第六章 复用技术
6.1 空间复用技术
将页面信息的傅立叶变换全息图阵列记录在存储材料的不同的空间区域的技术，称为空间复用。（主要针对平面型记录材料）
由于相邻全息图在空间是不重叠的，再现出的页面之间可以完全避免串扰噪音；每个全息图的衍射效率都可以达到单个全息图存储所能得到的最大（饱和）衍射效率。
采用相同参考光角度，只涉及记录材料平面与读写头之间的相对位移。
空间复用技术方法一：固定读写光路，移动记录材料；
方法二：固定记录材料，采用光束偏转器件和精心设计的光学系统，使物光和参考光同步地沿材料表面移动空间复用技术
平面全息图的存储容量与其填充因子 F成正比，
且 F的最大值为 1，故其存储密度的最大值仍为 1/?2。
平面全息图的空间复用技术并不能提高存储密度。但实际上，记录材料的面积往往大于单个全息图所需要的空间尺寸，采用空间复用技术能使填充因子 F尽可能接近 1，从而有效地提高存储容量。
6.2 共同体积复用技术
共同体积复用技术指的是在材料的同一体积中进行多重存储的技术。
全息存储的共同体积复用就是全息图 K空间的复用。
复用技术的目的就是在波矢 k空间中容纳尽可能多的光栅 K矢量。
不同长度或不同方向的 K矢量代表不同间距或不同取向的光栅。厚的体积型记录材料，光栅的选择性较好,K矢量的空间不确定性较小，有可能存储较多的全息图。
包括角度复用、位相复用和波长复用。
6.2.1 角度复用
体积全息图的角度选择性使不同的信息页面可以非相干地叠加在同一空间区域，存储在材料的共同体积中，相互之间用不同的参考光角度加以区别。这种复用方式称为角度复用。
记录时的物光可以是页面的傅立叶变换，也可以是成像光束。每个全息图用各自不同的物光和参考光夹角写入和读出，但都采用固定的波长。
1,角度寻址方式
使物光和参考光同步地相对记录材料的表面法线而变化；
将两写入光束之间的夹角固定而依次相对写入光束旋转记录材料；
固定一个光束的方向，依次改变另一个光束的方向。
2,角度复用的光路配置
角度复用可分为透射式、反射式、邻面入射式。
1) 透射光路
a) 峰值衍射效率：应使晶轴 c处在两写入光束所形成的平面内；写入和读出采用寻常偏振 (s偏振 )比异常偏振 (p偏振 )的衍射效率高。由于衍射效率与写入角度的关系密切，为了获得均匀一致的衍射效率，
实际上采用准对称的光路，使得所有的光栅矢量都近似平行于晶体的光轴。
b) 角度选择性反射光路、邻面入射光路
3,角度复用的存储容量
对于角度复用，按位计算的存储容量为每个全息图中存储的像素数目 Mp与在共同体积中的角度复用方法所重叠的全息图数目 Mang之积。
将 Mang称为角度复用度。
根据体光栅的角度选择性，对于纯相位光栅，
角度复用度的数量级为 Mang=nd/?。
实际中对存储容量的限制主要在于记录材料折射率调制度的有限动态范围和有限的参考光角度调节范围。
角度复用的存储容量水平选择角；
垂直选择角。
角度复用度
Mang=?/外角度复用的存储容量
在二维参考平面上取参考点，首先要考虑光栅简并问题。
对于已在水平面内写入的全息图，读出是在 x
方向的选择角远远大于水平选择角，因此在二维平面选取参考点对存储容量不会有显著的改善。
参考光点源二维排列示意图
4,旋转复用这种方法的复用度很小，通常与其它复用方法混合使用。
6.2.2 位相编码复用
确定性位相编码是按照一定的方式编码 (正交位相 )。
参考光束有 N个子光束组成，相互间的角度间隔大于布拉格选择角，用来记录所有的 N个图像。让物光束同时与所有 N个参考光束相干涉，不过，每个图像的子参考光束和物光束之间的相对位相 (0或?)要加以改变，位相的组合就代表这个图像的地址，这些二元位相码是正交的。再现时，用携带有相对于给定图像地址的位相码的整个参考光束集来读出这些全息图，于是已存储的每一个全息图都有 N个再现光束，
