全息数据存储的快速读出系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种全息数据存储的快速读出系统及方法，属于光存储技术领域。本发明专利技术的快速读出方法是一种先在全息介质上以一定间隔记录多个全息图，然后利用精密寻址设备、电光开关、高速图像采集设备三者之间的同步工作，从而在全息介质高速运动的状态下，实现对多个全息图的高速读出。根据本方法所设计的全息数据存储的快速读出系统，由微动定位控制器，脉冲发生器、高速精密寻址设备、高速电光开关、高速图像采集设备、激光器以及必要的光学元件组成，可以实现在连续读出多个全息图的过程中，全息介质始终处于高速运动的状态，从而实现对全息图的连续高速读出。

【技术实现步骤摘要】

属于光存储

技术介绍
随着信息高速公路的建设和计算机科学与技术的发展，需要存储和传播 的信息量在急剧增加，这对信息存储技术提出了越来越高的要求。当今社会 对于存储器性能的要求，既要超大容量(或高密度)，也要求存取数据的高传输 速率。光学体全息存储是实现这一目标最明朗的发展方向，经过近几十年的 研究，已经在体全息机理以及超高密度和超大容量全息记录材料等方面取得 了相当多的研究成果。体全息存储的并行页面存储机制和极短的寻址时间使得它有可能达到很 高的数据传输速率。更为重要的是，高分辨率大幅面的组页器(如空间光调制器即SLM)、精确定位的运动系统、高速光电探测器(如CCD和CMOS 等)以及外围高速电子电路的引入，提供了全息存储快速读出的可行性。作 为一个完整的、实用化的全息信息存储系统必须包含高速读取的功能，如果 体全息存储系统在实现超大容量的基础上同时还能够实现高速的数据传输速 率，无疑将极大地推动信息科学的发展进步。目前在全息存储
发表的论文中，涉及的读出均为在介质静止状 态读取再现图像，S卩通过计算机发出命令，驱动带有记录介质的精密寻址 设备(转台或平台)转动或移动一个微小的距离，运动结束后，在介质静止状态 下用参考光对其进行光读取，然后用图像采集设备采集图像，送入计算机处 理。显然这种静态读出由于等待时间过长而无法达到高的读出速率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服了上述全息存储的缺点和不足，提出了一种全息 数据存储的快速读出系统及方法，该方法可以将己经记录在全息介质中的多个全息图高速动态的读出，即在连续读出多个全息图的过程中，全息介质始 终处于高速运动的状态。为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。本专利技术包括有激光器、分束器、第一反射镜、第一扩束准直系统、空间光调制器(SLM)、傅里叶变 换镜头FT、第二扩束准直系统、第二反射镜、参考光镜头、高速精密寻址 设备、全息介质、傅里叶变换镜头FTL2、设置在分束器和第二扩束准直系统 之间的电光开关、脉冲发生器、高速图像采集设备、微动定位控制器、计算 机、连接计算机与被控制的器件的电缆线、物光快门。其中-所述的脉冲发生器至少存在两个能够同步输出同一脉冲信号的脉冲输出 接口，同时具有外触发信号输入接口；所述的电光开关有接收外触发信号输 入的接口；所述的高速图像采集设备有接收外触发信号输入的接口；所述的 微动定位控制器具有一个TTL电平接口 。脉冲发生器的两个脉冲输出接口分别与高速图像采集设备的接收外触发 信号输入的接口和电光开关的接收外触发信号输入的接口相连；脉冲发生器 的外触发信号输入接口与微动定位控制器的TTL电平接口相连，计算机通过 其自身串口与微动定位控制器连接，微动定位控制器还与高速精密寻址设备 相连。脉冲发生器在接收到外触发信号上升沿的时候，按照提前设置好的脉冲 周期和宽度输出连续周期性的脉冲信号；在接收到外触发信号下降沿的时候， 停止输出脉冲信号。电光开关在接收到外触发信号上升沿的时候，令来自激光器的光波顺利 透过；在接收到外触发信号下降沿的时候，则令来自激光器的光波无法透过， 实现闭光；从而可用外触发脉冲信号对电光开关的开关频率和开光闭光比进 行控制。