光折变与全息存储
光折变体全息存储技术
２ １ 年 ２月 ０１
哈 尔 滨 商 业 大 学 学 报（自然科 学版 ）
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ ｒ ｉ ｎｖ ｒｉ ｆ ｏ ｏ ｒ ａ ｏ ｂｎ Ｕ ｉｅｓ ｙｏ ｍｍｅｃ ｔｒｌ ｃｅ ｃｓ ｄｔ ｎ Ｈａ ｔ Ｃ ｒｅｒ ｕ ａ ｉ ｅ ｉｏ ） Ｎａ Ｓ ｎ Ｅ ｉ
事 实上 ， 激光 全息术 发展 的初期 ， ａ ｅｒｅ 在 Ｖ ｎＨ ｅｄｎ就 在 其有创 见性 的论 文 中讨 论 了 三 维光 学 存储 的理
论极 限和 应 用前景 ．
页面 的形式存 储和恢 复 的． 页中 的所 有位都 并行 一 的记 录和读 出 ， 不 像磁 盘 和 光盘 那 样 ， 而 数据 位 以 串行 方 式 逐 点存 取 ． 个 数 据 页可 以包 含 多达 １ 每 Ｍｂｔ ｉ以上 的信 息 ， 录一 页 的时间 可 以低 于 １ｓ 记 或
ｅ ｈａ ｃ ｎ ｈ ａ ａ ｉｙ ｏ ｏ ｕ ｏ ｏ ｒｐｈｃ ｓｏ ａ ｅ ｗｅ ｅ ｂ ｉｆｙ ｉ ｔｏ ｕ ｅ ｎ ｎ ｉ ｇ ｔ ｅ ｃ ｐ ｃｔ ｆｖ ｌ ｍｅ ｈ ｌｇ ａ ｉ ｔ ｒ ｇ ｒ ｒｅ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ． ｌ Ｋｅ ｒ ｙ ｗｏ ｄｓ： ｏ ｏ ｒ ｐ ｉ ｔｒ ｇ ｈ ｌ ｇ ａ ｈ ｃ ｓｏ ａ ｅ；ｐ ｔｒ ｆａ ｔｖ ｆｅ ｔ ｈｏｏ ｅｒ ｃｉｅ ｅｆｃ ；ｍｕｔｐ ｅ ｉ ｇ ｍｅｈｏ ｓ ｌ ｌｘ ｎ ｔ ｄ ｉ
ห้องสมุดไป่ตู้
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｍ ａ ｎ ｔｃ ｓｏ ａ ｅ ａ ｄ ｏ ｔｃ ｌｄ ｓ ｒ ｕ ｒｎ ｌ ｈ ｓ ｏ ｕ ａ ｔ ｏ ｓｆ ｒ ｄ ｔ ｓ ｒ ｃ ： ｇ ｅｉ ｔｒ ｇ ｎ ｐ ｉ ａ ｉｃ ａ ｅ ｃ ｒｅ ｔｙ ｔ ｅ ｍｏ ｔｐ ｐ ｌｒ ｍｅｈ ｄ ｏ ａａ
光子存储技术资料
过程6、7、8表示这些自由电子和空穴可以在材料中的某 些发光中心离子的局域能级上发生复合，而把它们所带的 能量释放出来从而完成整个读出及写入过程。
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电子俘获光存储材料
1、MFX类型材料 （M=Ba、Sr、Ca，X=Cl、Br） 2、碱土金属硫化物电子俘获材料 （Sr:eU，Sm及CaS:eU，Ce等双稀土掺杂） 3、其他类型电子俘获材料
这种光子同物质或记录介质之间的直接作用基础上的存储方式，决定了它的
最大优点在于超高记录速度、超高密度和超高分辨率。
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光子存储记录方式 1、斑点式 2、矢量式 3、图像式 4、全息式和其他多维形式
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1、斑点式 最常见的技术。
将激光通过一个圆形透镜将其聚焦成为一个斑点，作用到
光子存储技术
数据储存： 利用储存介质的双稳态特性，来分别代表数据信息“0”
和“1”。
光存储：
利用光学方法来改变材料的状态，即进行数据写入和利用
光作为载体进行数ห้องสมุดไป่ตู้读出。
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利用光的热效应来改变物质 的状态；也可以利用光将材 料激发到激发态，利用激发 态的特征进行双态存储。 双态存储（右图）：
（KCl:eU2+，KBr：Eu2+等）
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四、光折变存储
光折变存储主要指将光折变材料用于光全息存储，因此在 介绍光折变存储之前先简单的介绍一下全息存储。
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1、全息图的记录与再现
全息存储是依据全息学的原理，将信息以全息照相的方式 存储起来；
全息照相则是把物光的强度分布和位相分布完整的记录下 来，由于记录了物体的全部信息，因此我们把这种照相技术 称为全息照相术或全息术。
