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自激光全息技術(shù)誕生之日起，激光體全息光存儲(chǔ)技術(shù)（以下簡(jiǎn)稱全息存儲(chǔ)）就開(kāi)始受到人們的關(guān)注。目前，全息存儲(chǔ)研究已取得很大進(jìn)展，存儲(chǔ)容量迅速增大，存儲(chǔ)器性能不斷改進(jìn)，高密度全息存儲(chǔ)技術(shù)正日益走向?qū)嵱谩?/p> 一、全息存儲(chǔ)的原理

全息存儲(chǔ)方式利用光的干涉原理，在記錄材料上以體全息圖的形式記錄信息，并在特定條件下以衍射形式恢復(fù)所存儲(chǔ)的信息。三維多重體全息存儲(chǔ)，是利用某些光學(xué)晶體的光折變效應(yīng)記錄全息圖形圖像。一般常用的材料有重銘酸鹽明膠、光致聚合物和光致變色材料等。

三維體全息存儲(chǔ)的原理是，待存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)由空間光調(diào)制器調(diào)制成二維信息，然后與參考光在記錄介質(zhì)中發(fā)生干涉，并利用材料的光折變效應(yīng)形成體全息圖而完成信息的記錄。讀取時(shí)，使用和原來(lái)相同的參考光尋址，以讀出存儲(chǔ)在晶體中的相應(yīng)的全息圖。根據(jù)體全息圖的布拉格角度或波長(zhǎng)選擇性，改變參考光的入射角度或波長(zhǎng)，以實(shí)現(xiàn)多重存儲(chǔ)。由于布拉格選擇性非常高，所以體全息存儲(chǔ)可在一個(gè)單位體積內(nèi)復(fù)用多幅圖像，從而實(shí)現(xiàn)超高密度存儲(chǔ)。

根據(jù)光波干涉原理，當(dāng)信號(hào)光和參考光都是平面波時(shí)，在一定厚度的記錄介質(zhì)內(nèi)部都會(huì)形成等間距的、具有平面族結(jié)構(gòu)的體光柵，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光信號(hào)的存儲(chǔ)。

體全息圖光路示意圖如圖1所示。

圖1 體全息圖光路圖示意圖

光信號(hào)存儲(chǔ)時(shí)，待存儲(chǔ)的信號(hào)光O和參考光R分別以角度θ1和θ2但入射到介質(zhì)內(nèi)，形成的條紋面與兩束光的夾角θ滿足θ=（θ1-θ2）/2。該等間距的平面族結(jié)構(gòu)被記錄并形成光柵（其光柵常數(shù)71滿足布拉格條件：2Λsinθ=λ，其中λ為光波在介質(zhì)內(nèi)傳播的波長(zhǎng)），從而實(shí)現(xiàn)某波長(zhǎng)光信號(hào)在某角度下的存儲(chǔ)。

體全息圖對(duì)再現(xiàn)光的衍射作用與布拉格晶體對(duì)X射線的衍射現(xiàn)象相似，也滿足布拉格條件：2Λsinθ=λ，式中θ稱為布拉格角。圖1（b）是其再現(xiàn)示意圖。只有滿足布拉格條件的再現(xiàn)光才能得到最強(qiáng)的衍射光，任何對(duì)布拉格角和光波長(zhǎng)的偏離都會(huì)使衍射光急劇衰減，即布拉格條件表現(xiàn)出很強(qiáng)的選擇性。當(dāng)某一波長(zhǎng)的光以某一角度入射到存儲(chǔ)介質(zhì)的某一區(qū)域（該區(qū)存有數(shù)據(jù)信息）時(shí)，如果出現(xiàn)較強(qiáng)的、滿足布拉格條件的衍射光，則表示該區(qū)域在該波長(zhǎng)和角度下的存儲(chǔ)信息為“1”，反之則為“0”。由此可見(jiàn)，體全息可采用波長(zhǎng)復(fù)用和角度復(fù)用來(lái)實(shí)現(xiàn)超高密度存儲(chǔ)。

與磁存儲(chǔ)技術(shù)和光盤存儲(chǔ)技術(shù)相比，全息存儲(chǔ)有以下特點(diǎn)。

（1）數(shù)據(jù)冗余度高。在傳統(tǒng)的磁盤或光盤存儲(chǔ)中，每一數(shù)據(jù)比特占據(jù)很小的空間位置，當(dāng)存儲(chǔ)密度增大，存儲(chǔ)介質(zhì)的缺陷尺寸與數(shù)據(jù)單元大小相當(dāng)時(shí)，必將引起對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)失真或丟失；全息存儲(chǔ)的信息以全息圖的形式存儲(chǔ)在一定的擴(kuò)展體積內(nèi)，而記錄介質(zhì)局部的缺陷和損傷只會(huì)使信號(hào)的強(qiáng)度降低，但不至于引起數(shù)據(jù)丟失，因此冗余度高，抗噪能力強(qiáng)。

（2）存儲(chǔ)容量大。利用體全息圖可在同一存儲(chǔ)體積內(nèi)存儲(chǔ)多個(gè)全息圖，其有效存儲(chǔ)密度很高，存儲(chǔ)密度的理論極限值為1/λ3（人為光波波長(zhǎng)），在可見(jiàn)光譜區(qū)中該值約為1012b/cm3。

（3）數(shù)據(jù)并行傳輸。全息圖數(shù)據(jù)以頁(yè)面形式存儲(chǔ)和恢復(fù)，一頁(yè)中所有的位都并行地記錄和讀出（不像磁、光盤那樣串行方式逐點(diǎn)存取），其存取一頁(yè)的時(shí)間≤1s，因而具有極高的數(shù)據(jù)傳輸率，其極限值主要由I/O（輸入/輸出）器件來(lái)決定。目前多信道CCD陣列的運(yùn)行速度已達(dá)到128MHz/s，采用并行探測(cè)陣列的全息存儲(chǔ)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸率將有望達(dá)8GBps。

（4）尋址速度快。數(shù)據(jù)檢索采用聲光或電光等非機(jī)械尋址方式，因而系統(tǒng)的尋址速度很快，尋址一個(gè)頁(yè)面的時(shí)間可小于50μs。數(shù)據(jù)訪問(wèn)時(shí)間可降至亞毫秒范圍或更低。

（5）有關(guān)聯(lián)尋址功能。塊狀角度復(fù)用體全息存儲(chǔ)用角度多重法存儲(chǔ)多個(gè)全息圖，讀出時(shí)若用物光中的某幅圖像光波（或其部分）照射其公共體積，則會(huì)讀出一系列不同方向的“參考光”，各光的強(qiáng)度大小代表對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)圖像與輸入圖像之間相似程度。利用此關(guān)聯(lián)特性，可實(shí)現(xiàn)內(nèi)容關(guān)聯(lián)尋址操作和基于圖像相關(guān)運(yùn)算的快速目標(biāo)識(shí)別。