樣被記錄下來圖像以浮雕圖樣被記錄下來光刻膠有兩種類型：正型膠和負(fù)型膠。光刻膠有兩種類型：正型膠和負(fù)型膠。5.3.4 光刻膠光刻膠5.3.4 光刻膠光刻膠光刻膠由三部分

34、組成：光刻膠由三部分組成：1 1，感光劑；，感光劑；2 2，增感劑；，增感劑；3 3，溶劑。，溶劑。超分辨率干版就是在玻璃基片表面上涂布一層含顆粒極超分辨率干版就是在玻璃基片表面上涂布一層含顆粒極細(xì)的鹵化銀乳膠細(xì)的鹵化銀乳膠乳膠的成分：乳膠的成分：乳化劑乳化劑、分散介質(zhì)分散介質(zhì)和和輔助劑輔助劑等等乳化劑：硝酸銀和鹵化物乳化劑：硝酸銀和鹵化物(溴化鉀，碘化鉀、氯化鈉等溴化鉀，碘化鉀、氯化鈉等)分散介質(zhì)：明膠。它易溶于熱水，冷凝后成固體狀態(tài)，分散介質(zhì)：明膠。它易溶于熱水，冷凝后成固體狀態(tài)，其分子鏈的連接是通過鏈上某些氨基其分子鏈的連接是通過鏈上某些氨基(NH)中的氫和中的氫和相鄰分子鏈上羰基相鄰分

35、子鏈上羰基( =C=O)中的氧所形成的氫健。中的氧所形成的氫健。增感劑的作用是使增感劑的作用是使鹵化銀的感光范圍展寬鹵化銀的感光范圍展寬防灰霧劑的作用是防灰霧劑的作用是抑制乳膠中灰霧中心的形成抑制乳膠中灰霧中心的形成，常用的防，常用的防灰霧劑有苯酚三氮唑、溴化鉀等灰霧劑有苯酚三氮唑、溴化鉀等分散介質(zhì)分散介質(zhì)(或載體或載體)在乳膠中起在乳膠中起分散介質(zhì)和支撐體分散介質(zhì)和支撐體的作用。的作用。輔助劑：輔助劑：增感劑增感劑、防灰霧劑防灰霧劑、穩(wěn)定劑穩(wěn)定劑以及以及堅(jiān)膜劑堅(jiān)膜劑等等5.3.4 光刻膠光刻膠負(fù)性光刻膠分類：負(fù)性光刻膠分類：依依曝光時(shí)抗蝕劑結(jié)構(gòu)變化曝光時(shí)抗蝕劑結(jié)構(gòu)變化的方式，又有兩種典型類型

36、。的方式，又有兩種典型類型。一種是一種是利用抗蝕劑分子本身的感光性官能團(tuán)利用抗蝕劑分子本身的感光性官能團(tuán)，如雙健等進(jìn)行交，如雙健等進(jìn)行交鏈反應(yīng)形成三維的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)鏈反應(yīng)形成三維的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)另一種是利用另一種是利用交鏈劑交鏈劑(又稱架橋劑又稱架橋劑)進(jìn)行交聯(lián)形成三維的網(wǎng)狀結(jié)進(jìn)行交聯(lián)形成三維的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)構(gòu)。聚烴類。聚烴類雙疊氮系光致抗?fàn)T劑就是屬于這一類雙疊氮系光致抗?fàn)T劑就是屬于這一類5.3.4 光刻膠光刻膠-負(fù)性光刻膠負(fù)性光刻膠5.3.4 光刻膠光刻膠-負(fù)性光刻膠負(fù)性光刻膠光照光照利用抗蝕劑分子本身的利用抗蝕劑分子本身的感光性官能團(tuán)發(fā)生的光聚合反應(yīng)感光性官能團(tuán)發(fā)生的光聚合反應(yīng)遇光照射時(shí)發(fā)生遇光照射時(shí)發(fā)生