它们互相干涉。相应于此给定图像的所有再现光束相涨干涉，得到最大的衍射效率；而其它图像会由于相消干涉而得到衍射效率极小值。
位相编码复用位相编码复用也就是不同参考光束集的位相编码间具有正交性。这种正交性提供了需要的再现像与不需要的再现像正交的鉴别，即选择性。
位相编码复用的主要优点在于它具有抑制串扰噪声的能力。
在理想情况下，能够完全抑制串扰噪声。
6.2.3 波长复用
体积全息图的波长选择性使不同的信息页面可以非相干地叠加在同一空间区域，存储在材料的共同体积中，相互之间用不同波长的参考光加以区别。这种复用方式称为波长复用。
波长复用不考虑记录材料谱线的非均匀加宽，
因而介质的全部激发中心对给定波长有均匀一致的响应，全息图对不同波长的鉴别来源于体全息的波长选择性。
波长复用波长复用波长复用
对于绝大多数可以实现的几何配置，物光和参考光在介质内的折射角都小于 45o。 此时反射全息图的波长选择性明显优于透射全息图，并且对写入光束角度的变化不很敏感。为了获得较好的波长选择性，
波长复用的体积全息存储适宜采用反射全息的光路。
在波长复用中，更多的是采用两写入光束接近相向入射的反射全息光路配置，称为正交波长复用。在这种配置下，全息图不仅可得到最小的光谱带宽，
而且具有最优良的噪声特性。
6.3 混合的全息复用技术
实际可实现的存储容量除了受到记录材料有限动态范围的限制和噪声的限制外，还受到各种复用技术所要求条件的限制。如：角度复用技术受到可实现的角度调节范围的限制；位相复用技术受到位相编码器件中可分辨像元数的限制（相邻像元在系统中对应的角间隔须不小于全息图的选择角）；波长复用技术受到可实现的波长调谐范围的限制。
将任意两种或多种复用技术相结合成为混合的复用技术。可分为共同体积的混合复用和大面积材料的混合复用。
6.3.1 稀疏波长 — 角度复用稀疏波长 — 角度复用稀疏波长 — 角度复用
SWAM混合系统缓解了对光束产生和控制器件以及光学系统数值孔径的要求。
可以同时用几个不同的波长对存储器进行读出，能有效地改善体全息存储获得的信息传输速率。
但由于这种系统采用了波长范围较宽的多谱线光源，
要保持系统的高性能需要有更周密的考虑。如存储材料应当对这些波长都敏感；光学元件应当消色差；
给光学元件镀的减反射膜要求有较宽的带宽；要仔细研究存储材料对各谱线的光学吸收特性。
由于使用不同频率的光，材料的吸收系数不同，光源的光强度也不同，这使得存储材料在不同波长上的写入时间常量不同。
6.3.2 大面积材料中的混合复用
包括分块全息存储技术、空间角度复用和位移复用。
分块全息存储技术的基本思想是，将记录材料划分成不同的空间区域 (或称,块,)，在每一块中采用纯角度、纯波长或纯相位的复用存储，也可以采用像旋转复用与常规角度复用的混合，或 SWAM这样的混合复用等。这样能够充分利用记录材料的面积，有利于缓解光学系统不能提供足够数目的参考光角度
(或位相分布、波长等 )以及材料的动态范围有限，不能在同一位置容纳大量的复用全息图等困难。
将小块材料拼接成大块，或将纤维形记录材料集合成束。
分块全息存储技术分块全息存储技术
若将材料在空间上划分成为 Ns个,块,,每个块中重叠了 Na个全息图，而每个全息图包含 Np个信息位，
则一个 BOHS存储器的总容量为 NsNaNp,其中,Ns成为空间复用度。
对于光折变晶体这类材料，擦除效应对存储容量有重大影响。研究结果表明，擦除效应对所有复用度
(Ns,Na,Np)都有限制，但对 Na的限制最为严重，尽可能增大 Ns与 Np的乘积 NsNp,适当减小复用度 Na,
有利于提高总的存储位容量。
