全息存儲器的性能5.1全息存儲器的容量平面全息存儲密度和容量體全息存儲密度和容量的理論上限布拉格角度選擇性、所存儲數(shù)據(jù)頁的串?dāng)_噪聲、實際光學(xué)系統(tǒng)的有限數(shù)值孔徑、探測器噪聲及存儲材料的動態(tài)范圍等實際因素對全息存儲容量的限制作用。5.1.1全息存儲容量的基本概念存儲容量的光學(xué)極限（1）二維存儲面密度的理論極限為

2D=1/

2

理想二維全息存儲的容量是A/

2位（2）三維存儲體密度的理論極限為

3D=1/

3

理想三維全息存儲的容量是V/

3位基于信息論的理論極限基于信息論的理論極限特定的體全息存儲系統(tǒng)的信息存儲容量與存儲系統(tǒng)的信噪比有關(guān)?；谛畔⒄摰睦碚摌O限記錄一個確定信息量的平面全息圖，所要求的存儲面積約為直接照明記錄的8倍（在假定這兩種存儲方案所使用的材料具有感相同的空間帶寬積SBP，并且SBP得到充分利用的條件下）。原因在于記錄全息圖的同時，不可避免地記錄了空間載頻，因而占用了一部分可用的SBP。從存儲容量的角度看，平面全息存儲并不優(yōu)于直接照相術(shù)，它降低了存儲容量?；谛畔⒄摰睦碚摌O限由于全息存儲所記錄的信息呈現(xiàn)非局域分布的特征，全息圖具有很高的信息冗余度，存儲介質(zhì)的局部損傷僅僅造成信噪比的損失，而不會引起信息的丟失；對于全息圖陣列中所有的存儲單元，有可能實現(xiàn)完全并行讀出和處理。采用體全息存儲技術(shù)，由于同一位置可以存儲多個頁面，其存儲容量將更高。體全息存儲容量以存儲的總數(shù)據(jù)位數(shù)表示的體全息存儲容量，其理論上限為光學(xué)極限V/

3（V為存儲材料的體積，

為光波長）和材料分辨率極限（即空間帶寬積SBP）二者中的較小者?？紤]具體復(fù)用技術(shù)時，按位計算的體全息圖的總存儲容量為N3D=MsMmNp若存儲具有灰度信息的數(shù)據(jù)位時，信息存儲容量為N3D=MsMmNplog2NG。其存儲密度可比二值圖像的信息存儲密度提高log2NG倍。5.1.2平面全息存儲的容量估計傅立葉變換(F.T.)全息圖可以達(dá)到較高的存儲密度。一個面積很大的信息頁面，它的傅立葉變換的主要部分只在其傅立葉變換平面（即全息記錄平面）占據(jù)相當(dāng)小的面積。使用給定焦距的F.T.透鏡記錄一個頁面時，所記錄的傅立葉變換全息圖的最小尺寸取決于再現(xiàn)時要求分辨的最小像元尺寸，而并不依賴于該頁面內(nèi)所包含的像元個數(shù)。在記錄材料內(nèi)的互不重疊的不同空間區(qū)域記錄不同頁面的信息，可以采用完全相同的參考光，而頁面之間不會出現(xiàn)串?dāng)_，這種復(fù)用方式稱為空間復(fù)用。傅立葉變換全息圖的空間復(fù)用空間復(fù)用時的平面全息圖

存儲容量對于空間復(fù)用，存儲容量C2D為全息圖陣列單元數(shù)目與每頁包含的像元數(shù)目的乘積。為使探測器的最小分辨率單元（線度dI）恰好探測到一位信息，要求再現(xiàn)像中的像元尺寸不能超過dI

