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吲哚俘精酸酐实现三值偏振全息光学存储器.doc

吲哚俘精酸酐实现三值偏振全息光学存储器

如果还能在雨天遇见_
2017-12-23 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《吲哚俘精酸酐实现三值偏振全息光学存储器doc》,可适用于领域

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吲哚俘精酸酐实现三值偏振全息光学存储器吲哚俘精酸酐实现三值偏振全息光学存储器第卷第期年月光电工程OptoElectronicEngineeringVlNoJuly,文章编号:IO(B一X()吲哚俘精酸酐实现三值偏振全息光学存储器左开中(安徽师范大学数学计算机科学学院,安徽芜湖上海大学计算机工程与科学学院,上海)摘要:针对三值光计算机需要直接存储线偏振光束的问题,利用光致各向异性材料吲哚俘精酸酐对偏振态敏感的特性,提出了一种基于吲哚俘精酸酐PMMA薄膜的三值偏振全息数字存储方法,并建立了相应的光学存储器模型该存储器系统采用HeNe激光器为记录和读出光源,以双层液晶和偏振器为核心的编码器作为三值数据的输入部件,以双CCD为核心的解码器作为数据输出器件,采用傅里叶变换全息记录的方法,在吲哚俘精酸酐PMMA薄膜上实现三值数字光学存储该存储器系统可望实现直接并行存储用光束的正交线偏振态和无光态表示的三值数字信息,以及以页面为单位的并行寻址和读写操作关键词:数字光学存储吲哚俘精酸酐PMMA薄膜偏振全息三值中图分类号:TP文献标志码:ATernaryPolarizationHologramMemoryRealizedbyIndolylfulgidePMMAFilmZUOKaizhong(SchoolofMathematicsandComputerScience,AnhuiNormalUniversity,Wuhu,AnhuiProvince,ChinaSchoolofComputerEngineeringandScience,ShanghaiUniversity,Shanghai,China)Abstract:Anovelmethodforternarypolarizationhologramstoragewaspresented,andthemodelofternaryopticalmemorybasedonthephotoinducedanisotropyofindolylfulgidePMMAfilmwasconstructedtostorestatelinepolarizedbeamforternaryopticalcomputerUsingHeNelaserasrecordingandreadoutbeamandcoderdecoderofternaryopticalcomputerasdatainputoutputelement,ternarydigitalopticalsignalwasrecordedonindolylfulgidePMMAfilmbyFouriertransformholographicmethodThememorycanstoredirectlyternaryinformationdenotedbycrosspolarizedandnonlightstates,andmayrealizepageaddressingandparallelreadwriteTheexperimentresultofonebitternarypolarizationhologramdigitalstoragewithindolylfulgidedemonstratesthemethodisfeasibleKeywords:digitalopticalstorageindolylfulgidePMMAfilmpolarizationhologramtemary引言存储器是三值光计算机】的关键部件之一,为充分发挥三值光计算机空间巨并行性和巨位数的优势,理想的三值光计算机存储器应能直接存储用光束的正交线偏振态和无光态表示的三值数字信息,并能进行并行地读写操作,但三值偏振数字并行光学存储器一直未见科学报道全息光学存储以其高数据存储容量和高数据传输速率成为光存储领域的一个重要发展方向同时研究表明,光束的偏振态可利用具有光致各向异性的全息材料被记录下来因此,偏振全息存储是一种很适合三值光计算机的光学存储技术收稿日期:收到修改稿日期:基金项目:国家自然基金项