37、分解反應(yīng)分解反應(yīng)，放出氮?dú)?，變成，放出氮?dú)?，變成氮游離氮游離基基，然后再與樹脂上的，然后再與樹脂上的雙健發(fā)生反應(yīng)雙健發(fā)生反應(yīng)，而成為，而成為網(wǎng)狀網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的不溶性物質(zhì)結(jié)構(gòu)的不溶性物質(zhì)5.3.4 光刻膠光刻膠-負(fù)性光刻膠負(fù)性光刻膠交鏈劑雙疊氮化合物交鏈劑雙疊氮化合物鄰疊氮萘醌類化合物鄰疊氮萘醌類化合物 在紫外光照射下發(fā)生在紫外光照射下發(fā)生分解反應(yīng)分解反應(yīng)，放出，放出氮?dú)獾獨(dú)猓瑫r(shí)分子的結(jié)構(gòu)經(jīng)過，同時(shí)分子的結(jié)構(gòu)經(jīng)過重排形成重排形成五元環(huán)烯酮化合物五元環(huán)烯酮化合物，遇水經(jīng)水解生成茚基羧酸衍生物，遇水經(jīng)水解生成茚基羧酸衍生物 5.3.4 光刻膠光刻膠-正正性光刻膠性光刻膠光刻過程光刻過程涂膠，前烘，曝光

38、，顯影，堅(jiān)膜，腐蝕和去膠等七個(gè)步驟。涂膠，前烘，曝光，顯影，堅(jiān)膜，腐蝕和去膠等七個(gè)步驟。光刻工藝過程示意圖光刻工藝過程示意圖a, 接觸式接觸式b, 接近式接近式c, 投影式投影式光學(xué)曝光光學(xué)曝光接觸曝光：接觸曝光：光的衍射效應(yīng)較小，因而光的衍射效應(yīng)較小，因而分辨率高分辨率高；但；但易損壞易損壞掩模圖形掩模圖形，同時(shí)由于塵埃和基片表面不平等，常常，同時(shí)由于塵埃和基片表面不平等，常常存在不同存在不同程度的曝光縫隙而影響成品率程度的曝光縫隙而影響成品率。接近式曝光：接近式曝光：延長(zhǎng)了掩模版的使用壽命，但光的衍射效應(yīng)延長(zhǎng)了掩模版的使用壽命，但光的衍射效應(yīng)更為嚴(yán)重，因而更為嚴(yán)重，因而分辨率只能達(dá)到分辨率

39、只能達(dá)到24um 左右左右。投影式曝光：投影式曝光：掩模不受損傷，不存在景深問題提高了對(duì)準(zhǔn)掩模不受損傷，不存在景深問題提高了對(duì)準(zhǔn)精度，也減弱了灰塵微粒的影響，已成為精度，也減弱了灰塵微粒的影響，已成為L(zhǎng)SI 和和VLSI 中加中加工小于工小于3um 線條的主要方法。缺點(diǎn)是投影系統(tǒng)光路復(fù)雜，對(duì)線條的主要方法。缺點(diǎn)是投影系統(tǒng)光路復(fù)雜，對(duì)物鏡成像能力要求高。物鏡成像能力要求高。三種方法比較三種方法比較 正光刻膠正光刻膠 負(fù)光刻膠負(fù)光刻膠顯影劑顯影劑 氫氧化鈉氫氧化鈉 二甲苯二甲苯Stoddard溶劑溶劑沖洗沖洗 水水 n-醋酸丁酯醋酸丁酯 從曝光到顯影從曝光到顯影掩模材料大致可分為兩大類：掩模材料大

40、致可分為兩大類：在玻璃基板表面涂布鹵化銀乳劑的在玻璃基板表面涂布鹵化銀乳劑的高分辨率干板高分辨率干板在玻璃上附著在玻璃上附著金屬或金屬氧化物膜的硬面板金屬或金屬氧化物膜的硬面板從曝光到顯影從曝光到顯影-掩模材料掩模材料平面度好，機(jī)械強(qiáng)度高，在白熾燈下觀察，無肉眼看得平面度好，機(jī)械強(qiáng)度高，在白熾燈下觀察，無肉眼看得見的氣泡、雜質(zhì)、霉點(diǎn)和劃痕見的氣泡、雜質(zhì)、霉點(diǎn)和劃痕熱膨脹系數(shù)小熱膨脹系數(shù)小透射率高透射率高化學(xué)穩(wěn)定性好?；瘜W(xué)穩(wěn)定性好。玻璃襯底的要求玻璃襯底的要求幾種掩膜材料的特性比較幾種掩膜材料的特性比較特性特性種類種類組成組成材料材料膜厚膜厚表面表面反射率反射率表面表面強(qiáng)度強(qiáng)度分辨率分辨率乳膠干

