Студент 10-ОЗИ
Мишин А.Ю.

1. Понятие голографии

«Голография — метод получения объёмного изображения объекта, основанный на интерференции волн. Идея голографии была впервые высказана Д. Габором (Великобритания, 1948), однако техническая реализация метода оказалась чрезвычайно сложной, и голография не получила распространения. Только с появлением лазеров открылись многочисленные и разнообразные возможности практического использования голографии в радиоэлектронике, оптике, физике и различных областях техники.
Обычно для получения изображения какого-либо объекта фотографическим методом пользуются фотоаппаратом, который фиксирует на фотопластинке излучение, рассеиваемое объектом. Каждая точка объекта в этом случае является центром рассеяния падающего света; она посылает в пространство расходящуюся сферическую световую волну, которая фокусируется с помощью объектива в небольшое пятнышко на светочувствительной поверхности фотопластинки. Так как отражательная способность объекта меняется от точки к точке, то интенсивность света, падающего на соответствующие участки фотопластинки, оказывается различной. Поэтому на фотопластинке возникает изображение объекта. Это изображение складывается из получающихся на каждом участке светочувствительной поверхности изображений соответствующих точек объекта. При этом трёхмерные объекты регистрируются в виде плоских двухмерных изображений».1

2. Схемы и способы записи голограмм

2.1. Запись голограммы плоской волны

«Волна с несущей частотой называется опорной, а волна, содержащая информацию об объекте - сигнальной.
Плоская сигнальная волна частотой ω (рис.1) распространяется в положительном направлении оси Z, перпендикулярно которой в плоскости X У расположена фотопластинка. Опорная волна образуется делением волнового фронта и с помощью призмы П направляется на фото-пластинку, перекрываясь на ней с сигнальной волной, также возникающей при делении волнового фронта Угол наклона опорной волны с осью Z обозначен θ.
Сигнальная и опорная волны записываются в виде
Ес=Е1е-i(ωt-kz) (1) Еоп = E0e-i(ωt-kz-kx) (2)
Следует заметить, что выражения (1) и (2) записаны с точностью до постоянной фазы.
Можно было бы считать, что Е1 и Е0 в этих формулах являются комплексными и содержат в себе эти не выписанные в явном виде фазы. Однако это лишь усложняет написание последующих формул и не содержит в себе какой-либо существенной информации. Поэтому будем считать Е1 и Ео вещественными.
Учитывая, что kx=к sinθ , kz=cos θ ≈ k с точностью до величин второго порядка по углу θ, который предполагается малым, можем (2) - представить в виде
Е0п = Е0е-i(ωt – kz – kx sin θ)
Полная амплитуда напряженности электрического поля в плоскости фотопластинки равна
Е = Еc + Е0п = е – i(ωt – kz)(E1 + E0eikx sin θ)
где Е1 и Е0 можно считать действительными амплитудами. Отсюда для распределения интенсивностей находим выражение
1(х) = 0,5|E|2 = 0,5|E12+E02+2E0E1cos(kxsin θ)|,
которое свидетельствует о том, что на фотопластинке в этом случае также записана и разность фаз между опорной и сигнальной волнами, т. е. фаза сигнальной волны, если считать фазу, опорной волны заданной».2

2.2. Запись голограммы сферической волны

«Сферическая волна на небольшом участке вдалеке от источника может рассматриваться как плоская, поэтому, облучая толстослойную фотопластинку и точечный объект А одной и той же опорной волной с волновым вектором k0 (рис.2), получим в толще эмульсии совокупность поверхностей максимального почернения, расстояние между которыми удовлетворяет c θ = π - 2β . Из сказанного относительно равенства следует, что при облучении голограммы плоской волной с волновым вектором k0 полностью восстанавливается записанная на голограмме сферическая волна как результат отражения плоской волны от дифракционной структуры, созданной в толще эмульсии, при записи голограммы».2

2.3. Схема записи Лейтса – Упатниекса

«В этой схеме записи луч лазера делится специальным устройством, делителем (в простейшем случае в роли делителя может выступать любой кусок стекла), на два. После этого лучи с помощью линз расширяются и с помощью зеркал направляются на объект и регистрирующую среду (например, фотопластинку). Обе волны (объектная и опорная) падают на пластинку с одной стороны. При такой схеме записи формируется пропускающая голограмма, требующая для своего восстановления источника света с той же длиной волны, на которой производилась запись, в идеале — лазера».1