目(),安徽省高等学校青年教师科研资助计划项目(oojqo)作者简介:左开中(一),男(汉族),安徽宿州人,讲师,博士生,主要研究工作是三值光计算机Email:zuokzsohucm光电工程第卷第期俘精酸酐(Fulgide)及其衍生物是一类有机光致变色材料,具有热稳定性好,双稳态在室温下均可以稳定存在以及抗疲劳性好等优点吲哚俘精酸酐(indolyllgide)是俘精酸酐的一种衍生物,具有光致各向异性(二向色性和双折射),实验表明吲哚俘精酸酐可以进行普通全息记录,也可以进行正交偏振全息记录,存储于吲哚俘精酸酐PMMA薄膜上的全息光栅寿命至少有个月,在紫外线照射下可重新返回基态,不发生变色反应因此,吲哚俘精酸酐是一种优良的可擦重写偏振全息光存储材料三值偏振全息数字光学存储的基本原理吲哚俘精酸酐PMMA薄膜的偏振全息图像光存储实验利用全息存储傅里叶变换光学系统,中国西安光机所的王英利和姚保利等人在吲哚俘精酸酐PMMA薄膜中进行偏振全息图像光存储实验的结果表明:记录光,参考光读出光和衍射光的偏振态之间具有如表关系由表可见:)当两束具有相同偏振方向的记录光和参考光同时入射到吲哚俘精酸酐PMMA薄膜时,衍射光和读出光具有相同的偏振方向)当两束偏振方向正交的记录光和参考光同时入射到吲哚俘精酸酐PMMA薄膜时:(a)当读出光和参考光具有相同的偏振方向时,衍射光具有和记录光相同的偏振方向,且与参考光的偏振方向垂直(b)当读出光和参考光偏振方向正交时,衍射光具有和参考光相同的偏振方向,且与记录光的偏振方向垂直表记录光,参考光,读出光和衍射光偏振态之间的关系TablelRelationamongthepolarizationstatesofrecordingbeam,referencebeam,readoutbeamanddiffractionbeam表三值信息的读写TableReadwriteternarynumberNolight()H()()HHHHHHNolight()H()()向吲哚俘精酸~PMMA薄膜写入三值信息不失一般性,用光束的无光态,水平偏振态和垂直偏振态表达三值数字信息,和,且参考光和读出光均为水平偏振光,记录光为无光态,水平偏振光或垂直偏振光,此时表可简化为表由表可见:)当无记录光照射吲哚俘精酸酐PMMA薄膜时,在吲哚俘精酸酐PMMA薄膜上没有产生全息光栅,表示无光记录在吲哚俘精酸酐PMMA薄膜上,即写入信息)当记录光为水平线偏振光时,在吲噪俘精酸酐PMMA薄膜上产生常规全息光栅,表示将水平偏振光记录在在吲哚俘精酸酐PMMA薄膜上,即写入信息)当记录光为垂直线偏振光时,在吲噪俘精酸酐PMMA薄膜上产生偏振全息光栅,表示将垂直偏振光记录在在吲哚俘精酸酐PMMA薄膜上,即写入信息因此,利用吲哚俘精酸酐PMMA薄膜上三种全息状态:无全息光栅,普通全息光栅和偏振全息光栅,分别表示存储三种线偏振光态:无光态和两种正交的偏振态,即分别记录了三值数字信息:,l和这样,在吲哚俘精酸酐PMMA薄膜中可实现三值数字信息的全息存储从吲哚俘精酸酐PMMA薄膜中读出三值信息向吲哚俘精酸酐PMMA薄膜写入三值信息后,吲哚俘精酸酐PMMA薄膜中产生相应的全息光栅当菱一l吞年月左开中:吲哚俘精酸酐实现三值偏振全息光学存储器用水平线偏振光作为读出光入射吲哚俘精酸酐PMMA薄膜,根据全息学原理,此时将产生衍射光,根据表的结论:)若衍射光为水平偏振光,则表示读出了信息)若衍射光为垂直偏振光,则表示读出了信息)若无衍射光,则表示读出了信息擦除吲哚俘精酸酐PMMA薄膜上三值信息吲哚俘精酸酐PMMA薄膜上记录的全息光栅可用紫光来擦除,且可以重复多次使用)当吲哚俘精酸酐PMMA薄膜上无全息光栅时,表示存储了信息,可直接写入信息l或)当吲哚俘精酸酐PMMA薄膜上有常规全息光栅时,表示存储了信息l,此时要写入,必须先用紫光入射吲哚俘精酸酐PMMA薄薄膜擦除常规全息光栅,即删除信息l)当吲哚俘精酸酐PMMA薄膜上有偏振全息光栅时,表示存储了信息,此时要写入,必须先用紫光入射吲哚俘精酸酐PMMA薄膜擦除偏振全息光栅,即删除信息基于吲哚俘精酸酐PMMA薄膜的三值偏振全息光学存储器模型根据吲哚俘精酸酐PMMA薄膜的三值偏振全息数字信息存储的基本原理,结合三值光计算机编码器和解码器设计出三值偏振全息数字光学存储器模型,如图所示图基于吲哚俘精酸酐的三值偏振全息光学存储器模型FigModelofternarypolarizationhologramsmemo~basedonindolylfulgidePMMAfilm图l中,LCDl,LCD为液晶屏,PvlPv为垂直偏振片,Phi和Ph为水平偏振片,MCUl,MCU和