基于铌酸锂晶体的全息存储理论及实验研究

论文摘要

随着科学技术的发展和信息高速存储的需要,体全息存储技术因其具有存储容量大、访问速度快、传输速率高等优势越来越受到人们的关注,对其研究也逐步深入,体全息应用范围日益广泛。本论文首先对国内外体全息存储的发展、研究现状和光折变材料的分类进行了综述。在第二章中对铌酸锂晶体进行了详细地讨论,包括铌酸锂晶体的特点、结构、化学键、本征结构模型及掺杂改性。对于掺杂改性后的晶体进行了抗光损伤实验,结果发现掺杂抗光折变杂质的晶体和掺杂光折变敏感杂质的晶体在用激光照射相同的时间后散射斑呈现明显的不同。在第二章的最后针对本文研究的存储介质,着重描述了在中频加热炉中采用提拉法生长铌酸锂晶体的过程。第三章部分,主要研究了体全息存储的光折变理论,较为系统地讨论了光折变效应的物理过程,并从理论上推导了基于光折变晶体的二波耦合和衍射效率,为接下来的实验提供了理论依据。最后,介绍了几种实现大容量体全息存储的复用技术。在本实验中,我们采用了一种简单易行的角度-分维复用技术成功实现了复用。在第四章中,利用3dsmax和Matlab等软件,对要存入晶体的图像进行选取和预处理。在实验中我们采用了多种微分算子锐化方法滤去图像中的低频信息,并尽可能多地保留图像中反映细节的高频信息。还研究了系统的噪声,利用软件模拟了几种系统噪声加载到图像上,并设计滤波器对噪声进行滤除,比较了不同滤波器的优劣。第五章首先描述了我们所设计的实现多幅全息图存储的实验光路和所选用的单元器件;利用二波耦合实验对铌酸锂晶体的性能,如衍射效率、光损伤等进行了测试;系统地分析了晶体的衍射效率曲线,证实了对于不同掺杂的铌酸锂晶体其抗光损伤的能力不同并对实验结果进行了讨论。最后,搭建了一套完整的体全息存储系统,以铌酸锂晶体为介质,实现了多幅图像的存储及再现。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 光学体全息存储的国内外研究现状
• 1.3 光折变材料
• 1.4 本课题的主要研究内容
• 第2章 铌酸锂晶体的研究
• 2.1 铌酸锂晶体的特点
• 2.2 铌酸锂晶体的结构及化学键
• 2.2.1 铌酸锂晶体的结构
• 2.2.2 铌酸锂晶体的化学键
• 2.3 铌酸锂晶体的缺陷结构模型及掺杂改性
• 2.4 铌酸锂晶体的生长
• 2.5 本章小结
• 第3章 光折变体全息存储的研究
• 3.1 光学体全息存储
• 3.2 光折变效应的物理过程
• 3.3 光折变动力学方程
• 3.3.1 动力学方程
• 3.3.2 驱动光强
• 3.3.3 光致空间电荷场
• 3.4 光折变晶体内的二波耦合和衍射效率
• 3.5 光折变材料的全息存储特性
• 3.6 复用技术
• 3.6.1 空间复用
• 3.6.2 体积复用
• 3.7 本章小结
• 第4章 数字图像处理在体全息存储中的应用
• 4.1 图像处理在全息存储中的作用
• 4.2 图像的选取
• 4.3 图像的预处理
• 4.3.1 数字图像的灰度直方图及均衡化
• 4.3.2 数字图像锐化微分算子
• 4.4 实验中的噪声分析
• 4.4.1 影响图像存储的噪声
• 4.4.2 噪声分析及去除
• 4.5 本章小结
• 第5章 全息存储及相关识别系统的研究
• 5.1 全息存储方式
• 5.2 光路设计
• 5.3 光路系统单元器件
• 5.3.1 激光器
• 5.3.2 偏振光学元件
• 5.3.3 偏振分光棱镜
• 5.3.4 空间滤波器
• 5.3.5 透镜
• 5.3.6 空间光调制器（SLM）
• 5.3.7 探测器
• 5.3.8 寻址器
• 5.4 晶体衍射效率及二波耦合的测量
• 5.5 晶体抗光损伤的测量
• 5.6 图像的存储与再现
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