專利名稱：固定式三維光子存儲(chǔ)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬信息存儲(chǔ)。
現(xiàn)有存儲(chǔ)器多采用二維存儲(chǔ)方式，如磁盤、光盤等，存儲(chǔ)容量一般可達(dá)10GBytes，目前最高為35GB，存取速率不超過(guò)1MB/s，因此已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足未來(lái)信息存儲(chǔ)、傳輸與處理的要求。高密度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)始終是信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展中不可缺少的關(guān)鍵研究領(lǐng)域，預(yù)計(jì)到2005年，新型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和第三代多媒體出現(xiàn)時(shí)，計(jì)算機(jī)外部存儲(chǔ)容量至少應(yīng)為100GB，數(shù)據(jù)傳輸率至少為40MBps，現(xiàn)有的各種外存設(shè)備都不能滿足要求，即使目前剛進(jìn)入市場(chǎng)的DVD光盤系統(tǒng)也與此目標(biāo)相距甚遠(yuǎn)。唯一的出路是利用新原理、采用新技術(shù)、啟用新材料才有可能研究開發(fā)出新一代高密度、高速存儲(chǔ)技術(shù)和系統(tǒng)。
以全息存儲(chǔ)為基礎(chǔ)的三維存儲(chǔ)技術(shù)同時(shí)具有容量大、數(shù)據(jù)傳輸速度高、數(shù)據(jù)搜索時(shí)間短等優(yōu)良性能。三維體全息技術(shù)以頁(yè)面全息圖的方式并行地在介質(zhì)的整個(gè)體積內(nèi)進(jìn)行信息存儲(chǔ)和檢索。理論估計(jì)存儲(chǔ)密度可達(dá)1013bits/cm3，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)到或超過(guò)109bits/s，讀取一個(gè)數(shù)據(jù)頁(yè)面(每頁(yè)包含高達(dá)106bits)的時(shí)間小于100μs。但現(xiàn)有的關(guān)于三維存儲(chǔ)器的研究通常采用90度配置，并利用綠光光源作為讀出光源，固定時(shí)間難以保證，并且系統(tǒng)不易小型化。
本發(fā)明目的是提供一種固定式三維光子存儲(chǔ)裝置，它是一種三維存儲(chǔ)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)信息的海量存儲(chǔ)，并達(dá)到高速存儲(chǔ)與讀出的目的，解決光固定時(shí)間難以保證的難題，使其更好地應(yīng)用于多媒體數(shù)據(jù)等信息的存儲(chǔ)，適應(yīng)未來(lái)信息高速發(fā)展的需要。
本發(fā)明包括寫入系統(tǒng)和讀出系統(tǒng)，寫入系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、精密轉(zhuǎn)臺(tái)、寫入光源、透鏡、空間濾波器、空間光調(diào)制器、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(gòu)成；讀出系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、精密轉(zhuǎn)臺(tái)、狹縫、相位失配調(diào)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(gòu)成。讀出系統(tǒng)中使用的光折變晶體是利用寫入系統(tǒng)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(diào)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(guān)系為λwsinθ＝λrsinα，其中λw和λr分別為寫入光和讀出光的波長(zhǎng)。
空間光調(diào)制器由計(jì)算機(jī)控制顯示所要存儲(chǔ)信息，光折變晶體被固定在精密轉(zhuǎn)臺(tái)上，精密轉(zhuǎn)臺(tái)由計(jì)算機(jī)控制可轉(zhuǎn)到需要的任意角度，CCD采集的圖象送回計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。在使用綠光記錄紅光讀出時(shí)要使用相位失配調(diào)整器，以達(dá)到相位匹配的目的。相位失配調(diào)整器為雙凸非規(guī)則透鏡，橫向焦距為50～400mm，縱向焦距為300mm～無(wú)窮大。
本發(fā)明的具體實(shí)施步驟采用光折變晶體(如單摻、雙摻鈮酸鋰，鉭酸鋰)作為三維全息存儲(chǔ)光盤材料，利用晶體的光折變特性進(jìn)行全息存儲(chǔ)，采用綠光激光器(波長(zhǎng)532nm)作為寫入系統(tǒng)光源，采用小型半導(dǎo)體激光器(紅光，典型波長(zhǎng)670nm)作為讀出光源，采用透射式配置存儲(chǔ)，利用雙凸非規(guī)則透鏡作為相位失配調(diào)整器，采用動(dòng)態(tài)差分方法進(jìn)行編碼和解碼。