高速图像采集设备在接收到外触发信号上升沿的时候，开始曝光，积累 电荷；曝光时间长度预先设定，在曝光时间的末端，开始读出和传输帧数据，从而与外触发信号的下降沿是无关的；高速图像采集设备是以CCD或者CMOS为图像传感器的相机探测器，其 帧速大于100帧每秒。如果全息介质为盘状材料，则精密寻址设备为转台，全息图分布在盘 状材料的同心圆轨道上；如果全息介质为卡片状材料，则精密寻址设备为线 性平移台，全息图分布在卡片状材料的线性轨道上，轨道方向与平移台的移 动方向平行。分布在全息介质同一轨道上的相邻全息图之间有一定的空间间 隔，全息介质固定于高速精密寻址设备，可以实现对全息介质运动状态的控 制。在全息介质高速运动过程中，高速电光开关只在参考光可以照射至全息 图记录位置的时候，令参考光波顺利通过；当参考光可以照射至全息图之间 的记录间隔的时候，令参考光波无法通过。利用本专利技术中的全息数据存储的快速读出系统可以实现全息数据存储的 快速读出。全息数据存储的快速读出方法，是一种利用高速精密寻址设备、 高速电光开关、高速图像采集设备三者之间的同步工作，可以在已记录全息 图的全息介质高速运动的状态下，实现对全息图的高速读出。其读出过程如 下1) 先将高速精密寻址设备运动至等待读出的首个全息图(假设其位置 为B)之前某一位置A;2) 通过测量软件精确测量出高速精密寻址设备在设定的加速度和速度 下，由A运动至B所需的精确时间7; (ms量级)，同时要保证精密寻址设备 运动至B点时处于匀速运动状态。3) 根据实际采集中的实验参数，提前设置好脉冲发生器输出信号的脉 冲周期和宽度，即使脉冲发生器的脉冲周期与精密寻址设备的运动速度的乘 积应等于记录于全息介质中的全息图之间的间隔，脉冲发生器的脉冲宽度应 不小于高速图像采集设备的每帧积分时间。4) 计算机通过微动定位控制器控制精密寻址设备由B点返回至A点位置;5) 计算机向微动定位控制器发出指令，使精密寻址设备从A点由静止状 态以步骤2)中所设定的加速度和速度开始向B点运动；6) 在高速精密寻址设备运动rw的时刻，计算机通过微动定位控制器的TTL 电平接口向脉冲发生器发出一个脉冲信号的上升沿，从而触发脉冲发生器按 照3)中设置好的脉冲周期和宽度，向电光开关和高速图像采集设备输出TTL 脉冲信号来触发它们开始工作。而此时安装有全息介质的高速精密寻址设备 应该恰好准确运动至首个全息图所在的位置B，从而恰好可将首个全息图读 出。7) 由于此时高速精密寻址设备已经处于匀速状态，而且高速图像采集 设备和高速电光开关也同时在以脉冲发生器输出的固定的脉冲周期和宽度进 行工作，即实现高速精密寻址设备、高速电光开关、高速图像采集设备三者 可以对处于高速运动状态下的全息介质中的全息图进行同步匹配地采集读 出。本专利技术的效果采用本专利技术的技术，可以在精密寻址设备运动速度和高 速图像采集设备的积分时间允许的情况下，在存储介质高速运动的过程中实 现高密度全息存储器的高速读出，理论上数据读出速率可以达到l-10Gb/s。 附图说明 图l系统光路图2动态快速读出150幅全息图的部分读出图像； (a)第l幅；(b)第51幅；(c)第134幅；(d)第150幅 图中l.激光器，2.分束器，3.第一反射镜，4.电光开关，5.第一扩束准 直系统，6.空间光调制器(SLM)， 7.傅里叶变换镜头FTL， 8.第二扩束准直 系统，9.第二反射镜，IO.脉冲发生器，ll.参考光镜头，12.高速精密寻址设 备，13.全息介质，14.傅里叶变换镜头FTL2， 15.高速图像采集设备，16.微 动定位控制器，17.计算机，18.连接计算机与被控制的器件的电缆线，19.物光快门。 具体实施例方式下面结合图1对本专利技术作进一步说明本专利技术中的全息数据存储的快速读出系统，系统图参见图l，包括有激光器l、分束器2、第一反射镜3、电光开关4、第一扩束准直系统5、空间光调 制器(SLM) 6、傅里叶变换镜头FT本文档来自技高网...

