固定式三維光子存儲裝置的製作方法

2023-07-04 08:00:31 3

專利名稱：固定式三維光子存儲裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬信息存儲。
現有存儲器多採用二維存儲方式，如磁碟、光碟等，存儲容量一般可達10GBytes，目前最高為35GB，存取速率不超過1MB/s，因此已遠遠不能滿足未來信息存儲、傳輸與處理的要求。高密度數據存儲技術始終是信息技術和計算機技術發展中不可缺少的關鍵研究領域，預計到2005年，新型網絡系統和第三代多媒體出現時，計算機外部存儲容量至少應為100GB，數據傳輸率至少為40MBps，現有的各種外存設備都不能滿足要求，即使目前剛進入市場的DVD光碟系統也與此目標相距甚遠。唯一的出路是利用新原理、採用新技術、啟用新材料才有可能研究開發出新一代高密度、高速存儲技術和系統。
以全息存儲為基礎的三維存儲技術同時具有容量大、數據傳輸速度高、數據搜索時間短等優良性能。三維體全息技術以頁面全息圖的方式並行地在介質的整個體積內進行信息存儲和檢索。理論估計存儲密度可達1013bits/cm3，數據傳輸速率可達到或超過109bits/s，讀取一個數據頁面(每頁包含高達106bits)的時間小於100μs。但現有的關於三維存儲器的研究通常採用90度配置，並利用綠光光源作為讀出光源，固定時間難以保證，並且系統不易小型化。
本發明目的是提供一種固定式三維光子存儲裝置，它是一種三維存儲系統，可以實現信息的海量存儲，並達到高速存儲與讀出的目的，解決光固定時間難以保證的難題，使其更好地應用於多媒體數據等信息的存儲，適應未來信息高速發展的需要。
本發明包括寫入系統和讀出系統，寫入系統包括計算機、精密轉臺、寫入光源、透鏡、空間濾波器、空間光調製器、反射鏡、光折變晶體(如單摻、雙摻鈮酸鋰，鉭酸鋰)與電荷耦合器件(CCD)構成；讀出系統包括計算機、精密轉臺、狹縫、相位失配調整器、讀出光源、光折變晶體(如單摻、雙摻鈮酸鋰，鉭酸鋰)、透鏡與CCD構成。讀出系統中使用的光折變晶體是利用寫入系統記錄了信息的光折變晶體。
從透鏡106和反射鏡108出射到光折變晶體107上的兩束光的夾角為2θ，10°≤θ≤35°；相位失配調整器202的出射光和從光折變晶體204到透鏡207的衍射光夾角為180°-2α，α和θ的關係為λwsinθ＝λrsinα，其中λw和λr分別為寫入光和讀出光的波長。
空間光調製器由計算機控制顯示所要存儲信息，光折變晶體被固定在精密轉臺上，精密轉臺由計算機控制可轉到需要的任意角度，CCD採集的圖象送回計算機進行處理。在使用綠光記錄紅光讀出時要使用相位失配調整器，以達到相位匹配的目的。相位失配調整器為雙凸非規則透鏡，橫向焦距為50～400mm，縱向焦距為300mm～無窮大。
本發明的具體實施步驟採用光折變晶體(如單摻、雙摻鈮酸鋰，鉭酸鋰)作為三維全息存儲光碟材料，利用晶體的光折變特性進行全息存儲，採用綠光雷射器(波長532nm)作為寫入系統光源，採用小型半導體雷射器(紅光，典型波長670nm)作為讀出光源，採用透射式配置存儲，利用雙凸非規則透鏡作為相位失配調整器，採用動態差分方法進行編碼和解碼。
下面結合說明書附圖詳細描述本發明

圖1是寫入系統示意圖；圖2是讀出系統示意圖。