。若將全息存儲系統(tǒng)看成衍射受限系統(tǒng)，則像元尺寸dI與作為衍射孔徑的全息圖陣列的單元尺寸dH的關(guān)系為dI=2D

/dH，D是存儲平面與像平面之間的距離。對于傅立葉變換全息圖，D就等于F.T.透鏡的焦距?？臻g復(fù)用時的平面全息圖

存儲容量空間復(fù)用時的平面全息圖

存儲容量5.1.3體全息存儲容量

的綜合考慮體積全息圖較高的角度或波長選擇性，允許將不同的信息頁面存儲在記錄材料的同一體積內(nèi)。若在給定的空間區(qū)域內(nèi)，采用復(fù)用技術(shù)疊加記錄Mm個數(shù)據(jù)頁面，每個頁面包含Np個數(shù)據(jù)位，在按為計算的總存儲容量為N=Mm*Np對于確定厚度的記錄介質(zhì)，其最大可能的復(fù)用度取決于所用材料的類型、記錄光路的配置、要求達(dá)到的衍射效率和數(shù)據(jù)保真度等。由于影響體全息存儲容量的因素較為復(fù)雜，必須根據(jù)所選用的復(fù)用方式及所使用的光學(xué)系統(tǒng)，估計體全息存儲的容量角度復(fù)用度體全息圖以布拉格條件再現(xiàn)時，可獲得最大衍射效率；偏離布拉格條件入射，則導(dǎo)致衍射效率的急劇下降。這稱為體全息的角度選擇性。角度復(fù)用全息圖時，相鄰的全息記錄所用的參考光入射角之間的最小間隔稱為選擇角。記錄時，若相鄰全息圖的角間隔大于選擇角，則可以認(rèn)為再現(xiàn)的各全息圖間串?dāng)_噪聲很低。此時可以不改變記錄位置，而僅通過改變物光或參考光的入射角存儲多幅全息圖，這即為角度復(fù)用技術(shù)。純角度復(fù)用過程中，選擇角的確定取決于特定應(yīng)用中對串?dāng)_噪聲水平的要求。選擇角非傾斜光柵的角度復(fù)用度傾斜光柵的角度復(fù)用度頁面存儲的角度復(fù)用度由于存儲的信息頁面具有一定的尺寸，它對介質(zhì)構(gòu)成一定的張角

sm（介質(zhì)內(nèi)部角），使得進行角度復(fù)用的參考光的入射角必須位于此張角之外。對于右圖所示透射光路，若物光位于00~-900的半平面，參考光位于00~900的半平面，并且參考光的變化范圍為~，則有5.1.4體全息存儲容量的限制光折變?nèi)⒐鈻诺膶嶋H選擇角存在增寬效應(yīng)。實際選擇角增寬主要表現(xiàn)為：有限尺寸光束的衍射增寬；各向異性衍射引起的增寬；介質(zhì)的吸收引起的增寬；理論選擇角與實際選擇角滿足如下關(guān)系：

實際=a

理論其中a為光折變光柵選擇角展寬系數(shù)，大于1光學(xué)系統(tǒng)對存儲容量的限制實際光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑對空間復(fù)用的片面全息圖存儲容量限制，其原因在于數(shù)值孔徑限制了成像面或物平面相對于透鏡的張角。體全息角度復(fù)用時，傅立葉變換透鏡也限制了參考光的入射角范圍。理論上，參考光分布于傅立葉變換透鏡前焦面上的任意位置處，而實際參考平面的尺寸不是任意的，是由透鏡的數(shù)值孔徑?jīng)Q定的。光學(xué)系統(tǒng)對存儲容量的限制參考光角度范圍表示為串?dāng)_噪聲對存儲容量的限制在幾何極限或波長極限遠(yuǎn)未達(dá)到之前，噪聲的存在會減少可使用的存儲容量。體全息圖的存儲記錄過程本質(zhì)上是非線性的，存在非線性噪聲和相鄰全息圖之間的串?dāng)_噪聲；而且由于讀出光束通過存儲介質(zhì)傳播，記錄材料也附加了噪聲。對于角度復(fù)用，再現(xiàn)時，其它所有布拉格失配的頁面衍射效率不為零，導(dǎo)致頁面串?dāng)_不可避免。平均串?dāng)_噪聲對存儲容量限制的表達(dá)式探測器噪聲和動態(tài)范圍

