偏振正交双通道体全息光学数据存储方法及其系统技术方案

本发明专利技术涉及一种偏振正交双通道体全息光学数据的存储方法及其系统，属于光学存储领域。本发明专利技术的方法和系统利用正交光场不相干涉的特点及体全息记录固有的布拉格选择性，在具有各向同性特征的有机光致聚合物记录介质的同一位置中，实现两光场偏振方向正交的干涉场所分别调制的信息的双通道记录，并利用体全息存储方法固有的布拉格选择性，实现数据页间的低串扰和数据页的单独再现。本发明专利技术提出的方法和系统提高了光学数据存储过程的并行性，使得存储过程的并行性加倍，同时保持光学数据读取过程中的并行性不变，提高了记录速率，同时降低了光学数据存储速率和传输速率的不对称性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种偏振正交双通道体全息光学数据存储方法及其系统，属于光学存储领域。
技术介绍
体全息存储技术具有存储密度高(理论1/λ3)、存储容量大(Aprilis公司已实现200GBytes/disk)、传输速率高(Stanford大学已实现＞6Gbits/sec)等特点，是一种极具潜力的新型页式并行光学存储技术。一般的体全息存储方法的存储过程包括单幅存储、复用存储和数据读取三个过程。图1所示为最常见的复用存储过程为角度复用的体全息存储方法的过程示图，具体如下1、利用相干的参考光Kr1和载有信息的物光Ks1在记录介质7中干涉形成相应的折射率相位光栅(体全息图)，完成第一幅信息的记录，如图1-I所示；2、将参考光Kr1偏转一角度构成为新的参考光Kr2，使该参考光对已记录的体全息图布拉格失配，物光Ks1方向保持不变但加载另一信息构成新的物光Ks2，参考光Kr2和物光Ks2在记录介质7中干涉形成相应的折射率相位光栅(体全息图)，完成第二幅信息的记录。如图1-2所示；3、利用体全息的布拉格选择性，重复过程2，在存储介质7中实现更多信息页的复用存储；4、用与记录第一幅信息相同的参考光Kr1入射记录介质7中第一幅信息记录位置，可获得对应的物光Ks1的再现光Ks1_r；用与记录第二幅信息相同的参考光Kr2入射记录介质7中的第二幅信息记录位置，可获得对应的物光Ks2的再现光Ks2_r，分别如图2-III和图2-IV所示。存储介质7中的任一幅记录信息都可用相应的参考光在相应的记录位置单独再现。体全息存储方法在具体实施中，现有最具代表性的采用聚合物盘片材料的体全息存储系统的典型例子为Stanford大学设计的HDSS(体全息数据存储系统)，图2是该系统的主要光路结构图，其中的水平光轴线和铅垂光轴线仅表示各元件在示图中的相对位置，并不表示在实际应用中物理方向上的水平和铅垂。图2所示系统由依次布置在水平光轴线上的激光光源1、半波片4、针孔滤波器2、准直透镜3、偏振分光棱镜5和处于铅垂光轴线上的反射式空间光调制器13、反射式漫射元件16、傅立叶变换透镜9、置于一个精密平移旋转台上的存储介质7、傅立叶逆变换透镜10和探测器CCD11构成，其中偏振分光棱镜5处于水平光轴线和铅垂光轴线的交点上。记录时，激光光源1产生的波长为532nm的激光经半波片2偏振态调整为S偏振，经针孔滤波器和准直透镜扩束、准直后，垂直入射偏振分光棱镜5，入射的S偏振光的中心部分经反射式空间光调制器13调制，调制的象元呈P偏振，再一次经过偏振分光棱镜5时透射并沿铅垂光轴线传播，构成记录所需的物光；入射偏振分光棱镜5的S偏振光的外围部分经反射式漫射元件16且偏振调整成P偏振后，再一次通过偏振分光棱镜5透射，光束沿铅垂光轴线传播，构成记录所需的参考光。反射式空间光调制器13、傅立叶变换透镜9、存储介质7、傅立叶逆变换透镜10和探测器CCD11构成典型的4F结构，其中f1为傅立叶变换透镜9的焦距、f2为傅立叶逆变换透镜10的焦距。