(一)寫入過程(圖1)I、由計算機112控制將存儲文件進行編碼，形成編碼圖形，並控制空間光調製器104產生編碼圖像或存儲圖像(若直接存儲圖像)；II、寫入時用綠光雷射器(波長532nm)100作為寫入光源，寫入光由雷射器100發出後，經分束鏡101分為二束光，其中一束光1經濾波器102濾波，再經透鏡103準直，再經空間光調製器104調製成所需信息光後，經反射鏡105反射，再經聚焦透鏡106入射到晶體107上；另一束光2經反射鏡108反射作為參考光直接入射到晶體107上，兩束光在晶體107中幹涉記錄光柵。III、記錄完畢後由計算機控制轉臺109轉動角度進行下一存儲圖像的存儲。從而達到存儲多頁全息圖的目的。
(二)讀出過程(圖2)I、由計算機206控制轉臺203轉到所需角度，用半導體雷射器200作為光源，採用紅光(波長650～690nm，典型波長670nm)作為讀出光，讀出光從雷射器200發出後，經狹縫201調製後，再經作為相位失配調整器的雙凸非規則透鏡202，入射到晶體204上，其衍射光通過透鏡207成像在CCD205上，CCD接收光圖像信息，通過計算機進行解碼並還原成計算機文件；II、計算機控制轉臺203轉動在特定角度讀取原來存儲的特定圖像(文件)。讀出系統中使用的光折變晶體是利用寫入系統記錄了信息的光折變晶體。
本發明採用光折變晶體(如單摻、雙摻鈮酸鋰，鉭酸鋰)作為三維全息存儲光碟材料，不同晶體的組分如下同成分單摻鈮酸鋰 摻鐵0.02～0.05wt％鉭酸鋰晶體摻鐵0.02～0.05wt％雙摻鈮酸鋰晶體摻鐵0.007～0.03wt％與摻鎂1.0～5.5mol.％、摻鐵0.01～0.05wt.％與摻銦0.75～3.0mol.％或摻鐵0.02～0.06wt.％與摻鋅1.5～6.5mol.％，其中同成分配比為[Li]/[Nb]＝0.87～0.95。
本發明的存儲容量可表示為PQR，其中P為單頁圖的存儲容量，P＝1K～10Mbits，Q為在單點按某種編碼方式可存入全息圖的數目，在我們的裝置中採用角度編碼，單色存儲方式下Q～1000，雙色存儲方式下Q～200，R為光折變晶體上可以利用的點的個數，R～20/cm3。我們在尺寸為1.2×1.4×0.45mm3的LNFe，Mg(Fe 0.02wt.％，Mg 1.0mol％)晶體內實現了0.5Gbits的數據存儲，存儲量至少可達到50Gbits/cm3。
本發明採用了透射式配置，利用綠光作為寫入光，紅光作為讀出光，採用小型半導體雷射器，使系統小型化、更緊湊，讀出光波長(650～690nm，典型波長670nm)遠離寫入光的波長(532nm)，由於光柵矢量的失配，大大抑制寫入的噪音柵的讀出，進一步提高圖像的信噪比，實現高清晰度的圖像再現。另外採用雙凸非規則透鏡作為相位失配調整器，可大面積無畸變的復現存儲圖像，並利用動態差分編碼解碼技術，實現了海量高速數字存儲的目的，並有效的降低了誤碼率(小於10-6)，同時解決了光固定的難題，使三維光子存儲器真正實用化。
權利要求
1.一種固定式三維光子存儲裝置，其特徵在於它包括寫入系統和讀出系統，所說的寫入系統包括計算機、分束鏡、精密轉臺、寫入光源、透鏡、空間濾波器、空間光調製器、反射鏡、光折變晶體與CCD構成；所說的讀出系統包括計算機、精密轉臺、狹縫、相位失配調整器、讀出光源、光折變晶體、透鏡與CCD構成；所說的寫入系統中，計算機(112)分別和空間光調製器(104)、精密轉臺(109)、CCD(111)連接，光折變晶體(107)固定在精密轉臺(109)上，分束鏡(101)位於寫入光源(100)的前方，分束鏡(101)和反射鏡(105)之間依次安放空間濾波器(102)、透鏡(103)、空間光調製器(104)，反射鏡(108)位於分束鏡(101)和光折變晶體(107)之間，透鏡(106)位於分束鏡(101)和光折變晶體(107)之間，透鏡(110)和CCD(111)依次安放在光折變晶體(107)後與透鏡