2.4. Схема записи Денисюка

Толстослойные голограммы (метод Денисюка).
«В 1962 г. советский физик Юрий Николаевич Денисюк предложил перспективный метод голографии с записью в трехмерной среде. В этой схеме луч лазера расширяется линзой и направляется зеркалом на фотопластинку. Часть луча, прошедшая через неё, освещает объект. Отраженный от объекта свет формирует объектную волну. Как видно, объектная и опорная волны падают на пластинку с разных сторон (т. н. схема на встречных пучках). В этой схеме записывается отражающая голограмма, которая самостоятельно вырезает из сплошного спектра узкий участок (участки) и отражает только его (т.е. выполняя роль светофильтра). Благодаря этому изображение голограммы видно в обычном белом свете солнца или лампы (см. иллюстрацию в начале статьи). Изначально голограмма вырезает ту длину волны, на которой её записывали (однако в процессе обработки и при хранении голограммы эмульсия может менять свою толщину, при этом меняется и длина волны), что позволяет записать на одну пластинку три голограммы одного объекта красным, зелёным и синим лазерами, получив в итоге одну цветную голограмму, которую практически невозможно отличить от самого объекта.
Эта схема отличается предельной простотой и в случае применения полупроводникового лазера(имеющего крайне малые размеры и дающего расходящийся пучок без применения линз) сводится к одному лишь лазеру и некоторой основы, на которой закрепляется лазер, пластинка и объект. Именно такие схемы применяются при записи любительских голограмм».1

3. Образование голографического изображения

«Голография обязана своим возникновением основным законам волновой оптики — законам интерференции и дифракции. Для понимания принципов голографии рассмотрим взаимодействие двух волновых фронтов.
Предположим теперь, что на некотором расстоянии друг от друга находятся два источника, испускающие сферические волны одинаковой частоты и амплитуды. В этом случае волны от двух источников в любой точке пространства будут накладываться друг на друга, причем в некоторых местах, где фазы волн совпадают, произойдет удвоение амплитуд, а в некоторых, где фазы волн противоположны, амплитуда окажется равной нулю.
Интерференцией называется явление наложения волн, в результате которого образуются устойчивые области усиления и ослабления амплитуды колебаний. Явление интерференции имеет место для всех видов волн, так что интерференционную картину можно получить от любых двух источников колебаний, но наиболее четко выраженные усиления и ослабления результирующих колебаний наблюдаются в том случае, когда источники обладают своего рода определенной синхронностью излучения, называемой когерентностью. Когерентными считаются колебания одной частоты, разность фаз которых не меняется в течение рассматриваемого промежутка времени.
В основном различают два типа когерентности — пространственную и временную. Чтобы свет обладал временной когерентностью, он должен состоять из волн одной строго определенной длины. Иными словами, это должен быть строго монохроматический свет. Пространственная когерентность характеризует регулярность фазы световой волны по ее фронту. Временная когерентность связана с регулярностью фазы световой волны вдоль направления ее распространения.
Все эти сложности можно трансформировать в простые примеры из привычной физической картины. Так, свет с высокой степенью временной когерентности можно описать, считая, что все гребни волн должны распространяться в пространстве на строго определенных, одинаковых друг от друга расстояниях. Если гребни какой-либо плоской световой волны неожиданно «собьются с шага» так, что интервал между последующими гребнями увеличится, это будет равносильно внезапному изменению разности фаз между этой и другой, интерферирующей с ней, волной. В таком случае интерференционная картина смещается на экране влево или вправо.
В излучении, не обладающем временной когерентностью, интервалы между гребнями волн случайны и нерегулярны, поэтому интерференционная картина смещается очень быстро и хаотично. В результате мы видим равномерно освещенный экран.
Среднее расстояние, в пределах которого гребни волны сохраняют «шаг», определяется длиной когерентности источника, излучающего эту волну. Чем больше длина когерентности, тем монохроматичнее источник света и тем легче получить интерференционную картину с помощью излучаемых им волн. Источник света с большой длиной когерентности обладает высокой степенью временной когерентности. Самые совершенные источники монохроматического света (нелазерного типа) обычно имеют длину когерентности менее одного миллиметра, тогда как длина когерентности лазера может достигать одного километра.
Дифракцией называется огибание волнами препятствий, встречающихся на их пути, или в более широком смысле — любое отклонение распространения волн вблизи препятствий от законов геометрической оптики. Благодаря дифракции волны могут попадать в область геометрической тени, огибать препятствия, проникать через небольшие отверстия в экранах и т. д. Например, звук хорошо слышен за углом дома, т. е. звуковая волна его огибает.
Явление дифракции объясняется с помощью принципа Гюйгенса, согласно которому каждая точка, до которой доходит волна, служит центром вторичных волн, а огибающая этих волн задает положение волнового фронта в следующий момент времени.
Пусть плоская волна нормально падает на отверстие в непрозрачном экране (рис.5). Согласно Гюйгенсу, каждая точка выделяемого отверстием участка волнового фронта служит источником вторичных волн (в однородной изотропной среде они сферические). Построив огибающую вторичных волн для некоторого момента времени, видим, что фронт волны заходит в область геометрической тени, т. е. волна огибает края отверстия.

