Лазерная физика
Злоказов Е.Ю., кандидат физико-математических наук, научный сотрудник
Стариков Р. С., доктор физико-математических наук, профессор Стариков С.Н., доцент (Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ») Одиноков С.Б., доктор технических наук, профессор
Вереникина Н.М., кандидат технических наук, доцент Кузнецов А. С., научный сотрудник Донченко С.С., аспирант Бетин А. Ю.
(Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана)
СИНТЕЗ ОДНОМЕРНЫХ ГОЛОГРАММ ФУРЬЕ ДЛЯ СИСТЕМЫ ГОЛОГРАФИЧЕСКОЙ ПАМЯТИ С ПРОЕКЦИОННОЙ СХЕМОЙ ЗАПИСИ
В работе представлен метод цифрового синтеза одномерных голограмм Фурье для системы го-лографической памяти, основанной на проекционной оптической схеме. В работе описаны основные принципы формирования, синтеза и восстановления одномерных голограмм Фурье, приводятся результаты экспериментального моделирования и делаются оценки о возможной плотности записи информации на голографический носитель с применением предложенного метода.
Ключевые слова: голографическая память, компьютерно-синтезированная голограмма, одномерная голограмма Фурье.
ONE DIMENSIONAL FOURIER HOLOGRAM SYNTHESIS FOR PROJECTION TYPE HOLOGRAPHIC MEMORY SYSTEM
Shows the method of one dimensional Fourier hologram srecording, synthesis and reconstruction principles. The theoretical and experemental researches results are presented. The estimation of possible density of information recording using our method is made.
Keywords: holographic memory, computer generated hologram, one dimensional Fourier hologram.
Введение
В наших предыдущих работах было показано, что метод проецирования компьютерно-синтезированных голограмм Фурье на фоточувствительный материал может быть использован для записи страниц бинарных данных для системы голографической памяти. Преимуществом этого метода является сравнительно простая оптическая схема записи, а так же возможность точного фазового кодирования записываемых объектов, что позволило повысить дифракционную эффективность микро-голограмм до 0,5 %. Алгоритм синтеза голографиче-ских структур основан на двумерном преобразовании Фурье. Синтезированная голограмма представляет собой матрицу действительных величин, что позволяет её реализацию в виде изображения выведенного на экран жидко-кристаллического пространственно-временного
модулятора света (ЖК ПВМС). Для восстановления такой голограммы используется оптический Фурье-каскад на основе сферической линзы.
Дальнейшие исследования метода показали что мультиплексная запись микроголограмм с использованием проекционной схемы невозможна в силу инвариантности восстановления записанной страницы данных к повороту голографического носителя вокруг оптической оси системы. Для решения этой проблемы предложен синтез голограмм, основанный на одномерном преобразовании Фурье. При этом каждая строка получившейся двумерной гологра-фической структуры является одномерной компьютерно-синтезированной голограммой соответствующей строки фазово-кодированной страницы данных.
1. Ш-Фурье голограммы: схема записи и синтез
На рис. 1 изображена оптическая схема формирования одномерной Фурье-голограммы. Основным элементом схемы является сферо-цилиндрический линзовый дублет. Фокусы линз дублета подобраны таким образом, чтобы предметная плоскость цилиндрической линзы совпадала с фокальной плоскостью сферической. Объект для записи располагается в передней фокальной плоскости сферической линзы со смещением от оптической оси. Опорный луч формируется путём расположения точечного источника напротив каждой строки записываемого объекта. Голографический носитель располагается в задней фокальной плоскости сферической линзы. Каждая строка записанной на носитель структуры является одномерной Фурье-голограммой соответствующей строки объекта.
Рис. 1. Схема записи одномерной Фурье-голограммы
Для синтеза одномерных голограмм Фурье используются вычисления основанные на одномерном дискретном Фурье-преобразовании. Для каждой строки записываемого объекта производится расчёт соответствующей строки голограммы. С учётом методов подавления нулевого порядка, результирующая формула вычисления выглядит следующим образом:
и (хг ) = Ив [ИI (хг)]+ с
и (хг ) > 0
(1.1) (1.2)
где ti(xf) - коэффициент амплитудного пропускания i-ой строки голограммы, Hj(xf) - одномерный Фурье-образ i-ой строки записываемой страницы данных, константа Cj выбирается таким образом, чтобы коэффициент пропускания принимал неотрицательные значения. Синтезированная голограмма представляет собой матрицу неотрицательных действительных величин и может быть представлена в виде цифрового изображения в формате битмап.
2. Схема восстановления ID-Фурье голограмм
Для восстановления записанных на синтезированную голограмму объектов используется аналогичная схема одномерного Фурье-каскада, что и при оптической записи одномерных голограмм Фурье.
Coherent light
Рис. 2. Схема считывания одномерной Фурье-голограммы
На рис. 2 схематически представлен процесс восстановления закодированных объектов. Голограмма располагается в передней фокальной плоскости сферической линзы и освещается когерентным монохроматическим пучком света. Задняя фокальная плоскость сферической линзы совмещена с предметной плоскостью цилиндрической линзы. Восстановленное с голограммы поле представляет собой протяжённый нулевой порядок, вытянутый в направлении, параллельном оси цилиндрической линзы, и двух изображений записанной страницы данных, расположенных осесимметрично относительно нулевого порядка.
3. Эксперименты по восстановлению Ш-Фурье голограмм
Для восстановления закодированных на синтезированные Ш-Фурье голограммы объектов собран экспериментальный макет схемы, изображенной на рис. 2. В качестве источника света использован полупроводниковый лазер с длиной волны 632 нм. Синтезированные голограммы вводились в схему с помощью амплитудного пространственно-временного модулятора света с разрешением 1024х768 пикселей. Выходной сигнал схемы регистрировался с помощью бытовой цифровой фотокамеры.
На рис. 3 представлен элемент восстановленного с голограммы светового поля. Лучшее значение дифракционной эффективности голограмм, полученное в ходе экспериментов - 3 %, что оказалось ожидаемо выше, чем для случая синтезированных 2Б-Фурье голограмм.
Рис. 3. Элемент светового поля, восстановленного с синтезированной Ю-Фурье голограммы с помощью экспериментального макета схемы Ю-Фурье каскада
В статье показано, что предложенный метод синтеза Ш-Фурье голограмм может быть использован для кодирования бинарных страниц данных для создания системы голографиче-ской памяти. Установлено, что дифракционная эффективность синтезированных Ш-Фурье голограмм выше, чем у синтезированных 2D-Фурье голограмм и составляет 3 %. Возможная плотность записи при мультиплексировании 90 голограмм порядка 15МБ/мм2.
Исследование выполнено при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации, Соглашение № 14.В37.21.1279
ЛИТЕРАТУРА
1. А.Ю. Бетин, В.И. Бобринёв, Н.Н. Евтихиев, А.Ю. Жердев, Е.Ю. Злоказов, Д.С. Лушников, В.В. Маркин, С.Б. Одиноков, С.Н. Стариков, Р. С. Стариков «Метод компьютерного синтеза и проекционной записи микроголограмм для систем голографической памяти: математическое моделирование и экспериментальная реализация», «Квантовая электроника», 43, Ш 1 (2013)
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.