徐静同学在全息存储研究中取得新进展
当下正值大数据时代，对数据存储密度和存取速度的要求日益提高，光全息数据存储技术有着存储密度大、数据存取速度高的优点，成为当下数据存储技术的研究热点，实现在全息数据存储系统中数据的高速读取在大数据背景下显得尤为重要。在全息数据存储系统中实现数据高速读取的关键是保证系统关键器件之间的帧频匹配。 本文主要研究了数字微镜空间光调制器（DMD）、声光调制器（AOM）、高速相机和载有材料的电动位移台的帧频匹配问题。我们确定了系统的最大匹配帧频相对于相机的曝光时间和分辨率的变化，以及确定了AOM和DMD之间的相位差。通过对系统中关键器件的参数进行精细调整，最终实现了18kHz的匹配帧频。 |
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| 图1. 振幅型同轴全息数据存储系统的光路图 |
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| 图2. 系统帧率匹配原理图 |
在实验中，为了降低记录信息图像中的噪声，我们采用复用距离为5μm，每隔5μm在材料中共记录5张数据页。考虑到电动位移台的最大速度限制为40 mm/s，在复用距离为5μm时，系统可实现的最高读取帧率为8 kHz。信号发生器的信号输出端口与电动位移台的触发端口相连。信号发生器同时发出三个触发信号，触发DMD切换参考图像，触发AOM打开，触发载有材料的电动位移台开始运动。DMD在切换参考图像的同时触发高速相机拍摄材料衍射出的信息图像。 |
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| 图3. 记录后静态读取图像误码率和以2kHz、4kHz、8kHz帧率读取图像误码率对比 |
 
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| 图4. (a) 在不同入射光强下，以2kHz帧率读取的五幅图像的误码率， (b) 在不同入射光强下以2kHz帧率读取的5幅图像的平均误码率 |
实验表明，提高帧率和材料移动速度可以提高数据读取速度，但也会对图像质量产生负面影响，由于读取图像中的光强积分和灰度值降低，导致误码率变高，这个问题可以通过提高入射光强解决。 本文研究了全息数据存储系统中关键器件之间的帧频匹配问题。在此基础上，搭建了用于可实现高速读取数据的全息数据存储系统。在本系统中，DMD、高速相机和AOM的匹配帧频可达18kHz，数据读取帧率可达8kHz，最终实现数据传输率可达5.8GB/s。在全息数据存储系统中实现数据高速读取，有助于缓解大数据时代数据量激增带来的存储压力。 |
上述研究成果以“Matching for realizing high-speed reading in holographic data storage system”为题，整理发表在美国光学学会 (The Optical Society of American, OPTICA) 期刊杂志 Optics Express, Vol.32, No.26, 46259-46272 (2024) 上。 论文的相关链接：https://doi.org/10.1364/OE.540965 |
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(2024.12.06)