對存儲容量的限制探測器噪聲和動態(tài)范圍

對存儲容量的限制探測器噪聲和動態(tài)范圍

對存儲容量的限制讀出速度和部分擦除效應(yīng)

對存儲容量的影響當(dāng)晶體中存儲的未加固定的數(shù)據(jù)頁順序讀出時，每一數(shù)據(jù)頁的讀出將部分擦除所有其它數(shù)據(jù)頁，此時擦除效應(yīng)對存儲容量的影響不可忽視。為了達(dá)到探測器的接受閾值，每次讀出都需要延續(xù)一定的時間。就體全息存儲總?cè)萘縉而言，擦除效應(yīng)對角度復(fù)用數(shù)Ma的影響很大。也就是說，Ma取較小的值，增大MsNp，則按位計算的總?cè)萘縉越高。這表明可以通過減少角度復(fù)用度，同時提高空間復(fù)用度，獲得更高的為存儲容量。5.2衍射效率衍射效率定義為全息圖衍射的成像光通量與照明全息圖的總光通量之比。衍射效率不僅直接影響信息頁面重構(gòu)時的亮度，而且決定了在同一體積中可以存儲的頁面數(shù)目。5.2.2體積全息圖的衍射效率與平面全息圖相比，體全息圖的衍射效率具有角度和波長的高敏感性，從而可以在同一體積中復(fù)用記錄多個不同的全息圖；體全息圖是在布拉格條件下讀出，它抑制了共軛像和高級衍射項。5.2.3光折變?nèi)D與一般體積全息圖不同，光折變?nèi)⒐鈻攀莿討B(tài)光柵，通常采用Kukhtarev的動態(tài)耦合波理論進行描述。（光強耦合導(dǎo)致不均勻的折射率調(diào)制度；位相耦合導(dǎo)致光柵條紋面的傾斜和彎曲）。光折變?nèi)⒐鈻叛苌湫实挠嬎愎脚c靜態(tài)全息光柵衍射效率的計算公式具有相同的形式，僅相差一個常數(shù)因子。這說明在討論某些不涉及光強耦合及光柵條紋傾斜或彎曲引起的現(xiàn)象，或者不涉及全息光柵衍射效率的絕對取值而僅僅對其相對的變化特性感興趣時，仍然可以使用Kogelnik理論討論光折變?nèi)D的衍射效率問題。體全息存儲的優(yōu)化問題全息光柵的衍射效率對寫入角表現(xiàn)出明顯的依賴特性。這種依賴性來源于晶體有效電光系數(shù)的角度依賴性，并且有效電光系數(shù)與其它參量共同確定了光折變?nèi)D的折射率調(diào)制度。衍射效率對寫入角的依賴性，一方面引起頁面內(nèi)各像元位置的非均勻衍射，破壞全息圖再現(xiàn)像的保真度；另一方面，若在所有可能的角度范圍內(nèi)采用角度復(fù)用存儲全息圖，則衍射效率的角度依賴性會引起全息數(shù)據(jù)頁間衍射效率的不均勻性。為了彌補這種不均勻性，需要采用復(fù)雜的曝光記錄。衍射效率等值線圖綜合考慮采用角度復(fù)用存儲全息圖時，由于角度選擇性直接影響角度復(fù)用全息圖的數(shù)目，因此它是影響存儲容量的重要參數(shù)。應(yīng)該綜合考慮外部選擇角對寫入角的關(guān)系曲線，以便找出同時具有相對均勻的衍射效率和較窄的選擇角所對應(yīng)的寫入角的優(yōu)化取值范圍。對于LiNbO3晶體的s偏振，綜合考慮衍射效率和選擇角隨寫入角的變化關(guān)系，得出反射型全息圖的寫入角合適的取值范圍為35o~55o。各向同性及各向異性衍射在各向異性介質(zhì)中只可能存在o光（s偏振）和e光（p偏振）各向同性布拉格衍射是指衍射光相對于入射光只改變傳播方向而不改變波矢數(shù)值的布拉格衍射。各向異性衍射則指入射與衍射波矢的數(shù)值不同，也就是入射光與衍射光的偏振方向正交。衍射的四種不同本征態(tài)各向同性衍射（OO型、EE型）、各向異性衍射（OE型、EO型）模間衍射造成的布拉格偏移對于模內(nèi)衍射，由于只涉及一個波矢，所以具有不同偏振本征模的讀出光束應(yīng)該具有相同的外部布拉格角。模間衍射的角度選擇性