参考光和物光在置于谱面位置的存储介质7中干涉形成折射率相位光栅，记录一个数据页。通过盘片的精密平移和旋转控制，采用相关复用和移位复用相结合的混合复用存储过程，实现在整个盘面的高密度大容量存储。读取过程则将物光光路阻断，用与记录时一致的参考光在相应的记录位置读取相应的数据页信息。该系统实现了高的存储密度、存储容量和传输速率，但是由于体全息存储在存取过程并行性相同的情况下，存储速率远低于传输速率的特点，该系统的并行性相同的单通道存储和读取结构，造成记录和传输速率的明显的不对称性，记录速率相对较慢。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种偏振正交双通道体全息光学数据存储方法及其系统，用偏振正交双通道结构提高存储过程的并行性，使得存储过程的并行性加倍，同时保持读取过程并行性不变，从而降低存储速率和传输速率不对称性，提高记录速率。本专利技术提出的偏振正交双通道体全息光学数据的存储方法，包括以下各步骤(1)用偏振态均为S的一束参考光和一束物光构成S记录通道，用偏振态均为P的一束参考光和一束物光构成P记录通道，上述记录通道的记录光，在记录介质的一个记录位置形成干涉场，以记录光学信息；(2)用结合散斑复用和移位复用的混合复用存储过程，重复步骤(1)过程，进行整个记录介质中复用存储；(3)用偏振态为S的一束参考光，按S记录通道的参考光方向在相应记录位置读取上述S记录通道的光学信息，用偏振态为P的一束参考光，按P记录通道的参考光方向在相应记录位置读取上述P记录通道的光学信息。上述方法中的介质为各向同性的光致聚合物材料。上述方法中的两束物光同轴，两束参考光对称位于物光两侧，其夹角为φc，φc＞＞φ，φ＝Λ/L为记录的布拉格角度选择性，其中Λ为记录全息图光栅的周期，0.1μm≤Λ≤10μm，L为记录介质的厚度，50μm≤L≤1000μm。本专利技术提出的偏振正交双通道体全息光学数据的存储系统的第一种结构，系统包括激光光源、针孔滤波器、准直透镜、第一半波片、第一偏振分光棱镜、第二半波片、第二偏振分光棱镜、第一透射式漫射元件、第一透射式空间光调制器、第三半波片、反射镜、第三偏振分光棱镜、第二透射式空间光调制器、第四偏振分光棱镜、第二透射式漫射元件、组合式快门、傅立叶变换透镜、记录介质、傅立叶逆变换透镜、快门和探测器；所述的激光光源、针孔滤波器、准直透镜、第一半波片、第一偏振分光棱镜、第二半波片、第二偏振分光棱镜和第一透射式漫射元件置于第一光轴，构成P通道参考光C；所述的第一偏振分光棱镜、第三半波片和反射镜置于第一偏振分光棱镜反射光方向的第二光轴上，第一光轴和第二光轴互相垂直，并相交于第一偏振分光棱镜上；所述的反射镜、第三偏振分光棱镜、第二透射式空间光调制器和第四偏振分光棱镜处于第三光轴上，第二光轴和第三光轴互相垂直，并相交于反射镜上；所述的第二偏振分光棱镜、第一透射式空间光调制器和第四偏振分光棱镜处于第四光轴，第四光轴和第一光轴互相垂直，并相交于第二偏振分光棱镜上，第四光轴同时与第三光轴互相垂直，并相交于第四偏振分光棱镜上，光束经第四偏振分光棱镜后，沿第三光轴方向传播，构成P和S通道物光A；所述的第三偏振分光棱镜反射光束经反射镜反射后沿平行于第三光轴的方向传播，经第二透射式漫射元件后构成S通道参考光B；所述的第四偏振分光棱镜和探测器之间的光轴上依次设有组合式快门、傅立叶变换透镜、记录介质、傅立叶逆变换透镜和快门；所述第一透射式空间光调制器和第二透射式空间光调制器置于傅立叶变换透镜前焦点的位置上，记录介质置于傅立叶变换透镜后焦点上；同时记录介质还处于傅立叶逆变换透镜前焦点上，探测器置于傅立叶逆变换透镜后焦点上，S通道参考光B与P通道参考光C经傅立叶变换透镜后的夹角为φc。