3.6. Запоминающие голографические устройства
Голографический способ записи, хранения и восстановления информации перспективен для создания компьютерной памяти. Трехмерные голограммы обладают большой информационной емкостью и имеют ассоциативный характер памяти. В основе этого лежит селективность трехмерной записи, т.е. способность голограммы взаимодействовать только с теми компонентами восстанавливающего излучения, которые присутствовали на этапе записи.
В частности, большая емкость записи достигается за счет того, что на один и тот же участок материала V можно последовательно впечатать голограммы различных объектов при разных направлениях опорной волны и длинах волн записывающего излучения (λ1, λ2, λ3…). Каждая из записанных голограмм может быть считана затем независимо, если ее восстанавливать волной, использованной на этапе записи. При таком способе записи информации элементами, в которых она хранится, являются трехмерные гармоники (изменение показателя преломления, поглощения), каждая из которых заполняет весь объем голограммы. Количество таких независимых элементов равно числу пространственно локализованных ячеек с размерами (λ٠λ٠λ), которое можно поместить в объем V. Так при записи в видимом диапазоне (λ=0,5 мкм) в 1см3 помещается более 1013 независимых гармоник.
Оперативные запоминающие голографические устройства. Основные требования, которые предъявляются к оперативным запоминающим голографическим устройствам, это быстрые запись, считывание, стирание и перезапись информации, произвольный доступ к данным. Данные предварительно разбиваются на страницы, каждая из которых записывается в виде отдельной голограммы. Весь массив данных хранится в виде матрицы голограмм. Любая страница может быть считана лазерным лучом, путем адресации его к соответствующей голограмме.
Рис. 3.8. Схема запоминающего голографического устройства с трехкоординатной выборкой.
На рис. 3.8 представлены основные элементы запоминающего голографического устройства.
Лазерный пучок поступает на вход дефлектора Д1, который отклоняет его в заданном направлении (угол θ). Затем он расщепляется на два пучка с помощью полупрозрачного зеркала З1. Один пучок с помощью линз Л1 и Л2, зеркала З2, объектива О1 и голографической дифракционной решетки ГДР направляется на носитель информации Н в качестве опорного пучка. Другой пучок с помощью объектива О1 вводится в одну из ячеек линзового растра Р (матрица миниатюрных линз с параллельными оптическими осями, размещенных на равных расстояниях друг от друга). Сублинзы увеличивают угловую расходимость объектного пучка, позволяя охватить всю апертуру объектива О3, формирующего Фурье-образ входной страницы, набранного на устройстве набора страниц (УНС). Световой конус, образованный сублинзой, направляется в сторону УНС с помощью объектива О2. При этом УНС вносит в этот проходящий световой поток страницу двоичной информации путем пространственной модуляции по амплитуде. Оптическая схема обеспечивает совпадение опорного и информационного световых пучков по всей площади матрицы. После экспонирования регистрирующей среды и фиксации голограммы процесс записи заканчивается.
Массив страниц записывается и хранится в виде матрицы пространственно разделенных и регулярно расположенных Фурье-голограмм. Для повышения дифракционной эффективности УНС снабжается маской, осуществляющей фазовую модуляцию. При считывании информации опорный пучок направляется дефлектором на нужную голограмму, а объектный пучок блокируется. Мнимое изображение, восстановленное голограммой, проецируется на фотоматрицу. Выборка и передача данных из фотоматрицы может осуществляться как послойно, так и постранично с помощью электронных декодирующих устройств.
Наиболее перспективны объемные голограммы. Для различения наложенных объемных голограмм посредством дефлектора Д2 и дифракционной решетки ГДР изменяется угол падения опорного пучка. При считывании опорный луч восстановит единственную голограмму, в записи которой он участвовал.