41、板乳膠干板AgBr4-6m低低弱弱2-32-3m鉻板鉻板Cr80-200nm50-60%強(qiáng)強(qiáng)1-21-2m氧化鐵板氧化鐵板Fe2O3150-250nm15-20%強(qiáng)強(qiáng)1m特性特性種類種類抗化抗化學(xué)性學(xué)性耐耐磨性磨性透明性透明性光密度光密度成像成像銳度銳度光刻光刻對(duì)準(zhǔn)對(duì)準(zhǔn)乳膠干乳膠干板板弱弱差差不透明不透明1.5-3有散亂有散亂邊紋邊紋困難困難鉻板鉻板耐強(qiáng)酸耐強(qiáng)酸較好較好不透明不透明2-3銳銳困難困難氧化鐵氧化鐵板板耐強(qiáng)酸耐強(qiáng)酸不耐堿不耐堿好好選擇透明選擇透明2銳銳容易容易一類是掩模圖形范圍內(nèi)多余的部分一類是掩模圖形范圍內(nèi)多余的部分，如小島、凸出和連條等不如小島、凸出和連條等不透明缺陷。透明缺陷

42、。一類是掩模圖形范圍內(nèi)缺少的部分一類是掩模圖形范圍內(nèi)缺少的部分，如，如針孔、凹口，斷條等透針孔、凹口，斷條等透明缺陷。明缺陷。掩膜缺陷的種類掩膜缺陷的種類衡量光刻膠好壞的標(biāo)準(zhǔn)衡量光刻膠好壞的標(biāo)準(zhǔn)1 1，感光度，感光度2 2，分辨率，分辨率 3 3，粘度及固態(tài)含有率，粘度及固態(tài)含有率 4 4，穩(wěn)定性，穩(wěn)定性 5 5，抗蝕性，抗蝕性 6 6，黏附能力，黏附能力 7 7，針孔密度，針孔密度 熱塑熱塑 材料利用靜電力所引起的塑性流材料利用靜電力所引起的塑性流動(dòng)形成相位全息圖的浮雕圖像。動(dòng)形成相位全息圖的浮雕圖像。熱塑過程的基本要素?zé)崴苓^程的基本要素是要在熱塑層中建立與入射光場(chǎng)圖樣相同的電是要在熱塑層中

43、建立與入射光場(chǎng)圖樣相同的電場(chǎng)圖樣，電脈沖對(duì)熱塑層加熱使得熱塑層的形變對(duì)應(yīng)于電場(chǎng)圖樣。場(chǎng)圖樣，電脈沖對(duì)熱塑層加熱使得熱塑層的形變對(duì)應(yīng)于電場(chǎng)圖樣。5.3.5 熱塑材料熱塑材料熱塑存儲(chǔ)：熱塑存儲(chǔ)：電子束型熱塑記錄電子束型熱塑記錄 感光性熱塑記錄感光性熱塑記錄熱塑存儲(chǔ)：熱塑存儲(chǔ)：電子束型熱塑記錄電子束型熱塑記錄 感光性熱塑記錄感光性熱塑記錄透明導(dǎo)電層透明導(dǎo)電層光電導(dǎo)材料光電導(dǎo)材料玻璃基底玻璃基底熱塑層熱塑層 掃描電子束掃描電子束接地接地正負(fù)電荷吸正負(fù)電荷吸引力產(chǎn)生靜引力產(chǎn)生靜電壓力電壓力壓力大小與表面電荷密度的平方成反比例壓力大小與表面電荷密度的平方成反比例靜電力使均勻加熱的塑料產(chǎn)生形變，冷卻后形變終

