Оптическая голография - Априль Ж.
Скачать (прямая ссылка):
Емкость голографической памяти ограничивается рядом факторов, не позволяющих достичь вычисленных выше теоретических значений плотностей хранения. К настоящему времени не все эти факторы полностью выявлены, но часть причин проанализирована, и результаты этого анализа мы изложим ниже. Каждый ухудшающий эффект рассматривается в аспекте того ограничения, к которому он приводит. Если некоторый параметр хранения ограничивается более чем одним эффектом, то очевидно, что для определения емкости памяти необходимо выбрать меньшее значение
S20=IA2.
(16)
S3d=^A3
(17)tO.l- NХранение цифровой информации
439
этого параметра; иными словами, если имеет место множество эффектов, ограничивающих параметр, то следует принимать во внимание при расчете полной емкости лишь эффект, дающий наибольшее (доминирующее) ограничение.
10.1.4.2. Ограничение полной битовой емкости,
связанное с эффектами оптической апертуры
За апертуру воспроизводящего пучка для каждого бита в плоскости изображения (матрицы фотодетекторов) можно принять диаметр голограммы а в плоскости голограммы. Эти единицы информации будут различимы, если удовлетворяется критерий Рэлея, т. е.
Ємин=1,22 К/а, (18)
гДе ^MHH — минимально разрешимый угол битового изображения в плоскости фотодетекторов, измеренный из точки, расположенной в плоскости голограммы на расстоянии г от плоскости фотодетекторов. Площадь, которую занимает один бит в плоскости детекторов (считаем 0МИн малым), дается выражением
Л бит — 1,49Хага/аа. _ (19)
Число бит на страницу равно
N і = ADlA(,m = 0,67 A Da2/X2r2, (20)
где А о — площадь матрицы фотодетекторов. Число положений голограммы Ni в материале для записи дается выражением
N2 = AH/(alS)\ (21)
где Ah — площадь матрицы голограмм, а <§ — линейный коэффициент заполнения голограммы в среде для записи. Таким образом, в случае двумерной записи полная битовая емкость памяти
CaD = NlNt = 0,67 AhAdS2IX2T2 =0,67 AliS2IXiF2, (22)
а плотность хранения
S2D = 0.67 S2IX2F2, (23)
где F — светосила матрицы фотодетекторов, измеренная из точки в плоскости голограммы. Используя, например, значения <?=0,70, А=0,5145 мкм и F=4, получаем 52d=7,75-IO4 бит/мм?. Это значительно меньше теоретического предела 3,78-IO6 бит/мм2. Если размеры плоскости голограммы составляют 50x50 мм2, то полная емкость используемых выше параметров равна C20=2- IO8 бит.
Емкость хранения в голографической памяти может быть значительно увеличена, если использовать объемные материалы для записи голограммы и записывать много голограммных страниц в каждой голограммной плоскости с координатами ху. Если в каждой440 - Г л. 10. Области применения
плоскости ху среды записано N3 страниц, то полная емкость трехмерной памяти
C3d=N1N2N3. (24)
Если в каждой плоскости ху накладываются 100 страниц (т. е. TV3= 100), то при значениях параметров, используемых выше, мы получим емкость памяти C3D=2- IO10 бит. Обозначения Nu N2 и N3, принятые выше, будут использованы всюду, и в дальнейшем обсуждении мы будем также использовать принятые выше обозначения Ni для числа бит на странице, N2 для числа положений ху голограмм и N3 для числа страниц в каждом положении ху.
10.1.4.3. Ограничение числа бит на страницу, связанное с шумом фотодетектора
Мощность оптического излучения, дифрагированного на один из фотодиодов или фототранзисторов матрицы фотодетекторов, дается выражением
Pd=PtT4ZNu (25)
где Pl — мощность лазера, t — коэффициент пропускания опорного пучка через оптику системы в плоскость голограммы, ті — дифракционная эффективность голограммы для случая, когда вся матрица фотодетекторов освещена (страница, состоящая только из единиц), и Ni — число бит на страницу. Способность к обнаружению D', необходимая для достижения данного отношения сигнал/шум (ОСШ) на фотодетекторе, записывается в виде
D' = (ОСШ) (А/)1/3 /Pd [Гц*/* /Вт], (26)
где А/ — полоса частот электрического сигнала. Величина, обратная D' при А/=1 Гц, иногда называется эквивалентной мощностью шума. Если увеличить площадь поверхности фотодетектора, то голограммы в голограммной плоскости можно сделать меньшего диаметра, поскольку теперь допустима большая дифракционная расходимость пучка. Однако при увеличении площади детекторных элементов увеличиваются также шум фотодетектора и время нарастания импульса (более медленный отклик). Чтобы скомпенсировать эти ухудшения, требуются большое отношение сигнал/шум и большая полоса частот, а следовательно, и большая способность к обнаружению. Полоса частот является величиной, обратной наименьшему возможному времени произвольной выборки. Из выражений (25) и (26) получаем предельное число бит на страницу:
Ni = PlTtiD'/(ОСШ) (А/)1/2. (27)
Например, если Pl = I Вт, т=0,1, ti=0,01, D' = 1012 Гц'/*/Вт, ОСШ = 10, A/= IO6 Гц, то предельное число бит на страницу, ограниченное шумом фотодетектора, равно /Vx = IOOOOO.tO.l- NХранение цифровой информации
441
10.1.4.4. Ограничение на число адресов ху в голограммной плоскости, накладываемое дефлекторами