三维光学存储：体全息存储

由 于 记 录 介 质 的 透 过 率 和 光 强 成 正 比 , 所 以 透 射 光 为 :
R(x,y)I(x,y) = R(x,y)| O(x,y)| 2 + R(x,y)| R(x,y)| 2 + | R(x,y)| 2 O(x,y)+ R(x,y)R(x,y)O*(x,y)
全息再现过程情况二
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 R(x,y)
和 第 一 种 情 况 相 似 , 透 射 光 为 :
O(x,y)I(x,y) = O(x,y)| O(x,y)| 2 + O(x,y)| R(x,y)| 2 + | O(x,y)| 2 R(x,y)+ O(x,y)O(x,y)R*(x,y)
波长选择性
▪ 透射光栅: =(7-2)1/2a2/(2ndtanrsinr)
(7.36a)
▪ 反射光栅: =(2+2)1/2a2/(2ndcosr)
(7.36b)
▪ 反射全息图对波长的偏离比透射全息图要灵 敏得多（可以上面两式作图看出,如下图）而 且带宽几乎不随两写入光夹角的变化而变化 。根据式(7.35b)，当两写入光束在介质内的
应物0911 董泽东
0920112109
体全息存储技术
▪ 光学体全息存储技术是最早研究的光存储技术之一 ▪ 体全息的基本原理：仅当照明光束的入射角满足布拉格条件，
其波长与记录波长相同时，得到极强的衍射光，体全息图再 现对于角度和波长具有极苛刻的选择性
全息记录过程(波前记录)
参考光波前 R(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。
体全息存储的Bragg 条件
K1 K
K1
K2
K
K2 K
K1
K2
K = K2 - K1
K2 K
K1
K2 = K + K1
θ
θ
θθ
光栅读出必须满足 布喇格条件 ：
2sin
物光
记录介质
参考光
布拉格光栅的记录
布拉格角度选择性
光栅
透射波
入射
衍射波
布拉格光栅的读出
布拉格角度选择性公 式：
sin2( n1d ) cos
夹角2时，反射全息图的最小，即波长
选择性最好。
▪ 结论：体全息的角度和波长选择性使我们可 以利用不同角度入射的光,或不同波长的光,在 同一体积中记录许多不同的全息图,而且记录 介质越厚,选择角和带宽就越小,因而记录的全 息图就越多。
7.5.2 光折变材料的全息存储机理 与特性
▪ 全息图的质量在很大程度上取决于记录材料 的特性。体全息存储的记录材料，要求其厚 度远大于光波长，而且介质的整个体积内部 都应该能对光照产生响应。其它还有重铬酸 盐明胶、光致聚合物、光致变色材料等。这 些材料虽然都能呈现体积存储的效应，但是 膜厚有限，因而不易实现大容量的全息存储 。而另一种优良的体全息存储介质，即具有 显著光折变效应的材料目前被广泛用作大容 量体全息存储的记录介质。
物光波前 O(x,y)
记录介质
记录介质处干涉场强分布:E(x,y)=O(x,y)+R(x,y)
记录介质为光强记录介质,根据光强和场强的关系:
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
▪ 如上图, 三条曲线分别对应三个不同的调制参
量 = /4, = /2和 =3/4。当 = /2时, 0=100%, = /4或 = 3/4时, 0=50%。
▪ 由图看出,当=0时,衍射效率最大,随着值 的增大, 迅速下降,当值增大到一定程度时 , 下降至零。
2)无吸收反射型位相光栅
▪ 布拉格入射时, = 0, 此时衍射效率为
▪ 按照三维光栅的衍射理论，为了使连续散射 波同相位相加，，使总的衍射波振幅到达极 大值，则介质内照明光束的波长λ，照明光束 与峰值条纹面之间的夹角θ以及条纹面的间距 Λ三者之间必须满足布拉格衍射条件。
▪ 光栅矢量与两个写入光波矢量构成等腰三角 形.
▪ 当再现光波偏离布拉格角入射时，Δθ为偏离 角，这时衍射效率将随的Δθ增大迅速下降。 布拉格定律表明如果再现光的波长和光栅间 距已被确定，则再现光的入射角便唯一确定 ；或如果再现光的入射角和光栅间距已被确 定，则再现光的波长便唯一确定。
▪ 从耦合波方程(7.16)我们可以看出衍射过程的
物理本质。光波振幅沿着z的改变是由于介质
的吸收(Er和Es)或者一个光波对另一个光 波的耦合(Es和Er)而引起的, 耦合常数 描
述了照明光波和衍射光波之间耦合的强弱,其
值越大,耦合越强烈。 当 = 0时,没有耦合,也
就没有衍射。对于偏离布拉格条件的情况,照
明光波和衍射光波不再同步,耦合强度减弱,相
位失配因子增大,使衍射光波的振幅逐渐减小,
以致为零。
体光栅的衍射效率和选择性
▪ （1)无吸收的透射型位相光栅
▪ 当 = 0 时，其衍射效率为：
▪wenku.baidu.com
0 = sin2
▪ 可见，在布拉格角入射时,衍射效率将随介质
的厚度d及其折射率的空间调制幅度n的增
加而增加,当调制参量 = /2时, 0=100%。
▪
= tanh2
▪ 下图中给出了对应调制参量分别为=/4, /2
和3/4的三条曲线。相应的0 = 43%, 84% 和96%。 注意当> 时, (7.27)中的双曲函
数将变成正弦函数。 由图知, 曲线随值的增
大而变宽,这与透射光栅的情形正好相反。
角度选择性
▪ 对于透射光栅
▪ 当r =-s时,即两写入光束对称入射,形成非倾
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)
当使用的参考光是平面波 时:
➢透射光第一项和第二项 都表示参考参考光强度的 调制,方向沿着参考光方 向,不影响结果;
➢第三项和原物光成比例, 方向相同,是再现结果;
➢第四项表示和原物光共 扼并且受参考光方向调制 的光,不影响结果.