刘金鹏同学在全息存储研究中取得新进展
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我们人类已经进入大数据时代，海量数据的高密度、快速率、低功耗、长寿命的存储技术成为社会的重大需求。全息光存储作为新一代的存储技术也越来越得到人们的重视。其中一种更紧凑、稳定性更优的系统——同轴全息光存储系统的研究也得到国内外广大研究者的关注。空间光调制器作为全息光存储系统中的关键器件，在同轴全息光存储系统中起到了举足轻重的作用。 在同轴全息光存储系统中，为了提高数据传输速率，空间光调制器通常采用数字微镜器件DMD（digital micro-mirror device）而不是液晶显示器件LCD（liquid crystal device）。DMD表面是密集排列着成千上万的微型反射镜（简称微镜），每个微镜可沿对角线方向进行两个角度的旋转（如图1所示），将入射光反射到两个不同的方向上。如图1所示。通常我们将反射光垂直于器件表面的方向定义为“On”状态方向，微镜偏转角度=12°，假设此时接收到1的信号；将另一个方向定义为“Off”状态方向，微镜偏转角度=-12°，假设此时接收到0的信号。可是，DMD的微镜偏转角度有一个误差范围，而这个误差范围直接影响到了全息光存储的成像质量。刘金鹏同学就是针对DMD的微镜偏转角度进行了理论分析和计算，寻找到了最佳偏转角度。并在此角度下，设计了用于全息光存储数据页的理想存储标识码图案。 |
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Figure 1 Sketch map of micro-mirror on DMD |
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一、DMD微镜偏转角度的最佳值 针对DMD上微镜阵列成密集规则排列的方形阵列，可将DMD数学模拟成二维梳状函数与二维门型函数的卷积结果，这一计算过程如图2所示。 |
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Figure 2 Illustration of decomposition of DMD into the convolution of a rect and comb function and its corresponding diffraction pattern at Fourier plane. |
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根据DMD上的排布特性，可将其看作入射面内的一维光栅进行分析。经过一系列计算，可以得到如下关系式： |
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其中y 为微镜偏转角，m为衍射级次，l 为光波长，a为微镜对角线方向上的间隔。根据微镜偏转角度在12±1°的范围，理论计算出的微镜偏转角的最佳值为12.2°。图3是验证这一结论的实验结果，当DMD的微镜偏转角为12.2°时(DMD3)，光能量分布处于中心对称的状态。其他角度均没有。 |
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Figure 3 Diffraction patterns of DMD at different tilt angles of micro-mirror for all on, chess board and random pattern encoding of DMD. |
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二、理想存储标识码图案的设计 存储标识码是为了避免读取全息存储数据出现错误而设计的，而现有数据标志点不能满足对光阑变化具有鲁棒性，所以在得到的最佳微镜偏转角的条件下对数据标识码图案进行新的设计。采用棋盘格分布的数据标识码图案取代传统的全亮标识码图案，并在适应小光缆上表现出了更好的性能，实验结果也得到了验证，如图5所示，可在数据已丢失的情况下仍保持标志点的存在。 |
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Figure 4 Experiment results with chess broad sync mark at different aperture sizes. The diameter of aperture is (a) 5.0mm; (b) 4.5mm; (c) 4.0mm; (d) 3.5mm; (e) 3.0mm and (f) 2.5mm. |
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相关研究的结果以“Optimal micro-mirror tilt angle and sync mark design for DMD based collinear holographic data storage system”为题整理发表在了美国光学学会期刊杂志Applied Optics的Vol.56, No.16, 4779-4784上。 论文的相关链接：https://doi.org/10.1364/AO.56.004779 |
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(2017.05.16)