体全息存储技术简介
体全息存储技术简介宋爽北京工业大学应用数理学院 010612班指导教师：江竹青摘要介绍了使用光折变晶体进行体全息存储研究的背景和意义、体全息存储技术国内外研究现状。
关键词体全息存储，光折变晶体。
一、引言体全息存储技术是一种可以实现高密度存储、高速并行读出的光学存储技术。
光折变晶体是体全息存储技术的主流存储介质。
光折变晶体(例如，掺铁铌酸锂晶体)具有在光照下其内部电子重新分布的特点，光折变全息记录正是利用了这一特性。
由于通常采用与记录光同波长光进行读出，因此读出全息图时，读出光照会致使其中所存全息图被光擦除而丢失。
光折变晶体信息存储的易失性问题已经成为阻碍体全息存储发展和应用的关键因素之一。
热固定技术是解决光折变晶体易失性问题的有效方法。
掺铁铌酸锂晶体（Fe:LiNbO3）的氧化处理是将晶体放置在高温环境下进行氧化。
实验结果表明，氧化后晶体的写入擦除时间常数、最大衍射效、抗噪声能力和热固定效率都有所增长；但灵敏度下降了。
在晶体表面特定区域沿光轴方向镀导电膜。
镀膜前后的实验结果比较表明，全息写入和擦除时间常数均增大，动态范围增大，灵敏度和批擦除时间常数有所下降。
二、体全息存储技术的研究背景和意义随着现今科学技术的的不断迅猛发展，对信息进行存储、移动、处理的需要也与日俱增。
数据的容量不断大幅猛增，对移动过程中的安全性的日加重视，以及要求更快速的进行信息存储和读取，这些事实对于信息存储技术的发展提出了很高的要求。
以往的传统存储方式，如书籍、磁盘、磁带，已经无法满足人们的需要。
但随着20世纪40年代末提出全息术，50年代光学传递函数的产生，60年代激光器的发明，新的存储方式-----光学存储日渐成为现今主流的存储方式，如光盘存储等。
而这些主流的存储方式由于自身存在这样那样的缺点，无法进一步满足人们的需要，体全息存储技术得以孕育而生。
体全息技术具有其他先行存储技术所不具有的一些优点。
例如，存储容量大，其存储密度理论值可达到1/λ3；传输速率高，由于数据是以整个页面进行存储与读出，其读取时间得到极大改善。
第3章全息存储的记录材料
r
NA
)(N D
NA)
(16)
式中e eene0 0 ee (sI0 )(Nd Na ) 0 e Na
折射率光栅的建立
光折变效应的物理过程可概括为： （1）非均匀分布的光激发载流子的过程； （2）光激载流子迁移和被俘获导致空间电荷
场产生的过程； （3）空间电荷场通过线性电光效应引起的折
射率调制过程。
光折变过程的能级图
以Fe:LiNbO3为例
(b)
说明
导带
Fe3+和Fe2+
(a)光电离，(b)扩
(a)
散，(c)复合，(d)
形成空间电荷并产
Fe2+
生电场。Fe2+杂质
中心作为施主，电 价带
离后变成Fe3+，而 Fe3+中心作为陷阱，
(d) +++
复合后变成Fe2+。
+++
(c) Fe3+
-----
光折变过程
x
I(x)
---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ------- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ----
则可以忽略受空间调制的各个参数N+D、、及Esc 的傅立叶级数展开式中的高阶项，认为它们与光 强有相同的分布，其形式为：
N
D
NA
N
D1
exp
(
iKx
)
c.c
(1)
0 1 exp(iKx) c.c (2)
Esc Esc0 Esc1 exp(iKx) c.c (3)
这种近似的线性化处理带输运模型，其结果只对调制度
光折变晶体全息存储的噪声分析和抑制
图 1 光折变过程图 2 光子激发和复合过程 Fig. 1 photorefractive process Fig. 2 photon excitation and recombination
用带输运模型分析晶体的光折变过程[4]。晶体的施主或受主被强光辐照而生成了光激发载流
子，由于浓度梯度或者外加电场的作用，光激发载流子就会发生漂移，陷阱重新俘获迁移的 自由载流子，这些载流子不断重复上述过程，一直迁移至暗区，形成了不同种类电荷间的空 间分离，进而在晶体内部重新建立了新的空间电场。 晶体内空间电场的建立，出现了电势的高低，为了具体起见，给出如图 3 示意图。高
[1]
