(光存储原理与应用)第二章全息光存储
光存储技术原理
光存储技术原理光存储技术是一种利用激光束在存储介质上写入和读取信息的存储方式。
其原理主要基于光学干涉、光学散射、光学调制等原理，将信息以二进制的形式编码为激光束的强度、相位、偏振等物理量，从而实现信息的存储和读取。
一、光存储技术的原理光学干涉光学干涉是光波相遇时产生明暗条纹的现象。
在光存储中，通过将两束激光束干涉，可以形成明暗条纹，从而将信息编码为这些条纹的形状和分布。
在读取信息时，通过检测这些条纹的形状和分布，可以恢复原始信息。
光学散射光学散射是指光波在遇到微小颗粒时发生偏离的现象。
在光存储中，利用光学散射可以将信息编码为散射光的强度和相位等物理量。
在读取信息时，通过检测散射光的强度和相位等物理量，可以恢复原始信息。
光学调制光学调制是指利用光波的物理特性对信息进行编码和解码的过程。
在光存储中，利用光学调制可以将信息编码为激光束的强度、相位、偏振等物理量。
在读取信息时，通过检测激光束的强度、相位、偏振等物理量，可以恢复原始信息。
二、光存储技术的实现方式1、CD光存储CD光存储是最早的光存储技术之一，它利用激光束在铝质光盘上烧制出凹坑，从而将信息编码为凹坑的形状和分布。
在读取信息时，通过检测凹坑的形状和分布，可以恢复原始信息。
CD光存储的存储容量较小，已经被DVD等更先进的存储技术所取代。
2、DVD光存储DVD光存储是一种利用激光束在塑料光盘上烧制出微小凹槽的光存储技术。
它利用光学散射原理将信息编码为凹槽的形状和分布。
与CD光存储相比，DVD光存储的存储容量更大，可以存储更多的信息。
3、BD光存储BD光存储是一种利用激光束在蓝光光盘上烧制出微小凹槽的光存储技术。
它利用光学散射和光学干涉原理将信息编码为凹槽的形状和分布。
与DVD光存储相比，BD光存储的存储容量更大，可以存储更多的信息。
4、Holographic Memory全息存储是一种利用激光束在晶体材料中烧制出全息图的光存储技术。
它利用光学干涉原理将信息编码为全息图的形状和分布。
光盘存储到全息存储
外形体现。光盘之所以能够随意取放，主要取
决于基板的硬度。
常见光盘结构
The Disc Structure
2.印刷层和保护层
印刷层就是印刷盘片的客户标识、容量等 相关资讯的地方。 保护层是用来保护光盘中的反射层及染料
1 2
层防止信号被破坏。材料为光固化丙烯酸类物
质。
常见光盘结构
The Disc Structure
全息光存储
利用全息技术，通过对光学条纹的记录与复现过程完成信息的记录与再现。将需要存储的 数据信息经编码后形成二进制数据流, 并以 页 为 单 位 映 射 到 空 间 光 调 制 器( Spatial Light Modulator, SLM) 上。从激光器发出的激光经分束器分离成两束相干光, 一束光经 SLM后携带了数据信息, 这样形成的物光进入存储介质中; 另一束没有调制的参考光直接照射 到介质上, 物光和参考光由于干涉而形成的图样记录在存储介质中。利用各种复用技术, 可在 介质的同一位置记录不同的数据信息。读出时, 采用与记录信息时相同的参考光照射存储介质, 将衍射光成像到探测器 (例如CCD)表面, 探测器阵列根据各像素所接收的光强大小将光信号转 变为电信号。
激光头是CD系统的核心部件之一，它由光电检测器、 透镜、激光束分离器、激光器等元件组成，激光器发 出的激光经过几个透镜聚焦后到达光盘，从光盘上反 射回来的激光束沿原来的光路返回，到达激光束分离 器后反射到光电检测器，由光电检测器把光信号变成 电信号，再经过电子线路处理后还原成原来的二进制 数据。
4.反射层
反射层是反射光驱激光光
束的区域，借反射的激光光束
读取光盘片中的资料。其材料 为纯度为99.99%的纯银金属。
The Working Principle Of CD 打开光驱
全息光存储技术的发展与应用
全息光存储技术的发展与应用随着科技的迅速发展，我们生活中的各个方面都得到了极大的改善和进步。
其中，全息光存储技术作为一项新兴的数据存储技术，正逐渐引起人们的关注和广泛应用。
本篇文章将介绍全息光存储技术的起源、发展和应用前景。
全息光存储技术最早起源于上世纪60年代，由德国科学家丹尼尔·佩伊登发明。
全息光存储技术以其高密度、非接触式的特点，成为了传统存储技术的一种有效替代。
相比于传统的磁性硬盘或闪存，全息光存储技术具有更快的读写速度和更大的数据存储量。
全息光存储技术主要通过将三维信息记录到光介质中实现数据存储。
与传统存储技术不同的是，全息光存储技术能够在三维空间中同时存储多个数据。
这使得它在存储密度上有着巨大的优势。
而且，全息光存储技术采用的非接触式读写方式，不会因为物理接触而造成数据损坏，保护了数据的可靠性和长期保存性。
在全息光存储技术的发展过程中，不断涌现出了一系列的创新和突破。
功率可调模拟数码全息技术使得全息光存储技术的光参数得以调节和优化，实现了更高的数据写入速度和检索精度。
随着科学家们对光学材料的深入研究，可以使用的全息光存储介质也得到了扩展，包括聚合物、液晶和晶体等。
这些新型材料的应用使得全息光存储技术在可操作性和稳定性方面有了更多的突破，使其更加适用于实际应用场景。
全息光存储技术的应用前景广阔。
首先，在大数据时代的背景下，巨大的数据存储需求对传统存储技术提出了更高的要求。