【技术保护点】
全息数据存储的快速读出系统，包括有激光器（１）、分束器（２）、第一反射镜（３）、第一扩束准直系统（５）、空间光调制器（６）、傅里叶变换镜头ＦＴＬ↓［１］（７）、第二扩束准直系统（８）、第二反射镜（９）、参考光镜头（１１）、精密寻址设备（１２）、全息介质（１３）、傅里叶变换镜头ＦＴＬ↓［２］（１４）和物光快门（１９）；其特征在于：还包括有设置在偏振分束棱镜（２）和第二扩束准直系统（８）之间的电光开关（４）、高速图像采集设备（１５）、脉冲发生器（１０）、微动定位控制器（１６）和计算机（１７）；其中：所述的脉冲发生器（１０）至少存在两个能够同步输出同一脉冲信号的脉冲输出接口，同时具有外触发信号输入接口；所述的电光开关（４）有接收外触发信号输入的接口；所述的高速图像采集设备（１５）有接收外触发信号输入的接口；所 述的微动定位控制器（１６）具有一个ＴＴＬ电平接口；脉冲发生器（１０）的两个脉冲输出接口分别与高速图像采集设备（１５）的接收外触发信号输入的接口和电光开关（４）的接收外触发信号输入的接口相连；脉冲发生器（１０）的外触发信号输入接口与微 动定位控制器（１６）的ＴＴＬ电平接口相连，微动定位控制器（１６）还分别与精密寻址设备（１２）和计算机（１７）相连。...

【技术特征摘要】
1、全息数据存储的快速读出系统，包括有激光器(1)、分束器(2)、第一反射镜(3)、第一扩束准直系统(5)、空间光调制器(6)、傅里叶变换镜头FTL1(7)、第二扩束准直系统(8)、第二反射镜(9)、参考光镜头(11)、精密寻址设备(12)、全息介质(13)、傅里叶变换镜头FTL2(14)和物光快门(19)；其特征在于还包括有设置在偏振分束棱镜(2)和第二扩束准直系统(8)之间的电光开关(4)、高速图像采集设备(15)、脉冲发生器(10)、微动定位控制器(16)和计算机(17)；其中所述的脉冲发生器(10)至少存在两个能够同步输出同一脉冲信号的脉冲输出接口，同时具有外触发信号输入接口；所述的电光开关(4)有接收外触发信号输入的接口；所述的高速图像采集设备(15)有接收外触发信号输入的接口；所述的微动定位控制器(16)具有一个TTL电平接口；脉冲发生器(10)的两个脉冲输出接口分别与高速图像采集设备(15)的接收外触发信号输入的接口和电光开关(4)的接收外触发信号输入的接口相连；脉冲发生器(10)的外触发信号输入接口与微动定位控制器(16)的TTL电平接口相连，微动定位控制器(16)还分别与精密寻址设备(12)和计算机(17)相连。2、 根据权利要求1所述的全息数据存储的快速读出系统，其特征在于所述 的高速图像采集设备(15)是以CCD或者CMOS为图像传感器的相机探测器。3、 根据权利要求1所述的全息数据存储的快速读出系统，其特征在于所述 的全息介质(13)是光折变晶体、光致聚合物或其它全息存储材料制成的盘 状介质。4、 根据权利要求1所述的全息数据存储的快速读出系统，其特征在于所述 的全息介质(13)是光折变晶体、光致聚合物或其它全息存储材料制成的卡 片状介质。5、 根据权利要求3所述的全息数据存储的快速读出系统，其特征在于高速 精密寻址设备(12)为转台，全息图分布在盘状介质的同心圆轨道上。6、 根据权利要求4所述的全息数据存储的快速读出系统，其特征在于高速精密寻址设备(12)为线性平移台，全息图分布在卡片状介质的线性轨道上，轨道方向与平移台的移动方向平行。7、 根据权利要求1所述的全息数据存储的快速读出系统，其特征在于所述的高速图像采集设备(15)的帧速大于100帧每秒。8、 如权利要求1所述的全息数据存储的快速读出系统的快速读出方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶世荃，江竹青，万玉红，王大勇，李光明，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]