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光信息材料

第二章 光信息材料 光信息材料是指光信息存储材料。光信息存储技术是在激光光源出现以后开始发展起来的,由于它具有信息存储密度高(比磁盘高几百倍),易于快速随机存取,能存储图像与数字两种信息等优点,从20世纪70年代初露头角以来,得到世界各国的普遍重视。 光信息存储技术有全息存储和逐点存储两种类型。全息存储是利用全息照相原理将信息存储在记录介质中,读出时通过光电探测器将光信号再转变成电信号输出。逐点存储是通过受信号调制的激光束与记录介质相互作用时产生的状态变化(如熔化、相变)逐点记录信号的,读小时再用激光束投射到记录介质表面,从反射光的强度变化中读出信息。全息存储所用的记录介质称为全息材料,逐点存储所用的记录介质对应于磁盘而被称为光盘材料。本章在介绍有关光信息存储技术的基本原理的基础上,对这两种材料分别予以介绍。 2.1全息材料 全息照相术是一种与普通照相术完全不同的照相技术。普通照相是利用透镜成像原理, 在感光放片上记录被摄物体表面光强分布的平面像,只能从一定角度,一个侧面反映被摄物体。全息成像过程则是利用光的干涉和衍射现象,在照相干板或胶片上以干涉条纹形式把图像记录下来,然后以光照射这种干板,就能以立体形式再现物体的原来图像。由于它记录了物体的全部信息(振幅和相位),所以称为全息照相术(Holography),源于希腊语,“完全记录”的意思。 1.基本原理 全息照相术的基本原理如图14—1所示,(a)中从点光源发出的相干激光束A与从另一方向射来的激光束B在照相干板上叠加而产生干涉,形成(b)、(c)所示的干涉条纹。如果将这种干板显影,则可变成一种衍射光栅,即全息照片。如果将全息照片置于原来的位置,并在与记录干涉条纹时参考光照射的方向相同的方向上用相干光照射,则此照射光在显影了的干板(衍射光栅)上位衍射。由图14—1(d)可知,在衍射光栅的栅格间距小的地方,光的衍射角大;在衍射光栅的栅格间距大的地方,光的衍射角小。结果,整个衍射光就好像从原来点光源所在位置传播过来的方向亡被衍射。同理,非常复杂的干涉条纹被记录下来,如果用相干光照射物体时,光在与原物体存在时相同的方向上被衍射。换言之,在物体原来所在的位置上将再现出它的像,这就是全息照相术的基本原理。 2.全息过程的数学描述 在了全息术的基本原理以后,可将全息过程用简单的数学公式来去示。为此先作一些 规定。将坐标xy取在全息图平面上.原点o在全息图中心,z轴垂直于全息图平面,xz面平行于参考光束和物光束主光线的入射面。光波自左向右传播。物在xy的左边为实物,在右边为虚物;像在xy面的左边为虚像,在右边为实保。 设在全息图平面上物光、参考光和再现用的照明光的复振幅分别为 在xy平面上,参考光和物光相叠加以后的光强度(I)公式可写成下述形式 二、全息图的分类 全息图分类的依据为:记录全息图所采用的几何配置的方式;强加在照明光波上的调制的类型;记录材料的厚度和成像的方法:表14—1列出了全息因的分类。 表中各类全息图中的任何一种,可被记录成厚全息图或薄全息图。薄全息图亦称平面全息图,它的记录介质的厚度比所记录的条纹间隔要小;厚全息图亦称体积全息图,其记录介质的厚度等于或大于所记录的条纹间隔。通常用Q参量来区分体积全息图和平面全息图,Q参量定义为 式中 λ——照明光波的波长; n——记录材料的折射率 d——记录材料的厚度; A——被记录到的条纹的间隔。 一般把Q>10的全息图看作体积全息图,而把其余情况下的全息图看作平面全息图。 全息图包可根据再现照明波的衍射机理进行分类。在振幅型全息图中、干涉图记录到的是记录介质发生的密度变化,而当再现时,照明光波的振幅就被进行了相应的调制;而在位相全息图中,被加在再现照明波上的是相位调制。 三、全息材料的特征值 1、曝光量H 曝光量表示在全息材料表面上单位面积所接受的光能多少,它等于光强度与曝光时间的乘积,用下式表示H=Φt 式中 H—曝光量(mJ/cm2); Φ—光强度[单位时间内通过单位面积的能量(mJ/cm2·s)]; t—曝光时间(s)。 2、衍射效率η 衍射效率η等于总的有效成像光强度Φ衍射与用来照明全息图的总光强度Φ入射之比,即η=Φ衍射/Φ入射 表2-2列出了各类全息图的最大理论衍射效率值。 表2-2 各类全息图的最大理论衍射效率值 全息类型 薄型透射全息图 厚型透射全息图 厚型反射全息图 调制方式 振幅型 位相型 振幅型 位相型 振幅型 位相型 衍射效率 0.0625 0.339 0.037 1.000 0.072 1.000 3、灵敏度和光谱灵敏度 灵敏度是指全息材料在接受光的作用后,其反应

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