(106)的對側，從透鏡(106)和反射鏡(108)出射到光折變晶體(107)上的兩束光的夾角為2θ，10°≤θ≤35°；所說的讀出系統中，計算機(206)分別和精密轉臺(203)、CCD(205)連接，光折變晶體(204)固定在精密轉臺(203)上，狹縫(201)位於讀出光源(200)的前方，狹縫(201)後依次安放相位失配調整器(202)、精密轉臺(203)，光折變晶體(204)後依次安放透鏡(207)和CCD(205)；相位失配調整器(202)的出射光和到透鏡(207)的衍射光夾角為180°-2α，α和θ的關係為λwsinθ＝λrsinα。
2.按照權利要求1所說的固定式三維光子存儲裝置，其特徵在於所說的相位失配調整器(202)為雙凸非規則透鏡，橫向焦距為50～400mm，縱向焦距為300mm～無窮大。
3.按照權利要求1所說的固定式三維光於存儲裝置，其特徵在於所說的反射鏡(105)和反射鏡(108)可以只選用其中一個或再加入多個反射鏡。
4.按照權利要求1所說的固定式三維光子存儲裝置，其特徵在於所說的光折變晶體是單摻、雙摻鈮酸鋰或鉭酸鋰，其組分如下同成分單摻鈮酸鋰摻鐵0.02～0.05wt％鉭酸鋰晶體 摻鐵0.02～0.05wt％雙摻鈮酸鋰晶體 摻鐵0.007～0.03wt％與摻鎂1.0～5.5mol.％、摻鐵0.01～0.05wt.％與摻銦0.75～3.0mol.％或摻鐵0.02～0.06wt.％與摻鋅1.5～6.5mol.％；其中同成分配比為[Li]/[Nb]＝0.87～0.95。
5.一種固定式三維光子存儲方法，其特徵在於它包括下述步驟(1)由計算機將存儲文件進行編碼，形成編碼圖形，並通過空間光調製器產生編碼圖像或存儲圖像；(2)用綠光雷射器作為寫入光源，雷射從雷射器發出後經分束鏡(101)分為二束光，其中一束光1經濾波器(102)濾波，再經透鏡(103)準直，再經空間光調製器(104)調製成所需信息光後，經反射鏡(105)反射，再經聚焦透鏡(106)入射到晶體(107)上；另一束光2經反射鏡(108)反射作為參考光直接入射到晶體(107)上，兩束光在晶體(107)中幹涉記錄光柵；(3)記錄完畢後由計算機(112)控制轉臺(109)轉動角度進行下一存儲圖像的存儲；(4)重複(1)到(3)實現多幅圖的存儲；所說的讀出過程包括下述步驟(1)由計算機控制轉臺轉到所需角度，用紅光半導體雷射器作為讀出光源，讀出光經狹縫(201)後，再經相位失配調整器(202)，入射到光折變晶體上，衍射光經過透鏡(207)成像在CCD上，CCD接收光圖像信息，通過計算機進行解碼並還原成計算機文件；(2)計算機控制轉臺轉動角度讀取下一幅圖像。
6.按照權利要求5所說的固定式三維光子存儲方法，其特徵在於所說的綠光的波長為532nm。
全文摘要
本發明屬信息存儲。它包括計算機、精密轉臺、寫入光源、讀出光源、透鏡、空間濾波器、空間光調製器、反射鏡、相位失配調整器、光折變晶體(如雙摻鈮酸鋰等)與CCD構成;利用綠光(532nm)作為寫入光,紅光(670nm)作為讀出光,使得圖像的信噪比大大提高,並解決了光固定的難題。採用透射式配置,並利用雙凸非規則透鏡作為相位失配調整器,大面積無畸變的復現存儲圖像,並利用動態差分編碼解碼技術,實現了海量高速數字存儲的目的,並有效的降低了誤碼率(小於10
文檔編號G11B7/135GK1274915SQ0012109
公開日2000年11月29日 申請日期2000年7月20日 優先權日2000年7月20日
發明者許京軍, 張心正, 黃暉, 吳強, 唐柏權, 喬海軍, 沙作金, 張光寅 申請人:南開大學