而全息光存储技术的高密度和大容量优势，则使其成为了解决大数据存储问题的有力工具。
其次，全息光存储技术在虚拟现实、增强现实等领域有着广泛的应用。
虚拟现实技术需要大量的图像和视频数据来呈现沉浸式的体验，而全息光存储技术的读写速度和数据存储量能够满足这一需求。
另外，在医学领域，全息光存储技术也有重要的应用价值。
例如，可以利用全息光存储技术实现三维医学图像的存储和展示，为医生的诊断和治疗提供更全面的信息。
然而，全息光存储技术还面临一些挑战和限制。
第2章全息存储原理
体光栅的K矢量图
再现光波波矢kr满 足布拉格条件时， 衍射光波即为原物 光波，衍射效率最 大。若偏离，则衍 射效率迅速下降。
若再现光波长、光 栅间距一定，则入 射角一定；反之亦 然。
全息再现像的分辨率
全息再现像的分辨率指对物体精细结构 所能分辨的最小距离或最小角距离。
2.4.3 傅立叶变换全息图的性质
傅立叶变换全息图具有空间位移不变性； 傅立叶变换全息图记录的是频谱，而不是物本身。
对于大部分低频物体来说，其频谱非常集中，直径 仅1mm左右，特别适用于高密度全息存储； 傅立叶变换全息图通常比菲涅耳全息图的像差小； 点光源的傅立叶频谱分布在整个频谱面上，因而傅 立叶全息图的记录是有冗余信息的，保证了存储的 可靠性和防干扰性。
无论是参考光源还是照明光源，实际光源都 有一定大小。实际光源上每一个点作为参考 光源会产生全息图上的不同光栅结构，作为 再现光源会产生不同的再现像，一个物点将 对应产生多个像点，也就是说，用扩展光源 作为参考光源和再现光源时会导致再现像的 展宽。（这个现象称为线模糊）。
光源非单色性的影响
同实际光源的大小一样，照明光源的线宽 （波长范围有一定宽度）也能引起再现像的 展宽。这个现象称为色模糊。如果色模糊量 超过人眼或观察系统的分辨率，则影响像的 质量。色模糊是由于全息图的光栅结构产生 色散现象而引起的。
2.4.1 透镜的傅立叶变化性质
傅立叶变换全息图记录的是物光波的傅立叶 频谱，其原理是利用透镜的傅立叶变换性质。
利用一个简单的透镜，使原物光波在全息记 录介质上形成傅立叶变换图样，从而记录傅 立叶变换全息图。
基于全息光学的光学存储技术
基于全息光学的光学存储技术光学存储技术是一种利用激光读写信息的技术。
全息光学是一种应用于光学存储的技术，其工作原理是利用全息干涉的原理将信息以全息图储存到光介质中，并通过激光的反射或透过获取信息。
在近年来，随着半导体、光电子、纳米材料和信息技术的蓬勃发展，全息光学的应用范围被逐渐扩大，成为一种备受瞩目的技术。
一、全息光学的基本原理全息光学的基本原理是利用光的干涉和衍射现象，将光波的相位和幅度信息都记录在介质中的一种光学现象。
在全息光学存储过程中，记录信息的介质为光敏材料，它可将记录的光信息转化成物理信号，并可以在一定时间内稳定地保持记录的信息。
全息光学存储技术的核心在于利用空间波动的相干性记录信息图案。
二、光学存储技术的发展历程光学存储技术是在60年代初期首先被提出，在数十年的实践中，它被证明是一种相对更加持久、更加安全的数据存储技术，且具有高速读取和随机读取等优点。
其中的全息存储技术在80年代逐渐崭露头角，并迅速得到了大力发展。
随着技术上的进步和成本的降低，这种新兴技术正在受到越来越多的关注。
三、全息光学存储技术的应用前景在现代科技的发展中，数据是人类生活、社会进步的重要支撑和基础，为了提高数据存储的稳定性、安全性和可靠性，光学存储技术以其独特的优势在信息存储领域中表现出了极大的潜力。
全息光学存储技术作为一种较新的光学存储技术，具有高速、高密度、长期稳定性、大数据容量和低成本等优点，其被广泛应用于信息存储领域。
四、全息光学存储技术的发展趋势全息光学存储技术正朝着更高密度、更快速、低损耗和低价格的方向发展。
另外，它还可以结合其他技术，如光子晶体、纳米光学等，实现更多的应用。
尽管该技术存在许多挑战和难点，如制造成本、读写速度等方面仍然需要进一步提升，但是全息光学存储技术仍有着广泛的发展前景。
总而言之，全息光学存储技术是一种新兴而且备受关注的技术，基于这一理论设计的光学存储设备有着诸多优点。
随着科技的不断前进和创新，该技术不断改进和应用，未来光学存储设备会更加广泛地应用到各个领域。
全息光学存储技术的研究与应用
全息光学存储技术的研究与应用全息光学存储技术是一种新兴的存储技术，其基本原理是利用光波的干涉现象在照片底片上形成的光学记录，将数据以三维的方式保存下来。
相比于传统的磁盘、光盘存储技术，全息光学存储技术具有更高的数据存储密度、更长的数据保存时间、更快的数据读取速度和更好的抗干扰性能。
近年来，随着光学存储技术的不断发展和进步，全息光学存储技术在各个领域的应用也日渐广泛。
一、全息光学存储技术的研究现状全息光学存储技术是一项涉及材料科学、光学、电子学等多个学科领域的技术，其研究目标是开发更高密度、更可靠的光学存储设备。
目前，全息光学存储技术的研究主要集中在以下几个方向：（1）全息光存储材料的研究。
全息光学存储材料是影响存储密度和光学响应速度等关键因素之一。
全息光存储需要材料能够快速响应并稳定保持光学各向异性。
目前，可用于全息光学存储材料的主要有光致聚合物、光致变色材料和光敏高分子材料等。
（2）全息光学存储设备的研究。