Явление дифракции характерно для волновых процессов. Поэтому если свет является волновым процессом, то для него должна наблюдаться дифракция, т. е. световая волна, падающая на границу какого-либо непрозрачного тела, должна огибать его (проникать в область геометрической тени). Из опыта, однако, известно, что предметы, освещаемые светом, идущим от точечного источника, дают резкую тень и, следовательно, лучи не отклоняются от их прямолинейного распространения. Почему же возникает резкая тень, если свет имеет волновую природу? К сожалению, теория Гюйгенса ответить на этот вопрос не могла.
Принцип Гюйгенса решает лишь задачу о направлении распространения волнового фронта, но не затрагивает вопроса об амплитуде, а следовательно, и об интенсивности волн, распространяющихся по разным направлениям. Френель вложил в принцип Гюйгенса физический смысл, дополнив его идеей интерференции вторичных волн.
Согласно принципу Гюйгенса — Френеля, световая волна, возбуждаемая каким-либо источником S, может быть представлена как результат суперпозиции когерентных вторичных волн, «излучаемых» фиктивными источниками. Такими источниками могут служить бесконечно малые элементы любой замкнутой поверхности, охватывающей источник S. Обычно в качестве этой поверхности выбирают одну из волновых поверх¬ностей, поэтому все фиктивные источники действуют синфазно. Таким образом, волны, распространяющиеся от источника, являются результатом интерференции всех когерентных вторичных волн. Френель исключил возможность возникновения обратных вторичных волн и предположил, что если между источником и точкой наблюдения находится непрозрачный экран с отверстием, то на поверхности экрана амплитуда вторичных волн равна нулю, а в отверстии — такая же, как при отсутствии экрана.
Учет амплитуд и фаз вторичных волн позволяет в каждом конкретном случае найти амплитуду (интенсивность) результирующей волны в любой точке пространства, т. е. определить закономерности распространения света. В общем случае расчет интерференции вторичных волн довольно сложный и громоздкий, однако, как будет показано ниже, для некоторых случаев нахождение амплитуды результирующего колебания осуществляется алгебраическим суммированием».3

4. Цифровая голография

«Сфера применения голографии непрерывно расширяется, однако на пути практического использования голографии в прикладных задачах возникает ряд трудностей принципиального характера. Оптическая голография дает возможность регистрации на светочувствительном материале амплитуд и фаз волнового фронта и последующего восстановления объемного изображения объекта, которому этот волновой фронт соответствует. На плоской голограмме компактно записывается колоссальный объем данных о трехмерном объекте. Как правило, в практических приложениях задача не исчерпывается необходимостью хранения и визуализации информация об объекте, а ставится значительно паре как задача исследования, т.е. количественного и качественного анализа и использования полученных данных для построения моделей, для решений и выводов. Именно здесь возникает принципиальное противоречие между колоссальным объемом данных, воспроизводимых с голограммы и малой информационной пропускной способностью исследователя, осуществляющего визуальные наблюдения восстановленного изображения. Вторая трудность заключается в том, что голограмма наиболее просто позволяет визуализировать объекты, которые можно увидеть в обычном свете. Однако наиболее заманчивым для исследователя является, как раз "увидеть невидимое" или же создать некий видимый образ объекта по его математической модели. Обе сформулированные и многие другие трудности на пути практического применения голографии могут быть преодолены с помощью ЭВМ и методов цифровой голографии.
Цифровая голография - это получение голограмм и восстановление изображений о физических голограмм при помощи ЭВМ, оснащенных специализированными устройствами ввода-вывода и специализированным математическим обеспечением. Современные устройства ввода-вывода изображений обладают разрешающей способностью порядка 102-103 мм-1 при числе уровней квантования 102-103. Быстродействие ЭВМ нынешнего поколения позволяет выполнять 106-107 арифметических операций в секунду, памяти их составляют сотни мегабайтов, в состав их математического обеспечения входят алгоритмы быстрых спектральных преобразований. Все это обеспечивает возможность практического применения методов цифровой голографии».4

5. Голографические запоминающие устройства

5.1. Принципы функционирования и устройства

«Полное использование когерентных свойств лазерного луча при голографической записи создает уникальные преимущества, достижение которых невозможно при обычной магнитной записи или записи электронным лучом.
Основные компоненты голографической системы памяти схематически представлены на рис.6.