實驗曲線對于已經(jīng)記錄的光柵，用左旋和右旋的圓偏振光讀出，衍射峰出現(xiàn)的位置會不同；而如果用線偏振光讀出，則會使衍射主峰變寬，甚至形成雙峰。3.光折變光柵的布拉格偏移在體全息存儲中，如果記錄和再現(xiàn)使用同一波長，并且記錄與處理過程中材料的尺寸不發(fā)生變化，當(dāng)采用與參考光全同的照明光去讀出全息圖時，可獲得最大的衍射效率。上述結(jié)論對于靜態(tài)記錄材料是正確的，而對于光折變晶體，由于其全息光柵的動態(tài)自衍射特性和兩記錄光束間的位相耦合，導(dǎo)致它們之間的相對位相關(guān)系隨晶體的深度而變化，光柵條紋面偏離原始的雙光束干涉的等相面而發(fā)生傾斜或彎曲。最終使再現(xiàn)光束不滿足布拉格條件，即布拉格讀出的角度位置相對原記錄參考光而言發(fā)生了微小的偏移。衍射效率隨讀出角的變化通常存在一個不同于寫入?yún)⒖脊馊肷浣堑淖罴炎x出角，它依賴于晶體的參數(shù)和記錄時所用的光強比；在最佳讀出角下獲得的最大衍射效率，比Kukhtarev等人的結(jié)果大一個“增強因子”。反射全息圖布拉格偏移

的實驗曲線(a)圖曲線終點對應(yīng)的

是寫入?yún)⒖脊庾x出時獲得的衍射效率。(b)圖是寫入后緊接著進行掃描讀出獲得的衍射效率曲線，它表明衍射效率峰值的角位置偏離了原參考光角度約0.03o，并且峰值衍射效率提高了40%.布拉格偏移量隨寫入時間變化的實驗曲線對于很弱的光柵，布拉格偏移很小。由于晶體通常較厚，全息圖的衍射效率的角度響應(yīng)曲線的主峰很窄（通常為百分之幾度），故這一微小的布拉格偏移（通常為千分之幾度）可導(dǎo)致衍射效率的大幅度下降。5.2.4復(fù)用全息圖的等衍射效率記錄方法全息存儲器的設(shè)計需要解決設(shè)計衍射效率的兩個問題：（1）為了充分利用材料的潛力，應(yīng)該使所復(fù)用的全息圖達(dá)到最大的衍射效率，或者說對于給定的衍射效率使復(fù)用全息圖的數(shù)目最大。（2）使重構(gòu)的每個全息圖的衍射效率均等?？臻g復(fù)用，只需保證記錄每個全息圖的條件相同即可。角度復(fù)用，由于上述兩個問題相互牽制，情況較為復(fù)雜。尤其要保證第二個問題的解決。

