熱固定全息機(jī)理和基本方法

　　體全息熱固定技術(shù)的開(kāi)創(chuàng)工作是由RCA實(shí)驗(yàn)室的Amodei和Staebler等于1971年在Fe:LiNbO3晶體中完成的,這也是最早使用的全息圖固定技術(shù).隨后,Vormann等研究證實(shí)在摻鐵鈮酸鋰晶體的熱固定過(guò)程中,H+在空間電荷場(chǎng)作用下進(jìn)行遷移是其熱固定的基本機(jī)制.

　　晶體中最初記錄的全息圖,是由光激發(fā)電子以不同輸運(yùn)機(jī)制運(yùn)動(dòng)到暗區(qū),被陷阱俘獲后形成的空間電荷分布圖樣,即全息電子光柵.對(duì)全息電子光柵的熱固定是基于空間電荷場(chǎng)作用下離子的運(yùn)動(dòng)機(jī)制,鈮酸鋰晶體中參與作用的離子被證明是H+.普遍認(rèn)為,離子的熱激發(fā)溫度大大低于電子的熱激發(fā)溫度,在溫度高于70~80℃時(shí),鈮酸鋰晶體中H+的電導(dǎo)率遠(yuǎn)大于Fe²+的電子熱激發(fā)產(chǎn)生的電子暗電導(dǎo)率,因而此時(shí)全息電子光柵相對(duì)穩(wěn)定,而離子在電子光柵空間電荷場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下迅速運(yùn)動(dòng),形成一個(gè)與電子光柵互補(bǔ)且具有相同光柵周期的離子光柵,從而使包含在寫(xiě)入電子光柵中的信息復(fù)制到離子光柵上.

　　完整的熱固定過(guò)程包括兩個(gè)步驟:定影過(guò)程和顯影過(guò)程.定影是在全息圖記錄進(jìn)行時(shí)或記錄完成之后,將晶體加熱到140℃,由于高溫下離子電導(dǎo)率比電子的暗電導(dǎo)率大得多,晶體中帶正電荷的離子被熱激活并受到電子光柵的空間電荷場(chǎng)作用而運(yùn)動(dòng),形成與電子光柵互補(bǔ)的具有相同光柵周期的離子光柵.顯影是待晶體冷卻到室溫后,用連續(xù)均勻的非相干光束照明全息圖,可以釋放陷獲電子,即使對(duì)照明光敏感的電子光柵被部分清楚,留下一個(gè)部分消補(bǔ)償?shù)碾x子光柵顯現(xiàn)出來(lái).由于離子對(duì)光照不敏感,讀出時(shí)進(jìn)一步的照明不會(huì)擦除經(jīng)過(guò)定影和顯影厚的離子圖樣.并且,在低溫下的離子電導(dǎo)率也低,從而延長(zhǎng)了全息圖在暗光狀態(tài)下的保存時(shí)間.將晶體加熱到200℃以上,才能恢復(fù)晶體中離子和電子的均勻分布,完全擦除存儲(chǔ)固定的信息.因此,離子光柵適合于更長(zhǎng)期的保存和更持久的光讀出,從而實(shí)現(xiàn)非易失性全息存儲(chǔ).

　　實(shí)施熱固定的基本方法分為記錄后補(bǔ)償法和同時(shí)記錄補(bǔ)償法.記錄后補(bǔ)償法(或稱(chēng)為低溫-高溫-低溫?zé)峁潭òl(fā))的實(shí)施流程為:在室溫下記錄全息電子光柵,然后將晶體在暗態(tài)下加熱至高溫并保持一段時(shí)間,使得熱激發(fā)離子在暗態(tài)下對(duì)電子光柵進(jìn)行充分補(bǔ)償,然后降至室溫進(jìn)行顯影.同時(shí)記錄補(bǔ)償法(也稱(chēng)為高溫-低溫?zé)峁潭ǚ?的實(shí)施流程為:在高溫下記錄全息電子光柵,并且隨著寫(xiě)入過(guò)程的進(jìn)行,熱激發(fā)的離子同步補(bǔ)償電子光柵,然后冷卻到室溫,進(jìn)行顯影.

　　Amodei首先采用記錄后補(bǔ)償法在Fe:LiNbO3晶體的存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)熱固定,不久Staebler采用同時(shí)記錄補(bǔ)償法熱固定記錄511幅全息圖,再現(xiàn)出的全息圖質(zhì)量相當(dāng)于或甚至好于其他方法記錄或固定的全息圖.一般而言,同時(shí)記錄補(bǔ)償比記錄后補(bǔ)償?shù)臒峁潭ㄈD的衍射效率更高.兩種固定記錄方法所引起的全息圖衍射效率差值強(qiáng)烈依賴(lài)全息系統(tǒng)的記錄幾何.在透射光路中,采用后補(bǔ)償法進(jìn)行記錄固定時(shí),晶體內(nèi)電荷擴(kuò)山通過(guò)較大光柵周期距離的能力限制了其全息圖的固定后衍射效率;以同時(shí)補(bǔ)償記錄固定時(shí),由于晶體內(nèi)的電荷進(jìn)行雙極型擴(kuò)散,因而形成更強(qiáng)的補(bǔ)償光柵.對(duì)于光柵周期較小的領(lǐng)面入射記錄記錄幾何,固定后全息光柵的強(qiáng)弱取決于晶體內(nèi)可利用的電荷數(shù)而不是擴(kuò)散能力,因此采用后補(bǔ)償法和同時(shí)補(bǔ)償法可以得到基本相當(dāng)?shù)难苌溲苌湫?

　　另外,由于同時(shí)記錄補(bǔ)償法的記錄和讀出在不同溫度下進(jìn)行,光折變晶體中全息光柵的條紋間距,以及晶體折射率均隨溫度發(fā)生改變,導(dǎo)致相應(yīng)的布拉格角也隨溫度變化.如果記錄固定的是全息圖像,由于圖像信號(hào)的各個(gè)平面波分量所對(duì)應(yīng)的布拉格角不同,讀出時(shí)則無(wú)法以相同的衍射效率同時(shí)重構(gòu)出每個(gè)平面波分量,因此影響了對(duì)所存儲(chǔ)固定的圖像信息頁(yè)面的完整恢復(fù).可以通過(guò)調(diào)節(jié)參考光角度和波長(zhǎng)進(jìn)行布拉格匹配,逐步讀出并基本恢復(fù)頁(yè)面完整信息.但是,波長(zhǎng)調(diào)節(jié)對(duì)于角度復(fù)用系統(tǒng)不實(shí)用,因此適用于實(shí)用系統(tǒng)的熱固定技術(shù)應(yīng)該具有在同一溫度下記錄和讀出的特點(diǎn).

上一篇：耐克全息投影,改革運(yùn)動(dòng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)成本環(huán)節(jié) 下一篇：全息技術(shù)理論需要你慢慢的去消化理解