全息通用光碟

全息通用光碟又可作為全息可記錄光碟，改變參考光的入射角度，就能在介質的同一位置記錄多幅干涉圖案，用來記錄光碟的全息信息。

基本介紹

• 中文名：全息通用光碟
• 外文名：全息通用光碟
• 同名：全息可記錄光碟

全息通用光碟的特點

1. 全息光碟記錄了光的全部信息；
   
2. 2. 全息光碟將光信息的二維面存儲跨越到三維體存儲；
   
3. 3. 全息光碟信息位的存儲不是比特→比特的逐位存儲，而是頁面→頁面的逐頁存儲，每個頁面約含比特
   
4. 的信息，如圖1所示。因此，全息光碟不僅有很高的存儲密度，而且有很高的數據傳輸率。
   
5. 全息存儲器通過各種復用技術使全息光碟的容量以及數據傳輸率與年俱增的速率很快。
   

全息通用光碟的碟片結構

其碟片結構如圖所示，其中各層自下而上依次為：

1．帶有地址信息坑的聚碳酸酯襯底，地址信息坑與全息光碟的伺服系統一起提供全息光碟的定址功能並確保全息光碟的互換性；

2．鋁反射層，用於反射讀出地址信息的紅光；

圖1

3．隔離層；

4．分色鏡層，用來反射藍色或綠色寫/讀雷射，但可以讓紅光透過；

5．隔離層；

6．全息數據記錄層，材料是光致聚合物；

7．覆蓋層，材料是聚碳酸酯。

由圖可知，用來寫入/讀出全息數據的綠光或藍光被碟片中的分色鏡反射，而用來讀出地址信息的紅光則能透過分色鏡並由鋁反射層反射，這表明全息光碟的數據信息和地址伺服信息被記錄在碟片的不同膜層上。

全息通用光碟的寫讀原理

1.光的波動特性

光波實質上是電磁波，由電場和磁場在空間的交替變化來傳播，通常用電矢量隨空間和時間的變化來描述光的波動特性，對平面波有E=E(x, t)，而對球面波E=E(r, t)。

對於平面波，假設有一列平面波在空間沿X方向傳播，如圖所示，則平面波的波動方程表示為：

對於球面波，則波動方程表示為：

式中K=2π/λ表示波矢，λ是波長；ω=2πυ，υ為光波頻率，頻率決定光的顏色； 或 /r是波的振幅，振幅與光強直接有關。圖2中的v表示光波的波速。以上公式中的餘弦函式項表示光波的相位。頻率、振幅和相位是光波波動特性的三要素。光波波動特性的三要素在具體套用中的體現舉例如下：一般黑白照片，底片上記錄的是光波的振幅信息（也就是光強信息）；一般彩色照片，底片上記錄的是光波的頻率及振幅信息；唯有全息照相，乾板上記錄的是光波的頻率、振幅以及相位等全部信息，所以稱為“全息”。光波的振幅和相位是兩列（或多列）波疊加時的重要參量。

圖 2：光的波形

2.光的干涉特性

若有兩列光波在空間相遇，不論是平面波與平面波、球面波與球面波、還是球面波與平面波（如圖5所示），只要這兩列波滿足光的相干條件，也就是說，這兩列波的頻率相同、振動方向相同而且在相遇地點有一定的相位差，則兩列波在疊加區會發生干涉現象並出現明暗相間的干涉條紋，如圖5（a）所示。

圖 5： 光的干涉原理

在此情況下，若將一片鍍有光敏介質的載體置於相干區就會產生感光效應。因為干涉條紋光強分布不同，導致介質中的吸收不同，因而介質各處的折射率（或其他光學常數）也發生不同的改變，如圖光學常數）也發生不同的改變，如圖5（b）其他光學常數）也發生不同的改變，如圖所示。如圖5（c）表示，若將上述載體取出，則載體上保留了光的干涉信息。這就是通常所說的信息被記錄或寫入到介質上.

若圖5（a）中的點光源含有信號信息，則介質上記錄的是含有信號信息的干涉條紋。如果要從上述介質記錄的干涉條紋中提取所需的光信號，還要經過下述信號再現的過程。

如圖6所示，將一束頻率與寫入信息時所用參考光頻率相同的光作為讀出參考光，照射記錄介質的干涉信息，就可以再現信號光。該再現信號光可以成像於探測器中，以便檢測單個比特。一個比特的信息可作為一個全息圖來存儲，同理，讀出時探測器中的一個全息圖對應一個比特。

圖 6 ：信號光的再現

3.全息圖的記錄與讀出

圖7給出全息圖的生成過程：一束綠光或藍光經分束鏡分成兩束雷射：信號光束和參考光束。信號光束通過空間光調製器後匯聚到記錄介質的某一位置，而參考光由反射鏡反射後，以一定角度射入到記錄介質的同一位置.因這兩束光來自同一束雷射，頻率相同、波幅振向相同、且在相遇點有一定的相位差，滿足光的相干條件，因此在記錄介質的該位置上疊加後形成干涉圖案，稱為全息圖，如圖7所示。這就是說在記錄介質中存入了由信號光和參考光共同寫入的標記——全息圖。全息圖實質上就是信號光和參考光在匯聚點的干涉圖案。改變參考光的入射角度，就能在介質的同一位置記錄多幅干涉圖案。用來記錄全息信息的光碟稱為全息光碟。

圖 7 ：光的全息成像

圖 8 ：全息成像的讀取

全息光碟不像CD/DVD光碟，信息刻錄在碟片表面，因而可用光反射的方法讀出。全息圖存儲在全息光碟記錄介質的整體內，沒法用光反射法讀出，只能用光學成像方法將它“取出”。這種方法從原理上講，只要將全息圖成像裝置中的空間光調製器除去，如圖8所示，使參考光以寫入時相對應的各個角度照射記錄介質上的記錄位置，就能將在各點記錄的全息圖一一讀出。圖7及圖8均引自In Phase公司的有關資料。

4.全息圖的記錄與讀出系統

圖9（a）給出了全息圖的記錄與讀出系統，其中空間光調製器是一種對光波的空間分布進行調製的器件，可對輸入信號作實時二維並行輸入與處理。空間光調製器含有很多獨立的單元，它們在空間排成二維陣列，每個單元都可以獨立地接受光信號的控制，並按此信號改變本身的光學常量，如折射率、反射率、透射率等，這樣就對通過它的光波進行調製。記錄時，空間光調製器將待存儲的二進制數據“1”或“0”轉變為由黑白像素形成的頁面，該頁面作為相干光信號，通過傅立葉變換透鏡（FT）入射到全息存儲介質上；與此同時，將已進行角度編碼的參考光入射到存儲介質的同一位置上，以便實現多幅圖像的記錄。一個角度編碼對應一幅全息圖，多個角度編碼對應多幅全息圖，這就是通常所說的“角度復用”，也就是利用角度編碼，在記錄介質的一個位置上實現全息圖的多重記錄。全息存儲除了角度復用技術外，還有其他的復用技術，例如波長復用等。

圖 9 ：全息圖寫入與讀出系統示意圖

讀取信息時，使用與寫入時相對應編碼的參考光掃描記錄介質，讀出的光信號經過逆傅立葉變換透鏡(FT-1)照射到CCD探測陣列上，被CCD圖像光束探測系統接收，然後送至後續處理器。圖9（b）中用不同顏色的光來區別全息圖寫入和讀出時的光路。