。在实际应用的全息存储技术中，需要充分考虑存储材料自身的限制性能，
其中主要有响应速度慢、 噪声强等缺陷。 噪声的强度严重影响着晶体全息存储技术实际应用
[2]
。 在激光的照射下，晶体中的载流子被激发，在晶体中迁移并重新被捕获。载流子的不规
则运动引起不规则变化的电流起伏， 因而产生不规则变化的电压起伏， 这种不规则变化的电 流和电压，使得晶体内部产生空间电荷场，从而形成晶体的噪声。由于强的相干光长时间照 射晶体而引起的散射噪声是晶体噪声的主要来源之一， 它随着照明时间的加长， 有可能积累 加剧[3]。 散射噪声的存在， 导致记录介质的有效动态范围减小， 从而使存储容量下降。 因此， 散粒噪声是光折变晶体全息存储器实用化过程中最大的障碍之一。 本文基于提高晶体的信噪
Key words: photorefractive crystal; shot noise; noise abatement
引言
光折变晶体是指具有光致折射率变化效应的一类晶体，它是一种新型光学非线性材料。 当前，作为光学全息存储的晶体材料由于具有存储密度高、存储容量大、存取速度快等优点 而被受关注
光折变晶体中高密度全息储存热固定技术的研究
光折变晶体中高密度全息储存热固定技术的研究随着社会的进步及科学技术的发展，尤其是近年来计算机和互联网技术的发展，人们获取、处理、传输、存储和显示的信息量正以指数方式日益增加。
光折变晶体以其特殊的性能优点在光学体全息存储等领域中有着广泛的应用。
近年来，在提高数据存储密度、存取速度以及存储器性能等方面，已经取得了重大的研究进展。
本研究主要从理论对全息储存热固定技术进行简单说明，并对光折变体全息存储材料特性的优化进行简单介绍。
标签：光折变晶体；全息存储；热固定信息科学技术的高速发展对信息存储技术提出了更高的要求，学体全息存储是光存储领域中独具特色和发展潜力的一项技术，它具有存储容量大、存取时间短、抗电磁干扰能力强、冗余度高、可进行并行内容寻址等优点，因而引起了众多研究者的关注。
为了使信息能够长期保存和非破坏性读出，必须对全息图进行固定。
固定方法有热固定和电固定等，其中，热固定技术是目前研究得最为活跃并且效果很好的固定技术。
1、体全息存储技术及发展概况步入信息时代，随着数字多媒体、互联网等高新科技的飞速发展，各种形式的数据信息日益激增，这无疑对现有的储存技术提出了更高的要求，因此，研究开发快速存取、超大容量、更高密度的新型储存器具有重要意义。
1.1体全息存储技术的特点由于信息科学技术的快速发展，使得需要处理和存储的信息量日益加大，信息系统对存储容量、数据传输速率及数据存储可靠性的要求不断提高。
体全息存储是当前最有潜力的高速大容量信息存储技术，光折变材料是全息存储的首选材料。
体全息存储技术与其他的数据存储技术相比，存在着许多优点，首先体全息存储器可以用于存在强电磁场干扰的特殊环境中。
其次，体全息存储容量很高，而且全息图的波面重现性质决定了其高冗余度的特点，这是其它存储技术所不具有的。
体全息存储技术可能达到非常高的数据传输率和很短的存取时间。
1.2体全息存储技术的发展概况在全息术发展初期，全息图就被看作是有潜力的光学存储方式。
全息存储技术的实现及应用前景
全息存储技术的实现及应用前景在当今信息时代，数据的处理和存储是人类面临的重要问题之一。
传统的存储方式，如磁带、硬盘等，存在着许多缺陷，如容易受到磁场等外部干扰导致数据丢失、存储容量有限等等。
因此，人类一直在探索更高效、更稳定的存储技术，其中全息存储技术就是一种备受关注的新兴存储方式。
全息存储技术是一种通过激光将数据信息三维式记录在光学材料表面上的新型存储技术。
与传统存储方式不同，全息存储可以将大量数据信息储存于一小块光盘上，同时也具有长时间的保存性和较高的读写速度。
具体来说，全息存储技术是将激光分成物镜光和参考光两束，并通过光干涉将数据信息记录在感光体表面上。
物镜光的反射将图像或数据信息形成体积复杂的全息图案，利用读写头发射相应的激光束进行读写，数据占用的体积小，储存容量大，随时可读取，不会丢失或损坏。
相比当前的存储设备，全息存储技术具有以下显著优势：首先，全息存储可以实现海量数据的存储。
传统的存储设备（如硬盘、磁带等）都存在着存储容量有限的问题，而全息存储可以储存海量数据，且不会因时间的流逝造成信息的损失。
其次，全息存储技术具有高速读写的特点。