44、止，圖像被固定靜電力使均勻加熱的塑料產(chǎn)生形變，冷卻后形變終止，圖像被固定電子束型熱塑記錄過程電子束型熱塑記錄過程曝光前曝光前曝光曝光透明導(dǎo)電層透明導(dǎo)電層光電導(dǎo)材料光電導(dǎo)材料玻璃基底玻璃基底熱塑層熱塑層 充電充電曝光后曝光后二次充電二次充電透明導(dǎo)電層透明導(dǎo)電層光電導(dǎo)材料光電導(dǎo)材料玻璃基底玻璃基底熱塑層熱塑層 玻璃基底玻璃基底透明導(dǎo)電層透明導(dǎo)電層光電導(dǎo)材料光電導(dǎo)材料熱塑層熱塑層 放電放電照明區(qū)照明區(qū)照明區(qū)電照明區(qū)電場(chǎng)加強(qiáng)場(chǎng)加強(qiáng)充電充電加熱加熱照明區(qū)形變照明區(qū)形變感光型熱塑記錄感光型熱塑記錄1.塑料層均勻充電塑料層均勻充電2.相干光下曝光相干光下曝光3.加熱至熱塑層融化加熱至熱塑層融化4.冷卻固定形

45、變冷卻固定形變5.3.5 熱塑材料及其制備方法熱塑材料及其制備方法基片：基片：玻璃或透明塑料玻璃或透明塑料導(dǎo)電涂層作用：導(dǎo)電涂層作用： 1. 通電對(duì)熱塑材料加熱，要求電阻率均勻；通電對(duì)熱塑材料加熱，要求電阻率均勻； 2. 靜電接地。靜電接地。光導(dǎo)熱塑的基質(zhì)光導(dǎo)熱塑的基質(zhì):聚苯乙烯聚苯乙烯苯乙烯苯乙烯-辛基辛基-丙烯酸酯的共聚物丙烯酸酯的共聚物苯乙烯苯乙烯-丙烯酸酯聚合物丙烯酸酯聚合物光折變材料光折變材料是含有電子陷阱的晶體。是含有電子陷阱的晶體。光折變效應(yīng)光折變效應(yīng)是指是指非線性光學(xué)材料非線性光學(xué)材料在光照條件下由于其內(nèi)部電荷重新在光照條件下由于其內(nèi)部電荷重新分布而導(dǎo)致材料的分布而導(dǎo)致材料的折

46、射率折射率發(fā)生發(fā)生空間調(diào)制，空間調(diào)制，即光致折射率的變化即光致折射率的變化。5.3.6 光折變材料光折變材料1966年，貝爾實(shí)驗(yàn)室把強(qiáng)綠光或藍(lán)光聚焦在鈮酸鋰晶體上會(huì)引年，貝爾實(shí)驗(yàn)室把強(qiáng)綠光或藍(lán)光聚焦在鈮酸鋰晶體上會(huì)引起晶體折射率的變化，起晶體折射率的變化，“激光損傷激光損傷”，加熱至，加熱至200以上恢復(fù)到以上恢復(fù)到原始狀態(tài)。原始狀態(tài)。光折變材料能光折變材料能吸收外來光而產(chǎn)生介質(zhì)內(nèi)電荷的遷移吸收外來光而產(chǎn)生介質(zhì)內(nèi)電荷的遷移，由此形成，由此形成一個(gè)空間電荷分布和相應(yīng)的電場(chǎng)，通過一個(gè)空間電荷分布和相應(yīng)的電場(chǎng)，通過光電效應(yīng)光電效應(yīng)使介質(zhì)的折射使介質(zhì)的折射率受到調(diào)制。率受到調(diào)制。LiNbO3:Fe光致

47、折射率變化過程光致折射率變化過程nE 改變了材料的折射率改變了材料的折射率LiNbO3陷進(jìn)中電子被激發(fā)陷進(jìn)中電子被激發(fā)雜質(zhì)離子均勻分布雜質(zhì)離子均勻分布電荷空間重新分布，電荷空間重新分布，產(chǎn)生電場(chǎng)，通過線性產(chǎn)生電場(chǎng)，通過線性光電效應(yīng)，感應(yīng)出空光電效應(yīng)，感應(yīng)出空間折射率分布間折射率分布2Fe3Fe干涉光干涉光電子擴(kuò)散電子擴(kuò)散和漂移和漂移3Fe2Fe2Fe3FeFe2+占有電子占有電子的陷阱的陷阱(施主施主)Fe3+空位的空位的陷阱陷阱(受主受主)曝光曝光摻摻Fe造成的造成的感光電子陷阱感光電子陷阱，存儲(chǔ)是由于電子在這些陷，存儲(chǔ)是由于電子在這些陷阱中進(jìn)行空間重新分布而實(shí)現(xiàn)的阱中進(jìn)行空間重新分布而實(shí)現(xiàn)

