體全息存儲演示裝置及高厚度全息光盤組成和制備方法
【專利摘要】一種體全息存儲演示裝置及高厚度全息光盤組成和制備方法。裝置包括半導體激光器、第一空間濾波器、偏振分光棱鏡、半波片、第二空間濾波器、第一快門、第二快門、第一全反鏡、第二全反鏡、透射式空間光調制器、凸透鏡、電控旋轉臺和計算機。本發明的體全息存儲演示裝置是針對高厚度全息光盤特點而設計，其能使攜帶有二維編碼信息的物光與參考光發生干涉，并將信息記錄于高厚度全息光盤內部，同時可利用CCD或光電探測器采集衍射光圖像，從而能清晰讀取出具有二維編碼的體全息圖像信息，且可以采用多角度復用存儲方式進行存儲，具有結構設計合理、操作方便等優點。高厚度全息光盤記錄的信息能永久保存，且能實現一次寫入永久讀取的信息存儲過-n.
【專利說明】體全息存儲演示裝置及高厚度全息光盤組成和制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于全息存儲【技術領域】，特別是涉及一種體全息存儲演示裝置及高厚度全 息光盤組成和制備方法。
【背景技術】
[0002] 隨著經濟社會對于信息存儲容量和密度要求的持續增長，一次寫入永久讀取型信 息存儲介質及存儲方式在信息較長時期存儲領域不斷發展。其中，以CD、DVD為代表的二 維面存儲技術逐漸顯示出其局限性，較低的存儲容量與密度使之正逐漸被淘汰。而以體全 息存儲技術為代表的三維存儲技術正逐步進入實用化階段。體全息信息存儲技術是利用攜 帶二維編碼信息的信號光與參考光的空間干涉，將該干涉條紋記錄于光敏材料內部，通過 材料內部的成分濃度調制或空間電荷調制，從而導致材料的折射率空間調制分布，將信息 以體光柵形式記錄于存儲介質內部。由于記錄的是體光柵，同時當材料厚度大于500微米 時，能夠實現高存儲容量與密度，甚至實現多層存儲，因此體全息存儲技術成為下一代信息 存儲技術的重要研究領域。
[0003] 然而高厚度的體全息存儲介質的缺失使得實現大存儲容量變得困難。目前以丙烯 酰胺為單體的存儲體系均以薄膜材料為主，這對于實現高存儲容量存在諸多不利因素，如 存在有效厚度低、角度選擇性曲線較寬、單點復用圖像較少等顯著缺點。以聚甲基丙烯酸甲 酯為基底的光致聚合物材料由于其較高的材料有效厚度，較好的尺寸穩定性而受到關注。 因此，以高厚度材料作為存儲介質將使得體全息存儲具有較高的應用潛力。
[0004] 另一方面，雖然體全息存儲技術提出至今已有將近50年的時間，然而仍然沒有進 入實用化階段。這一方面受限于【技術領域】的成熟程度，同時也受限于目前存儲市場的重視 程度。因此研制一種體全息信息存儲演示實驗儀器，用于高校或科研院所的教學和科研演 示工作，將會有助于使受眾對目前未普及技術進行深入的了解和掌握。
【發明內容】
[0005] 為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種體全息存儲演示裝置及高厚度全 息光盤組成和制備方法。
[0006] 為了達到上述目的，本發明提供的體全息存儲演示裝置包括半導體激光器、第一 空間濾波器、偏振分光棱鏡、半波片、第二空間濾波器、第一 ,決門、第二快門、第一全反鏡、第 二全反鏡、透射式空間光調制器、凸透鏡、電控旋轉臺和計算機；其中半導體激光器、第一空 間濾波器、偏振分光棱鏡、第二快門、第二空間濾波器和第二全反鏡從左至右相隔距離設置 成一排，并且半導體激光器的發射口面對第一空間濾波器；第一空間濾波器的前后側各設 有一個帶有小孔的孔板；半波片、第一快門和第一全反鏡從后至前相隔距離設置在偏振分 光棱鏡前方；透射式空間光調制器、凸透鏡和電控旋轉臺從后至前相隔距離設置在第二全 反鏡前方，電控旋轉臺的軸心處用于放置高厚度全息光盤，同時第一全反鏡和電控旋轉臺 的軸心位于同一條橫線上；計算機與第一 ,決門和第二快門電連接。
[0007] 所述的體全息存儲演示裝置還包括一個CCD或光電探測器，其設置在電控旋轉臺 前方，并且與計算機、第一快門和第二快門電連接。
[0008] 所述的半導體激光器為532納米波長的二極管泵浦的半導體激光器。