相比较传统的存储方式，全息存储可以实现大量数据的高速读写，大大提高了存储效率。
第三，全息存储不受温度、尘埃等影响。
因为全息存储技术是利用激光对光学材料进行记录，数据信息不会因为环境因素的影响而丢失，所以保存时间更为可靠。
最后，全息存储可以实现长时间保存。
就像当年我们小时候用的磁带，在长时间使用之后，记录的信息逐渐流失，而全息存储可以在多年后仍然可读取，可以长期储存数据信息。
全息存储技术的应用前景十分广泛，特别是在大数据、云计算和人工智能等领域。
在大数据的应用中，全息存储可以为我们提供更多的数据储存空间，同时也可以实现数据的实时读写，提升大数据的处理效率。
当然，在云计算方面，全息存储同样具有非常重要的作用。
通过全息存储技术，我们可以大大提高云计算的数据存储容量，更加灵活地进行数据的储存和读写。
9-1晶体光折变效应与光学存储
•
一、背景知识
•
光折变材料在光辐照下，会引起光波的振幅、位相、偏振甚 至频率的变化。 应用：光放大、光振荡、光学记忆、图像存储、图像复原、 空间调制器、全光学时间微分器、图像相减、图像相加、图 像反演，图像相关和卷积等众多领域。成为实施光学信息处 理的基本手段。
•
二、实验目的
本实验以掺铁铌酸锂晶体为实验样品，观察晶体光折变效 应现象，学习研究光折变效应的实验方法，并利用光折变效应 进行光学图像存储。
•
•
谢谢观看！
2 Fe 和 Fe3杂质
参考光束与信号光束在光折变晶体中相干写入全息图。
三、实验原理
（三）光折变全息存储特点 大容量、并行性、实时性、可循环使用、选择性、可接受 的暗存储时间。
四、实验内容及方案
（一）观察LiNbO3：Fe晶体光折变现象。 （二）利用双光束耦合方法观察晶体光折变效应形成的衍射光 栅的衍射现象，并测量晶体的样品的衍射效率。 （三）在LiNbO3：Fe晶体样品中写入和读出图像。
实验9-1 晶体光折变效 应与光学存储
outlபைடு நூலகம்ne
一、背景知识 二、实验目的 三、实验原理 四、实验内容及方案 五、实验问题 六、参考文献
一、背景知识
• •
光致折射率变化效应简称光折变效应。 光折变效应首先由美国贝尔实验室的Ashkin等人于20世纪60 年代发现。当初用LiNbO3和LiTaO3晶体进行激光倍频实验时， 意外发现强光辐射会引起晶体折射率的变化，从而严重损坏 了位相匹配条件。称为“光损伤”。在暗处可保留相当长的 时间，使人们认识到光损伤材料是一种优质的数据存储材料。 通过均匀光照或加热等办法，可以把光损伤的痕迹擦洗掉。 为了避免与永久性的破坏相混淆，人们普遍把这一效应称为 光折变效应。
光折变-理论
光折变-理论光折变晶体光放⼤和光存储理论特性光折变效应(photorefractive effect) 是发⽣在电光材料内部的⼀种复杂的光电过程。
在光辐照下，具有⼀定杂质或缺陷的电光晶体内部形成与辐照光强空间分布对应的空间分布，并且由此产⽣相应的空间电荷场。
由于线性电光效应，最终在晶体内形成折射率的空间调制，即在晶体内写⼊折射率调制的位相光栅，如此同时⼊射光受到⾃写⼊相位光栅的衍射作⽤被实时读出。
光折变晶体的光放⼤和光折变晶体的全息存储都是相位光栅作⽤的结果。
2.1光折变效应及折射率位相光栅的建⽴光折变晶体内部复杂的光电过程可以描述如下：电光晶体中的杂质、缺陷和空位等光折变中⼼，在晶体带隙中形成能级，即构成施主和受主能级，成为光激发电荷的主要来源。
在适当波长的空间⾮均匀分布的光辐照下，晶体内的施主（受主）⼼被电离放出电⼦（或空⽳）；同时，电⼦（或空⽳）从中间能级受激跃迁⾄导带（或价带），并且在导带（或价带）内，因浓度梯度扩散，或在电场作⽤下漂移，或由光伏效应⽽⾃由迁移；迁移的电⼦（或空⽳）可以被重新俘获，经过再激发、再迁移、再俘获，最终离开光照区⽽在暗光区被电⼦（或空⽳）陷阱俘获。
由此导致晶体内空间电荷分布的变化，使得空间电荷分离，从⽽形成了相应于光场分布的空间电荷场；再通过线性电光效应（泡克⽿斯效应），在晶体内形成折射率⾮局域的空间调制变化，即折射率调制的位相光栅。
光折变效应的物理过程可以概括为：①⾮均匀分布的光激发载流⼦的过程；②光激发载流⼦迁移和被俘获导致空间电荷场产⽣的过程；③空间- 16 -- 17 -电荷场通过线形电光效应引起的折射率调制过程。
值得指出的是，光激发载流⼦具有三种迁移机制：扩散机制，光激发载流⼦由于浓度不同⽽扩散迁移；漂移机制，载流⼦在外场或晶体内极化电场作⽤下的漂移；光⽣伏打效应，均匀铁电材料在均匀光照下，产⽣沿体块⾃发极化⽅向的光⽣伏打电流的⼀种异常光⽣伏打效应。
