基本介紹
- 中文名：全息光存儲
- 技術：光存儲技術
- 特點：高存儲容量、高存儲密度
- 用途：平面型記錄材料
簡介,復用技術,編碼技術,發展前景,
簡介
全息光存儲實際上還是一種光碟存儲技術，採用復用技術，可大幅度地提高 存儲容量和系統性能。在各種未來高密度光存儲技術中，全息光存儲以其所具有的高存儲容量、高存儲密度、高信息存儲冗餘度和超快存取速度等優點一直為人們所重視。
復用技術
存儲中的復用技術是全息光存儲所特有的技術特徵，採用合理的復用技術可以有效地增加系統的存儲容量，提高存儲系統的性能。全息光存儲中的復用技術主要包括空間復用、體積復用和混合復用三大類。
空間復用技術是將記錄介質的二維平面劃分成不同的區域，在每一個區域中單獨存儲一幅全息圖。空間復用技術是發展得最早的復用技術，主要適合於平面型記錄材料，存儲材料中的存儲格式類似於硬碟和光碟。空間復用技術的優點是：由於相鄰的全息圖在空間並不重疊，因此再現出的頁面之間可以完全避免串擾噪聲，每個全息圖的衍射效率也都可以達到單個全息圖所能達到的最大衍射效率。此外，由於存儲的所有全息圖都可以採用相同的參考光角度，因此系統的光路設計和構架相對簡單。單純空間復用技術的主要缺點是不能充分利用存儲材料的厚度來增加系統的存儲容量，因此沒有充分利用全息存儲技術的潛力實現最大存儲容量。
為了彌補空間復用技術的缺陷，人們提出了體積復用技術。體積復用技術分為三種：角度復用、位相復用和波長復用。下面我們分別進行介紹。
角度復用：這是一種使用最早，研究最為充分的復用技術，它利用了體積全息圖的角度選擇性，使不同的信息頁面可以互不相干地疊加在同一個空間區域內。每幅全息圖在記錄和讀出時所採用的物光和參考光的夾角都各不相同，但採用的雷射波長是固定的。對角度的調整可以通過旋轉反光鏡或聲光偏轉器來實現。角度復用技術可以有效地增大存儲容量，提高存儲密度。但角度復用存儲的全息圖數目越多，平均衍射效率就越低，並且由於串抗干擾的疊加將導致讀出數據的信噪比下降，這些因素也影響和限制了角度復用技術可以實現的存儲容量。
位相復用：為了克服角度復用技術串擾噪聲較大的缺點，人們又提出了正交位相編碼復用技術。在這種復用技術中，參考光的波長和光束角度都是固定的，而位相編碼一般使用確定性位相編碼中的正交位相編碼。正交位相編碼的概念是——每個全息圖的參考光都是由一組平面波束的集合組成，對其中每個光束都進行純位相調製，即相對位相延遲非0即π。每組這樣的光束集合代表一個存儲圖像的地址，且和其它所有地址都正交。讀出信息時，只有該地址參考光束對應的全息圖的衍射效率最大，而對於其它全息圖則是相消干涉，理論上其衍射效率均為零。因此，位相復用技術可以提高讀出過程中全息圖的衍射效率，增加讀出數據的信噪比，並且可以使對存儲數據的定址通過改變光束的位相而不是改變光束的方向來實現，從而使定址過程更快。
波長復用：由於全息圖的再現對讀出光的波長也十分敏感，所以波長復用也是全息光存儲的主要復用方式之一。波長復用也是基於全息光存儲所具有的布喇格角選擇性，只是此時每幅存儲的全息圖是與一個特定的光源波長相對應，記錄和讀出過程中參考光和物光之間的夾角保持不變。
最後，談談混合復用技術。混合復用技術就是將上述幾種復用方法結合使用，以便充分利用各種復用方法的優點，提高系統的存儲容量。主要的幾種混合復用技術包括稀疏波長—角度復用、空間—角度復用以及空間—位相復用等等，在此不再贅述。
