信息光学 光学记录、存储与器件

TP333．4 2005042801 多阶光存储原理分析及其读写系统前端信号处理研究= Analysis on the principle of multilevel optical data record- ing and the study on the processing of the front signals of a multilevel read-write system[刊,中]／肖家曦(清华大学精密仪器与机械学系,光盘国家工程研究中心,北京 (100084)),齐国生…／／物理学报,-2005,54(1)．-102-106 运用矢量衍射理论的计算方法(耦合波方法,时域有限差分法),对两种多阶光存储方案(坑深调制,坑形调制)     

一种4阶RLL(2,12)调制码的CPLD的实现

现有的光存储系统采用二值的记录模式,普遍使用的是游程长度受限(Run-length limited,RLL)的调制编码,并将信息编码记录在信息符的长度中。新型多阶RLL光存储采用多阶RLL编码方案,将信息同时记录在信息符的长度和信号幅值中,从而大幅度地提高了光盘的容量。为了研究多阶RLL编码的逻辑正确性和电路复杂度,设计了基于可编程逻辑器件的硬件平台。多阶RLL编码可以用有限数量逻辑门实现编码,有望用于未来高密度多阶光存储系统。     

多阶光存储研究进展

多阶光存储是一种在不改变原有光路和机械系统的情况下,利用先进的信号处理与调制编码技术,显著提高存储容量和数据传输率的新型技术。综述了多阶光存储的发展历史及研究现状,并针对多阶光存储的两种类型(信号多阶和介质多阶),列举了几种典型的多阶光存储方案。从本质上分析了信号多阶技术和介质多阶技术的不同,展望了其发展方向。     

光致变色多阶游程光存储研究

多阶游程存储是一种不改变光学系统而显著提高光存储容量和数据传输率的新方法.介绍了光致变色多阶游程存储原理和实验系统.提出了基于光致变色原理的多阶游程存储数学模型，该模型反映了记录符反射率与曝光功率、曝光时间之间的非线性关系，并在此基础上确定了光致变色多阶游程存储的写策略.基于650nm光致变色材料进行了4阶游程存储的动态实验.结果表明，实验中采用的650nm光致变色材料可用于多阶游程存储，采用的写策略能够有效地使记录信道线性化，利于采用适合线性系统的信号处理方法. 关键词： 多阶游程 光致变色 光存储 写策略     

光盘信息符特征宽度的确定

光盘信息符的横向尺寸决定了光存储系统的存储面密度。采用二维正方形光栅作为光盘模型,通过三维矢量衍射理论的数值仿真,计算了信息符横向尺寸对读出信号调制度的影响,确定了最佳调制度对应的最佳坑宽。并与标量衍射理论的定性分析进行了对比。根据标量衍射理论,最佳调制度应出现在信息符面积为读出光斑面积一半时对应的信息符尺寸附近,且小于该尺寸;信息符的最佳坑宽,即信息符特征宽度取决于所用的光学系统;矢量衍射理论的定量计算结果符合标量衍射理论的分析,并更接近实际情况;标量衍射理论概念简单,适于定性分析,定量计算则存在较大的误差。     

失谐对冷原子介质中光脉冲信息存储的影响

通过对电磁感应透明模型的理论推导和数值模拟，讨论了光场和原子能级间有失谐 的光脉冲信息的存储过程. 结果表明：只有在光场和原子能级共振时，光和原子相互作用系 统的存储态才能最终演化到暗态. 随着失谐量的增大，只有部分信号光脉冲存储于冷原子介质中，并且光脉冲负群速度的绝对值逐渐增大，导致在介质中“读出”信号光相对于“读入”信号光的位置有明显的倒退现象. 对于能级上下对称相同失谐的情况，存储过程中系统各 物理量的演化过程几乎相同. 关键词： 光存储 失谐 暗态 电磁感应透明     

时域有限差分法利用聚焦光脉冲模拟介质球微粒所受单频光阱力

用三维时域有限差分法对光镊装置中介质球微粒所受光阱力情况进行模拟。根据Richards-Wolf矢量场衍射积分公式对消球差会聚透镜像空间中电磁场分布的表示,在总场空间中实现了对聚焦光脉冲的模拟。聚焦光脉冲与介质球微粒的相互作用,通过离散傅里叶变换提取出单频成分,利用计算光阱力的麦克斯韦应力张量公式,计算单频激光对介质球的光阱力。聚焦光脉冲的引入可以使一次计算得到多个频率下的计算结果。对相同的聚焦装置下介质球受不同频率入射光的光阱力情况进行了计算。计算结果表明使用线偏振光作光源时,大数值孔径聚焦透镜和短入射波长有利于介质球的横向操纵;沿光轴方向对介质球进行纵向操纵,需要大数值孔径的物镜和与之相适应的入射波长。     