兩種曝光方案兩種曝光方案：順序曝光和增量曝光。這兩種曝光方案都基于寫入和擦除過程中折射率調(diào)制度隨時間變化的指數(shù)特性。1.順序曝光記錄采用這種方案，每一幅全息圖均一次曝光完成，并且各全息圖的曝光時間隨其曝光順序的增加而減少。即第一幅全息圖的曝光時間最長，后續(xù)各全息圖的曝光時間依次減少。利用曝光時間來補償記錄過程的擦除效應(yīng)的影響。曝光時間由記錄材料的響應(yīng)時間和可達(dá)到的最大折射率調(diào)制度進行計算。順序曝光記錄順序曝光記錄對稱的寫入和擦除時間常量：若第一次記錄的全息圖未達(dá)到飽和，則所有全息圖折射率調(diào)制值的總和將隨曝光次數(shù)而增加，直到它達(dá)到單個全息圖曝光的飽和值。當(dāng)總的曝光次數(shù)較小時，這種增加將導(dǎo)致每個全息圖衍射效率的和的增大。當(dāng)總的曝光次數(shù)較大時，無論第依次曝光時間多長，每個全息圖的折射率調(diào)制值近似相等。順序曝光記錄不對稱的寫入和擦除時間常量順序曝光記錄曝光時間的正確計算需要精確確定晶體的寫入和擦除時間常量。實際應(yīng)用中，通常由實驗確定。順序曝光技術(shù)存在的主要問題：材料特征參量中小的起伏能夠形成很不均勻的衍射效率；前幾個全息圖長時間曝光會引起光折變扇形效應(yīng)及記錄光束之間的光耦合，以及顯著的布拉格偏移，這會限制所達(dá)到的折射率調(diào)制低于理論值并引起較強的噪聲。用系列短曝光記錄全息圖可避免這些問題。2.增量曝光記錄增量曝光記錄的依據(jù)是寫入靈敏度和擦除靈敏度在曲線的底部區(qū)域的不對稱性，即該區(qū)域內(nèi)寫入靈敏度取最大值，而擦除靈敏度卻為最低值。增量曝光記錄時，整個寫入過程被分為一系列相同的循環(huán)過程。增量曝光記錄增量曝光記錄對于實際存儲系統(tǒng)，由（5-95），（5-97）式計算出增量時間

t和增量記錄過程的循環(huán)記錄次數(shù)N,就可完成M個復(fù)用全息圖衍射效率的均衡。采用增量曝光記錄方案控制全息圖衍射效率的均勻性較為方便和精確，但記錄系統(tǒng)必須在每個曝光周期中將物光和參考光精確復(fù)位，即要求在小于一個干涉條紋寬度的區(qū)域內(nèi)，重復(fù)每對寫入光束所產(chǎn)生的干涉條紋。該要求極為苛刻。增量曝光記錄采用兩種記錄方法產(chǎn)生相同折射率調(diào)制時，所要求的曝光時間相同，但由于增量記錄涉及許多次循環(huán)操作，實際消耗時間會大于順序記錄。順序曝光記錄對各全息圖的衍射效率容易產(chǎn)生不均勻性；而增量曝光記錄可實現(xiàn)等衍射效率的全息圖，并且其最大優(yōu)點在于曝光不會引起扇形散射噪聲。3.光致聚合物的曝光特性光致聚合物作為全息記錄介質(zhì)進行全息存儲時，需要根據(jù)光致聚合物的曝光特性確定其曝光序列。對于光致聚合物，全息圖的衍射效率是累計曝光量的函數(shù)。為了獲得與先記錄的全息圖同樣的衍射效率，后續(xù)全息圖的記錄需要更長的曝光時間。光致聚合物的曝光特性為了使記錄全息圖時光致聚合物達(dá)到一定的感光靈敏度，要求記錄前先用一定的曝光量對其進行預(yù)曝光。隨著材料趨于飽和，全息圖的曝光時間隨著曝光量的增加而增大。所有全息圖按照給定的時序曝光。4.全息時間常量的實驗確定高質(zhì)量多重全息存儲依賴于正確的曝光時序的計算，而確定晶體的寫入和擦除時間常量是獲取正確曝光時序計算的關(guān)鍵。響應(yīng)時間的理論計算高度依賴于材料的物質(zhì)參數(shù)、曝光條件以及一些更為復(fù)雜的機制。晶體的寫入和擦除時間常量常常采用實驗方法確定。寫入時間常量的確定采用兩波混合光路記錄體全息光柵。每曝光一定時間（約10s）后，將物光關(guān)閉一次，同時讀取光柵的衍射功率，直到光柵達(dá)到飽和。在計算機控制下，每次采樣時間（約0.1s）遠(yuǎn)小于曝光時間。測得全息光柵的飽和衍射效率，并且不考慮布拉格偏移，將實驗曲線按下式進行理論理合。擦除時間常量的確定每記錄一個全息光柵后，用掃描讀出方式單獨測量該全息光柵的角度響應(yīng)曲線，確定其峰值衍射效率

