全息存儲系統(tǒng)的單元器件典型的光學全息存儲系統(tǒng)

示意圖主要單元器件全息存儲材料激光器：提供高強度而準直的相干光。尋址器件：用于改變物光或參考光方向，以實現(xiàn)多重記錄和隨機存取功能。組頁器：產(chǎn)生待記錄圖像或數(shù)據(jù)頁的相干光學圖像。探測器：讀出再現(xiàn)的圖像或數(shù)據(jù)頁。各種常規(guī)光學和電子學元件4.1激光器在全息存儲系統(tǒng)中，要求激光器能夠提供所需的高強度、準直相干光，并且具有很好的頻率穩(wěn)定性、振幅穩(wěn)定性、相干長度和可靠性。激光器可以是脈沖的或連續(xù)波的。大容量的全息存儲系統(tǒng)基本上是采用連續(xù)激光器。應用應盡量采用相對短的波長。氦氖激光器、氬離子激光器、氪離子激光器、紅寶石激光器和摻釹釔鋁石榴石激光器、可調(diào)諧激光器。4.2組頁器組頁器是光學全息存儲器的二維信號輸入器件，輸入信號可以是光信號或電信號，經(jīng)過組頁器轉換成二維相干光學圖像，它可以代表灰級模擬圖像，也可以代表數(shù)字數(shù)據(jù)。廣義上，組頁器就是空間光調(diào)制器(SLM)SLM是一種可對某光波的波前的某些特性進行調(diào)制的器件，如二維光場分布的位相、振幅、頻率或強度和偏振態(tài)，從而將信息加載于該光波上。作為輸入器件，可以將SLM視為一種可控制的透明片。SLM結構的基本特點SLM是由許多基本的獨立單元組成的一維線陣或二維陣列，這些獨立單元可以是物理上分割的小單元，也可以是無物理邊界的、連續(xù)的整體，只是由于器件材料的分辨率和輸入圖像或信號的空間分辨率有限，而形成的一個一個小單元。這些小單元可以獨立地接收光學或電學的輸入信號，并利用各種物理效應改變自身的光學特性（相位、振幅、強度、頻率或偏振態(tài)等），從而實現(xiàn)對輸入光波的空間調(diào)制或變換。

SLM結構的基本特點習慣上，把這些小獨立單元稱為空間光調(diào)制器的“像素”，把控制像素的光電信號稱為“寫入光”，或“寫入（電）信號”，把照明整個器件并被調(diào)制的輸入光波稱為“讀出光”，經(jīng)過空間光調(diào)制器后出射的光波稱為“輸出光”。SLM的分類讀出光應該能照明空間光調(diào)制器的所有像素，并能接收寫入光或寫入電信號傳遞給它的信息，經(jīng)調(diào)制或變換轉換成輸出光。按讀出光工作方式分，可有透射式和反射式。寫入光或寫入電信號應含有控制調(diào)制器各個像素的信息。把這些信息分別傳送到相應像素位置上去的過程稱為“尋址”（或“編址”）。如果采用寫入光實現(xiàn)這一過程，稱為光尋址，采用寫入電信號時，稱為電尋址?？臻g光調(diào)制器示意圖光尋址光尋址通常采用一個二維光強分布（如一幅圖像）作為寫入光，使其成像在空間光調(diào)制器的像素平面上，并使寫入光的像素與空間光調(diào)制器的像素一一對應，從而實現(xiàn)尋址。

光尋址時，所有像素的尋址同時完成，所以它是一種并行尋址。

其特點是尋址速度最快，而且像素的大小，原則上只受寫入光成像光學系統(tǒng)分辨率的限制。

光尋址采用光尋址時，要防止寫入光與讀出光之間的串擾。

對于透射式，讀出光和寫入光可以使用不同的波長，再利用濾光片除去輸出光中的寫入光，從而消除它們之間的串擾。

對于反射式，在調(diào)制器內(nèi)部設置一個光隔離層，使寫入光與讀出光位于調(diào)制器兩側。光尋址的SLM由連續(xù)（模擬）的非像素單元結構來產(chǎn)生調(diào)制作用。電尋址采用電尋址時，因為電信號是一個時間序列，原則上只能依次地輸送到調(diào)制器的各個像素上去，所以電尋址是一種串行尋址方式。