MCU为微控制器,Ll,L为透镜,Ml和M为角转折的半反半透平面镜,M和M为角转折的全反镜,IR和Is分别为记录光束和参考光束,sl和s为快门,Al和A为连续可调衰减片,BEl和BE为扩束准直器基于吲哚俘精酸酐PMMA薄膜的三值偏振全息数字光学存储器系统由光源,编码器(coder)~,f偏振全息存储系统和解码器(decoder)fm组成其中:nln,mW的HeNe激光器为记录和读出光源nnl,mW的半导体激光器LD为擦除光源快门sl控制记录曝光时间,s控制擦除时间连续可调衰减片Al和A用来调节记录光,参考光和读出光的光强LCDt,LCD和微控制器MCUl以及偏振片Pvl和Pv构成三值信息编码器,实现将三值数字信息调制为三值偏振光信号,完成数据输入透镜L和L,液晶屏LCD,偏振片Pht和吲哚俘精酸酐PMMA薄膜构成一个f偏振全息存储和读取系统吲哚俘精酸酐PMMA薄膜放置在Ll和L的共焦面上,用来记录傅里叶全息光栅该系统可实现三值偏振光信号并行存储和读取图像传感器ccDl和CCD,微控制器MCU,透镜L和L以及偏振片Ph和Pv构成解码器,用来判读衍射光的偏振态,将三值偏振光信号解调为三值电信号整个存储器系统是光电混合的,充分利用到了光学的并行性和电学的可编程控制特性系统自动化程度较高,存取过程的时序完全由微处理器控制光电工程第卷第期本存储器系统的读写操作是以LCD液晶屏为单位,透过一个液晶像素的记录光束表示一位三值数据,记录光束与参考光束之间通过液晶像素定标对应,一个读写周期可并行读写的三值数据量为一屏液晶所包含的像素个数以分辨率为×的液晶屏为例,一个读写周期可以并行读写kbits以上的三值数据同样,寻址操作也是液晶屏为单位,称为页式寻址,一次定位一页数据一位三值光信号偏振全息存储实验我们进行了一位三值光信号偏振全息实验,不失一般性,试验中用透过整块液晶的一整束光信号表示一位三值信息,即用光束的无光态,水平偏振态和垂直偏振态分别表示三值数字信息,和实验材料为吲哚俘精酸酐PMMA薄膜,制备方法参见文献,l实验用液晶为常旋光,TN型,即液晶像素不加高电平时旋光实验中采用的全息存储光路参见图所示实验步骤)三值数据输入和信息编码HeNe激光器发出的激光束经M分光,其中透射光束经BE扩束准直后送入三值光计算机编码器然后,将输入三值数据通过Mcu加载到液晶LcD和LCD的像素上:对液晶LcD和LCD的所有像素都加低电平时,没有光束从LCD透过,即记录光束IR为无光态对LCDl的所有像素加高电平,而对LCD的所有像素加低电平时,从LCD透过的记录光束IR为水平偏振光对液晶LcD和LCD的所有像素都加高电平时,从LCD透过的记录光束IR为垂直偏振光这样将输入的三值数据调制为三态光信号)三值光信号的写入HeNe激光器发出的激光束经M分光,其中反射光束经BE扩束准直然后,经水平偏振片Ph起偏为水平偏振光束,即产生参考光束Is,Is经液晶LCD和透镜L后,与记录光束IR在吲哚俘精酸酐PMMA薄膜表面同时相交而记录下全息光栅)三值光信号的读取以参考光束IS(水平偏振光束)为读出光,入射吲哚俘精酸酐PMMA薄膜,产生衍射光)三值光信号的解码衍射光经透镜L汇聚后,送入解码器,由解码器来确定衍射光的偏振态由于CCD图像传感器只能确定衍射光的强度,而不是偏振态因此,首先将衍射光束经平面M分光为两束不同方向的衍射光然后,分别用前置垂直偏振片和水平偏振片的CCD图像传感器来接收)信息擦除用nm,mw的半导体激光器LD发射出的紫光来擦除吲哚俘精酸酐PMMA薄膜上全息光栅实验结果,按照上述个实验步骤,用编码器分别调制出三种光束状态,做了三次写入,读取解码和擦除操作实验,结果表所示表说明:表一位三值光信号偏振全息存储实验结果TableExperimentresultofonebitternarypolarizationhologramsdigitalstorage)液晶LCDI和LCD的所有像素都加低电平时,记录光束IR为无光态,要写入的信息为,CCDl和CCD采集到图像全为黑这说明无衍射光,读出信息为)液晶LcD的所有像素加高电平,而LCD的所有像素都加低电平时,记录光束IR为有水平偏振光,要写入的信息为,CCDI采集到图像为全黑,CCD采集到图像为全白说明衍射光经水平偏振片后入射年月左开中:吲噪俘精酸酐实现三值偏振全息光学存储器l到CCD,而经垂直偏振片全部被吸收,无光入射到CCD这说明衍射光为水平偏振光,读出的信息为)液晶LCD和LCD的所有像素都加高电平时,记录光束IR为有垂直偏振光,要写入的信息为,CCD采集到图像为全白,CCD采集到图像为全黑说明衍射光经垂直偏振片后入射到CCD,而经水