0,N。掃描測量時間應(yīng)盡量短。對這10個光柵的衍射效率

0,N求得平均值，作為擦除過程中衍射效率的初始

0值。對多重記錄的所有全息光柵進行一次性連續(xù)掃描讀出，依次測量所有光柵衍射效率，從而確定各光柵經(jīng)過不同時間擦除后的衍射效率

E

,確定修正值*E,N

。將*E,N

對擦除時間進行對數(shù)擬合，得到擦除時間常量

E。5.3再現(xiàn)圖像的像質(zhì)評價在數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)（相當(dāng)于二值化圖像）存儲中，主要采用與信噪比相聯(lián)系的誤碼率來討論再現(xiàn)像的質(zhì)量。信噪比SNR=Is/In，Is是信號強度，是測量值的數(shù)字期望；In是噪聲強度，是相對于信號的擾動強度，通常采用測量值的標(biāo)準(zhǔn)差來表述。5.3.2噪聲分析體全息存儲的噪聲源可以分成系統(tǒng)噪聲和全息圖噪聲兩大類。系統(tǒng)噪聲主要包括透鏡像差、SLM的缺陷、探測器噪聲和電子線路的電子噪聲、透鏡和其它光學(xué)元件的散射和多次反射、激光束的不均勻性和漲落、激光散斑噪聲，以及SLM像元與CCD像元之間的錯位等。全息圖噪聲包括記錄介質(zhì)的散射噪聲、復(fù)用全息圖之間（頁面）的串?dāng)_噪聲、頁內(nèi)串?dāng)_噪聲、衍射效率的不均勻等。1.光學(xué)表面多重反射噪聲體全息存儲使用相干光學(xué)方法在存儲介質(zhì)上記錄信息，引入相干噪聲。光學(xué)元件表面的反射光與所需入射光、輸出光相干涉，形成干涉條紋被記錄、再現(xiàn)，在成像平面形成干涉條紋。鍍減反射膜。2.激光散斑噪聲3.記錄介質(zhì)的散射噪聲體全息記錄介質(zhì)中的缺陷和雜質(zhì)會散射入射光，形成再現(xiàn)像中的散射噪聲。光折變晶體中，會發(fā)生“扇形”散射光。由于光折變晶體內(nèi)部的耦合效應(yīng)，這部分光與入射光經(jīng)過耦合而被放大，形成較強的扇形散射光。弱光寫入，強脈沖讀出；摻入適當(dāng)濃度的兩種雜質(zhì)（如鎂、鐵）。4.探測器及電子線路的噪聲包括光電探測器噪聲、各種電子器件的噪聲、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換過程中量化噪聲。5.頁內(nèi)串?dāng)_噪聲頁內(nèi)串?dāng)_噪聲頁內(nèi)串?dāng)_噪聲像元的尺寸和間距是頁內(nèi)串?dāng)_噪聲的決定因素。6.頁間串?dāng)_噪聲在記錄介質(zhì)的同一位置使用各種復(fù)用技術(shù)存儲多幅圖像時，由于全息圖的衍射特性，在讀出一幅全息圖A時可能會以較小的衍射效率同時讀出其它不需要的全息圖，這些伴隨讀出的再現(xiàn)圖像對A的干擾稱為頁間串?dāng)_噪聲。無法使所有再現(xiàn)圖像的衍射效率峰值同時位于其它再現(xiàn)圖像的衍射效率零點處。頁間串?dāng)_主要是由鄰近的全息圖產(chǎn)生，鄰近全息圖的衍射效率越大，頁間串?dāng)_也越大。頁間串?dāng)_噪聲隨著復(fù)用存儲角度間隔的增大，頁間串?dāng)_逐漸減小，即隨復(fù)用數(shù)目增加，頁間串?dāng)_不會線性增大，而趨與飽和。為了使頁間串?dāng)_噪聲盡可能小，選擇的復(fù)用角度應(yīng)在鄰近全息圖的衍射效率谷底處，越高階谷底處越有利。5.3.3二值化圖像的信噪比