在光折变效应中，上述三种迁移机制单独作⽤或联合作⽤完成了光折变晶体内部载流⼦的迁移过程，并通过电光效应产⽣⾮局域的折射率体相位栅。
光全息存储学习感想光折变材料
光折变材料学习了光信息存储第三章的内容后，我对光全息存储的几种材料（银盐材料、光致抗蚀剂、光导热塑材料、重铬酸盐明胶（DCG）、光致聚合物、光致变色材料和光折变材料等）的特点有了一定的了解。
在这几种材料中，我对光折变材料比较感兴趣,因此特地查了一些资料，加深了对光折变材料的认识。
光折变材料是一种优良的全息光存储材料，目前在全息光存储领域得到了非常广泛的应用。
光折变材料是通过光折变效应来存储全息图或者光数据的,所谓光折变效应即当外界微弱的激光照到光折变晶体上时, 晶体中的载流子被激发，在晶体中迁移并重新被捕获，使得晶体内部产生空间电荷场，然后通过电光效应，使晶体中折射率的空间分布发生改变, 从而改变了材料折射率的过程.正是光折变材料在光照下折射率的“损伤”及“复原"使得该材料能够作为光数据的存储材料。
光折变材料具有动态范围大、存储持久性长、可以固定以及生长工艺成熟等等优点.另外它还具有一些令人惊奇的特性，比如：它可以在3cm3的体积中存储5000幅不同的图像,并可以迅速显示其中任意一幅；它可以把微弱的图像亮度增强1000倍；它可以使畸变得无法辨认的图像清晰如初；它可以滤去静止不变的图像，专门跟踪刚发生的图像改变······光折变材料的一系列优良特性注定了它的飞速发展及光明的应用前景。
从目前的研究情况看，光折变材料主要有无机存储材料（光折变晶体）和有机存储材料（光折变聚合物）两类.常见的光折变无机材料主要有三类：①铁电晶体，包括铌酸锂（LiNbO3)、钽酸锂（LiTaO3）、钛酸钡（BaTiO3）、铌酸钾(KnbO3)等，这类晶体电光系数大，因而用它存储全息光栅具有较高的衍射效率,但铁电类晶体却具有响应速度较慢(50ms—1s）等缺点；②铋硅族氧化物，包括硅酸铋（Bi12SiO20）、锗酸铋（Bi12GeO20）、钛酸铋(BiTiO20）等,这类晶体响应时间短（10—100ms），光折变灵敏度较大的优点,但它却具有电光系数较小的缺点；③化合物半导体，包括磷化铟（InP）、砷化镓(GaAs）、磷化镓(GaP）、硫化镉（CdS)、硫化锌(ZnS）等，这类材料具有更高的灵敏度(相对上面两类型晶体，化合物型的灵敏度是上面两类的2到3倍），但是化合物半导体也有缺点，那就是电光系数较小，光谱响应区是在0。
体全息存储中激光写入及擦除图像的空间复用小探
体全息存储中激光写入及擦除图像的空间复用小探05061134 邱雷摘要：在体全息存储技术中，全息图像的存储可以实现写入，同时也存在擦除现象。
但是怎样做才能使写入的图像能够不被后写入的图像擦除，并且最大密度的利用全息存储光盘？本文主要对此作简要的浅层次的分析。
关键字：全息存储， 空间复用，光折变体全息存储光盘介质有光致变和光折变之分。
其中，光折变存储介质是通过激光照射改变其折射率来实现图像存储的。
如下图所示：其中O 是圆心，对M 点进行激光照射，则M 处折射率发生改变，记录下全息图像。
但是，当在写入下一图像时，如果选择上图中的N 点，显然M 与N 点之间的部分将被浪费掉。
实验中通常选用如右的写入方式，图像记录处有重叠。
问题就出现在这。
当已经记录了图像的地方再次受到激光照射时，已经记录的图像会被擦除。
因此，如何在有空间复用的情况下，高效率的记录图像成了一个难题。
全息图的写入和擦除过程中折射率调制度随时间变化的指数特性：写入过程：，(/)()(1)w w t w sat n t n e τ−Δ=Δ−擦除过程：(/)0()E E t E n t n e τ−Δ=Δ式中w τ和Eτ分别为写入擦除时间常数，和w t E t 分别为写入擦除过程的曝光时间，sat n Δ是饱和折射率调制度，0n Δ是擦除过程折射率调制度的初始值。
事实上，在许多情况下，写入时间常数与擦除时间常数不相等。
写入与擦除的这种不对称特性是光折变晶体中多重全息图复用存储技术得以实施的重要依据。
下图为复用存储过程的折射率调制度随时间响应的典型曲线。
像，t2时再次写入图像。
t2写入图像的开始点是t1写入图像的结束点，所以，在已经记录了图像的情况下，下一张图像的记录对上一张已经记录了的图像没有影响。