下面結(jié)合說(shuō)明書附圖詳細(xì)描述本發(fā)明

圖1是寫入系統(tǒng)示意圖；圖2是讀出系統(tǒng)示意圖。
(一)寫入過(guò)程(圖1)I、由計(jì)算機(jī)112控制將存儲(chǔ)文件進(jìn)行編碼，形成編碼圖形，并控制空間光調(diào)制器104產(chǎn)生編碼圖像或存儲(chǔ)圖像(若直接存儲(chǔ)圖像)；II、寫入時(shí)用綠光激光器(波長(zhǎng)532nm)100作為寫入光源，寫入光由激光器100發(fā)出后，經(jīng)分束鏡101分為二束光，其中一束光1經(jīng)濾波器102濾波，再經(jīng)透鏡103準(zhǔn)直，再經(jīng)空間光調(diào)制器104調(diào)制成所需信息光后，經(jīng)反射鏡105反射，再經(jīng)聚焦透鏡106入射到晶體107上；另一束光2經(jīng)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中干涉記錄光柵。III、記錄完畢后由計(jì)算機(jī)控制轉(zhuǎn)臺(tái)109轉(zhuǎn)動(dòng)角度進(jìn)行下一存儲(chǔ)圖像的存儲(chǔ)。從而達(dá)到存儲(chǔ)多頁(yè)全息圖的目的。
(二)讀出過(guò)程(圖2)I、由計(jì)算機(jī)206控制轉(zhuǎn)臺(tái)203轉(zhuǎn)到所需角度，用半導(dǎo)體激光器200作為光源，采用紅光(波長(zhǎng)650～690nm，典型波長(zhǎng)670nm)作為讀出光，讀出光從激光器200發(fā)出后，經(jīng)狹縫201調(diào)制后，再經(jīng)作為相位失配調(diào)整器的雙凸非規(guī)則透鏡202，入射到晶體204上，其衍射光通過(guò)透鏡207成像在CCD205上，CCD接收光圖像信息，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行解碼并還原成計(jì)算機(jī)文件；II、計(jì)算機(jī)控制轉(zhuǎn)臺(tái)203轉(zhuǎn)動(dòng)在特定角度讀取原來(lái)存儲(chǔ)的特定圖像(文件)。讀出系統(tǒng)中使用的光折變晶體是利用寫入系統(tǒng)記錄了信息的光折變晶體。
本發(fā)明采用光折變晶體(如單摻、雙摻鈮酸鋰，鉭酸鋰)作為三維全息存儲(chǔ)光盤材料，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(fā)明的存儲(chǔ)容量可表示為PQR，其中P為單頁(yè)圖的存儲(chǔ)容量，P＝1K～10Mbits，Q為在單點(diǎn)按某種編碼方式可存入全息圖的數(shù)目，在我們的裝置中采用角度編碼，單色存儲(chǔ)方式下Q～1000，雙色存儲(chǔ)方式下Q～200，R為光折變晶體上可以利用的點(diǎn)的個(gè)數(shù)，R～20/cm3。我們?cè)诔叽鐬?.2×1.4×0.45mm3的LNFe，Mg(Fe 0.02wt.％，Mg 1.0mol％)晶體內(nèi)實(shí)現(xiàn)了0.5Gbits的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，存儲(chǔ)量至少可達(dá)到50Gbits/cm3。
本發(fā)明采用了透射式配置，利用綠光作為寫入光，紅光作為讀出光，采用小型半導(dǎo)體激光器，使系統(tǒng)小型化、更緊湊，讀出光波長(zhǎng)(650～690nm，典型波長(zhǎng)670nm)遠(yuǎn)離寫入光的波長(zhǎng)(532nm)，由于光柵矢量的失配，大大抑制寫入的噪音柵的讀出，進(jìn)一步提高圖像的信噪比，實(shí)現(xiàn)高清晰度的圖像再現(xiàn)。另外采用雙凸非規(guī)則透鏡作為相位失配調(diào)整器，可大面積無(wú)畸變的復(fù)現(xiàn)存儲(chǔ)圖像，并利用動(dòng)態(tài)差分編碼解碼技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了海量高速數(shù)字存儲(chǔ)的目的，并有效的降低了誤碼率(小于10-6)，同時(shí)解決了光固定的難題，使三維光子存儲(chǔ)器真正實(shí)用化。
權(quán)利要求
1.一種固定式三維光子存儲(chǔ)裝置，其特征在于它包括寫入系統(tǒng)和讀出系統(tǒng)，所說(shuō)的寫入系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、分束鏡、精密轉(zhuǎn)臺(tái)、寫入光源、透鏡、空間濾波器、空間光調(diào)制器、反射鏡、光折變晶體與CCD構(gòu)成；所說(shuō)的讀出系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、精密轉(zhuǎn)臺(tái)、狹縫、相位失配調(diào)整器、讀出光源、光折變晶體、透鏡與CCD構(gòu)成；所說(shuō)的寫入系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)(112)分別和空間光調(diào)制器(104)、精密轉(zhuǎn)臺(tái)(109)、CCD(111)連接，光折變晶體(107)固定在精密轉(zhuǎn)臺(tái)(109