含Kerr介质二维光子晶体波导传输特性的NFDTD分析

利用非线性时域有限差分法(NFDTD)理论,导出了含Kerr介质的二维NFDTD算法的离散表达式,并对含Kerr介质点缺陷的二维光子晶体波导传输特性进行了分析,得到了相应的透射频谱和光场分布图.研究发现,对于输入该波导的归一化频率为0.419的光信号,当入射光强小于2.8×104W/m2时,信号几乎不能通过;当入射光强大于2.5×106W/m2时,信号能通过.这些结果将有助于光子晶体光限幅、光开关等器件的设计.     

金属纳米线阵列全光调制

提出一种基于长程表面等离子体的介质-金属纳米线阵列-非线性介质复合全光调制器.考虑克尔效应对折射率变化的影响,采用时域有限差分法分析了金属纳米线直径、介质层厚度和泵浦光强度对反射谱的影响,通过合理配置金属纳米线和介质层的参数提高调制器的耦合性能,并在此基础上分析不同强度泵浦光的反射特性.结果表明:当金属纳米线直径为40nm,介质层厚度为1 800nm时,全光调制器的模式耦合能力达到最强.反射谱的反射率与泵浦光强度的变化呈线性关系,相关系数为0.998 1,且只需要0.5GW/cm~2功率的泵浦光就能使入射光的反射率从0.015提高到0.82,较好地实现光信号对光的全光调制.     

光致变色多阶光存储中的光学串扰分析

利用光致变色材料的灰度分阶特性可以实现多阶光存储。以傅里叶光学和光致变色记录符的可叠加性为基础,采用霍普金斯标量衍射理论的经典归-化坐标,对光致变色多阶光存储中的光学串扰进行了理论建模和数值分析。作为后续电通道补偿设计的前提。数值计算结果表明：相邻记录符与盘基信号的交叉串扰项是光学串扰的主要成分,且随着中心距的增加,相邻记录符引起的串扰迅速降低;当无寻道误差时,邻道记录符引起的串扰可以忽略;高阶记录符引起串扰要明显高于低阶的串扰。且影响多阶存储的可分阶性;实验结果很好地验证了所建立的模型的合理性。     

Polarization readout analysis for multilevel phase change recording by crystallization degree modulation

Four different states of Si15Sb85 and Ge2Sb2Te5 phase change memory thin films are obtained by crystallization degree modulation through laser initialization at different powers or annealing at different temperatures. The polarization characteristics of these two four-level phase change recording media are analyzed systematically. A simple and effective readout scheme is then proposed, and the readout signal is numerically simulated. The results show that a high-contrast polarization readout can be obtained in an extensive wavelength range for the four-level phase change recording media using common phase change materials. This study will help in-depth understanding of the physical mechanisms and provide technical approaches to multilevel phase change recording.     

光谱测量在激光加工在线监测上的应用研究进展

随着现代工业的发展,复杂加工环境和对象、大动态范围、高效率和高精度激光加工需求愈加迫切,在线监测并实时优化激光加工参数是一条重要的解决途径。与此同时,激光与物质相互作用时可产生与加工参数、加工过程和目标特性密切相关的光信号和表面光学特性变化,在线测量光信号光谱可分析加工过程和状态,故光谱测量有望成为一种重要的激光加工在线监测手段。实际上,光谱测量已应用于激光焊接、激光切割和钻孔、激光清洗打磨、微纳结构制备和增材制造等几乎所有激光加工工艺,具有分辨率高和光谱信息丰富等特点。分析和总结了用于激光加工在线监测的光谱测量技术,包括等离子体光谱、反射光光谱和非线性光信号光谱等。基于单脉冲和多脉冲激光加工激发等离子体信号的光谱测量,除实现化学成分定性和定量监测外,还可以根据特征谱线相对强度变化实时调焦,根据等离子体温度监测和调控激光加工过程中与热效应相关的物理过程;作为一种无损伤且工作距离较远的监测方法,反射光光谱监测可通过测量特定波段反射光信号光谱积分功率、特征谱线和波段位置和强度来有效监测材料表面清洁度、损伤、色度和成分变化等;而在特定条件下产生的谐波信号、荧光信号和拉曼信号等非线性光信号,尽管应用场景有限,但提供了一种实现成分、焦距和材料损伤等监测的新方法。进而,展望了光谱测量在激光加工在线监测上应用的未来发展趋势,包括多种光信号的光谱协同监测与光、声、温度及图像等多种信号测量的复合监测。同时,人工智能技术与在线监测和激光加工的深入结合将进一步推动激光加工技术的智能化发展。     