换句话说，激光对已经记录有图像的复用重叠地方的照射不足以擦除整个图像，先前记录的图像仍然是可辨识的。
所以，对于体全息存储来说，空间复用大大提高了存储的空间利用率，进一步提升了空间存储密度，使这种海量存储在性能上更上一层楼。
光折变材料在全息3D显示的应用
PDLC 聚合物掺杂液晶Photorefractive Materials 光折变材料InAs嵌入到GaAs，InAs在GaAs表面形成islands，它们足够小以至于将电子态强烈地限制在三维。
形成了有低温发光能量的量子点。
薄的量子阱。
不同的激发功率密度下，光谱的变化。
单电子电荷态的碳纳米管量子点扫描成像探测器。
用原子力显微镜来研究单电子的运动在纳米管的量子点。
将电压施加到显微镜尖端，电子占据的量子点的数目可以被改变，从而导致库仑振荡，在纳米管形成电导。
这些空间振荡被用于定位个体的点，并研究了静电点和末端之间的耦合。
与量子点上的单电子跳频和关闭相关联的静电力也被测量。
这些力改变悬臂的振幅，频率和品质因数振荡，表明了了单电子的运动可以与机械振荡相互作用。
弹性晶体管的印迹：有机晶体中电荷传输的可逆测量。
介绍一种方法来制造在独立的有机单晶的表面上的高性能场效应晶体管。
该晶体管是通过在晶体上层压单片弹性印迹构建的。
该方法消除了脆弱有机表面在常规加工中的曝光。
在低功率光束中，光折变材料会发生较强的折射率改变。
如果入射光由两束相干光构成,那么这种周期性的光学分布将产生一个周期性的折射率调制。
这种折射率的改变将在聚合物薄膜中产生一个全息图如果在周期性的折射率调制中加上第三束光的衍射，这个全息图就可以重建。
光折变效应是完全可逆的，在这一点上它不同于很多用于产生折射率改变的物理过程，这表明所记录的全息图可以被一个空间上均匀的光束所擦除。
这种可逆性和可擦出性使得光折变聚合物可以很好的用于实时全息技术。
形成光折变折射率调制的主要机理是光生载流子的输运和陷获产生空间电场，所产生的电场将通过非线性光学效应产生一个折射率的改变。
在这个过程中，受周期性光分布的影响，折射率改变的振幅将产生一个相移。
这个相移使得在厚光折变材料中传播的两束光之间进行能量转移成为可能。
这种类似双光束耦合的光学性质可以用于构建光学放大器。
近几十年对无机材料和半导体材料的光折变效应研究并没有广泛的应用于商业领域。
光折变体全息存储技术
2 体全息存储复用方案
对体全息图进行多重存储是基于体全息图对 角度和波长响应的灵敏性等原理. 目前, 体全息存 储的复用编码技术包括空间复用, 角度复用, 波长 复用, 相位复用及其他混合复用技术. 2. 1 空间复用
将信息页的傅里叶变换全息图阵列记录在存 储材料的不同空间区域的技术称为空间复用, 见图 2. 采用空间复用, 相邻的全息图在空间上是不重叠 的, 再现的页面之间可以完全避免串扰, 且能使每 个全息图的衍射效率达到单个全息图存储所能达 到的最大值. 但单独的空间复用不能充分利用存储 介质的厚度, 使存储容量受到了限制.
收稿日期: 2010 - 03- 21. 作者简介: 王继成 ( 1980- ) , 男, 博士, 研究方向: 量子光学、光信息存储、冷原子气体.
第 1期
王 继成, 等: 光折变体全息存储技术
∀ 77∀
m s. 3) 并行内容寻址. 全息存储器可以直接输出
数据页或图像的光学再现, 这使信息检索以后的处 理更为灵活. 在再现出的光学像被探测到并被转换 成电子数据图样之前, 就可以对它们用光学方法进 行并行处理, 以提高存 储系统进行高 级处理的功 能. 这种独特的性能可以实现用内容寻址的存储器 ( CAM ) , 成为全光计算或光电混合计算的关键器 件之一, 在光学神经网络, 光学互连, 模式识别和自 动控制等领域中有广阔的应用前景 [ 3 ] .
图 3 角度复用存储光路
2. 3 波长复用 体全息图的波长选择性使不同的信息页面可
以非相干的叠加在同一空间区域, 存储在介质的共 同体积中, 相互之间用 不同的参考光 波长加以区 别, 而入射光的角度通常不变, 这种复用方式称为 波长复用. 早在 1963年, V an H eerden在其著名的 论文中预测了各种形式的光存储, 由此得出的波长 复用是全息存储的主要方式之一. 但由于激光器的 可调谐研究发展相对缓慢, 不能提供大量的进行复 用的波长, 因此纯波长 复用技术的发 展也比较缓 慢.