)上，分束鏡(101)位于寫入光源(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(diào)制器(104)，反射鏡(108)位于分束鏡(101)和光折變晶體(107)之間，透鏡(106)位于分束鏡(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)后與透鏡(106)的對(duì)側(cè)，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(shuō)的讀出系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)(206)分別和精密轉(zhuǎn)臺(tái)(203)、CCD(205)連接，光折變晶體(204)固定在精密轉(zhuǎn)臺(tái)(203)上，狹縫(201)位于讀出光源(200)的前方，狹縫(201)后依次安放相位失配調(diào)整器(202)、精密轉(zhuǎn)臺(tái)(203)，光折變晶體(204)后依次安放透鏡(207)和CCD(205)；相位失配調(diào)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(guān)系為λwsinθ＝λrsinα。
2.按照權(quán)利要求1所說(shuō)的固定式三維光子存儲(chǔ)裝置，其特征在于所說(shuō)的相位失配調(diào)整器(202)為雙凸非規(guī)則透鏡，橫向焦距為50～400mm，縱向焦距為300mm～無(wú)窮大。
3.按照權(quán)利要求1所說(shuō)的固定式三維光于存儲(chǔ)裝置，其特征在于所說(shuō)的反射鏡(105)和反射鏡(108)可以只選用其中一個(gè)或再加入多個(gè)反射鏡。
4.按照權(quán)利要求1所說(shuō)的固定式三維光子存儲(chǔ)裝置，其特征在于所說(shuō)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(chǔ)方法，其特征在于它包括下述步驟(1)由計(jì)算機(jī)將存儲(chǔ)文件進(jìn)行編碼，形成編碼圖形，并通過(guò)空間光調(diào)制器產(chǎn)生編碼圖像或存儲(chǔ)圖像；(2)用綠光激光器作為寫入光源，激光從激光器發(fā)出后經(jīng)分束鏡(101)分為二束光，其中一束光1經(jīng)濾波器(102)濾波，再經(jīng)透鏡(103)準(zhǔn)直，再經(jīng)空間光調(diào)制器(104)調(diào)制成所需信息光后，經(jīng)反射鏡(105)反射，再經(jīng)聚焦透鏡(106)入射到晶體(107)上；另一束光2經(jīng)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)中干涉記錄光柵；(3)記錄完畢后由計(jì)算機(jī)(112)控制轉(zhuǎn)臺(tái)(109)轉(zhuǎn)動(dòng)角度進(jìn)行下一存儲(chǔ)圖像的存儲(chǔ)；(4)重復(fù)(1)到(3)實(shí)現(xiàn)多幅圖的存儲(chǔ)；所說(shuō)的讀出過(guò)程包括下述步驟(1)由計(jì)算機(jī)控制轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)到所需角度，用紅光半導(dǎo)體激光器作為讀出光源，讀出光經(jīng)狹縫(201)后，再經(jīng)相位失配調(diào)整器(202)，入射到光折變晶體上，衍射光經(jīng)過(guò)透鏡(207)成像在CCD上，CCD接收光圖像信息，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行解碼并還原成計(jì)算機(jī)文件；(2)計(jì)算機(jī)控制轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)角度讀取下一幅圖像。
6.按照權(quán)利要求5所說(shuō)的固定式三維光子存儲(chǔ)方法，其特征在于所說(shuō)的綠光的波長(zhǎng)為532nm。
全文摘要
本發(fā)明屬信息存儲(chǔ)。它包括計(jì)算機(jī)、精密轉(zhuǎn)臺(tái)、寫入光源、讀出光源、透鏡、空間濾波器、空間光調(diào)制器、反射鏡、相位失配調(diào)整器、光折變晶體(如雙摻鈮酸鋰等)與CCD構(gòu)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,并解決了光固定的難題。采用透射式配置,并利用雙凸非規(guī)則透鏡作為相位失配調(diào)整器,大面積無(wú)畸變的復(fù)現(xiàn)存儲(chǔ)圖像,并利用動(dòng)態(tài)差分編碼解碼技術(shù),實(shí)現(xiàn)了海量高速數(shù)字存儲(chǔ)的目的,并有效的降低了誤碼率(小于10
文檔編號(hào)G11B7/135GK1274915SQ0012109
公開日2000年11月29日 申請(qǐng)日期2000年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月20日
發(fā)明者許京軍, 張心正, 黃暉, 吳強(qiáng), 唐柏權(quán), 喬海軍, 沙作金, 張光寅 申請(qǐng)人:南開大學(xué)