刘宏杰同学在全息存储研究中取得新进展
传统全息数据存储系统主要采用振幅和相位调制进行数据编码，而偏振维度仅被局限于多通道复用，这一应用方式往往会导致系统操作难度增加和复杂度提升。尽管偏振复用通过增加偏振通道扩展了存储容量，但通道切换时间限制了高速记录和检索效率，且迄今为止，将偏振维度信息直接编码到记录信号本身的研究尚未开展。针对这一研究空白，本文依托偏振全息术的独特优势，提出了偏振型全息数据存储技术，实现了偏振维度在全息数据存储中的直接应用。 在偏振全息中，当干涉角设置为 90° 且使用 p 偏振光作为参考光束时，可实现任意偏振态的忠实重建，且不受材料曝光时间引起的强度和偏振响应系数影响。 |
表1. 忠实再现的条件 |
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实验选用了相位型空间光调制器调制产生包含多种偏振态的数据页，经过测试确定了 P-SLM中液晶的主轴方向为 0°。为实现高效的偏振调制转换，研究将入射线偏振光的振动方向设置为 45°，此时入射光束可分解为振幅相等的两个正交分量，通过控制这两个分量之间的相位差，可实现从线偏振到圆偏振、椭圆偏振的多种偏振态转换。解码时在相机前放置 45° 线偏振器作为检偏器，可简单区分不同偏振态，得到与偏振分布一致的强度分布图像，偏振数据页的编码原理及解码过程如图1 所示。 |
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| 图1. 基于相位型空间光调制器的偏振数据页的编码原理及解码过程 |
实验中使用的记录介质为实验室自制的菲醌掺杂聚甲基丙烯酸甲酯 (PQ/PMMA) 光致聚合物，这种偏振敏感型各向异性记录材料能够同时记录和重建振幅、相位和偏振信息，是偏振全息实验的关键材料。本文分别开展了二阶、三阶和四阶偏振编码数据页的记录与读取实验。实验结果如图2 所示，解码得到了与偏振态分布一致的检偏强度分布。 |
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| 图2. 二阶、三阶和四阶偏振编码数据页的实验结果。 (a) 重建数据页未使用检偏器时拍摄到的图像， (b) 使用偏振器时检测到的图像。 |
通过对实验结果的解码和分析，证实了该方法的可行性和有效性。进一步的实验表明，当前系统实现无误差解码的适宜编码参数为四阶偏振态编码，单个偏振数据以 16×16 像素显示。当偏振编码阶数提升至五阶及以上，或四阶偏振编码下数据页中的偏振数据数量超过 202 时，会出现解码误差。若未来引入图像处理、神经网络等优化方法，有望实现更高存储密度的无误差解码。 |
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| 图 3.偏振编码误码率实验结果。(a) 改变数据页的偏振阶数； (b) 四阶偏振编码阶数下改变偏振数据页面中的数据数量。 |
这项研究不仅填补了偏振维度直接用于全息数据编码的研究空白，更为高密度、高速度全息存储技术的实用化提供了新的思路和技术支撑，对推动下一代存储技术的发展具有重要的理论和实践意义。未来，随着编码算法的优化和存储材料性能的提升，基于偏振编码的全息数据存储技术有望在大数据存储、人工智能等领域发挥更重要的作用。 |
上述研究成果以“Holographic data storage using polarization code”为题，整理发表在美国光学学会 (The Optical Society of American, OPTICA) 期刊杂志 Optics Letters上。 论文的相关链接：https://doi.org/10.1364/OL.588151 |
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(2026.03.12)