6.1 空间复用技术
将页面信息的傅立叶变换全息图阵列记录在存储材料的不同的空间区域的技术，称为空间复用。（主要针对平面型记录材料）
由于相邻全息图在空间是不重叠的，再现出的页面之间可以完全避免串扰噪音；每个全息图的衍射效率都可以达到单个全息图存储所能得到的最大（饱和）衍射效率。
采用相同参考光角度，只涉及记录材料平面与读写头之间的相对位移。
空间复用技术方法一：固定读写光路，移动记录材料；
方法二：固定记录材料，采用光束偏转器件和精心设计的光学系统，使物光和参考光同步地沿材料表面移动空间复用技术
平面全息图的存储容量与其填充因子 F成正比，
且 F的最大值为 1，故其存储密度的最大值仍为 1/?2。
平面全息图的空间复用技术并不能提高存储密度。但实际上，记录材料的面积往往大于单个全息图所需要的空间尺寸，采用空间复用技术能使填充因子 F尽可能接近 1，从而有效地提高存储容量。
6.2 共同体积复用技术
共同体积复用技术指的是在材料的同一体积中进行多重存储的技术。
全息存储的共同体积复用就是全息图 K空间的复用。
复用技术的目的就是在波矢 k空间中容纳尽可能多的光栅 K矢量。
不同长度或不同方向的 K矢量代表不同间距或不同取向的光栅。厚的体积型记录材料，光栅的选择性较好,K矢量的空间不确定性较小，有可能存储较多的全息图。
包括角度复用、位相复用和波长复用。
6.2.1 角度复用
体积全息图的角度选择性使不同的信息页面可以非相干地叠加在同一空间区域，存储在材料的共同体积中，相互之间用不同的参考光角度加以区别。这种复用方式称为角度复用。
记录时的物光可以是页面的傅立叶变换，也可以是成像光束。每个全息图用各自不同的物光和参考光夹角写入和读出，但都采用固定的波长。
1,角度寻址方式
使物光和参考光同步地相对记录材料的表面法线而变化；
将两写入光束之间的夹角固定而依次相对写入光束旋转记录材料；
固定一个光束的方向，依次改变另一个光束的方向。
2,角度复用的光路配置
角度复用可分为透射式、反射式、邻面入射式。
1) 透射光路
a) 峰值衍射效率：应使晶轴 c处在两写入光束所形成的平面内；写入和读出采用寻常偏振 (s偏振 )比异常偏振 (p偏振 )的衍射效率高。由于衍射效率与写入角度的关系密切，为了获得均匀一致的衍射效率，
实际上采用准对称的光路，使得所有的光栅矢量都近似平行于晶体的光轴。
b) 角度选择性反射光路、邻面入射光路
3,角度复用的存储容量
对于角度复用，按位计算的存储容量为每个全息图中存储的像素数目 Mp与在共同体积中的角度复用方法所重叠的全息图数目 Mang之积。
将 Mang称为角度复用度。
根据体光栅的角度选择性，对于纯相位光栅，
角度复用度的数量级为 Mang=nd/?。
实际中对存储容量的限制主要在于记录材料折射率调制度的有限动态范围和有限的参考光角度调节范围。
角度复用的存储容量水平选择角；
垂直选择角。
角度复用度
Mang=?/外角度复用的存储容量
在二维参考平面上取参考点，首先要考虑光栅简并问题。
对于已在水平面内写入的全息图，读出是在 x
方向的选择角远远大于水平选择角，因此在二维平面选取参考点对存储容量不会有显著的改善。
参考光点源二维排列示意图
4,旋转复用这种方法的复用度很小，通常与其它复用方法混合使用。
6.2.2 位相编码复用
确定性位相编码是按照一定的方式编码 (正交位相 )。
参考光束有 N个子光束组成，相互间的角度间隔大于布拉格选择角，用来记录所有的 N个图像。让物光束同时与所有 N个参考光束相干涉，不过，每个图像的子参考光束和物光束之间的相对位相 (0或?)要加以改变，位相的组合就代表这个图像的地址，这些二元位相码是正交的。再现时，用携带有相对于给定图像地址的位相码的整个参考光束集来读出这些全息图，于是已存储的每一个全息图都有 N个再现光束，