实验34 晶体光折变效应及其海量存储实验系统
晶体光折变效应及其三维全息信息存储实验系统实验说明书北京方式科技有限责任公司本实验为一个典型的非线性光学类本科生综合物理实验，包含了弱光非线性光学，二波耦合理论，布拉格衍射原理，光折变三维全息信息存储技术，光学傅立叶变换，晶体材料的非线性光学特性等基本知识。
学生通过实验，一方面了解基本物理知识，还了解了一定的光子学技术学科前沿知识。
最重要的是本实验能为学生的实际科研能力打下一个良好的基础，通过实验预习，相关文献阅读，实验现象的观察，实验数据的测量、分析和总结，在实际动手能力，科研思维，实验技术，实验技能、技巧等方面都得到良好的锻炼。
目的：通过本实验，了解弱光非线性光学，光折变效应，二波耦合理论，铁电晶体材料- 铌算锂晶体光学特性等光学基础知识，掌握一定的晶体光折变三维全息信息存储技术，空间光调制技术，CCD 技术应用，光学傅立叶变换等，为科研实验和工作打下一个良好的实验基础。
一、实验原理光折变体三维全息信息存储中，信息存储通过两束相干光波在光折变介质中耦合进行全息记录。
由此可见，光折变体三维全息存储技术的基础是光折变效应和二波耦合，所以，在本章中我们首先介绍光折变效应及其动力学方程，全息存储耦合波方程以及光折变体三维全息信息存储原理。
光折变体三维全息信息的存储密度和容量对信息写入配置，复用方式，光折变材料的种类等条件有严格的依赖，所以我们对各种信息写入配置，复用方式和光折变材料的种类进行了介绍。
1. 光折变效应及其动力学方程光折变效应（ photorefractive effect）是光致折射率改变（ light induced refractive index change effect）的简称。
它是电光材料在光在光辐照下由光强的空间分布引起材料的折射率相应变化的一种非线性光学现象。
光折变效应首先是由贝尔实验室的Ashkin等人于1965年发现的。
他们应用LiNbO3和 LiTaO3晶体进行倍频实验时意外地发现，由于光辐照区折射率的变化破坏了产生倍频的相位匹配条件，从而降低了倍频转换的效率。
光折变效应——精选推荐
光折变效应晶体光折变效应与光学存储实验0910660 廖尧光电⼦实验简介:光折变效应是光致折射率变化效应的简称。
光折变效应⾸先是由在贝尔实验室⼯作的Ashkin 等⼈于六⼗年代发现的。
他们当初⽤LiNbO3和LiTaO3晶体进⾏光倍频实验时，意外发现强光辐照会引起晶体折射率的变化，从⽽严重地破坏了相位匹配条件。
光折变效应已成为光学信息处理的基本⼿段，应⽤于光放⼤、光振荡、光学记忆、图像存储与复原、空间调制器、全光学时间积分器、图像相减相加和反演、图像相关和卷积等诸多领域。
实验原理：（⼀）光折变效应机理光电材料在光辐照下，折射率随光强的分布⽽变化。
电光晶体中的杂质，空位或缺陷充当点和的施主或受主当晶体在光辐照下，光激发电荷进⼊临近能带。
光激发载流⼦因浓度梯度扩散，最后离别了光照区，定居于暗光区，这样就残⽣了与光强分布对应的空间电荷分布。
如果晶体不存在反演性，空间电荷场将通过线性电光效应在晶体内形成折射率在空间的调制变化或者说在空间内写⼊体位相光栅。
（⼆）光存储原理掺铁铌酸锂晶体光激发的载流⼦主要是铁离⼦，它不会改变材料的电光性质，但是对光折变效应有着显著的影响。
在光折射下Fe2+被光电离成Fe3+激发⾄导带的光电⼦迁移到暗区被Fe3+俘获成为Fe2+，从⽽导致空间电场分离形成空间电荷。
此时的光折变效应是Fe2+和Fe3+杂质按光强重新分布的结果实验⽬的：了解光折变效应和光学存储的概念和原理，通过实验掌握⼀种在光折变材料中信息存储的⽅式。
光折变全息存储的特点：⼤容量并⾏性实时性可循环使⽤选择性可接受按存储时间实验仪器：全固态绿光激光器，减光镜，分束棱镜掺铁LiNbO3晶体样品，激光功率计，CCD摄像机，计算器，1/2玻⽚，偏振棱镜，快门，反光镜，透镜等实验装置：光折变存储器重全息图的写⼊是基于⼆波耦合的⼏何配置实验步骤：1 、启动激光器电源，使激光器出光。
2、在实验台上安排好仪器、光学元件位置，调整光路⾼。
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张光寅
(南 开大 学 物 理 系 天津 3 00 0 7 ) 1
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19 9 6
年 8 月 4 一 9 日 在 美 国科 罗 拉 多 州 丹佛 召 开 了 S P E 国 际 光学 工 程 师协 会 ) 年 会 l (
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该
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7 年 会包 括 6 个 分 会 笔者 参 加 了 其 中 的 光 折 变 光 纤 和 晶 体器 件 材 料 光学 性 质 和 应 用 分
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台 湾大 学 的
等人 作 了
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随 机 相 位 进 码多 工 体 全 息 光 存储 容 量 的 报告
他 们 对 全 息 存 储 进码 方 法提 出 了 改 进 意 见
有 一 定 的 参 考价 值
美 国 加 州理 工 学 院 加 州 大学
务 投 资 3 20 万 美 元
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会