實現(xiàn)電尋址有多種形式。例如，在空間光調(diào)制器的表面設置兩組正交的柵狀電極，用逐行掃描的方法使寫入電信號作用到相應的像素上去，完成尋址。再如，利用電荷耦合器（CCD）和一個附加的電荷轉移機構，把寫入電信號轉換成調(diào)制器上的電壓分布來完成尋址的。

電尋址電尋址的SLM主要由單個分離的元素或像素結構組成，它的優(yōu)勢在于具有電子系統(tǒng)與光學系統(tǒng)之間實時接口能力。但由于分立的像素結構，一方面將導致多重衍射圖樣，另一方面在電極之間存在死區(qū)，最終影響攜帶信息的光波能量的有效利用。由于串行方式，使它的信息處理速度降低。但目前它是光信息處理與現(xiàn)代電子技術、特別是計算機-多媒體技術相結合，構成光電混合系統(tǒng)的有效方式，已得到了廣泛的應用。

SLM的分類空間光調(diào)制器還可以根據(jù)其完成信號轉換的過程分為在線轉換和離線轉換兩類。離線轉換SLM需要預先制作，如感光膠片和在熔融石英上鍍鉻形成的透射掩膜板，它們具有很高的對比度和空間分辨能力。在線轉換SLM可以就地進行信號轉換，通常達到視頻速率或更高的幀速。主要有：液晶光閥、鐵電液晶空間光調(diào)制器、電尋址液晶空間光調(diào)制器、磁光器件等。液晶空間光調(diào)制器工作原理液晶的基本性質電尋址液晶空間光調(diào)制器光尋址液晶光閥液晶有些物質的分子沒有固定的排列，可以自由移動，因而具有液體的流動性，但同時它的分子排列取向又存在一定的規(guī)律性，因而又具有晶體的各向異性的特點。把這種介于固相和液相之間的相態(tài)稱為液晶態(tài)。把具有液晶相態(tài)的物質稱為液晶物質，常見的主要是一些有機化合物（例如芳香族化合物）及它們的混合物。這些物質處在液晶相時，就叫做液晶。液晶分子呈雪茄狀的細長條形，長度在幾個納米量級，直徑在零點幾個納米量級。液晶的類型扭曲向列相液晶的光學特性1、是一種向列液晶，施加外力將一扭矩施加到這種液晶上。2、局部性質類似與單軸晶體，其光軸平行于分子的方向。光軸以螺旋的方式逐漸旋轉。3、在一定條件下扭曲向列相液晶的作用是偏振旋轉器，其偏振平面的旋轉與分子的扭轉相一致。向列相液晶的電學特性1、由于液晶分子的長條形狀以及其規(guī)則的取向，液晶具有單軸對稱性的各向異性電特性。2、外加穩(wěn)態(tài)（或低頻）電場感生出電偶極子，總的電場力在分子上產(chǎn)生轉矩，從而是分子沿某一方向旋轉，最后使分子的長軸指向電場方向。扭曲向列相液晶盒2.電尋址液晶空間光調(diào)制器電尋址液晶空間光調(diào)制器實際上是由微型液晶顯示器改裝而成的。液晶顯示屏(LCD)由很多二維矩陣結構的像素組成，每一個像素相當于一個小液晶盒，液晶盒內(nèi)一般裝有扭曲900的向列相液晶，能夠通過電信號分別獨立控制它們。改變每一像素單元的外加電壓可以改變其透射率，此時若LCD屏的外加電壓是由計算機等產(chǎn)生的，則此LCD屏可以產(chǎn)生灰度圖像。3.光尋址液晶光閥4.3探測器常用的探測器包括照相膠片、光電探測器陣列和CCD探測器。照相膠片記錄圖像需要顯影、定影處理，并且要通過機械裝置移動膠片，因而是慢速的、耗時的。光電探測器陣列和CCD探測器可以實時地將二維光學再現(xiàn)圖像信號轉換為時序電信號，因而具有簡便、速度快、與電子信息處理系統(tǒng)兼容、便于與計算機接口等優(yōu)點，其缺點是光電接收的空間分辨率和灰度級較低。光電二極管陣列探測器光電二極管陣列就是將許多光電二極管以線陣或面陣的形式集成在一個芯片上，可同時檢測入射光學圖像的光強分布，并將其轉變?yōu)殡娦盘柗植?。CCD探測器CCD是一種由MOS結構單元組成的陣列器件，基本功能是在每個MOS結構單元中，都可存儲一定數(shù)量的電荷（即信息）.CCD用作光學圖像探測器是時，信號電荷由光生載流子得到，即光注入；當光束從背面或正面入射到硅片上時，將產(chǎn)生電子-空穴對，其多數(shù)載流子被柵極電壓排斥，少數(shù)載流子則被收集在勢阱中形成信號帶和，它是被積分的光通量的函數(shù)，這樣的一個MOS單元叫作光敏單元或一個像素。CCD攝像器件包括光敏區(qū)（成像區(qū)）、存儲區(qū)和移位寄存器。4.4尋址器件一個全息存儲系統(tǒng)必須要用尋址器件在讀出、寫入和擦除操作中準確地定位不同的全息圖（數(shù)據(jù)頁面），這個定位過程必須既快又準確，才能提高全息存儲器的數(shù)據(jù)傳輸速度和讀出數(shù)據(jù)的保真度。尋址器件的性能可用分辨率和隨機存取時間作定量描述，分辨率與存儲密度有著密切的關系。目前主要的尋址期間就是光束偏轉器，此時分辨率可定義為最大偏轉角除以衍射極限角?？煞譃闄C械運動尋址器件和無機械運動尋址器件兩大類，無機械運動尋址器件可以提供更短的隨機存取時間。旋轉鏡偏轉器平移臺聲光偏轉器件利用聲光效應而制成的聲光偏轉器件(AOD)，通過運動聲波來尋址。聲波是一種傳播著的壓力擾動，它在介質中產(chǎn)生壓縮和稀疏區(qū)域，這種密度的變化引起介質中相應的折射率的變化。聲光偏轉器的基本結構是一個聲光盒，又稱作布拉格盒。聲光偏轉器件聲光偏轉器的關鍵參數(shù)是可分辨的角位置數(shù)目N和隨機存取時間