48、的在可見光區(qū)有一條與將陷阱內(nèi)的在可見光區(qū)有一條與將陷阱內(nèi)的電子激發(fā)至導(dǎo)帶相對(duì)應(yīng)的吸收帶電子激發(fā)至導(dǎo)帶相對(duì)應(yīng)的吸收帶產(chǎn)生相應(yīng)的自產(chǎn)生相應(yīng)的自由電子圖像由電子圖像I(x) 入射相干光干涉條紋入射相干光干涉條紋的強(qiáng)度分布；的強(qiáng)度分布；(x) 為電荷密度分布為電荷密度分布E(x) 靜電場(chǎng)分布靜電場(chǎng)分布n(x)折射率改變量分布折射率改變量分布光致變色材料有兩種獨(dú)特的穩(wěn)定態(tài)光致變色材料有兩種獨(dú)特的穩(wěn)定態(tài)A和和B，稱為色心，它們分稱為色心，它們分別對(duì)應(yīng)于兩個(gè)吸收帶波長(zhǎng)別對(duì)應(yīng)于兩個(gè)吸收帶波長(zhǎng) 1和和 2 ，當(dāng)用，當(dāng)用1波長(zhǎng)照明時(shí)，材料波長(zhǎng)照明時(shí)，材料經(jīng)歷從穩(wěn)定態(tài)經(jīng)歷從穩(wěn)定態(tài)A向穩(wěn)定態(tài)向穩(wěn)定態(tài)B的轉(zhuǎn)變。當(dāng)轉(zhuǎn)變完

49、成后，材料就不的轉(zhuǎn)變。當(dāng)轉(zhuǎn)變完成后，材料就不再對(duì)再對(duì)1的光敏感，材料的吸收帶也就移到了的光敏感，材料的吸收帶也就移到了2 。5.3.7 光致變色材料光致變色材料光致變色過程光致變色過程可以使用波長(zhǎng)可以使用波長(zhǎng) 的光寫入而使用波長(zhǎng)為的光寫入而使用波長(zhǎng)為 的光讀出光學(xué)的光讀出光學(xué)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)。12全息圖應(yīng)用全息圖應(yīng)用重要特征重要特征光致變色過程是個(gè)可逆過程光致變色過程是個(gè)可逆過程! !光致變色是光致變色是折射率變化折射率變化或或電光效應(yīng)電光效應(yīng)，不是色彩變化，不是色彩變化A無色無色B光色光色逆光色逆光色顯色反應(yīng)顯色反應(yīng)激活反應(yīng)激活反應(yīng)熱消色熱消色光消色光消色顏色搭配顏色搭配光致變色現(xiàn)象光致變色現(xiàn)象海

50、影號(hào)海影號(hào)隱形坦克隱形坦克隱身衣隱身衣電子俘獲電子俘獲( (Electron-trapping,ET)Electron-trapping,ET)材料類似于光致材料類似于光致變色材料，也有兩個(gè)可以通過吸收波長(zhǎng)變色材料，也有兩個(gè)可以通過吸收波長(zhǎng) 和和 的光而互相轉(zhuǎn)換的可逆穩(wěn)定態(tài)的光而互相轉(zhuǎn)換的可逆穩(wěn)定態(tài)A A和和B B。與光致變色材與光致變色材料不同的是，可以利用電子俘獲材料的受激輻射光料不同的是，可以利用電子俘獲材料的受激輻射光來輸出來輸出 ，而不是采用吸收讀出光，而不是采用吸收讀出光 的方式。的方式。23123h1h在材料的某發(fā)光在材料的某發(fā)光中心復(fù)合。中心復(fù)合。2h穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)1穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)25.3

