全息资料存储

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。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，相应地改变多种物体，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。

一、实验目的

(1) 掌握傅里叶变换全息图用于资料存储的原理及光路。

(2) 学会拍摄傅里叶变换全息图，及观察其再现图像。

(3) 了解全息资料存储实验中对光路中各元件的要求。

二、主要实验仪器

光学平台，He－Ne激光器，曝光定时器，薄透镜，反射镜，光电开关，分束镜，显微物镜，全息干版，安全灯，直尺，细线，小白屏，待存储的图文，普通干版架。

三、实验原理

1． 傅里叶变换全息图实现全息存储

由于全息术是一种包括记录和再现的两步成像技术，只要将这两步过程以空间信号的形式写入和读出，全息图就成为一个图文资料的存储器。全息存储技术分有透镜的傅里叶变换全息存储和无透镜的傅里叶变换全息存储两种。

先简单介绍的是一种利用无透镜傅里叶变换全息术实现全息资料存储的方法。所谓无透镜傅里叶变换全息术是指有一定尺寸的物与全息图之间为有限距离，但不用傅里叶变换透镜，而将参考点光源与物放在同一平面内，虽然物的衍射波是菲涅耳衍射，然而获得的干涉条纹却是被调制的杨氏干涉条纹，将这些干涉条纹拍摄成全息图。

本实验实际采用的是有透镜的傅里叶变换全息图实现全息存储，由现代光学原理知道，透镜具有傅里叶变换性质，当字符片置于透镜的前焦面上时，在透镜的后焦面上就得到物光波的傅里叶变换频谱，形成谱点，其线径约为1mm，如果再引入参考光到频谱面上与之干涉，便可在该平面记录下物光波的傅里叶变换全息图。其基本原理见图15－1:He－Ne激光器发出的激光束经分束镜BS分成两束，一束作为物体的照明光(物光O)，另一束作为参考光R。物光经过全反射镜M1反射，经扩束镜L0扩束后，通过准直透镜Lc准直后，照明待存储的图像或文字(物)， P放在L的物方焦平面上，经图文资料衍射的光波由透镜L做傅里叶变换，到达记录介质H(透镜L的后焦面处)。参考光经过反射镜M2后，到达全息干版H处，并与到达H物光相干涉，形成傅里叶变换点全息图。

拍摄成功后，挡住物光，当我们用与原参考光光束方向一致的再现光束照射这个点时，便能再现出原来的成像光束，从而在像上得到原字符片的再现像。

图15－1 全息资料存储记录光路

M1、M2．反射镜;BS．分束镜;L0．显微物镜;

L．透镜;Lc．透镜;H．全息干版;P．输入平面

2． 大容量全息信息存储的实现

在全息存储中，既要考虑高的存储密度，又要使重现像可以分离，互不干扰，实验中可采用空间分离多重记录大容量全息存储的实现。

空间分离多重记录，把待存储的图文信息单独地记录在乳胶层一个一个微小面积元上，然后空间不重叠地移动全息图片，于是记录下了另一个点全息图，如此继续不断的移位，便实现了信息的点阵式多重记录。信息的读取是通过改变再现光入射点的位置来实现。

全息存储的信息容量比磁盘存储高几个数量级，而体全息存储的存储密度又比平面全息图的大得多，用平面全息图存储信息时，理论存储密度一般可达106bit/mm2。

四、实验内容

(1) 布置实验光路。按图15－1选择适当的光学部件布置实验光路。显微物镜L0与准直镜Lc构成共焦系统，准直镜Lc与变换透镜L的口径要适当选大些，使其通过的光束直径略大于待存储资料原稿的对角线。为了充分利用光能，Lc和L还应选用相对孔径大的透镜。为了便于记录全息存储点阵，全息干版应安装在沿竖直和水平方向都可移动的移位器上。调整光路时，应先把H放在L后焦面上，然后向后移动造成一定离焦量(离焦量大小约为5% ～10%)，离焦的目的在于使物光束在H上的光强分布均匀，从而避免造成记录的非线性。

(2) 调整参考光。使它到底片位置的光程与物光到底片位置的光程相等，参考光束R的光轴与物光束的光轴在H上应相交，中心对准，两者的夹角控制在30°～45°之间。还应使参考光斑与物光斑在H上重合，参考光斑直径应大于选定的点全息图直径，以便全部覆盖整个物光斑。

(3) 记录全息图点阵，按照上述光路布置，选适当曝光时间曝光，为10s。每沿竖直或水平方向移动干版适当距离(例如3 ～5mm) 曝光一次，记录一个点全息图。

(4) 把已曝光的底片用D76稀释5倍显影数分钟，后定影数分钟，漂白后吹干。

(5) 重现。将处理后的全息图片放回到干版架，挡住物光束，用原参考光束作为重现光束，逐一移动干版架使参考光束照明每个点全息图，在全息图片后面一定位置用毛玻璃即可接收到各个点全息图中所存储的原稿的放大像。为使重现像清晰，应仔细调整移位器，使重现光束准确覆盖整个点全息图。

五、注意事项

(1) 本实验成败的关键在于适度离焦的物光斑和细束参考光斑必须在H面上重合，否则不能获得干涉效应。

(2) 当存储资料为文字时，由于提供的文字信号是二进制的，且只需勾画出字迹即可，因此，对光路的要求不高，光路中不加针孔滤波器也行;但在存储灰度图像时，要求加针孔滤波器，且光路必需洁净，否则重现图像上将会引起相干噪声斑纹。

六、思考题

(1) 为什么全息图像存储要在全息台上用4f系统?

(2) 能否用白光实现全息图像存储?为什么?

(3) 全息图像存储有什么用途?