多阶光存储的调制原理分析与编码设计研究

根据编码理论的状态切分算法，提出一种新型的8阶(1,3)游程长度受限码，在最小记录符上能够存储3.0比特的用户数据，并且编码与译码逻辑简明，可用于未来高密度多阶游程长度调制光盘系统.     

基于Polytec激光测振仪的光存储设备振动测试分析系统

针对光存储设备振动频率高的特点,采用Polytec激光测振仪拾取振动信号,并给出了基于Polytec激光测振仪的光存储设备振动测试分析系统。可用于硬盘盘片、磁头滑块、折臂组件、光盘盘片等振动测试,为光存储设备动态特性的测试和分析建立了良好的实验基础。     

An Advanced Signal Processing Technique Designed for Multilevel Signal Optical Disc System

We propose a novel signal processing technique by which we can increase the effective signal to noise ratio of optical discs. This technique is capable of reducing the influence of random noise even when the playback signal contains a distortion. We apply this signal processing technique to single carrier independent pit edge recording optical disc system. When a linear recording density of 0.2 μm/bit and a track pitch of 0.8 μm for an optical pickup is used in a DVD pickup (γ =635 nm, NA=0.6), the experimental results show that the system can obtain tangential and radial skew margins of ±0.5° and ±0.75°, respectively. From the experimental results, we estimate that the proposed method is capable of increasing the capacity of DVD by a factor of about 1.2.     

Multilevel optical data recording methods on phase-change media

Multilevel data storage (ML) is a new method in the optical storage field, which is also a trend for improving the capability of future optical discs. This article introduces several ML methods based on phase-change media including pit depth modulation (PDM) and mark radial width modulation (MRWM). In addition, some disadvantages and advantages concerning the principle of these methods will be discussed. Finally, a new ML method will be advanced, through which the levels in one recording pit will be increased evidently.     

Dynamic holograms and phase conjugation in multilevel resonant media

The generation of dynamic holograms and four-wave phase conjugation in resonant media has been investigated under conditions of interaction between radiation and excited singlet and triplet states. Two mechanisms of optical control of resonant media non-linearities using independent pump-up to increase the diffraction efficiency of dynamic holograms have been considered. The peculiarities of non-linear recording of holograms, and a variant of quadratic recording, have been investigated. The dependence of the efficiency of diffraction by dynamic holograms on the intensity of interacting waves and the spectroscopic characteristics of the medium has been analysed.     

激光法红外热像镜组中心偏测量与调校研究

论述了多镜片成像光学镜组中心偏的理论表征 ,以及自准反射旋转法测量中心偏的原理。设计了用于红外光学镜组的中心偏检测系统。系统包括用于 8～ 14 μm红外光学系统中心偏测量的CO2 激光 ;可调焦望远镜 ;采用TGS热释电热像仪与计算机配合的数据读出及处理系统 ;径向跳动≤ 1μm ,轴向晃动≤ 1″的高精密基准轴工作台。系统测量中心偏精度为 :角度≤ 2″ ,线度≤ 0 .0 2mm。给出了中心偏数据处理程序。系统也可用于在线装校 ,更换光源 (用He Ne激光代替CO2 激光 )系统可用于 3～ 5 μm红外光学系统的测量。进一步改进并利用激光的相干特性 ,系统可实现中心偏测量精度≤ 1μm。     

基于声透镜成像系统的光声层析成像

光声成像是采用“光激发-超声波成像”的新型成像技术，它是检测强散射介质内部光吸收分布的一种有效医学影像技术.用短脉冲激光照射强散射介质(如生物组织)，强散射介质由于光声效应产生超声信号，使用具有成像能力的声透镜把声压分布成像于像面上，然后利用具有空间分辨能力的阵列光声传感器，把同一像面上的光声信号强度记录下来，最后根据光声信号强度的空间分布进行图像重组.根据成像系统物像共轭原理，同一物平面的光声信号到达像面的时延相等，而不同物面的光声信号到达同一个探测器平面的时延各不相同，因此，利用BOXCAR的门控积分 关键词： 光声层析成像 声透镜 光声信号