51、.8 電子俘獲材料電子俘獲材料雙光子吸收材料從基態(tài)到穩(wěn)定態(tài)的激發(fā)態(tài)的躍遷需要雙光子吸收材料從基態(tài)到穩(wěn)定態(tài)的激發(fā)態(tài)的躍遷需要兩個(gè)兩個(gè)而不是一個(gè)光子，并且也需要另一對(duì)光子去激勵(lì)激光態(tài)離而不是一個(gè)光子，并且也需要另一對(duì)光子去激勵(lì)激光態(tài)離子返回到基態(tài)。這兩個(gè)光子可以是波長(zhǎng)相同的，但不同波子返回到基態(tài)。這兩個(gè)光子可以是波長(zhǎng)相同的，但不同波長(zhǎng)的光子會(huì)更好。長(zhǎng)的光子會(huì)更好。雙光子材料的工作方式與電子俘獲材料非常類似，都需要記錄光雙光子材料的工作方式與電子俘獲材料非常類似，都需要記錄光束進(jìn)行數(shù)據(jù)寫入，利用讀出光束激勵(lì)材料的受激部分而發(fā)光。束進(jìn)行數(shù)據(jù)寫入，利用讀出光束激勵(lì)材料的受激部分而發(fā)光。雙光子吸收現(xiàn)象通常

52、被稱為光子選通，即利用一個(gè)光子控制另雙光子吸收現(xiàn)象通常被稱為光子選通，即利用一個(gè)光子控制另外一個(gè)光子的行為。外一個(gè)光子的行為。5.3.9 雙光子吸收材料雙光子吸收材料雙光子吸收原理雙光子吸收原理S1(初始態(tài)初始態(tài))S2S3(穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài))S4532nm1064nm532nm1064nm700nm細(xì)菌視紫紅質(zhì)能夠通過直接干燥分離紫色膜并使其細(xì)菌視紫紅質(zhì)能夠通過直接干燥分離紫色膜并使其覆于玻覆于玻璃基底上或者嵌入聚合體中璃基底上或者嵌入聚合體中而獲得。而獲得。細(xì)菌視紫紅質(zhì)細(xì)菌視紫紅質(zhì)(bacterior hodopsin)是一種是一種生物學(xué)光致變色生物學(xué)光致變色材料，它是一種微生物紫色膜中一種吸收光的

53、蛋白質(zhì)，叫材料，它是一種微生物紫色膜中一種吸收光的蛋白質(zhì)，叫做做Halobacteriun balobium。這種細(xì)菌生長(zhǎng)在鹽沼澤地中，這種細(xì)菌生長(zhǎng)在鹽沼澤地中，那里含鹽濃度約為海水的那里含鹽濃度約為海水的6倍。倍。什么是細(xì)菌視紫紅質(zhì)什么是細(xì)菌視紫紅質(zhì)如何獲得細(xì)菌視紫紅質(zhì)如何獲得細(xì)菌視紫紅質(zhì)5.3.10 細(xì)菌視紫紅質(zhì)細(xì)菌視紫紅質(zhì)細(xì)菌視紫紅質(zhì)儲(chǔ)存原理細(xì)菌視紫紅質(zhì)儲(chǔ)存原理B穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)JKM穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)570nm質(zhì)子質(zhì)子質(zhì)子質(zhì)子光子光子412nm細(xì)菌視紫紅質(zhì)具有細(xì)菌視紫紅質(zhì)具有光驅(qū)動(dòng)質(zhì)子泵光驅(qū)動(dòng)質(zhì)子泵的功能。的功能。變變色色無論是有機(jī)材料還是無機(jī)材料這些材料所面臨的主無論是有機(jī)材料還是無機(jī)材料這些材料所面

54、臨的主要困難是它們必須在很低的溫度下工作要困難是它們必須在很低的溫度下工作(100K)。嵌在固體光學(xué)晶格中的燃料分子（雜質(zhì)）的嵌在固體光學(xué)晶格中的燃料分子（雜質(zhì)）的吸收頻率吸收頻率會(huì)因?yàn)樗鼤?huì)因?yàn)樗鼈儌兣c周圍晶格的相互作用而發(fā)生移動(dòng)與周圍晶格的相互作用而發(fā)生移動(dòng)，因此燃料分子的吸收線，因此燃料分子的吸收線就成為一個(gè)就成為一個(gè)寬而連續(xù)的不均勻的光學(xué)吸收帶寬而連續(xù)的不均勻的光學(xué)吸收帶。當(dāng)燃料分子被特。當(dāng)燃料分子被特定頻率的光照明時(shí)，它們會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。定頻率的光照明時(shí)，它們會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。1吸收吸收1漂白漂白1讀出讀出5.3.11 光化學(xué)燒孔材料光化學(xué)燒孔材料持續(xù)光譜燒孔持續(xù)光譜燒孔(PSHB：Pe