平偏振片全部被吸收,无光入射到CCD这说明衍射光为垂直偏振光,读出的信息为上述实验结果表明,基于吲噪俘精酸酐PMMA薄膜的三值偏振全息存储系统可以完成一位三值偏振光信号的存储结论本文提出了一种基于吲噪俘精酸酐PMMA薄膜的三值偏振全息数字光学存储的方法,并给出了系统模型和一位三值光信号偏振全息存储的实验结果初步的实验结果表明该方法不仅在理论上是正确的而且在实践上也是可行的,可望满足三值光计算机对三值数字并行光学存储的需求参考文献:can,LOYangtianTernaryOpticalComputerPrincipleJScienceJINYi,HEHuainChina(SeriesF),,():l一lJINYi,HEHuacan,LUYangtianTernaryOpticalComputerArchitectureJPhysicalScript,,Tl():KakichashviliShDMethodsandusesofpolarizationholographyJSPIE,,:LINJengShyong,CHIUHsienTangPhotochromicbehaviorofspiropyranandfulgideinthinfilmsofblendsofPMMAandSBSJPolymerResearch,,lO():一IToshihikoNagamura,AtsushiNaito,YasuyukiNagaiMaterialsanddevicesforultrafastallopticalprocessingJSPIE,,:卜YAOBaoli,WANGYingli,MenkeNeimule,etaOpticalpropertiesandapplicationsofphotochromicfulgidesJMolecularCrystalsandLiquidCrystals,,:I一MenkeNeimule,YAOBaoli,WANGYingli,etaPhotoinducedanisotropyinpyrrylfulgideanditsapplicationinopticalimageprocessingandpolarizationholographyJSPIE,,:l卜王英利,姚保利,陈懿,等吲哚俘精酰胺的偏振全息图像光存储实验研究J物理学报,,():WANGYingli,YAOBaoli,CHENYi,etaPolarizationholographicimagestoragewithindolylfulgideJActaphysicasinica,,():包九龙,金翊,蔡超三值光计算机百位量级编码器的实现J计算机技术与发展,,():BAOJiulong,JINYi,CAIChaoAnExperimentforTernaryOpticalComputerHundredBitEncoderJComputertechnologyanddevelopment,,():l左开中,金翊,严军勇基于SCBOX的双目立体数码照相机J微计算机信息,,():ZUOKaizhong,JINYi,YANJunyongBinocularstereodigitalcamerabasedonSCBOXJMicrocomputerInformation,,():于联合,樊美公,明阳福,等光致变色俘精酸酐的制备及其在光信息存储中的应用J中国科学:B辑,,():YULianhe,FANMei’gong,MINGYangfuManufactureofindolylfulgideandapplicationofopticalinformationprocessingJScienceinChina:SeriesB,l,():雷铭,姚保利,陈懿,等有机光致变色材料一吡咯俘精酸酐的并行光存储实验J科学通报,,():LEIMing,YAOBaoli,CHENYi,etaParallelopticalstoragewithpyrrylfulgideJChineseScienceBuHefin,,(:黄欢,才德,严瑛白,等qgg~息和小波包分解的虹膜识别实现J光电工程,,():HUANGHuan,CAIDe,YANYinbai,etaImplementationofirisrecognitionbasedonvolumeholographiccorrelationandwaveletpacketdecompositionJ】OptoElectronicEngineering,,():

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