全息光学存储设备是实现全息光学存储技术的关键设备。
其主要包括全息记录（输入光场生成）、全息再现（从全息图像中还原出原始信息）和全息储存的三个步骤。
目前，全息光学存储设备的研究主要集中在提高全息图像的信噪比、降低信号失真度、增强低信噪比信号还原效果等方面。
二、全息光学存储技术的应用前景随着数字化程度的不断提升，信息存储需求量不断增加，全息光学存储技术具备更高的存储密度和更长的数据保存时间，将有望成为未来信息存储领域的主流技术。
目前，全息光学存储技术的应用主要集中在以下领域：（1）光盘存储全息光学存储技术能够将信息以更高的存储密度和更长的数据保存时间储存到光盘上，这与现有的日常使用的DVD、蓝光等光盘储存技术有很大的不同。
此外，全息光学存储还可以实现光盘储存容量的大幅提升，满足现代社会对大容量、高速度的信息储存需求。
（2）光学记忆全息光学存储技术也可以用于实现光学记忆，将数据以三维的方式保存下来。
全息光存储技术的研究与应用
全息光存储技术的研究与应用在科技快速发展的时代，信息存储技术也在不断革新，其中一种备受关注的技术就是全息光存储技术。
全息光存储技术是指通过激光等光源将信息以三维全息的方式记录在光敏材料上，这种方式可以实现高密度存储，并能够在极短的时间内读取信息，因此备受瞩目。
全息光存储技术具有诸多的优点，一方面体积小、传输速度快、可靠性高，而且不受磁场干扰等外界因素影响，因此被广泛应用于数据存储、光学存储等领域。
目前，全息光存储技术已经成为新一代高密度、高速、大容量存储技术的代表，被广泛应用于数字媒体、网络数据备份、医疗、信息存储等领域。
在数字媒体领域中，由于数字媒体的爆发式增长，对存储密度的要求也越来越高，此时全息光存储技术能够提供高密度、高速、高可靠性的数字媒体存储，因此能够满足日益增长的数字需求。
在医疗领域中，全息光存储技术可用于记录和保存重要的医疗图像信息，例如CT、MRI等，这些图像信息不仅在临床医学中具有重要的作用，而且对医生来说也十分关键。
而全息光存储技术可以实现与其它存储技术相比更高效、更可靠的记录方式，为医疗领域提供更好的保障。
在信息存储领域中，全息光存储技术也有着广泛的应用，例如光学存储器件、光学识别系统等，它们极大地提高了信息存储的效率和安全性，并为现代信息技术的发展做出了重要的贡献。
虽然全息光存储技术具有很多优势，但是仍然存在一些瓶颈问题，例如过程中受到噪声干扰的问题，同时在读写过程中也存在一定的误差。
此外，全息光存储技术的生产成本较高，对于企业来说还存在一定的挑战。
总的来说，全息光存储技术是极具前途的一项技术，它不仅可应用于现有领域，同时也有着十分广阔的应用前景。
我们期待今后的科研工作者和企业，能够在此方面不断进行深入研究和开发，为信息存储技术的发展做出更大的贡献。
(光存储原理与应用)第二章全息光存储
全息光存储在科学研究领域有广泛应用，如
析，提供高分辨率和真实感的图像展示。
天文学、材料科学和生物医学研究等。
全息光存储原理
全息光存储的原理基于波的叠加原理和干涉现象，通过将光波的干涉模式记
录在介质中的全息图样，实现信息的编码与存储。
全息光存储的特点
1
3
高容量
2
高速度
全息光存储能够实现巨大容量的数据存储，
全息光存储具备快速的数据读写速度，可
远远超过传统存储技术的极限。
用于高性能计算和数据中心存储。
段，实现商业化应用的突破还在不断
进行中。
4
入一些特定领域的应用场景。
全息光存储的应用场景
数据中心
虚拟现实
全息光存储可用于高容量、高速度的数据中
全息光存储可以实现逼真的虚拟现实体验，
心存储，提供快速的数据访问和计算支持。
为虚拟游戏、教育和娱乐领域提供支持。
医学图像
科学研究
全息光存储可以应用于医学图像的存储和分
3
编码算法
开发有效的编码算法，实现数据在全
息图样中的高效编码和解码。
全息光存储的发展历程
1
1960s
全息光存储的理论和基础研究开始兴
1980s
2
起，奠定了全息光存储的科学基础。
3
2000s
全息光存储逐步实现实验室级别的演
示，开始引起学术界和工业界的关
注。
全息光存储技术逐渐商业化，开始进
2020s
当前，全息光存储正处于快速发展阶
(光存储原理与应用)第二
章全息光存储
全息光存储（Holographic Storage）是一种高容量、高速度、三维的光信息
(光存储原理与应用)光存储设计实例
1 容量
光存储技术具有高容量的优势，可以存储大 量的数据。
2 速度
与传统存储相比，光存储的读写速度更快， 提供更快的数据访问。
3 耐久性
光存储介质具有较长的寿命，能够更可靠地 保存数据。
4 便携性
光存储设备通常小巧轻便，便于携带和存储。
光存储设计的关键要素
1. 光学系统：设计高效的光学 系统以实现精确的数据编码和 解码。
示例3：量子存储器
量子存储器利用光存储技术实现快速数 据存取和复杂计算，是量子计算的关键 组成部分。
光存储的未来发展趋势
光存储技术将继续发展，与人工智能、云计算和物联网等领域相结合，提供 更高性能和更广泛的应用。
结论和总结
光存储是一项重要的技术，具有广泛的应用领域。未来，光存储将继续发展，为数据存储和处理带来更多创新。
光存储技术的应用领域
数据存储
光存储可以用于高速、大容量的数据存储，如光 盘、蓝光光盘和DVD。
量子计算