В голографических запоминающих устройствах (ГЗУ) с постраничной организацией считывания лазерный луч расщепляется на опорный и сигнальный. Сигнальный луч проходит через устройство ввода информации (управляемый транспарант — составитель страниц), а затем взаимодействует с опорным лучом, образуя интерференционную картину, которая записывается в регистрирующей среде. При считывании сигнальный луч блокируется затвором. Записанная картина по отношению к считывающему лучу (бывшему опорному) проявляет себя подобно дифракционной решетке, а восстановленное ею изображение проецируется на приемник.
Приемник представляет собой многоэлементную матрицу, число элементов которой равно числу битов в каждой записанной странице. В результате при считывании целая страница информации сразу же оказывается доступной для электронной обработки.
Приведенная схема ГЗУ характерна для первых поисковых разработок, выполненных в начале 70-х годов. Предполагалось, что в ГЗУ более эффективно используются дорогостоящие оптические и электронные элементы. Однако громоздкость и сложность таких ГЗУ привела к необходимости разработки независимых систем записи-считывания. В результате появилась возможность создания малогабаритных ГЗУ емкостью 10в8 бит и более, которые могут быть использованы в качестве внешних ПЗУ бортовых ЦВМ.
ГЗУ обеспечивают высокую плотность записи (теоретически достижимая плотность 10в8 бит/мм2) и высокую помехозащищенность; имеется возможность оперативного тиражирования информации методами светокопирования и тиснения рельефно-фазовых голограмм.
Одним из примеров ГЗУ является система Holoscan. Эта система, разработанная фирмой Optical Data Systems в 1973 г., предназначена для оперативной проверки кредитных карт и рассчитана на массив в 25 000 12-разрядных слов. Цифровая информация в системе хранится в виде голограмм на 35-миллиметровой пленке. Общая емкость одной кассеты 1,2 х 10в7 бит. Голограммы размером 0,50 мм х 0,75 мм записаны на 40 дорожках с расстоянием между дорожками 0,7 мм и промежутком 0,2 мм. С голограммы восстанавливается массив данных в 56 бит (14 х 4), который считывается гибридной 56-элементной фотоприемной матрицей, обеспечивающей выдачу информации параллельно по 4 бита. Габариты ГЗУ 19 см х 25 см х 48 см, вес 15 кгс. Считывание в системе производится Не-Nе лазером мощностью 2 мВт со скоростью 1600 голограмм в секунду».5

5.2. Особенности и преимущества голографического метода записи информации

Особенности
«1) Голографический метод позволяет создавать трехмерное
пространственное изображение объекта, которое не может быть создано в такой же степени каким-либо другим способом.
2) При голографической записи можно использовать для хранения информации не только поверхность, но и объем записывающего материала, что значительно увеличивает плотность записи, поскольку угловая и спектральная селективность объемных голограмм позволяет осуществлять многократную запись информации на один и тот же участок регистрирующего материала.
3) Голографический метод позволяет регистрировать прозрачные объекты, в которых отдельные части отличаются не коэффициентом пропускания и отражения, а изменением показателя преломления или толщины объекта, влияющим на изменение длины оптического пути.
4) При восстановлении волнового фронта с голограммы можно получить действительное изображение объекта с максимальным разрешением не только в поперечном, но и продольном направлениях. Такая особенность голографического метода применяется, например, при измерении размеров микрочастиц в аэрозолях, при изучении биологических объектов и для более общих задач микроскопии.
5) Опорная волна, образующая вместе с объектной волной интерференционную картину, может быть модулирована в результате прохождения через специальную маску. Восстанавливаться изображение будет только при прохождении опорного пучка через такую же маску. Это свойство может быть использовано, например, в устройствах с фазово-кодированным мультиплексированием.
6) Голографический метод позволяет осуществлять суперпозицию интерференционных полей. В связи с этим можно получить интерферограмму не только от двух (или более) одновременно существующих объектов, но также от объектов, голографируемых в разное время, в том числе и одного, изменяющегося во времени объекта. Это свойство голографической записи привело к созданию голографической интерферометрии, методы которой позволяют изучать не только деформации объектов, но также фазовую структуру прозрачных объектов.
7) Голографический метод позволяет реализовать свойство ассоциативности голограмм, заключающееся в том, что при освещении голограммы частью объектного пучка, восстанавливается опорная волна, соответствующая той, которая была использована при записи данного объекта.
8) Голографический метод позволяет реализовать так называемую распределенную запись информации, что повышает надежность записи и считывания. Это свойство наиболее ценно при создании голографических систем памяти.
Перечисленные особенности голографического метода в той или иной степени используются и в устройствах голографической памяти.