[0009] 所述的凸透鏡與高厚度全息光盤中心之間的距離為1毫米，這樣能夠消除高能量 匯聚物光導致的散射噪聲。
[0010] 本發明提供的高厚度全息光盤由以重量份計的下列組分組成：
[0011] 菲醌 0 5-10 偶氮二異丁氰 0.5 SiOjft米粒子 （).()()5-0.02
[0012] 甲基丙烯酸甲酯 98.38-98.995 。
[0013] 所述的Si02納米粒子的平均直徑為10nm。
[0014] 本發明提供的高厚度全息光盤的制備方法是：首先將按照上述重量稱量的作為光 敏劑的菲醌、作為熱引發劑的偶氮二異丁氰和作為熱致聚合單體的甲基丙烯酸甲酯共混， 然后在50°C下通過超聲波振蕩使其混合均勻并充分互溶，之后放置30分鐘以產生沉淀， 然后過濾，將Si0 2納米粒子加入到過濾后的澄清液中而制成混合液，將上述混合液升溫至 55°C，并持續超聲振蕩5分鐘，而后停止振蕩，之后移至圓盤型玻璃模具內，升溫至65°C， 維持該溫度并在干燥箱內固化48小時而制成毛坯，最后將上述毛坯利用氧化鋁拋光粉在 300-500r/min的轉速下使用拋光機進行表面拋光，由此制成高厚度全息光盤16,厚度范圍 為500微米至3毫米。
[0015] 本發明提供的體全息存儲演示裝置是針對高厚度全息光盤的特點而設計的，其能 夠使攜帶有二維編碼信息的參考光與物光發生干涉，并將信息記錄于高厚度全息光盤內 部，同時可利用CCD或光電探測器采集衍射光圖像，從而能夠清晰讀取出具有二維編碼的 體全息圖像信息，并且可以采用多角度復用存儲方式進行存儲，具有結構設計合理、操作方 便等優點。另外，本發明還提供了一種與上述體全息存儲演示裝置配合使用的高厚度全息 光盤及光盤制備方法，基于高厚度全息光盤所采用的材料的性質，其記錄的信息將能夠永 久保存，并且能夠實現一次寫入永久讀取的信息存儲過程。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發明提供的體全息存儲演示裝置示意圖。
[0017] 圖2為10個不同角度的光柵掃描曲線。
[0018] 圖3為圖2中第一個角度的光柵曲線放大圖。
[0019] 圖4為記錄于高厚度全息光盤內部后讀取的二值化全息圖像。
【具體實施方式】
[0020] 下面結合附圖和具體實施例對本發明提供的體全息存儲演示裝置進行詳細說明。
[0021] 如圖1所示，本發明提供的體全息存儲演示裝置包括半導體激光器1、第一空間濾 波器4、偏振分光棱鏡5、半波片6、第二空間濾波器7、第一,決門9、第二快門8、第一全反鏡 11、第二全反鏡10、透射式空間光調制器12、凸透鏡13、電控旋轉臺15和計算機18 ;其中半 導體激光器1、第一空間濾波器4、偏振分光棱鏡5、第二快門8、第二空間濾波器7和第二全 反鏡10從左至右相隔距離設置成一排，并且半導體激光器1的發射口面對第一空間濾波器 4 ;第一空間濾波器4的前后側各設有一個帶有小孔的孔板2 ;半波片6、第一快門9和第一 全反鏡11從后至前相隔距離設置在偏振分光棱鏡5前方；透射式空間光調制器12、凸透鏡 13和電控旋轉臺15從后至前相隔距離設置在第二全反鏡10前方，電控旋轉臺15的軸心處 用于放置高厚度全息光盤16,同時第一全反鏡11和電控旋轉臺15的軸心位于同一條橫線 上；計算機18與第一快門9和第二快門8電連接。
[0022] 所述的體全息存儲演示裝置還包括一個(XD或光電探測器17,其設置在電控旋轉 臺15前方，并且與計算機18、第一快門9和第二快門8電連接。
[0023] 所述的半導體激光器1為532納米波長的二極管泵浦的半導體激光器。
[0024] 所述的凸透鏡13的焦平面與高厚度全息光盤16中心之間的距離為1毫米，這樣 能夠消除高能量匯聚物光導致的散射噪聲。