a激光頻率有一個與聲波速率大小相同的頻移。電光偏轉器電光偏轉器電光偏轉器電光偏轉器數(shù)字電光偏轉器利用一個電光調(diào)制器和一個雙折射棱鏡。電光調(diào)制器用作偏振旋轉器。當電壓變化了調(diào)制器的半波電壓時，就使線偏振輸出光束的偏振方向旋轉900。當光束通過雙折射棱鏡后，它偏離到兩個方向中的一個方向上，這取決于它的偏振方向。m個數(shù)字偏轉器的串級組合就可以有2m個偏轉角。該器件隨機存取時間一般為100ns~1000ns。缺點是在連續(xù)工作狀態(tài)下，存取時間受到電容充電和放電速度的限制，并易產(chǎn)生巨大的能耗。磁光偏轉器4.5其它單元器件偏振光學元件透鏡微透鏡陣列空間濾波器隨機相移器偏振光學元件保證物光束和參考光束在偏振方向上保持一致，從而獲得較好的條紋調(diào)制度。記錄材料需要特定的偏振光記錄和讀出。/2波片、偏振分光棱鏡、偏振片等透鏡標志透鏡質量的一個重要參數(shù)是相對孔徑，也稱F數(shù)。相對孔徑越大，透鏡的分辨率越高，從而允許組頁器具有更多的像素數(shù)目。對于探測器來說，可以允許更短的曝光時間，提高數(shù)據(jù)讀出速率。用來擴散光束或準直的透鏡一般焦距要求短一些。（顯微物鏡）傅立葉變換透鏡需要按傅立葉變換要求設計，成像透鏡需要消像差，孔徑和焦距需要與系統(tǒng)中其它器件想匹配。望遠物鏡、照相物鏡。微透鏡陣列具有二維空間多通道成像和聚焦能力，每一個小透鏡可以對應一個空間位置。可以是分立制作的短焦距玻璃透鏡陣列、整體澆注的塑料透鏡陣列、折射率分段的光纖二維陣列或全息光學元件陣列等。分為兩種類型：漸變折射率的平面形微透鏡、折射率均勻的球冠形微透鏡。微透鏡陣列的參數(shù)可以做到：焦距f為1mm，陣列周期為88

m，面積為12.7mm*8.5mm，即145*96的微透鏡陣列。空間濾波器由針孔濾波器和擴束鏡組成，安裝在同一個支架上，目的是