和誤碼率二值化圖像用來表示數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，即組頁器像元的亮態(tài)和暗態(tài)分別對應(yīng)與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的“1”和“0”二值化圖像的再現(xiàn)的圖像通過探測器陣列和判決電路轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)據(jù)流。判決電路把探測器給出的再現(xiàn)圖像每個像元的光強度與某個參考強度進行比較，如果探測到的光強度比參考強度大，就認(rèn)為是數(shù)據(jù)“1”；反之，就認(rèn)為是數(shù)據(jù)“0”。從而重構(gòu)出存儲的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。誤碼率、信噪比。信噪比信噪比誤碼率誤碼率是評價體全息存儲二值化圖像質(zhì)量的最終標(biāo)準(zhǔn)，它反映了數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲的保真度。誤碼率定義為探測器判決電路對一比特的數(shù)據(jù)判決錯誤的幾率。誤碼率的計算需要知道信號和噪聲的統(tǒng)計分布特性。通常認(rèn)為探測器和放大器的熱噪聲和散彈噪聲以及光信號的統(tǒng)計特性均具有高斯分布特性。誤碼率誤碼率誤碼率誤碼率誤碼率誤碼率誤碼率5.3.4分辨率的理論極限

和實驗測量再現(xiàn)圖像的分辨率決定了存儲圖像中像元允許的最小空間尺寸，反映了再現(xiàn)圖像中的精細(xì)結(jié)構(gòu)，是評價體全息存儲圖像質(zhì)量的一個重要標(biāo)準(zhǔn)。光學(xué)系統(tǒng)數(shù)值孔徑影響記錄物平面的空間尺寸大?。幌到y(tǒng)分辨率決定了像元允許的最小尺寸。光學(xué)系統(tǒng)的空間帶寬限制了存儲圖像的分辨率，也就限制了存儲圖像的質(zhì)量和系統(tǒng)的存儲容量。對于衍射受限光學(xué)系統(tǒng)，成像透鏡有限的孔徑限制了系統(tǒng)可通過的空間頻率上限。（見公式5-147）全息圖的尺寸越小，能夠被記錄下的空間頻率越低，再現(xiàn)圖像的分辨率也越低。（見公式5-148）5.3.4分辨率的理論極限

和實驗測量需要根據(jù)重構(gòu)圖像的信噪比來判別其所能達(dá)到的分辨率。將信噪比下降到2時所對應(yīng)的像元尺寸定義為存儲圖像可達(dá)到的極限分辨率。由于存儲圖像像元的最小尺寸是由SLM像元尺寸決定的，目前SLM的分辨率一般在10~20線對/mm。根據(jù)表5.3的實驗結(jié)果可知，使用適當(dāng)大小的全息圖直徑可以滿足存儲圖像分辨率的要求，同時優(yōu)化存儲密度。5.3.5灰度保真度及其測量模擬圖像或多灰度級圖像經(jīng)過全息系統(tǒng)存儲，再現(xiàn)圖像經(jīng)過CCD探測系統(tǒng)采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換，其強度（灰度）分布被離散化和量化，形成灰度級數(shù)字圖像。通常采用相關(guān)系數(shù)CC來評價體全息存儲再現(xiàn)圖像和原始圖像之間灰度分布的相關(guān)性。相關(guān)系數(shù)可以方便地比較不同實驗條件下再現(xiàn)圖像的灰度保真度。若再現(xiàn)圖像中的灰度值變化與原始圖像中的相應(yīng)灰度值變化不相關(guān)，CC0，保真度很差；若兩者存在著線性的正相關(guān)關(guān)系，CC1，保真度很好?；叶缺Ｕ娑燃捌錅y量記錄的物參分束比對再現(xiàn)圖像的灰度保真度有重大影響。噪聲的存在也是造成保真度惡化的主要原因。采用1：30的分束比，當(dāng)衍射效率大于10-5時即能得到較好的保真度（~0.97）。CC值大于0.95時，可以得到較好的再現(xiàn)灰度保真度。與二值化圖像存儲時去的滿意的誤碼率的復(fù)用角度間隔