光存储也有潜力应用于量子计算，提供高效的数 据存取。
光学显微镜
光存储还可以应用在显微镜中，用于存储和分析 显微镜图像。
光学存储器
光存储器可以用于光学设备，如激光打印机和激 光扫描仪。
光存储与传统存储的比较
2. 材料选择：选择适合的光学 材料，具有高度可靠性和稳定 性。
3. 数据保护：采取适当的安全 措施保护数据免受损坏和丢失。
光存储设计的实例介绍
1
示例2：光学显微镜
2
光学显微镜可利用光存储技术存储和分
析显微镜图像，码和解码数据，光盘已成 为一种广泛使用的光存储设备。
（光存储原理与应用） 光存储设计实例
本演讲将介绍光存储的定义和原理，并探讨其在不同领域中的应用。我们也 会比较光存储与传统存储的差异，并讲解光存储设计的关键要素。演讲的最 后，我们将分享几个光存储设计的实例以及光存储的未来发展趋势。
三维光学存储体全息存储
I(x,y)=|E(x,y)|2=E(x,y)E*(x,y) =|O(x,y)|2+|R(x,y)|2+O(x,y)R*(x,y)+O*(x,y)R(x,y)
全息再现过程情况一
重构光波前 (等于原参考光)
R(x,y)
原物光波前 O(x,y)
重构光波前 O(x,y)
斜光栅,则式(7.30)可表示为（7-5-31）
▪ 对于反射光栅
▪ 选择角为式（7-5-34）
▪ 由式(7.30)和(7.33)可知,对于给定的物光入射 角,参物光之间的夹角为90时,选择角最小。 图7.12是依据(7.31)和(7.34)作出的非倾斜光 栅选择角与参考光角度的关系曲线。 在同等 条件下,透射全息图的角度选择性比反射全息 图要灵敏。
▪ （4）在从(7.40)到(7.45)的推导中，假定了未电离 的与已电离的施主数密度之比近似均匀，而实际上 光电离过程是随空间而变的。
▪ （5）未考虑外加电场的影响
2.光致聚合物材料的全息存储机理
▪ 光致聚合物是通过光化学反应的原理来存储 信息的；其基本聚合分式可分为自由基聚合 和阳离子聚合。
▪ 光致聚合物材料是一种新型的光全息存储材 料，有高感光灵敏度，高衍射效率，高分辨 率，高信噪比等优点，产生的全息图像具有 高的几何保真度，并可长期保存。制备工艺 相对简单。成本低廉，更适宜市场推广。
材料的全息存储特性
▪ 1、光谱响应：用于全息存储的光折变材料应 当对写入激光波长敏感。
▪ 2、动态范围：通常指最大可能的折射率改变 。
▪ 3、全息时间常数：引入响应时间常数描述光 栅建立和擦除的快慢。响应时间是全息存储 的重要特性参量，它表征了体全栅光栅的动 态特征。
(光存储原理与应用)诸论
光存储的应用领域
军事
军事用途包括高雷达分辨率地形数据图以及自主 导航等等。
文化遗产
文化遗产保护方面，光存储技术被应用于数字化 文献、图片、音频和视频的归档与保存，并保证 其可持续性。
医疗
光存储技术也被应用于医疗图像的存储和传输。
生产管理
光存储技术已被广泛应用于生产管理、企业信息 管理和知识管理等方面。
2
未来
光存储技术的发展前景广阔，将有望在容量高、读取速度快、使用寿命长等方面继续有大 幅度的提高。
3
远景
将来我们可能会发现利用光存储技术储存数据的方式已经成为了非常稳定和可靠的技术。
光存储与其他存储技术的对比
存储介质 硬盘 闪存 光存储
容量 较大 有限 较大
使用寿命 较长 有限 较长
读写速度 较快 较快 较快
3 光存储的优点
光存储具有容量大，读取速度快，使用寿命长等许多优点。
光存储的工作原理
激光写入
光盘的读取过程ຫໍສະໝຸດ 利用激光束对存储介质进行扫描， 改变介质的物理性质，记录数据。
利用激光束在存储介质上进行反 射和散射，记录数据的信息被传 输到电子器件中。
与硬盘的对比
与传统的硬盘相比，光存储技术 具有更高的存储密度和较长的使 用寿命。
光存储原理与应用
光存储技术是一种重要的数据存储和传输方式。本文将讨论光存储的定义、 应用领域、发展前景以及它的优势和不足。
光存储的定义和背景
1 什么是光存储？
光存储是一种基于激光技术的高密度数据存储和读取方式。
2 光存储的起源
20世纪90年代光储存技术得到了广泛应用，DVD和蓝光盘就是利用光储存技术制作的。
相较于其他存储技术，光存储技术在存储密度以及使用寿命方面有很明显的优势，并且其使用寿命也相对更长。
全息光学技术在信息存储中的应用
全息光学技术在信息存储中的应用概述随着信息产业的发展，信息存储技术也不断地得到了创新和提升，其中全息光学技术就是其中一项比较前沿的技术。
全息光学技术是一种用于记录和再现三维光学对象的技术，其记录介质主要包括全息薄片、全息光盘、全息原材料等。
全息光学技术在信息存储领域中具有广泛的应用，如娱乐、教育、医学、安全等领域。
本文将介绍全息光学技术在信息存储中的应用。
全息光学技术的原理全息光学技术是利用光波的干涉现象记录三维图像的一种技术。
它具有不受限于图像形状和大小的优势，因此被广泛应用于信息存储和光学成像等领域。
全息光学技术主要涉及到三个关键要素，分别是干涉、衍射和反射。
当平面波照射在一个物体上时，波的波程会发生变化，所形成的波前包括了物体的信息。
如果将光束分为参考光和物光，分别折射或反射到光闸条纹背后的记录介质中，那么两路光的干涉图案就会产生，这种干涉图案的强度和相位留存下来，就会形成了一张全息图。