55、rsistent Spectral HoleBurning)技術(shù)技術(shù)利用利用對(duì)不同頻率的光吸收率不同來識(shí)別不同分子對(duì)不同頻率的光吸收率不同來識(shí)別不同分子，它有可能使，它有可能使光存儲(chǔ)的記錄密度提高光存儲(chǔ)的記錄密度提高3-4個(gè)數(shù)量級(jí)，它屬于個(gè)數(shù)量級(jí)，它屬于四維光存儲(chǔ)四維光存儲(chǔ)。5.3.12 磁光材料磁光材料磁光材料磁光材料(MO)將二進(jìn)制信息存儲(chǔ)為將二進(jìn)制信息存儲(chǔ)為磁化向上和向下磁化向上和向下兩兩個(gè)狀態(tài)。最常用的個(gè)狀態(tài)。最常用的MO介質(zhì)是錳鉍介質(zhì)是錳鉍(MnBi)合金薄膜，所合金薄膜，所記錄的數(shù)據(jù)用線偏振激光束讀出，該激光束會(huì)因法拉第記錄的數(shù)據(jù)用線偏振激光束讀出，該激光束會(huì)因法拉第效應(yīng)或克爾效應(yīng)

56、產(chǎn)生一個(gè)小的旋轉(zhuǎn)，光束偏振態(tài)是效應(yīng)或克爾效應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)小的旋轉(zhuǎn)，光束偏振態(tài)是左旋左旋還是右旋還是右旋取決于取決于磁化是向上還是向下磁化是向上還是向下。鐵磁性材料是某些物質(zhì)的一種屬性，在撤出外部磁化場(chǎng)鐵磁性材料是某些物質(zhì)的一種屬性，在撤出外部磁化場(chǎng)時(shí)，這種物質(zhì)仍能保持磁化強(qiáng)度。在鐵磁材料中，原子時(shí)，這種物質(zhì)仍能保持磁化強(qiáng)度。在鐵磁材料中，原子的磁矩沿相同方向排列。的磁矩沿相同方向排列。當(dāng)鐵磁材料被加熱超過當(dāng)鐵磁材料被加熱超過居里點(diǎn)的溫度居里點(diǎn)的溫度時(shí)，原子開始隨機(jī)時(shí)，原子開始隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng)，磁矩也隨機(jī)熱取向，結(jié)果材料變成順磁性的。熱運(yùn)動(dòng)，磁矩也隨機(jī)熱取向，結(jié)果材料變成順磁性的。透射的法拉第效應(yīng)透射的法

57、拉第效應(yīng)偏振光偏振光發(fā)生旋轉(zhuǎn)的發(fā)生旋轉(zhuǎn)的偏振光偏振光磁場(chǎng)磁場(chǎng)H入射光入射光透射光透射光旋轉(zhuǎn)角與薄膜厚度成比例旋轉(zhuǎn)角與薄膜厚度成比例克爾效應(yīng)克爾效應(yīng)發(fā)射光的偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)發(fā)射光的偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)光盤利用光盤利用磁克爾效應(yīng)磁克爾效應(yīng)進(jìn)行光磁進(jìn)行光磁記錄記錄的原理的原理非接觸式、大容量記錄介質(zhì)非接觸式、大容量記錄介質(zhì) 非記錄位非記錄位 記錄位記錄位直線偏直線偏振光振光記錄層記錄層磁距磁距記錄位記錄位 反向磁化反向磁化 激光照射激光照射5.3.13 可擦除型光盤材料可擦除型光盤材料可擦除型光盤材料按照記錄信息的不同機(jī)理可分為：可擦除型光盤材料按照記錄信息的不同機(jī)理可分為： 態(tài)變型，相變型，磁光型態(tài)變型，