[0025] 現將本發明提供的體全息存儲演示裝置工作原理闡述如下：首先將上述高厚度全 息光盤16安裝在電控旋轉臺15的軸心處，盤面與水平面垂直，同時利用計算機18控制第 一快門9和第二快門8打開，然后利用半導體激光器1發射出波長為532納米的綠色激光， 該激光先經過第一空間濾波器4,利用其上孔板2上小孔與透鏡組合將直徑較窄的光束擴 大2-3倍，并獲得較好的準直光束，再通過偏振分光棱鏡5分成兩束偏振方向相互垂直的參 考光和物光，其中參考光首先通過半波片6以改變其偏振方向，使其與物光偏振方向相同， 由此獲得最佳干涉條紋對比度，然后依次通過第一快門9和第一全反鏡11而照射在高厚度 全息光盤16上；與此同時，物光首先通過第二快門8,然后由第二空間濾波器7再次擴束后 并通過第二全反鏡10反射到透射式空間光調制器12上，并由透射式空間光調制器12加載 而成為具有二維編碼的二值化圖像，而后通過凸透鏡13匯聚在高厚度全息光盤16上而與 參考光重疊，并發生干涉而形成體全息圖像或光柵，最后將干涉條紋記錄于高厚度全息光 盤16內部，由此實現一個體全息圖像或光柵的記錄。當需要進行多重存儲時，首先利用電 控旋轉臺15旋轉一定的角度，以使高厚度全息光盤16也旋轉一定角度，然后再次應用相同 的光強與曝光時間重復上述過程，從而在高厚度全息光盤16上記錄下多重體全息圖像或 光柵，也可以采用序列曝光方式來改善衍射效率均勻性。
[0026] 圖2為10個不同角度的光柵掃描曲線。圖3為其中第一個角度的光柵曲線放大 圖。可以看出，對于厚度為1毫米的高厚度全息光盤16,其峰值半寬度約為0.08°，當選擇 合適的旋轉角度后，該高厚度全息光盤16單點能夠復用多幅全息圖像，從而能夠提高材料 的存儲容量。
[0027] 另外，當需要觀看高厚度全息光盤16內的體全息圖像時，首先利用計算機18將第 二快門8關閉，同時第一快門9仍處于開啟狀態，然后利用（XD或光電探測器17采集透過 高厚度全息光盤16的衍射光圖像并轉化為數字信號，之后傳送給計算機18,這時用戶可通 過計算機18上的顯示器讀取出如圖4所示的清晰的二值化體全息圖像。
[0028] 下面結合具體實施例對本發明提供的高厚度全息光盤組成和制備方法進行詳細 說明
[0029] 實施例1 :
[0030] 本實施例提供的高厚度全息光盤16由以重量計的下列組分組成：
[0031] 菲醌 0.5kg 偶氮二異丁氰 0. 5 kg Si()」納米粒子 ().()0〇 kg 甲基丙烯酸甲醋 98. 38 kg
[0032] 制備方法：首先將按照上述重量稱量的作為光敏劑的菲醌、作為熱引發劑的偶氮 二異丁氰和作為熱致聚合單體的甲基丙烯酸甲酯共混，然后在50°C下通過超聲波振蕩使其 混合均勻并充分互溶，之后放置30分鐘以產生沉淀，然后過濾，將平均直徑為10nm的Si0 2 納米粒子加入到過濾后的澄清液中而制成混合液，將上述混合液升溫至55°C，并持續超聲 振蕩5分鐘，而后停止振蕩，之后移至圓盤型玻璃模具內，升溫至65°C，維持該溫度并在干 燥箱內固化48小時而制成毛坯，最后將上述毛坯利用氧化鋁拋光粉在300r/min的轉速下 使用拋光機進行表面拋光，由此制成高厚度全息光盤16,厚度范圍為500微米。
[0033] 實施例2 :
[0034] 本實施例提供的高厚度全息光盤16由以重量份計的下列組分組成：
[0035] 菲醌 1. 0 kg 偶氮二異丁氰 0.5 kg 8102納米粒子 0.02 kg 甲基丙烯酸甲酯 98. 995 kg
[0036] 制備方法：首先將按照上述重量稱量的作為光敏劑的菲醌、作為熱引發劑的偶氮 二異丁氰和作為熱致聚合單體的甲基丙烯酸甲酯共混，然后在50°C下通過超聲波振蕩使其 混合均勻并充分互溶，之后放置30分鐘以產生沉淀，然后過濾，將平均直徑為10nm的Si0 2 納米粒子加入到過濾后的澄清液中而制成混合液，將上述混合液升溫至55°C，并持續超聲 振蕩5分鐘，而后停止振蕩，之后移至圓盤型玻璃模具內，升溫至65°C，維持該溫度并在干 燥箱內固化48小時而制成毛坯，最后將上述毛坯利用氧化鋁拋光粉在500r/min的轉速下 使用拋光機進行表面拋光，由此制成高厚度全息光盤16,厚度范圍為3毫米。
[0037] 實施例3 :
[0038] 本實施例提供的高厚度全息光盤16由以重量份計的下列組分組成：