在全息图中，记录下的是物体上各个点所形成的球形波前，而这些波前的信息则是固定在介质中的图像。
当参考光和物光在全息光盘中重合时，就会形成一个光学成像，再现出物体形状与位置。
这种光学成像可以透过透镜来放大，使三维物体在全息光盘的记录介质中得以保存。
全息光学技术的优点全息光学技术与传统平面图像记录技术相比，具有许多优点。
首先，全息光学技术可以记录并再现物体的三维形态，此特性在电影、游戏、医学、安保等领域中具有广泛的应用。
其次，全息光学技术的记录介质结构更为复杂且具有较高的可靠性，其记录寿命远超普通光盘或硬盘。
最后，全息光学技术保存的数据，在传输阶段可以不受传输距离限制，而且具有防伪性，不易被篡改和破解。
全息光学技术在信息存储中的应用全息光学技术在信息存储中的应用可以分为娱乐、教育、医学和安全等方面。
1. 娱乐方面全息光学技术已开始用于电影制作和游戏开发等领域。
可以利用全息光学技术将电影中的动态图像转换为全息图像，通过摆放在特定的位置以及透镜等光学元件，可再现出三维影像效果，为观众带来更加绚丽的感官体验。
光学存储原理及应用
• 上述特点使得基于光折变效应的全息存 储器具有诱人的应用前景，可应用于光 学相关器、光学中性网络、光学互连器 及光学动态记忆器等。下面我们介绍一 下光折变存储器的原理及编码方式。
• 光折变存储器中全息图的写入使基于二 波混频的几何配置，即参考光束与载有 被存储信息的信号光束在光折变晶体中 相干写入全息图。这种形式类似于全息 图的记录过程。读出时用挡住信号光用 参考光束照射写入的光栅，衍射光束是 物光的再现，通过改变参考光束的入射 角（角度编码）或者改变参考光和物光 在晶体中相互作用的区域（空间编码）， 可实现多个全息图在同一晶体中的多像 存储
• 任何光学存储方法的优劣决定于存储的寿命， 硬件的兼容性、数据传递速率、可擦除性、使 用便利程度和最重要的存储容量。光盘的面积 存储容量是很高的，还可以用各种电子学和光 学的技术来扩大存储容量，但是面积存储容量 最终决定于激光的波长，它决定光盘上最小光 斑的尺寸。最后，更大的容量还可以在一张光 盘上用多个半透明存储层堆积起来达到，存储 容量是堆积层的倍数，由改变读头的焦点分别 读出各层，存储在不同层的数据之间的串音可 由增大读头物镜的NA 消除。
大家都知道光盘技术分为写一次和可擦除两种。写 一次光存储通常称为写一次读多次（WORM） 存储，用的光盘是由夹在两层塑料保护膜之间的 碲合金吸收层构成，由激光在光盘的吸收层上烧 孔写入信息。WORM 可用于档案存储等永久性 的存储。对于可擦除存储，最重要的是磁光盘， 它将磁存储的可擦除性和光存储的相对永久性结 合起来。磁光系统将强激光束聚焦在涂以如 TbFeCo 或者FeTbGd 的铁磁合金的光盘层，是 局部加热到居里温度，这是铁磁材料成为顺磁性 的，它的内部磁极可由外部磁场确定。在读头上 安装小的磁场线圈产生外场，由来回改变外磁场 极性确定每一数据。当激光功率撤去材料冷却到 居里点以下时，数据就永久地存储在光盘上。
光电子技术课程设计光全息存储的原理及应用
河北科技大学课程设计报告学生姓名：学号：专业班级：课程名称：光电子技术课程设计学年学期：2016 —2017 学年第2 学期指导教师：***2 0 17 年6 月课程设计成绩评定表目录一、光全息存储技术介绍二、光全息存储技术原理三、光全息存储技术的应用四、心得体会一、光全息存储技术介绍光全息存储技术是一种利用激光全息摄影原理将图文等信息记录在感光介质上的大容量信息存储技术，它有可能取代磁存储和光学存储技术，成为下一代的高容量数据存储技术。
传统的存储方式将每一个比特都记为记录介质表面磁或光的变化，而全息存储中将信息记录在介质的体积内，而且利用不同角度的光线可以在同样的区域内记录多个信息图像。
另外，磁存储和光存储每次都只能读写一个比特的信息，而全息存储可以并行的读写数百万比特，这样可以使信号的传输速率大大超过目前光存储的速度。
1、记录数据全息数据存储在光敏光学材料上通过非光学相干图样来记录信息。
一束激光首先被分成两部分，产生暗像素和亮像素。
通过调整参考光的角度、波长和介质的位置，理论上可以在同一个空间记录下数千比特张全息图像。
数据存储密度的极限是几十TB/立方厘米。
2006年，InPhase 科技发表了一份白皮书，称他们已经实现了500Gb/平方英寸的存储密度。
据此我们可以推测出一张普通的光盘（写入半径大约4厘米）可以存储约3896.6Gb的信息。
2、读取数据通过重新产生相通的参考光来重建全息图像可以将存储的数据读出。
参考光聚焦在光敏材料之上，照亮了合适的干涉图样，光线在干涉图样上发生衍射，衍射图案投影到检测器上。
检测器可以并行的将数据读出，一次就可以读出超过1兆比特的信息，因此数据率非常高。
记录在全息驱动器中的文件的访问时间可以做到在200毫秒以下。
3、保存寿命全息数据存储可以为公司提供保存信息的新方法。
如果使用一次写入多次读取的方法，可以保证内容的安全，防止存储的的信息被重写或者修改。
全息存储制造商认为，这种技术可以提供安全的数据存储方案，储存数据的内容50年也不会发生变化，远远超过当前的数据存储技术。
光全息存储原理与实验方法
