2018年新闻


林枭同学在相位型全息光存储研究中取得新进展


  相位型全息光存储的相位读取一直是一个比较大的问题,因为目前的探测器只对强度敏感,不能直接探测到相位的变化。干涉法是解决这一问题的简洁途径,通过利用一束参考光与待测光进行干涉,将相位的变化转变成强度的分布,再由探测器捕捉,进而通过相位与强度的关系得到相位。但干涉法也有缺点,首先在一个2π相位周期内,存在两个不同相位值对应同一强度值的情况;其次干涉法受环境影响较大,极小的微扰也会对干涉结果造成影响。因此通常需要进行相移干涉,这就需要多次操作,不仅加大了实验难度,也降低了数据转换速率。本文提出一种编码对形式的相位编码,既可以解决相位读取判断问题,也可以作为较强的校验提高对不理想结果的抗性,而且实现了单次干涉读取相位,提高了数据转换速率。


图1. 编码对的相位编码方式。以4×4像素作为一个编码单元,在其中存在8对编码位置,每个编码位置的上方像素为可供编码的相位(f 1, f 2, f 3, f 4),而下方像素为上方像素的相位值加上一个固定的相位值j。灰色的部分是编码对,而白色的部分是标准对,用于解码过程中的比较。

  显然当标准对过多时会导致编码率降低。因此实验中我们设计四阶相位值为0,p/2, p, 3p/2,而固定的相位值为p/2,这样就能只用四个像素表示四对标准编码对,如图2。由于我们认为在读取过程中产生的噪声是随噪声,因此在整个页面上只留一组标准点即可,并不影响编码率。


图2. 四阶相位的具体取值及标准点的位置


  经过一束平行光干涉后的强度分布如图3所示。图中红虚线为标准值,由4个标准值可以产生4个标准对{I1,I2}, {I2,I3}, {I3,I4} 和{I4,I1},绿虚线为待测对。通过比较待测对于标准对的方差,可以得到待测对的相位值。待测对可以写成{In',In*},其中n=1,2,3,4.


图3. 干涉后的强度分布


  上述公式即为方差公式,每一个待测对产生四个方差值,我们取最小的方差值,并将其对应的标准相位对赋给待测相位对即可。此时就得到了待测相位值。


图4. 模拟的解码误码率(BER)曲线。蓝色线为一般的单次干涉解码结果,红色线为编码对的单次干涉解码结果。


  实验装置如图5所示。


图5. 实验装置图。SF:空间滤波器,HWP:半波片,BS:分束器,L1~L6:透镜(L1=300mm,L2~L5=150mm,L6=200mm), SLM:空间光调制器(像素尺寸8mm),Media:记录材料(1.5mm厚的Irgacure 784-doped PMMA photopolymer),CCD:相机(像素尺寸3.75)mm



图6. 实验单次干涉结果


图7. 实验解码结果。(a)为理想输入相位编码图案,其中红色框中的4个像素为标准值。(b)为一般单次干涉解码后的结果。(c)与(b)情况对应的误码分布,白色为错误点。(d)为编码对形式的单次干涉解码后的结果。(e)与(d)情况对应的误码分布。


  图6为实验干涉结果,图7为实验解码结果。从实验结果看出,在利用编码对形式的相位编码后,单次干涉的误码率从25.1%降为4.4%,达到了可用标准。而且发现误码多出现与四周,这是因为背景强度分布中间和四周有一定差别。

  基于以上研究,以“Four level phase pair encoding and decoding with single interferometric phase retrieval for holographic data storage”为题目的论文,已被Chinese Optics Letters(影响因子:1.859)接收。
  论文的相关链接:https://doi.org/10.1364/OE.25.030905



(2018.01.28)



This Page was written by Information Optics Laboratory (ryh@bit.edu.cn); at Mar. 20, 2015.