VHCS-532 - учебный набор по объемной голографии

Теория объемной голографической памяти

Современные хранилища информации предъявляют все более высокие требования к плотности и скорости передачи носителя информации. В настоящее время существуют компьютерные жесткие диски (HDD, SSD), компакт-диски (CD), DVD-диски и другие средства хранения информации, но из-за ограниченности их технологии хранения они не могут удовлетворить требования к объёму памяти, скорости передачи и требованиям к скорости адресации. Технология голографического хранения информации имеет преимущества высокой плотности хранения, большой емкости и наличия множества методов мультиплексирования, а также имеет хорошие перспективы развития в области технологий хранения информации.

Механизм оптического хранения информации можно описать так: данные изображения и другая информация модулируются двумерным пространственным источником света и образуется пучок света, который обычно называют сигнальным (в этом эксперименте сигнальный пучок объекта формируется листом пленки с рисунком). Второй пучок, который называется опорным, интерферирует с сигнальным пучком. Фоторефрактивный эффект носителя информации (фоторефрактивного кристалла или фотополимера) используется для формирования объемной голограммы для хранения информации об объекте записи. Воспроизведение информации производится при освещении кристалла тем же опорным пучком, как и при записи.

В соответствии с селективностью брэгговского взаимодействия можно использовать несколько методов мультиплексирования, таких как угловое мультиплексирование, мультиплексирование по длине волны, пространственное мультиплексирование и спекл-мультиплексирование. В этом учебном наборе для хранения последовательностей изображений используется метод углового мультиплексирования. В настоящее время применение объемной голографической записи в значительной степени ограничено устройствами системы, такими как лазеры, пространственные модуляторы света, ПЗС матрицы и запоминающие кристаллы. Используемые лазерные технологии являются относительно изученными, разрешение в пикселях пространственного модулятора света и ПЗС матрицы напрямую влияет на разрешение хранимой информации об объекте и воспроизведении, а также на характеристики фотоотклика кристаллического носителя хранения информации (динамический фоторефрактивный диапазон, время отклика и другие) накладывают ограничения на объём записываемой информации.

Экспериментальное исследование объемного голографического хранилища в основном направлено на изучение фоторефрактивного эффекта кристалла-накопителя и реализацию хранения информации об изображении с использованием интерференционных и дифракционных характеристик.

Возможности экспериментальной установки

Области научных исследований

• Объемная голография, голографическая память, пространственная модуляция световой волны, угловое мультиплексирование.
• Связанные дисциплины: оптоинформатика, инженерная оптика, Фурье-оптика.

Эксперимент с записью объемной голограммы

Схема установки показана на рис. 1. Световой пучок лазера разделяется на два луча света с одинаковым направлением поляризации. Один пучок света проходит через записываемый объект Obj, а другой используется как опорный. В электрооптическом кристалле ниобата лития (Fe-LiNbO3) формируется интерференционная картина. Кристалл хранения использует метод мультиплексирования под большим углом (90 градусов), так что шум рассеяния считывания оказывает минимальное влияние на воспроизводимую информацию, а система является более компактной.

Благодаря эффекту фоторефракции носитель информации реагирует на интерференционное воздействие определенной интенсивности, а его показатель преломления создает периодическое распределение в соответствии с интенсивностью интерференционных полос, образуя голограмму, подобную решетчатой ​​структуре в среде. Угол зеркала регулируется, опорный свет проходит через систему регулировки угла падения опорного пучка, и формируются различные интерференционные голограммы под разными углами и положениями внутри кристалла, реализуя угловое мультиплексное хранение в кристаллической среде. В процессе считывания используется принцип дифракции света. Голограмма освещается эталонным пучком под определенным углом, так что можно проверить дифракционную эффективность углового мультиплексирования кристалла.

Рис.1. Принципиальная схема оптического тракта системы хранения объемных голографических изображений

1)  Пучок света из лазера с длиной волны 532 нм проходит через два поляризатора для регулировки интенсивности выходного света (поворачивая поляризатор P2 устанавливается поляризация приблизительно 45° относительно светоделителя PBS, поворачивая поляризатор P1 регулируется интенсивность выходного светового пучка).

2)  Плосковогнутая линза L1 и плосковыпуклая линза L2 образуют систему для расширения пучка (в 4 раза).

3)  Полуволновая пластина WP1 используется для регулировки интенсивности света двух пучков света, выходящих из светоделителя.

4)  Светоделитель делит пучок на два луча поляризованного света, направления поляризации которых перпендикулярны друг другу.

5)  Полуволновая пластина WP2 используется для регулировки направления поляризации луча, чтобы два луча света, интерферирующие в кристаллической среде (Fe-LiNbO3), имели одинаковое направление поляризации.

6) Плосковыпуклые линзы L3 и L4 образуют систему регулировки угла падения опорного пучка.

7) Диафрагма A1 имеет функцию фильтрации, так что опорный свет имеет лучшее качество луча;

8) Записываемый объект Obj и ПЗС матрица располагаются в фокусной плоскости предмета и плоскости изображения линз L5, L6.

9)  ПЗС матрица используется для контроля положения пятна и фотоэлектрического воспроизведения изображения.