[发明专利]一种适用于体全息存储器的相位振幅转换方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于体全息存储器的相位振幅转换方法及装置，可以用于体全息存储器中相位调制数据的恢复，属于光学信息处理领域。

背景技术

根据体全息存储器使用的空间光调制器(SLM)的类型，体全息存储器的数据输入一般采用两种方式：振幅调制和相位调制。振幅调制即利用透射式或反射式空间光调制器对物光波的振幅进行调制，加载输入信息到物光波的振幅上去。相位调制即利用透射式或反射式空间光调制器对物光波的相位进行调制，加载输入信息到物光波的相位。

传统的体全息存储器使用振幅调制，如IBM研制的体全息存储系统DEMONI和DEMON II、美国斯坦福大学于2000年研制出的HDSS盘式存储系统。由于体全息存储器要求具有很高的存储容量，一般都采用4-f傅利叶变换光学结构，记录在傅利叶谱面进行，如附图1所示。振幅调制的物光波具有不同的强度，难以调节参考光的光波的强度达到最佳干涉效果。更严重的是，振幅调制的物光波会在体全息存储器的傅利叶谱面产生极强的中心光斑，模拟结果和光学实验结果分别见附图2和附图3。附图2左图是随机振幅调制的物光波的傅利叶变换，右图则是随机相位调制的物光波的傅利叶变换，可以看出左图中心有一个极强的峰值，而右图相对平稳。附图3左图是随机振幅调制的物光波的光学傅利叶变换，右图则是随机相位调制的光学物光波的傅利叶变换，明显看出，通过相位调制可以消除振幅调制的中心光斑。这一现象是傅利叶变换光学系统的固有性质，中心光斑代表输入光波的空间频率的零频和低频部分，这一光斑对于全息记录和再现不起作用，而且会大量消耗存储材料的动态范围。为克服这一缺陷，研究者提出很多对策，如在空间光调制器的表面放置一个随机相位模板，或在傅利叶谱面放置一个光学元件遮挡中心光斑。但是，这些方法不仅需要额外的设备，而且效果不佳。相比而言，相位调制具有明显的优势。相位调制的物光波在强度上是均匀的，与参考波干涉可以达到较好的干涉图。而且，通过傅利叶变换后，在谱面上没有极强的中心光斑，如附图3所示。这样可以有效利用存储材料的动态范围，提高体全息存储器的存储密度。

然而，相位调制的输入方式会带来数据全息读取过程中的不便。CCD或CMOS探测器只能探测强度，不能直接探测相位。为此，必须进行相位-振幅转换才能探测。现有的相位-振幅转换方法主要有：实时干涉法；二次曝光干涉法；同轴干涉法。实时干涉法即在读取过程中物光波和参考光同时照射，参考光照射记录材料再现出记录的物光波，而物光波经过空白的空间光调制器，不加载任何信息。物光波透过记录材料后与再现出来的物光波干涉，达到相位到振幅的转换。这一方法由于两束光波经过不同的光路，需要精密的光学仪器和较高的复位精度。二次曝光法则是在记录材料的同一位置记录相位调制的信息及一幅空白页。用一束参考波就能将两束物光波再现，从而进行相位-振幅转换。这一方法的缺点显而易见，由于要额外存储一幅空白页用于相位-振幅转换，材料的动态范围要消耗一半，体全息存储器的存储密度相应降低。同轴干涉法巧妙的利用谱面上的中心光斑作为参考光，与再现的物光波干涉，达到相位-振幅转换的目的。但是，这一方法要求有较强的中心光斑作为参考光，而与消除谱面中心光斑提高体全息存储器密度的要求背离。除此之外，这些方法还有一个共同的问题：用于相位-振幅转换的光束都经过记录材料，对记录材料都有一定的消耗。严格来说这些相位振幅转换方法不适用于体全息存储器。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于相移干涉法的用于体全息存储器的相位振幅转换方法及装置。针对先前方法中参考光经过记录材料的结构，本发明引入不经过记录材料的第三束光波做为参考波，为了避免精密的光路调节，引入相移干涉法，从记录的多幅干涉图中提取原相位信息，而且可以矫正参考波相移误差和参考波倾斜误差。这一方法尽管需要数据读取过程中的相位-振幅转换，但是这一过程仅在全息再现过程中进行相位-振幅转换，不会影响记录过程，提高了系统的存储密度。

本发明的技术方案是：适用于体全息存储器的相位振幅转换方法，其特征是包括下列步骤：

第一步，将数据页上载到空间光调制器。由于相位调制相对于振幅调整具有消除中心光斑、谱面均匀、便于提高体全息存储器密度等优点，故使用相位型空间光调制器对物光波进行相位调制。

第二步，全息记录。物光波经过傅利叶变换透镜与参考波在谱面上干涉，干涉条纹被放置在4-f系统谱面上的光致聚合物材料记录，形成体全息光栅。