郝建颖同学在全息存储研究中取得新进展
非干涉相位重建作为相位调制全息存储主要的技术之一，具有光学系统设置简单、抗噪性强等优点。非干涉迭代算法通常需要在相位数据页面中加入嵌入式数据等强约束来降低迭代次数。但传统的离轴系统，是将嵌入式数据编码进信息光的方法换取重建速度的提升，编码率相对降低一半。本文提出一种同轴非干涉相位重建系统，通过对参考光进行嵌入式数据编码，完全释放了嵌入式数据占用的信息数据页空间，相比于传统方法，编码率提升2倍。 图1为同轴系统与离轴系统的四阶相位编码比较。在离轴系统中，通常要将50%的嵌入式数据放在信息光中，导致编码率降低。而同轴系统，可以将需要的嵌入式数据放在参考光中，参考光在记录和读取时总是需要而且已知的，因此不需要额外花费就可以提高2倍的编码率。 |
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| 图1 同轴系统与离轴系统的相位编码的比较 |
图2是同轴系统非干涉相位重建的原理示意图。在空间光调制器的中间上载信息光，四周上载参考光，参考光同时作为嵌入式数据。在得到重建光后，加入特定的光阑使得信息光和参考光部分都通过光阑最终到达探测器。同时需要加入一个衰减片，来降低参考光部分的能量，调节信息光部分和参考光部分的总光强。 |
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| 图2 同轴非干涉相位重建原理示意图 |
在模拟中，利用同轴非干涉相位重建方法对相位进行重建没有误码率。利用同轴系统，还有一个独特的优势，就是可以通过提高参考光（嵌入式数据）的能量，来加强约束条件，加快相位重建收敛。图3显示了迭代次数和误码率随参考光振幅强度比例增大的曲线。当参考光的强度比提升时，明显的迭代次数下降，当达到5:1左右时，迭代次数比原来的1:1条件要缩短3倍左右，而且没有误码率。当继续提高参考光强度比时，会因为参考光过强，掩盖重建所需的信息光成分，导致误码率上升，而且迭代次数很难继续缩短。因此在实际使用该方法时，要取强度比适当的位置。图4显示了不同相位阶数条件下的迭代次数与误码率曲线，可以看出该方法对不同输入条件具有普适性。 |
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| 图3 迭代次数和误码率随参考光振幅强度比例增大的曲线 |
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| 图4 不同相位阶数条件下的（a）迭代次数曲线与（b）误码率曲线。 |
相关研究的结果以“Non-interferometric phase retrieval for collinear phase-modulated holographic data storage”为题，整理发表在日本光学学会期刊杂志Optical Review. Vol.27, Issue.5, pp. 419-426 (2020)上。 论文的相关链接：https://link.springer.com/article/10.1007/s10043-020-00611-x |
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(2020.08.18)
