刘宏杰同学在全息存储应用研究中取得新进展
全息存储通过将二维信息保存在三维立体空间中，具有高速度和大容量的特点。传统的振幅型全息数据存储系统，由于其仅利用了光的二值振幅维度编码信息，单页数据存储容量依然有限。相位型全息数据存储系统能够在光的相位维度进行多级次编码，从而实现了更高的信息编码率。然而光的相位信息不能被直接探测，需要从强度图像中计算得到原始相位数据。传统的干涉方法不稳定且对系统的要求更为严格，大大增加了全息数据存储系统的相位读取难度。为了实现简单高效的相位数据读取，本研究提出了基于低位深度频谱强度分布的迭代傅里叶变换相位解码方法。该方法操作简单，只需要一张强度图像即可重建相位数据。 研究使用的相位型全息数据存储系统如图1所示。原始相位信息由空间光调制器调制进光束后记录进材料中。读取时，再现光经过傅里叶透镜被相机捕获其傅里叶强度分布。 |
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| 图1. 相位型全息数据存储系统 |
原始的傅里叶强度分布图经过公式1可处理得到其它位深度。I表示原始强度分布，round{}表示四舍五入操作，k表示目标位深度，σmax表示I中最大的灰度值。需要注意的是，位深度只能从高向低转换。 |
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通过模拟得到同一相位数据的傅里叶强度分布，并使用公式1处理得到不同位深度图，然后进行相位检索，结果如图2所示。可以看出，当傅里叶强度分布的位深度低于常用8-bit时，能够得到更低的误码率。 |
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| 图2. 不同噪声情况下的相位检索结果 |
我们对实验装置得到的傅里叶强度分布位深度变化后进行相位检索，实验结果如图3所示，强度分布的位深度为 6-bit 时，误码率最低为 4.20%。 |
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| 图3. 实验不同位深频谱的详细相位恢复结果 |
本研究提出了一种基于低位深度频谱强度分布的迭代傅里叶变换相位解码方法，能够从单张强度图像中直接相位数据解码。通过对强度图像的位深度进行变换，能够相比原始8-bit图像得到更高的相位解码效率和更低的误码率并且该方法操作简单，计算开销小。该研究从图像的位深度提高了相位检索的效率，为相位检索领域的发展提供了新的视角。 |
上述研究成果以“Low-Bit-Depth Detection for Phase Retrieval with Higher Efficiency in Holographic Data Storage”为题，发表在多学科数字出版机构（Multidisciplinary Digital Publishing Institute）主办的英文期刊《Photonics》, Vol.11, No.7, 680(11p) (2024) 上。 论文的相关链接：https://www.mdpi.com/2304-6732/11/7/680 |
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(2024.07.21)