信息与工程学院光信息科学与工程20051202020 韩文钦光全息存储原理与实验方法摘要随着激光技术、材料科学以及光电器件研究的发展，光全息存储技术在记录密度、容量、数据传输率、寻址时间等关键技术上将有巨大的发展潜力，必将在本世纪成为信息产业中的支柱技术之一。
本文将系统地介绍光学数字数据全息存储的有关原理、技术实现、及光学信息存储系统的实例，以便了解信息存储的概念、方式和相关存储技术，认识光全息存储的基本原理，掌握三维体全息存储机理，了解光信息存储领域的研究现状与发展趋势。
Optical holographic storage theory and experimental methodsAbstractWith its tremendous potential in the main performances such as the storage density, capacity, data transfer rate, and access time, the optical storage will become consequentially an important candidate of key IT technologies in this century, due to the development of laser, material and photoelectronics technologies.The papers of Optical Digital Holographic Storage introduces theprinciple and implementation of optical digital data storage and also some example systems. The papers covers the concepts, manners and techniques of information storage; and also the basic principles of optical holographic storage and the volume holographic storage mechanism.关键词（key words）：光全息--Optical holography 存储器--storage 激光—laser光学—optics 信息—information 全息图—hologram 探测器—detector光存储介质的发展史早在个人计算机出现以前的1972年，荷兰飞利浦公司推出了世界上第一台激光视盘机---LD(Laser Disc)，LD盘片作为数字时代来临的标志，可以说是世界上最早出现的光学存储器。
全息存储技术
全息存储技术一、全息存储技术的简介随着技术的进步，人们对信息的需求越来越多，对大量信息的存储要求越来越高，“下一代DVD”的标准之争越演越烈。
全息存储技术将会让几十GB容量的“下一代DVD光盘”相形见拙，将全息技术运用在存储上面，能在一个方糖块的体积大小上保存1000GB的信息容量，这些一切离我们已经很近，全息存储时代的大幕将在2006年拉开。
容量更高、速度更快、可靠性更强，永远是用户对硬盘孜孜以求的目标。
在美国《福布斯》杂志近期评选出的本年度科技流行趋势中，全息存储技术赫然位列其中。
二、全息存储技术器崭露头角目前现有得DVD单片容量为8.5GB，而下一代DVD存储容量能够达到50GB，被《福布斯》杂志评为未来10大“最酷”技术之一的全息存储技术理论上可以达到1000GB以上的数据，目前的全息存储产品已经达到了300GB的容量，是所谓的下一代DVD存储容量的6倍。
全息存储技术的研发已经持续了40多年，一直没有真正的实现，最近日本、美国的几家公司相继宣布，将在2006年推出可以商业化销售的全息存储产品。
其中，美国的印菲斯技术公司，以传统的“双光束干涉法”为基础研制出全息存储器，其信号光束和参照光束分别来自不同的方向，照射在同一位置上。
日本日立万胜公司宣布，采用这种技术研制出了容量为300GB的全息存储器，今年9月将推向市场。
另外日本Optoware公司采用同线全息技术，其信号光束和参照光束来自相同的方向，他们研发出了容量为200GB的全息存储器，将于今年年中投放市场。
三、全息存储技术的发展现状前不久，致力于研发全息存储技术的InPhase公司向公众展示了他们开发的全息存储驱动器以及全息存储碟片。
根据InPhase公司介绍，这次推出的全息碟片存储密度达到了每平方英寸200GB，预计明年可以大规模投入量产。
到2009年，他们的目标是达到1.6T！四、全息存储器技术的工作原理全息存储是依据全息术的原理，将信息以全息照相的方式存储起来，它利用两个光波之间的耦合和解耦合，可以把信息存储和信息之间的比较(相关)、识别，甚至联想的功能结合起来，也就是可以把信息存储和信息处理结合起来。
全息存储实验
全息存储实验全息存储是20世纪60年代随着激光全息照相技术的发展而出现的一种高密度、大容量的信息存储技术发展起来。
全息存储是在全息照相技术的基础上发展起来的。
全息照相是由一路物光，一路参考光，在一定的夹角、一定的分光比满足相干条件情况下，经过曝光、显影、水洗、定影、水洗、晾干等处理得到一张全息图。
而这张全息图在未显影、定影之前，如果再改变物光、参考光的角度，相应的改变多种物体，可以得到多张全息照片,全息存储正是利用这一特点，把物光、参考光缩小成为“点”，再改变角度。