它们互相干涉。相应于此给定图像的所有再现光束相涨干涉，得到最大的衍射效率；而其它图像会由于相消干涉而得到衍射效率极小值。
位相编码复用位相编码复用也就是不同参考光束集的位相编码间具有正交性。这种正交性提供了需要的再现像与不需要的再现像正交的鉴别，即选择性。
位相编码复用的主要优点在于它具有抑制串扰噪声的能力。
在理想情况下，能够完全抑制串扰噪声。
6.2.3 波长复用
体积全息图的波长选择性使不同的信息页面可以非相干地叠加在同一空间区域，存储在材料的共同体积中，相互之间用不同波长的参考光加以区别。这种复用方式称为波长复用。
波长复用不考虑记录材料谱线的非均匀加宽，
因而介质的全部激发中心对给定波长有均匀一致的响应，全息图对不同波长的鉴别来源于体全息的波长选择性。
波长复用波长复用波长复用
对于绝大多数可以实现的几何配置，物光和参考光在介质内的折射角都小于 45o。 此时反射全息图的波长选择性明显优于透射全息图，并且对写入光束角度的变化不很敏感。为了获得较好的波长选择性，
波长复用的体积全息存储适宜采用反射全息的光路。
在波长复用中，更多的是采用两写入光束接近相向入射的反射全息光路配置，称为正交波长复用。在这种配置下，全息图不仅可得到最小的光谱带宽，
而且具有最优良的噪声特性。
6.3 混合的全息复用技术
实际可实现的存储容量除了受到记录材料有限动态范围的限制和噪声的限制外，还受到各种复用技术所要求条件的限制。如：角度复用技术受到可实现的角度调节范围的限制；位相复用技术受到位相编码器件中可分辨像元数的限制（相邻像元在系统中对应的角间隔须不小于全息图的选择角）；波长复用技术受到可实现的波长调谐范围的限制。
将任意两种或多种复用技术相结合成为混合的复用技术。可分为共同体积的混合复用和大面积材料的混合复用。
6.3.1 稀疏波长 — 角度复用稀疏波长 — 角度复用稀疏波长 — 角度复用
SWAM混合系统缓解了对光束产生和控制器件以及光学系统数值孔径的要求。
可以同时用几个不同的波长对存储器进行读出，能有效地改善体全息存储获得的信息传输速率。
但由于这种系统采用了波长范围较宽的多谱线光源，
要保持系统的高性能需要有更周密的考虑。如存储材料应当对这些波长都敏感；光学元件应当消色差；
给光学元件镀的减反射膜要求有较宽的带宽；要仔细研究存储材料对各谱线的光学吸收特性。
由于使用不同频率的光，材料的吸收系数不同，光源的光强度也不同，这使得存储材料在不同波长上的写入时间常量不同。
6.3.2 大面积材料中的混合复用
包括分块全息存储技术、空间角度复用和位移复用。
分块全息存储技术的基本思想是，将记录材料划分成不同的空间区域 (或称,块,)，在每一块中采用纯角度、纯波长或纯相位的复用存储，也可以采用像旋转复用与常规角度复用的混合，或 SWAM这样的混合复用等。这样能够充分利用记录材料的面积，有利于缓解光学系统不能提供足够数目的参考光角度
(或位相分布、波长等 )以及材料的动态范围有限，不能在同一位置容纳大量的复用全息图等困难。
将小块材料拼接成大块，或将纤维形记录材料集合成束。
分块全息存储技术分块全息存储技术
若将材料在空间上划分成为 Ns个,块,,每个块中重叠了 Na个全息图，而每个全息图包含 Np个信息位，
则一个 BOHS存储器的总容量为 NsNaNp,其中,Ns成为空间复用度。
对于光折变晶体这类材料，擦除效应对存储容量有重大影响。研究结果表明，擦除效应对所有复用度
(Ns,Na,Np)都有限制，但对 Na的限制最为严重，尽可能增大 Ns与 Np的乘积 NsNp,适当减小复用度 Na,
有利于提高总的存储位容量。
