Запоминающие голографические устройства. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Запоминающие голографические устройства используют голографич. способ записи, хранения и восстановления информации, представленной в двоичном коде, алфавитно-цифровом виде или в виде изображений. Информация может быть записана как плоская или объёмная, амплитудная, фазовая или поляризационная голограммы (см. также Голография ).При этом достигается большая плотность хранения (~10⁵ бит/мм²), высокая помехоустойчивость и надёжность. Благодаря этим особенностям 3. г. у. перспективны для создания памяти ЭВМ. Оперативные 3. г. у. (быстрая запись, считывание, стирание и перезапись информации, произвольный доступ к данным). Данные разбиваются на страницы объёмом ~10³-10⁴ бит, каждая из к-рых записывается в виде отд. голограммы. Весь массив данных записывается и хранится в виде матрицы голограмм на светочувствит. материале, наз. носителем информации. Любая страница может быть считана лазерным лучом "адресацией" его к соответствующей голограмме. Осн. элементы 3. г. у. (рис. 1): лазер, дефлектор Д₁, устройство набора страниц (УНС), носитель информации Н, фотоматрица ФМ и оптич. элементы (линзы, зеркала и др.). Используются газоразрядные лазеры (гелий-неоновый, аргоновый) в режиме одномодовой генерации. Дефлектор служит для быстрого и точного отклонения лазерного луча в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, чтобы адресовать его к произвольной голограмме в матрице. Он должен иметь большую разрешающую способность (~10⁴-10⁵ адресуемых направлений) и малое время произвольного переключения t_п~1 мкс. Этим требованиям отвечают акусто- и электрооптич. дефлекторы. УНС формирует транспарант входной страницы и вводит её в световой поток. Он представляет собой пространств. матричный модулятор света (пьезо-керамика, жидкие кристаллы и др.) с электронной схемой управления; УНС на керамике (PLZT)имеет число ячеек 128 X 128; контраст 50 : 1; время последовательного набора страницы 2 мс. Носитель информации регистрирует и хранит голограммы входных страниц. Обычно это тонкий слой регистрирующей среды, нанесённый на толстую подложку из прозрачного материала (напр., стекла) и допускающий стирание и перезапись голограмм. К ним относятся магнитооптич. плёнки (поляризац. голограммы); фототермопластич. материалы (рельефные фазовые голограммы); электрооптич. кристаллы (объёмные фазовые голограммы). Фотоматрица преобразует оптич. изображение страницы, восстановленное голограммой, в электрич. сигналы и передаёт их в центральный процессор ЭВМ. Запись информации в двухкоординатном 3. г. у. с плоскими голограммами. Лазерный пучок (рис. 1) поступает на вход дефлектора Д₁ к-рый отклоняет его в заданном направлении

Рис. 1. Оптическая система запоминающего топографического устройства с трёхкоординатной выборкой.