58、相變型，磁光型態(tài)變型：態(tài)變型：不成化學(xué)計(jì)量比的氧化物不成化學(xué)計(jì)量比的氧化物這種材料制成的薄膜在光輻照和熱作用下光透過率大部分下降這種材料制成的薄膜在光輻照和熱作用下光透過率大部分下降（光、熱黑化現(xiàn)象），這種現(xiàn)象是由于（光、熱黑化現(xiàn)象），這種現(xiàn)象是由于本征吸收極限本征吸收極限變化引起的。變化引起的。數(shù)據(jù)記錄點(diǎn)在兩個(gè)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是受控且可逆的，這兩數(shù)據(jù)記錄點(diǎn)在兩個(gè)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是受控且可逆的，這兩個(gè)狀態(tài)通常是非晶態(tài)和結(jié)晶態(tài)；個(gè)狀態(tài)通常是非晶態(tài)和結(jié)晶態(tài)；結(jié)晶態(tài)的反射率是非晶態(tài)的結(jié)晶態(tài)的反射率是非晶態(tài)的4倍；倍；利用光束反射強(qiáng)度的差別識(shí)別記錄的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。利用光束反射強(qiáng)度的差別識(shí)別記錄的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。用相變材

59、料進(jìn)行光學(xué)記錄的基本原理用相變材料進(jìn)行光學(xué)記錄的基本原理結(jié)晶體結(jié)晶體原子周期排列原子周期排列不透明不透明非晶體非晶體原子隨機(jī)排列原子隨機(jī)排列透明透明相變型存儲(chǔ)材料相變型存儲(chǔ)材料Tg: 轉(zhuǎn)化為非晶體的溫度點(diǎn)轉(zhuǎn)化為非晶體的溫度點(diǎn)Tm: 熔點(diǎn)溫度熔點(diǎn)溫度用激光束加熱斑點(diǎn)用激光束加熱斑點(diǎn)TgTTm快速快速冷卻冷卻非晶態(tài)和結(jié)晶態(tài)之間的轉(zhuǎn)換非晶態(tài)和結(jié)晶態(tài)之間的轉(zhuǎn)換當(dāng)需要擦除和向當(dāng)需要擦除和向MO中重新寫入數(shù)據(jù)時(shí)，寫入激光束會(huì)將中重新寫入數(shù)據(jù)時(shí)，寫入激光束會(huì)將紀(jì)錄介質(zhì)加熱到居里點(diǎn)，然后偏置磁體是被加熱區(qū)域的磁紀(jì)錄介質(zhì)加熱到居里點(diǎn)，然后偏置磁體是被加熱區(qū)域的磁化強(qiáng)度矢量倒轉(zhuǎn)以表示一個(gè)位化強(qiáng)度矢量倒轉(zhuǎn)以表示一個(gè)

60、位(bit)。檢偏器檢偏器擦除或?qū)懭脒^程：擦除或?qū)懭脒^程：低功率線性偏振激光束能夠用來讀取低功率線性偏振激光束能夠用來讀取MO碟上的數(shù)據(jù)。碟上的數(shù)據(jù)。讀出：讀出：磁光型存儲(chǔ)材料磁光型存儲(chǔ)材料利用線偏振光的偏振狀態(tài)利用線偏振光的偏振狀態(tài)受磁性記錄介質(zhì)的影響發(fā)受磁性記錄介質(zhì)的影響發(fā)生變化生變化(科爾效應(yīng)科爾效應(yīng)),可實(shí)現(xiàn)可實(shí)現(xiàn)信息的記錄。信息的記錄。記錄方式：補(bǔ)償點(diǎn)記錄記錄方式：補(bǔ)償點(diǎn)記錄 居里點(diǎn)記錄居里點(diǎn)記錄5.4.1 5.4.1 光學(xué)磁帶光學(xué)磁帶一連串的數(shù)據(jù)能夠記錄在磁帶上，但磁帶記錄的缺點(diǎn)是不能一連串的數(shù)據(jù)能夠記錄在磁帶上，但磁帶記錄的缺點(diǎn)是不能快速隨機(jī)的訪問數(shù)據(jù)。磁帶必須從頭開始卷帶以尋找