本专利技术方法提出的偏振正交双通道体全息光学数据的存储系统的第二种结构，包括激光光源、半波片、针孔滤波器、准直透镜、偏振分光棱镜、第一组合式快门、第一反射式漫射元件、第一反射式空间光调制器、第二组合式快门、第二反射式漫射元件、第二反射式空间光调制器、傅立叶变换透镜、记录介质、傅立叶逆变换透镜、第三组合式快门和探测器；所述的激光光源、半波片、针孔滤波器、准直透镜、偏振分光棱镜、第一组合式快门、第一反射式漫本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种偏振正交双通道体全息光学数据的存储方法，其特征在于该方法包括以下各步骤：　　　　（１）用偏振态均为Ｓ的一束参考光和一束物光构成Ｓ记录通道，用偏振态均为Ｐ的一束参考光和一束物光构成Ｐ记录通道，上述记录通道的记录光，在记录介质的一个记录位置形成干涉场，以记录光学信息；　　　　（２）用结合散斑复用和移位复用的混合复用存储过程，重复步骤（１）过程，进行整个记录介质中复用存储；　　　　（３）用偏振态为Ｓ的一束参考光，按Ｓ记录通道的参考光方向在相应记录位置读取上述Ｓ记录通道的光学信息，用偏振态为Ｐ的一束参考光，按Ｐ记录通道的参考光方向在相应记录位置读取上述Ｐ记录通道的光学信息。

【技术特征摘要】
1.一种偏振正交双通道体全息光学数据的存储方法，其特征在于该方法包括以下各步骤(1)用偏振态均为S的一束参考光和一束物光构成S记录通道，用偏振态均为P的一束参考光和一束物光构成P记录通道，上述记录通道的记录光，在记录介质的一个记录位置形成干涉场，以记录光学信息；(2)用结合散斑复用和移位复用的混合复用存储过程，重复步骤(1)过程，进行整个记录介质中复用存储；(3)用偏振态为S的一束参考光，按S记录通道的参考光方向在相应记录位置读取上述S记录通道的光学信息，用偏振态为P的一束参考光，按P记录通道的参考光方向在相应记录位置读取上述P记录通道的光学信息。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于其中所述的介质为各向同性的光致聚合物材料。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于其中所述的两束物光同轴，两束参考光对称位于物光两侧，其夹角为φc，φc＞＞φ，φ＝Λ/L为记录的布拉格角度选择性，其中Λ为记录全息图光栅的周期，0.1μm≤Λ≤10μm，L为记录介质的厚度，50μm≤L≤1000μm。4.一种偏振正交双通道体全息光学数据的存储系统，其特征在于该系统包括激光光源、针孔滤波器、准直透镜、第一半波片、第一偏振分光棱镜、第二半波片、第二偏振分光棱镜、第一透射式漫射元件、第一透射式空间光调制器、第三半波片、反射镜、第三偏振分光棱镜、第二透射式空间光调制器、第四偏振分光棱镜、第二透射式漫射元件、组合式快门、傅立叶变换透镜、记录介质、傅立叶逆变换透镜、快门和探测器；所述的激光光源、针孔滤波器、准直透镜、第一半波片、第一偏振分光棱镜、第二半波片、第二偏振分光棱镜和第一透射式漫射元件置于第一光轴，构成P通道参考光C；所述的第一偏振分光棱镜、第三半波片和反射镜置于第一偏振分光棱镜反射光方向的第二光轴上，第一光轴和第二光轴互相垂直，并相交于第一偏振分光棱镜上；所述的反射镜、第三偏振分光棱镜、第二透射式空间光调制器和第四偏振分光棱镜处于第三光轴上，第二光轴和第三光轴互相垂直，并相交于反射镜上；所述的第二偏振分光棱镜...

【专利技术属性】
技术研发人员：何庆声，尉昊贇，曹良才，何树荣，金国藩，邬敏贤，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]