全息存储理论模型
Theoretical Model of Holographic Data Storage


  为了便于分析同轴全息光存储技术,我们建立了单纯化的理论模型,以此分析光在全息存储系统中传播的物理过程。如图1 所示,该理论模型中的记录介质采用透射式结构。空间光调制器(SLM)被单色平面波照明,其上每一个像素被看作是一个发散的点光源,这些点光源发出的球面波经过显微物镜(Objective lens)后成为会聚于其后焦点的平行光束。
  在记录过程中,当数据页的图案加载到空间光调制器(SLM)上时,空间光调制器(SLM)上处于信息图案的部分(Information pixels)发出的信息光(Information beam)系列平行光束ks ,与围绕信息图案的参考光图案(Reference pixels)中发出的参考光(Reference beam)系列平行光束kr 在会聚处发生干涉,每一对ks kr 产生一组干涉条纹,这些干涉条纹组被记录在记录媒体(Recording medium)中,形成多组衍射光栅K 构成的全息图。
  在再现过程中,当数据页的参考光图案加载到空间光调制器(SLM)上时,将只有参考光图案中发出的参考光(Reference beam)系列平行光束kr 照射到记录在记录媒体(Recording medium)上。每一个参考光束从多组衍射光栅K 读取再现光束,但只有满足布拉格条件的光束才可再现,这些再现的平行光束并经过第二个显微物镜(Objective lens)后,将在探测器(Detector)面上聚焦成一点,其位置应该与空间光调制器(SLM)的发光位置相对应。
Fig.1 Simple Theoretical Model of
Collinear Holographic Data Storage
  每一束平面波的波矢量k 都是由空间光调制器上像素坐标的位置决定的。这里规定z 轴为系统的光轴,那么每束平面波在记录介质内部的k 矢量都可以表达成如下式所述的形式

其中,l,m表示空间光调制器(SLM)上像素的位置坐标,a 为空间光调制器(SLM)像素的间隔,k0 为真空中的光波矢量,n 为记录介质的折射率,f 代表透镜的焦距。
  图2 表示了两束平面波在记录介质内部干涉的原理。空间光调制器上信息光图案的像素位置记为(p,q),参考光图案中像素位置记为(l,m),那么对应的两束光波的矢量分别记做klm kpq,记录介质内部形成的光栅矢量为K。在记录过程中,有

Fig.2 Recording Process of
the Theoretical Model
  在再现过程中,记录媒体(Recording medium)中所有的光栅矢量K 均被参考光束照射。那些不满足Bragg 条件的再现光因其衍射效率极低而只有噪声贡献。只有那些满足Bragg 条件的再现光将会得到较大的衍射效率,如图3 所示,而那些满足Bragg 条件的再现光就是原来的记录参考光klm 本身,再现出来的就是被记录的信息光kpq。因此,有

  依照这个单纯化的理论模型,我们可以模拟仿真同轴全息光存储的记录和再现,为解开同轴全息物理机制,提高存储密度提供有效的工具。需要说明的是,由于篇幅所限,我们这里忽略了Bragg 失配和多重记录引起的噪声。
Fig.3 Reconstruction Process of
the Theoretical Model




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