即在一个小点上，改变几个角度又记录多个物体信息，使得存储量巨增。
全息存储比一般的光学存储及磁盘存储有以下几种优点：1.存储量大：全息存储既能在二维平面上存储信息，又能在三维空间内进行立体存储，改变物光、参考光夹角，还能使许多信息重叠；2.保密性强：全息存储可以方便地进行加密存储，增加信息的安全性；3.全息图冗余度大：每一信息位都存储在全息图的整个表面或整个体积中，因此全息片上有污迹刮痕等缺陷对存储影响很小，也不会引起丢失信息的现象；4.全息图本身具有成像功能，因此，即使不用透镜也能写入或读出。
并且由于全息的材料不仅具有抗干扰能力，强度和保存时间久的特点，能批量生产，价格便宜。
全息存储被认为是最具有潜力能与传统的磁盘和光盘存储技术相竞争，成为当前大容量高密度光电技术领域的研究热点。
本实验介绍利用光学全息进行信息存储的实验原理。
[实验目的]1. 学会分析实验光路中对各光学元件的要求，从而加深对光路的设计。
2. 理解透镜的傅里叶变换性质，学会拍摄傅里叶变换全息图。
3. 利用傅里叶变换全息图，进行全息存储实验的原理及方法。
4.学会观察全息存储信息的重现像。
[实验仪器]激光器、电磁快门、反射镜、观察屏，扩束镜、准直镜、带移位器的干板架，带存储的图文资料玻璃板，普通的干板架，全息干版 透镜等光学器件。
[实验原理]全息高密度、大容量的存储是利用透镜具有傅里叶变换的性质的特点，把被存储的图文信息以点阵形式存储在直径为1mm 大小的点上。
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词根起源
• Hologram 来自希腊语 holos, 意思为 whole ，后一半gramma 意思为 message
• 全息——全部的信息
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思考：为什么叫全部的信息？
•思考：常规成像技术丢失了 什么？
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点源的全息
点源全息的构建模式 实用中点源可以被任意物体取代，来记录物体信息
全息记录板
参考平面光 x
感光盘
1. 记录干涉图案 2. 感光乳剂有小颗
粒表面 (要求)
z y2021/1/12
物光 – 球面波
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干涉记录:
• 参考光Reference
wave
R ( x , y , z ) R ( x , y , z ) ex p j kr r
4. Polycarbon layer
5. Photopolymeric layer (data-containing layer)
6. Distance layers 7. Dichroic layer (reflecting green light)
Picture of a HVD by Optware
(HODS) 或全息数据存储 Holographic Data Storage System (HDDS)
– 目前最可预见的下一代光存储技术 – 图像存储而非数字存储 – 同一媒介可以多次存储
• Tbit的存储技术
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全息光存储？
• 当前的光盘存储和磁光存储已经接近了极 限 – 磁密度极限 – 模斑尺寸极限-光波长极限 • 衍射极限
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全息技术应用经历的三个时代
• 第一代,只能在单色光下再现的全息图; • 第二代, 可在白光下再现的全息图, 它主要包括两大类型, 第一类是1962
年由前苏联人丹尼苏克发明的反射式全息图, 这种全息图由于它的层状 结构, 不能形成浮雕条纹, 难以快速复制, 故目前主要用于装饰品,“激光 宝石”即是这类全息图; • 另一类全息图是1969 年由美国人Beton 发明的彩虹全息图; 这类全息图 由于衍射效率高, 制作过程简单, 特别是能够形成浮雕状条纹, 故得到快 速发展,目前在全息领域占有重要地位; • 第三代, 压印在薄膜上的模压全息图。正是由于模压全息图能大批量地 快速复制, 且成本低廉, 才使全息图最终走出实验室, 进入人们社会生活 的很多领域。模压全息图除了可用于贺卡、艺术图片、邮件、广告外, 最重要的应用是在防伪领域。目前, 很多国家的护照、身份证、信用卡 、商标、商品包装上都有模压全息图做为防伪标识。 • 模压全息图的制作过程可分为: 激光摄制; 电成型; 模压。
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技术比较
• 记录读取原理差异：现有光存储通过刻槽 数字记录；全息则通过干涉写入，衍射读 出。
• 记录媒介差异：现有光存储信息记录在金 属膜上，为二维记录；而全息信息则直接 写在感光媒介内，为体记录；
• 使用寿命差异：普通存储光盘寿命约10年 ；全息存储光盘能达到50-100年。
The Tale
"Train laser.
