Оптическая галография - Кольер Р.
Скачать (прямая ссылка):
528
ХРАНЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ
ГЛ. 16.
при записи дополнительных голограмм не должны идти ни по одному из этих направлений. Чтобы обеспечить выполнение этого требования, можно воспользоваться следующим простым способом: выберем направления опорных пучков так, чтобы они лежали в одной плоскости, и надлежащим образом разделим направления в этой плоскости. Как мы увидим ниже, при таком ограничении удается все же записать намного больше голограмм, чем при ограничении, накладываемом условием максимального динамического диапазона (см.- п. 2 и 5 настоящего параграфа).
Когда все опорные пучки лежат в одной плоскости, предельное число голограмм N1 записываемых без взаимных помех, можно получить путем деления диапазона Q на угловую ширину полосы Ф каждой голограммы. Таким образом,
N^ Q ^ Q^r sine, ^ (1бл2)
Подставляя примерные значения величин в (16.12), нетрудно убедиться в преимуществе толстослойных голограмм в качестве элементов памяти. Если выбрать Q = 20°, п = 2,0, К = 0,5 мкм, O0 = 45° и T = 1 мм, то Ф = 0,02°, и мы получим, что в среде толщиной 1 мм можно записать N = 1000 голограмм без взаимных помех первого порядка.
4. Предел емкости записи, накладываемый дифракционной эффективностью
Согласно формуле (16.1), фазовые голограммы, образованные двумя плоскими волнами в диэлектрической среде, не обладающей потерями, могут иметь дифракционную эффективность, равную 100%. Предположим, однако, что в среде записано много таких элементарных голограмм с помощью способа, показанного на фиг. 16.5, т. е. все голограммы образованы идентичной предметной плоской волной, но различными опорными волнами. В этом случае максимальная дифракционная эффективность каждой голограммы уменьшается. Если же направления предметного и опорного пучков изменяются при переходе от голограммы к голограмме по крайней мере на 2б0, то значения дифракционной эффективности отдельных голограмм могут оставаться равными 100%. Чтобы понять различие между этими двумя случаями, рассмотрим влияние восстановленной волны на остальные голограммы, полученные с помощью идентичных предметных волн. Предположим, что объем блока памяти освещается одной из исходных опорных волн, в результате чего восстанавливается предметная волна. Восстановленная плоская предметная волна образует с каждой из голограмм в объеме блока памяти угол, точно равный брэгговскому углу G0j, и дифрагирует в направлениях соответ-
ГОЛОГРАФИЧЕСКАЯ ЗАПИСЬ ИНФОРМАЦИИ
529
ствующих опорных волн. Вследствие этого взаимодействия амплитуда нужной предметной волны и, следовательно, дифракционная эффективность кая^дой индивидуальной голограммы снижаются. Более того, дифракция восстановленных опорных волн на их собственных решетках может в свою очередь привести к восстановлению соответствующих им предметных волн. Последние распространяются в том же направлении, что и нужная предметная волна, создавая взаимные помехи.
На практике дифракционная эффективность даже индивидуальной объемной фазовой голограммы, полученной при модуляции предметной волны полезной информацией и записанной с соблюдением линейности, не может быть равна 100%. Это обусловлено вариацией амплитуды предметной волны и соответствующими изменениями величины отношения интенсивности пучков R. Типичное значение эффективности составляет около 15%. Если накладывается большое число подобных голограмм, то по причинам, описанным выше, происходит дальнейшее падение эффективности. Однако возможность восстановления других опорных волн одной восстановленной пространственно-модулированной предметной волной зависит от корреляции последней с другими записанными предметными волнами (см. гл. 14). Вообще говоря, можно ожидать, что возникновение других опорных волн будет слабым, а последующая генерация предметной волны второго порядка и взаимные помехи еще слабее.
Из предыдущего рассмотрения вытекает, что даже в диэлектрических средах без потерь следует ожидать низких значений дифракционной эффективности голограмм, если последние записаны способом, удобным для считывания (фиг. 16.4). Покажем, что число бит В на записанной странице информации (т. е. на голограмме) определяется мощностью лазерного освещения P0? дифракционной эффективностью голограммы г) и чувствительностью фотоприемников. Если дифракционная эффективность является функцией числа голограмм или записанных страниц, то она ограничивает не только количество бит на страницу, но и общую информационную емкость системы памяти.
Предположим, что P = T[P0 — общая мощность лазера, дифрагированная на одной из голограмм в создаваемое ей изображение, и что фотоприемники детектируют биты информации или данные, закодированные в изображении в виде точек. Для заданной выходной мощности лазера мощность, попадающая на один фотоприемник, определяется отношением
р«=пг=тг- (16ЛЗ)
Величина сигнала детектора, таким образом, обратно пропорциональна В. Поэтому следует или существенно ограничить В,
34—0990
530
ХРАНЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ
ГЛ. 16.
или пойти на другие компромиссы. Например, сигнал зависит также от длительности поступления мощности Pd, т. е. от периода накопления, который определяется скоростью считывания системы памяти. В течение этогр периода на чувствительной площади фотоприемника под действием фотонов возникает заряд Q. Желательно, чтобы этот заряд вызывал максимальное напряжение сигнала V = QIC, где С — емкость приемника. Чтобы обеспечить это, световое пятно, соответствующее логической «единице», должно быть как можно меньше. Тогда чувствительная площадь приемника и ее емкость С могут быть доведены до минимальной величины, а выходной сигнал будет максимальным. Чтобы изображения точек имели малые размеры, необходимо использовать голограммы с большими апертурами. Если плотность записи должна