此外，隨著技術的發展，人們又提出了一些新型的復用技術。例如，1999年V．Markov等人提出的靜態散斑復用技術；2001年，清華大學提出了利用全息光存儲系統中隨機相位極自身位移產生的動態散斑實現的動態散斑復用技術等。相信隨著科技的不斷進步，會有更多優秀的復用技術得到開發和套用，從而可以更加充分地發掘全息光存儲的存儲潛力，實現大容量、高密度的數字存儲。
編碼技術
全息光存儲是一個有噪聲的數據記錄通道。研究表明，選擇不同的存儲材料、系統配置、復用技術以及並行數據訪問方案會導致全息光存儲系統記錄通道中主導噪聲的特徵發生變化。噪聲按照來源分可以分為系統噪聲和非系統噪聲（全息圖噪聲），按噪聲的特徵分布可分為固定模式噪聲和隨機噪聲，按照全息圖的過程又可分為光通道噪聲和電通道噪聲。例如，系統噪聲源主要包括光學系統未準直導致的噪聲、CCD與SLM在縱軸方向的旋轉、放大率誤差、透鏡的相差、SLM、存儲介質、透鏡和CCD的缺陷、對SLM和介質的不均勻照射、光致電壓損耗、頁間串擾和頁內串擾等等導致的噪聲；而非系統噪聲源主要包括光電檢測器和讀出電子電路的熱噪聲，光散射噪聲，相干散射噪聲和散斑噪聲等。
電噪聲是一種加性噪聲，其統計特性服從高斯分布。採用光碟存儲中使用的一維里德-所羅門碼限（Reed-SolomON，縮寫為RS碼）可以使原始誤碼率從10-3下降到10-12，從而滿足用戶對數據誤碼事的要求。基於全息光存儲中數據頁對於傳輸的要求，人們對於RS碼用於並行錯誤糾正進行了研究，光通道中的噪聲往往都是突發性的，基於頁的二維匹配交錯方法可使突發錯誤分散，獲得良好的糾錯效果。
將數字數據流調製為空間光調製器上的光強度變化，並使其最大限度地適應光通道的傳輸特性，稱作調製編碼或者通道編碼。全息光存儲中常使用的調製編碼包括差分編碼、等重碼、局部回響預編碼、灰度級編碼以及具有水平和垂直奇偶校驗特性的陣列碼。對於差分碼的檢測判決時，利用其內在隱含的局部門限，依次對CCD轉換的兩位“模擬”數據比較其大小，然後做出0與1的正確判決，但差分碼的編碼效率僅為1/2。從研究進展來看，陣列碼最有可能在全息光存儲中得到套用。
在全息光存儲系統中可以採用光信號處理技術也可以採用電信號處理技術，當然也可以同時採用兩種信號處理技術。光信號處理技術由於具有內在的並行性，因此速度很快，但是系統的複雜性和成本也相應增加；電信號處理技術相對比較成熟，但是速度比較慢。為了減少讀取數據時電通道的瓶頸，可從光電轉換開始將一個檢測陣列分成多塊，實行並行處理以匹配光通道的速度。
發展前景
當然，全息光存儲的發展也還存在著諸多的難題，首當其衝的就是必須尋找一種同時兼具性能、容量和價格方面綜合優勢的存儲材料，這也是全息光存儲發展過程中必須解決的關鍵問題之一。其次，從加工生產方面來看，如何以較低的生產成本實現加工，特別是有關雷射、空；和光調製器和探測器陣列的對準，對於工程人員來說依然是一個巨大的挑戰。最後，要實現合適的性能價格比，全息光存儲如果不夠便宜，就難以找到市場，普通的PC機用戶不會為了性能上一定的改善而付出高額的費用。因此，全息光存儲只有在其價格降到一個合理的水準，才能夠在競爭激烈的市場上站住腳。
我們相信隨著技術的發展，在不久的將來，人們終究會找到解決這些問題的方法，全息光存儲也會走進千家萬戶，滿足人們對於信息存儲容量永無止境的需求。