相比，灰度圖像存儲時的復(fù)用角度間隔要大一些，相應(yīng)的存儲頁面數(shù)會降低。5.4數(shù)據(jù)傳輸速率數(shù)據(jù)傳輸速率的大小與存儲器的存取時間有關(guān)，即決定于數(shù)據(jù)存入存儲器或從存儲器中取出存儲數(shù)據(jù)所需要的時間。存取時間分為潛伏時間和傳送時間。對于全息存儲器而言，潛伏時間主要相當(dāng)于數(shù)據(jù)頁的尋址時間；在存入時，傳送時間與組頁器的位容量、組頁器的填充時間和每個數(shù)據(jù)頁全息圖記錄時間有關(guān)。讀出時，傳送時間主要包括每個數(shù)據(jù)頁的讀出時間tp，它受到再現(xiàn)衍射光功率在探測器上的積分時間、探測器的響應(yīng)時間和探測器電子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸時間限制。5.4.1數(shù)據(jù)存入速率體全息存儲器的數(shù)據(jù)存入速率主要受全息圖的記錄時間

in影響，取決于記錄介質(zhì)的靈敏度和所要求的衍射效率。若不考慮復(fù)用情況，則數(shù)據(jù)存入速率Rin為Rin=Mp/(in+tf)。對于復(fù)用全息存儲，為了得到比較均勻的衍射效率，需要采用一定的曝光記錄時序。當(dāng)使用順序曝光方案時，每個數(shù)據(jù)頁的記錄時間是不同的，只能給出平均存入速率；同時還要考慮全息圖尋址時間ta。數(shù)據(jù)頁的讀出時間數(shù)據(jù)頁的讀出時間數(shù)據(jù)頁的讀出時間數(shù)據(jù)頁的尋址時間全息存儲器不僅可以利用機械運動進行尋址，還可以使用聲光偏轉(zhuǎn)器和電光偏轉(zhuǎn)器件等無機械運動器件尋址，因而有可能達(dá)到很高的數(shù)據(jù)頁尋址速度。聲光偏轉(zhuǎn)期間是目前最佳的尋址期間，它的尋址時間在1~10

s。數(shù)據(jù)讀出速率取決于全息圖的讀出時間，而隨機讀取時間依賴于全息圖的尋址速度。5.5光折變?nèi)⒋鎯ζ鞯谋４鏁r間及其改進為了實現(xiàn)信息的長期或永久的存儲，目前最主要的方法可以分為三大類：（1）利用長壽命的補償光柵，其中包括熱固定技術(shù)和電固定技術(shù)，前者涉及到高溫下運動離子的輸運，后者涉及到鐵電晶體的相變。（2）是雙色技術(shù)，包括光子吸收和雙波長存儲，涉及到確保寫入和讀出過程對晶體材料有不同的影響。（3）是存儲器的持續(xù)刷新及弱光讀出技術(shù)，即補償全息圖的擦除效應(yīng)。熱固定包括定影和顯影兩個階段。后補償方式、同時補償方式電固定電固定技術(shù)是通過對晶體施加外電場改變極化方向來產(chǎn)生補償光柵，一般使用于光折邊鐵電晶體材料。首先對晶體施加一個遠(yuǎn)大于矯頑電場的外電場E1，使得單疇晶體極化，晶體c軸方向與外加電場方向平行；然后打開快門，記錄全息圖，再關(guān)閉快門，改變外加電場的方向和強度；施加略小于矯頑電場強度E2，擦除電子光柵，形成極化強度光柵。雙光子存儲在短波長均勻光的輔助下用長波長光記錄產(chǎn)生干涉圖樣。用短波長的光束使帶溝中束縛態(tài)的載流子