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1 参 加 该分 会 的有 来 自 7 个 国 家 的 6 多名 学 者 报告 了 4 0
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个方 面 ¹ 材
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料 和 光学性 质 ; º 存 储 和 神 经 网 络 ; » 光折 变 光 纤 和 器 件 ; ¼ 数据 处 理 和 应 用
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光折 变 材料 与 应 用 是 近 年 来 的 热 点 其 重 点 已 逐 步 从 基 础 研 究 趋 向 应 用 研 究
“
中交 叉 干 扰 噪 音 和 宾 州 州 立大 学 的 C G
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等 人 的 报 告 在 光 折 变 全 息数 据 存 储 中 用 于 减 小 交
笔 者 和 合 作 者 在报 告 中则 提 出 了
。
叉 干 扰 噪 音 的 扩 展 参 考方 法 都 讨 论 了交 叉 干扰 噪 音 问 题 在 光 折变 晶 体 L N b q I
、
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周 期极 化的 光 折
。
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这些 新应 用 值 得 重 视
光 折 变 自组 织现 象 是 新 近 发 现 的 一 种 光 折 变 新效 应 有 理 论 解释 值 得 注 意
, , 。
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3
篇报 告 涉 及 这 一 问题 并 给 出 了
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另 一 分 会 上 在 有 机 光 折 变 材料 方 面 有 1 篇报 告 这 表 明 有 机 光 折 变 材料 仍 是 一 个热 点 2
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中 引 人 双 掺 杂的 方 法 以 消 除 扇 开 噪音 问 题
。 ” 。
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这 些 问 题 的解 决 将有 助
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于 降 低 全息 存 储 中 的 误 码 率
“
这 是 全 息 存储 走 向 实 用 化 的 一 个 重 要 指 标
” 。
新 奥 尔 良大 学 的
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n W e 等 人 作 了 利 用 相 位 进码和 旋 转 多 工 全 息 存 储 的 报w e ll 科 学 中 心 等 十 多 个 单 位 组 成
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的 研 究 集 团 一 年 前 与美 国 国 防 部预研 局 签 订 了 一 项 光折 变 数 据 存 储 器 的 为期
。 ,
5
年 的 研制 任
。
会 上 该研究 集 团 的 若 干 单 位 的 报 告 反 映 了一 年 来 这 方 面 的 研究 进 展
但 它的 长 期稳 定 性 问题 仍 有待 解 决
。
我 国 在 光 折 变材 料研究 方 面 有 一 定 优 势 国外 使 用 的 光 折 变 晶 体 有 不 少 是 从 我 国 获得 的
,
。
但 我 国 在 光 折变 器 件 和 应 用 研 究 方 面 缺 少 资 助 和 组 织 不 力 而 影 响 了 这 方面 的 发 展
“ ”
全息 存储 无 疑是 光 存 储 技 术 进 一 步 发 展 的 热 点 这 一 研 究 的进 展 对 建 立 大 型 数 据 库 的 大 有 帮助
。
会 上 若 干报 告涉 及 到 光 折 变单 晶 光纤 栅 滤 波器 和 晶 体 材料 周 期极 化 结构 的 制 作 与 应 用
光 折 变 单 晶 光纤 栅 可 调 谐 滤 波 器有 可 能 用 于 雷 达 信 号 实 时 监 控 用 的 延 迟线 变 晶 体 可 能会 有 效 地 用 于 产 生 信 频 合频 和 O P O 激光 的 应 用
材 料的研 究 最 终 应 落 实 在 器 件 与应 用 上 这 样 才 能取得 最 大 的 效 益
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光折变
。
”
分会 讨论
了 光折变 全 息数 据 存 储 中 的 一 些 基 本 问 题 各 种 可 能 的 交 叉 干 扰 噪 音 和 扇 开 噪 音 及 其 降 低
方法 ; 全 息 存 储 进 码 方 法 等
”
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加 州 大学 S n a t
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等 人的 报 告 体 全 息 存 储