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随着社会的发展和科学技术的进步,尤其是近年来计算机和互联网技术的发展,信息时代已经到来,人类对信息的要求和依赖,包括大规模电子信息的产生,积累,存档等技术方面,到了一个前所未有的程度。进入21世纪,能否满足日益增长的信息存储的要求成为一个严峻的技术挑战。各种海量信息存储技术的研究方兴未艾,包括一维光带技术,目前在信息存储市场上占主导地位的二维存储技术,处于研发阶段的各种三维存储技术以及电子俘获光学存储技术、表面增强拉曼光增强技术、扫描探针存储技术等其他技术。在存储技术的发展中,有一种由二维向三维转变的趋势,比如硬盘阵列存储技术和DVD的多层存储技术等等。在三维存储技术中,以铌酸理晶体为存储介质的光折变体三维体全息存储技术具有高存储密度(理论极限1Tbits/cm3),高的存取速率等优势,是目前存储技术的一个研究热点,极有可能成为最有前途的下一代信息存储方式。
近十几年来,光折变体三维体全息存储技术的研究有了很大的进展,出现了多种、不同技术水平的样机,但是,各种样机所达到的存储指标距离理论极限还相差很远,还有许多需要解决的技术问题,本论文针对光折变体三维存储器这一当今研究热点,研究提高存储器性能的方法,为存储器走向实用作出尝试。
在本论文第一章中,我们简单介绍了光折变三维体全息存储器的发展,概要的介绍了各个阶段代表性的光折变体三维存储器样机,并分析了光折变体三维全息存储器作为下一代存储技术的各方面的优势。
光折变体三维全息存储技术的基础是光折变效应,在第二章中,我们简要介绍光折变效应及其动力学方程、全息存储耦合波方程以及光折变体三维全息信息存储原理,光折变体三维全息信息存储对信息写入配置,复用方式,光折变材料的种类等条件有严格的依赖,所以我们对各种信息写入配置,复用方式和光折变材料的种类进行了介绍。在本章的最后我们对光栅固定方法和非挥发信息读出方法进行了讨论。
衍射效率是全息存储器的一个重要参数。它不仅直接影响信息页面重构时的亮度,而且,在多幅全息图叠置时,由于写入光对与已经写入光栅的擦除作用而引起的衍射效率不均匀性造成的信噪比的降低,所以衍射效率还决定了同一体积以存储的信息页面数目。在第三章中我们首先给出了体积全息图的衍射效率,讨论了透射配置下的衍射效率与材料各向异性、角度选择性的关系。由于体全息存储是多个全息图分享记录材料的动态范围,一个全息图的衍射效率的提高会导致其他全息图的衍射效率的下降,在本章的最后,我们讨论使多幅全息图的衍射效率均匀化的方法,提出了利用弱写入方法进行衍射效率均匀化的方法,同时还讨论了衍射效率自增强效应对衍射效率均匀程度的影响。
存储容量和密度作为衡量全息存储器性能的重要指标,受到人们的普遍重视。通过选择适当的复用技术,可以充分的利用存储材料的三维体积,实现高密度体全息存储。在第四章中,我们首先给出体全息存储密度和容量的理论上限,随后讨论信息读出比特率、光擦除作用、所存储页的串扰噪声、存储材料的动态范围、布拉格角度选择性等实际因素对全息存储容量的限制作用。我们研究了写入光束波前曲率对存储密度的影响,结果表明通过平衡考虑改变写入光束波前曲率和空间复用度两方面的问题,有可能使存储密度提高20%。
光折变体三维存储器中,噪音是影响存储器性能的重要因素,在第五章中,我们研究了抑制由于大量叠置全息图引起的噪声的方法。讨论了全息图噪声、噪音光栅的建立及其可能的抑制方法。最后,结合我们的工作讨论了利用凹球面镜的类相位共轭反射光抑制全息图叠置噪声的方法。
光折变体三维存储器具有高存储容量、高存储密度、快速信息读出等优点,最有可能满足多媒体应用方面的巨大存储容量和快速数据传输的要求,因此人们主要关注其海量存储特性方面的研究,实际上,由于光折变材料具有全息记录、并行信息读出的特性,在其他方面也有很大的应用。在第六章中我们介绍了在利用光折变体三维存储器进行目标识别方面的尝试。然后结合我们的工作介绍了其在三维物体相关识别方面的应用。
在本论文的最后一章,我们对论文涉及的工作进行了总结,对光折变体三维存储器的进一步发展进行了讨论。