[0039] 菲醌 0. 8 kg 偶氮二異丁氰 0. 5 kg Si02納米粒子 0. 013 kg 甲基丙烯酸甲酯 98.60 kg
[0040] 制備方法：首先將按照上述重量稱量的作為光敏劑的菲醌、作為熱引發劑的偶氮 二異丁氰和作為熱致聚合單體的甲基丙烯酸甲酯共混，然后在50°c下通過超聲波振蕩使其 混合均勻并充分互溶，之后放置30分鐘以產生沉淀，然后過濾，將平均直徑為10nm的Si02 納米粒子加入到過濾后的澄清液中而制成混合液，將上述混合液升溫至55°C，并持續超聲 振蕩5分鐘，而后停止振蕩，之后移至圓盤型玻璃模具內，升溫至65°C，維持該溫度并在干 燥箱內固化48小時而制成毛坯，最后將上述毛坯利用氧化鋁拋光粉在400r/min的轉速下 使用拋光機進行表面拋光，由此制成高厚度全息光盤16,厚度范圍為1毫米。
【權利要求】
1. 一種體全息存儲演示裝置，其特征在于：其包括半導體激光器（1)、第一空間濾波器 (4)、偏振分光棱鏡（5)、半波片（6)、第二空間濾波器（7)、第一決門（9)、第二快門（8)、第一 全反鏡（11)、第二全反鏡（10)、透射式空間光調制器（12)、凸透鏡（13)、電控旋轉臺（15) 和計算機（18);其中半導體激光器（1)、第一空間濾波器（4)、偏振分光棱鏡（5)、第二快門 (8)、第二空間濾波器（7)和第二全反鏡（10)從左至右相隔距離設置成一排，并且半導體激 光器（1)的發射口面對第一空間濾波器（4);第一空間濾波器（4)的前后側各設有一個帶 有小孔的孔板（2);半波片（6)、第一快門（9)和第一全反鏡（11)從后至前相隔距離設置在 偏振分光棱鏡（5)前方；透射式空間光調制器（12)、凸透鏡（13)和電控旋轉臺（15)從后 至前相隔距離設置在第二全反鏡（10)前方，電控旋轉臺（15)的軸心處用于放置高厚度全 息光盤（16)，同時第一全反鏡（11)和電控旋轉臺（15)的軸心位于同一條橫線上；計算機 (18)與第一快門（9)和第二快門⑶電連接。
2. 根據權利要求1所述的體全息存儲演示裝置，其特征在于：所述的體全息存儲演示 裝置還包括一個CCD或光電探測器（17)，其設置在電控旋轉臺（15)前方，并且與計算機 (18)、第一快門（9)和第二快門（8)電連接。
3. 根據權利要求1所述的體全息存儲演示裝置，其特征在于：所述的半導體激光器（1) 為532納米波長的二極管泵浦的半導體激光器。
4. 根據權利要求1所述的體全息存儲演示裝置，其特征在于：所述的凸透鏡（13)的焦 平面與高厚度全息光盤（16)中心之間的距離為1毫米。
5. -種利用權利要求1進行存儲和演示的高厚度全息光盤，其特征在于：所述的高厚 度全息光盤（16)由以重量份計的下列組分組成： 菲醌 0. 5-1. 0 偶氮二異丁氰 〇. 5 Si02m米粒子 0. 005-0. 02 甲基丙烯酸甲酯 98.38-98.995 。
6. 根據權利要求5所述的高厚度全息光盤，其特征在于：所述的Si02納米粒子的平均 直徑為l〇nm。
7. -種如權利要求5所述的高厚度全息光盤的制備方法，其特征在于：所述的制備方 法是：首先將按照上述重量稱量的作為光敏劑的菲醌、作為熱引發劑的偶氮二異丁氰和作 為熱致聚合單體的甲基丙烯酸甲酯共混，然后在50°C下通過超聲波振蕩使其混合均勻并充 分互溶，之后放置30分鐘以產生沉淀，然后過濾，將Si0 2納米粒子加入到過濾后的澄清液 中而制成混合液，將上述混合液升溫至55°C，并持續超聲振蕩5分鐘，而后停止振蕩，之后 移至圓盤型玻璃模具內，升溫至65°C，維持該溫度并在干燥箱內固化48小時而制成毛坯， 最后將上述毛坯利用氧化鋁拋光粉在300-500r/min的轉速下使用拋光機進行表面拋光， 由此制成高厚度全息光盤（16)，厚度范圍為500微米至3毫米。
【文檔編號】G11B7/007GK104217732SQ201410361134
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年7月28日 優先權日:2014年7月28日
【發明者】劉鴻鵬, 王維波 申請人:中國民航大學