and
BEUimrpdwam"thniesiitetettkhLlsDGeiegihfeatihrtsnbtatrnoanhnirdossloJmugirrsiassmionevheorlomgaradme
with
a
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196 196 196 196 024 8
空间光调制器（SLM）
• 空间光调制器是一类能将信息加载于一维 或两维的光学数据场上，以便有效的利用 光的固有速度、并行性和互连能力的器件 。
• 这类器件可在随时间变化的电驱动信号或 其他信号的控制下，改变空间上光分布的 振幅或强度、相位、偏振态以及波长，或 者把非相干光转化成相干光。由于它的这 种性质，可作为实时光学信息处理、光计 算和光学神经 网络等系统中构造单元或关
MIRROR STRIPS
MIRROR
LENS
CRYSTAL
LENS
HOLOGRAM READER
hologram reader 全息图读写器 scanner assembly 扫描组件 beam splitter 电子（射）束 分裂器
在全息存储系统里，激光被分为两束 ，一束用 于调制信号，一束平行光作为参考光，两束光干 涉将信息记录在全息媒介里。
• 存储容量差异：单张普通光盘在可见光范 围内最高容量少于100Gbit；单张全息光盘 202容1/1/1量2 可达500-1000Gbit
体存储
01 0 1 0 0 100 10 01 0101 0
1 010
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思考：全息光存储光学系统如何构成？
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思考这种特 效照片的产 生原因
全息背景知识
• 回忆：何谓全息？ • 全息：两束光（平面波或球面波）
干涉记录，一束为空白参考光，一 束经过光调制，带有信息，再使用 其中一束光照射记录好的图像，通 过衍射再现信息。 • 概况：干涉记录，衍射再现
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参考波 – 和参 考光分布相同 ，只是多了个
常数因子2021/Fra bibliotek/12共轭物波 – 物光的复共 轭，只不过 有个 2 的
角度偏移
物波 – 除了一 个强度系数， 分布和物光完
全相同
衍射再现的三项场分布
使用斜入射平面参考光和球面物光记录后，再用参考光入射再现，获得的衍射波 强度分为三部分：
参考波 物波
• 也就是相当于四个波的累加
t•p R 思 ？(x 考,y ：)加 入(tb 重 构B 波O O 就* 是)R 用 参B 考R 2 光O ，* 会B 得R 到2 什O 么
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衍射再现
• 此时重构场可以整理为三项
R (x ,y )tp (tb B* O )R B O 2 O R * B R 2 O
8. Aluminium reflective layer (reflecting red light)
9. Transparent base
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思考：如何提高全息存储的安全性？
ttbB(O2O*RO*)R
tp A ( x ,y ) tb A B O O * A B O * R A B O R * A
• 光存储如果要继续发展，只能寻求替代技 术
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Practical Solution or Toy?
• 目前出现的技术中最可行的一种 • 超高的存储密度、超长的存储寿命 • 超快的接入可能
– 保守估计至少 10 of MBit/sec and 有望 达到几百 MBit/sec
• 小尺寸
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存储数 据
信息光
通过干涉存 储了数字信
号
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全息加密技术
空间光调制器
加密码
参考光
相位调制的参考光 （个人信息）
个人信息
高度安全的全 息存储技术
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思考
• 从全息的原理来看，如何提高全息存储的 容量？
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全息复用
Dt=12 ns
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• 物光Object waveO ( x, y , z ) O ( x, y , z ) ex p j kr o
• 干涉强度分布
其中
r x2 y2 z2
I(x, y) O R 2 OO* RR* OR* O*R
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干涉记录
• 当用介质记录干涉信息时，依赖于记录强度分布 ，以及记录转换效率，将得到一个干涉条纹决定 的相位光栅
Changing object
1.45mm X 1.06mm
物体虚像
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共轭波
带系数的 参考光
实像
WHY?
• 全息图形的每一部分都 是接受了物体发出的全 部光, 所以全息图形随 便割下一块，仍能恢复 出全部物体信息
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全息对波长的依赖
• 思考：当用一个白光作为衍射光照 射全息片时，在上图虚像方向将会 有什么现象？
• 全息片相当于一个相位光栅，会有 衍射、色散的效果
全息光存储
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全息存储
SPATIAL-LIGHT MIRROR MODULATOR
BEAM SPLITTER LASER
LENS LENS
SCANNER ASSEMBLY
MIRROR OBJECT BEAM
BEAM SPLITTER
REFERENCE BEAM LENS
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Holographic Versatile Disc structure
1. Green writing/reading laser (532 nm)
2. Red positioning/addressing laser (650 nm)
3. Hologram (data)
• 思考：如何实现彩色成像？
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全息种类 – 反射式 vs. 透射式
• 透射式全息: 参考光和物光在全息片的同一侧 • 反射式全息: 参考光和物光在全息片的两侧
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透射式
反射式
简介
• 全息：干涉记录-衍射再现 • 全息光存储Holographic Optical Storage