(угол q). Затем он расщепляется на две части с помощью полупрозрачного зеркала З₁. Часть пучка с помощью линз Л₁ и Л₂, зеркала 3₂, объектива 0'₁ и голографич. дифракционной решётки ДР направляется на носитель информации Н в качестве опорного пучка. Др. часть пучка с помощью объектива O₁ вводится в одну из ячеек линзового растра Р (матрица миниатюрных линз с параллельными оптич. осями, наз. сублинзами, размещённых на равных расстояниях друг от друга). Сублинзы увеличивают угловую расходимость объектного пучка, позволяя охватить всю апертуру объектива 0₃, формирующего фурье-образ входной страницы, набранного на УНС. Световой конус, образованный сублинзой, направляется в сторону УНС с помощью объектива 0₂. При этом УНС вносит в этот проходящий световой поток страницу двоичной информации путём пространств. модуляции по амплитуде. Оптич. схема обеспечивает совпадение опорного и информационного световых пучков по всей площади носителя Н. После экспонирования регистрирующей среды и фиксации голограммы процесс записи заканчивается. Массив страниц записывается и хранится на носителе в виде матрицы пространственно разделённых и регулярно расположенных фурье-голограмм (рис. 2). В них реализуется макс. плотность записи информации n_макс@10⁵ бит/мм² при избыточности, обеспечивающей надёжную помехозащищённость против локальных дефектов носителя (неоднородность, пыль, царапина и т. п.). Для получения голограмм с высокой дифракц. эффективностью УНС снабжается маской, осуществляющей фазовую модуляцию, что приводит к уменьшению динамич. диапазона амплитуды фурье-образа входной страницы более чем на порядок. Оптимальной является 4-уровневая маска, осуществляющая случайный сдвиг фазы проходящего через УНС света на одно из значений: 0, p/2, p или Зp/2. Размер фурье-голограммы одной страницы объёмом 128 X 128 бит ~ 1 мм, а дифракц. эффективность 20-24%. При считывании информации опорный пучок адресуется дефлектором на нужную голограмму, а объектный пучок блокируется. Мнимое изображение страницы (рис. 3), восстановленное голограммой, проецируется линзой на фотоматрицу, к-рая детектирует оптич. изображение страницы и запоминает её. Выборка и передача данных из фотоматрицы может осуществляться как послойно, так и постранично с помощью электронных декодирующих устройств. В оперативных 3. г. у. объём входной страницы ~ 10⁴ бит, а число голограмм ~10⁴-10⁵ (по кол-ву позиций, адресуемых дефлектором), поэтому общая ёмкость может достигать 10⁸-10⁹ бит на 1 модуль памяти. Любая страница может быть считана и передана в центральный процессор ЭВМ за время 1-2 мкс. Трёхкоординатные 3. г. у. Наиб. перспективна организация 3. г. у. с трёхкоординатной записью и выборкой на объёмных голограммах. Для различения наложенных объёмных голограмм используется их угловая селективность

Рис. 2. Фурье-голограмма двоичной входной страницы.

(Dg_R основанная на изменении несущей пространств. частоты, поэтому в качестве 3-й координаты выбирается угол падения опорного пучка g_R. Трёхкоординатные 3. г. у. отличаются от двухкоординатного наличием дополнит. дефлектора Д₂(рис. 3), дифракц. решётки ДР и линзы Л₂, к-рые служат для изменения угла g_R (в 3. г. у. с плоскими голограммами они заменяются обычным зеркалом, направляющим опорный пучок под постоянным углом g⁰_R). Если осветить наложенные голограммы к--л. опорным считывающим пучком, то он восстановит лишь ту единственную голограмму, в записи которой участвовал. Для записи объёмных голограмм наиб. перспективны электрооптич. кристаллы (LiNbO₃ Ba_0,75Sr_0,25Nb₂O₆и др.). Они обладают высокой угловой селективностью и для записи 1000 наложенных голограмм без взаимных помех требуют изменения g_R лишь на 17°-20°. Однако ограничения, обусловленные макс. изменением показателя преломления Dn и достаточной эффективностью голограмм, позволяют записать ~ 100 голограмм. Электрооптич. кристаллы допускают также селективное стирание наложенных голограмм. Ёмкость 3. г. у. с трёхкоординатной "адресацией" на объёмных голограммах ~10¹⁰-10¹¹ бит (при произвольном доступе к голограммам). Массовые 3. г. у. Голографич. память сверхбольшой ёмкости можно получить, если отказаться от произвольного доступа к голограммам и нанести регистрирующую среду на движущийся носитель типа диска или ленты. При этом достигается плотность записи информации ~10⁵-10⁶ бит/мм² (близкая к теоретич. пределу), что более чем на 2 порядка превышает плотности записи, реализуемые на магн. дисках и лентах. Емкость 3. г. у. ~ 10¹² бит. Они перспективны для создания архивной памяти.

Литература по запоминающим голографическим устройствам

Знаете ли Вы, что "гравитационное линзирование" якобы наблюдаемое вблизи далеких галактик (но не в масштабе звезд, где оно должно быть по формулам ОТО!), на самом деле является термическим линзированием, связанным с изменениями плотности эфира от нагрева мириадами звезд. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.