Преимущества
Преимущества голографической памяти по сравнению с другими (в том числе и оптическими) методами записи/считывания заключаются в следующем:
1. Высокая плотность записи (теоретически до 1012 бит/см2). Следует отметить, что реально достижимые в настоящее время величины плотности записи существенно ниже, что связано с рядом принципиальных ограничений, связанных с угловой селективностью материала, его динамическим диапазоном и т.д., однако в научных лабораториях уже получены значения около 40 Гбит/см2.
2. Высокая скорость записи/считывания. Поскольку каждая из голо грамм одновременно воспроизводит все записанные в ней данные, это позволяет существенно увеличить не только скорость записи, но и считывания информации с оптического голографического диска. Поэтому, голографические системы памяти могут быть легко интегрированы для взаимодействия с оптическими компьютерами, где реализуется принцип параллельности обработки информации. Параллельный доступ ко всей информации, хранящейся в голографическом запоминающем устройстве, делает возможным извлечение полезной информации за время одного периода обращения, то есть существенно уменьшается время считывания. В настоящее время скорость «оптического» считывания информации в голографических системах памяти достигает 10 Гбит/сек, а с учетом перевода информации в электронный вид – около 1 Гбит/сек.
3. Высокая помехозащищенность записи. Особенностью голографи ческого метода записи является то, что при записи большого числа объектных волн (каждая из которых в нашем случае представляет один бит информации) каждая из этих волн распределена по всей площади голограммы. Таким образом, повреждение или утрата части голограммы будет приводить лишь к уменьшению уровня сигнала при её считывании, не нарушая при этом целостности картины восстановленных объектных волн. По этой причине, распределенная (голографическая) запись является принципиально гораздо более устойчивой к появлению каких-либо ошибок или сбоев в канале считывания.
4. Возможность реализации алгоритмов поиска данных с использованием свойства ассоциативности голографического метода записи. Ассоциативность голограммы означает, что при освещении голограммы частью объектного пучка, восстанавливается опорная волна, соответствующая той, которая была использована при записи данного объекта. Таким образом, если какая-то часть информации (в объектном пучке) является общей для некоторого числа записанных голограмм, то, наиболее отвечающей критериям поиска, будет та из них, для которой восстановленная опорная волна является наиболее интенсивной. Выбирая наиболее интенсивную из восстановленных частью объектной волны опорную волну, можно полностью восстановить искомую объектную волну (информацию).
5. Возможность проведения различных логических и математических действий между различными массивами. Голографический метод записи и считывания позволяет реализовать выполнение основных операций булевой алгебры (И, ИЛИ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и т.д.).
Также возможно выполнение параллельных ассоциативных операций, таких, как поиск данных, детектирование изменений, корреляция и распознавание образов.
6. Запись и считывание информации возможны в реальном времени. Голографический метод записи позволяет осуществить практически мгновенное считывание (при условии использования соответствующих регистрирующих материалов)».5

5.3. Компоненты голографической памяти

5.3.1. Источник излучения

«Для обеспечения эффективной записи голограмм требуется коллимированное когерентное излучение лазера. Для обеспечения высокой пиковой мощности желательно использовать импульсный лазер с высокой частотой повторения импульсов (до 106 импульсов в секунду). Большинство используемых регистрирующих материалов имеют наибольшую чувствительность в сине-зеленом диапазоне, однако и при этом условии средняя мощность излучения лазера в одномодовом режиме генерации должна составлять около 1 Вт. В первых экспериментах по созданию голографических систем памяти использовали в основном излучение Ar-лазера на длинах волн λ=0.488 и 0.515 мкм. Однако, коэффициент преобразования электрической энергии в оптическое излучение крайне низок (порядка 0.1%), поэтому габариты таких лазеров и их блоков питания довольно громоздки.
В настоящее время широко используются твердотельные неодимовые лазеры (λ1=1.053…1.070 мкм) с диодной накачкой и преобразованием частоты излучения во вторую гармонику с длиной волны λ2=0.527…0.535 мкм.
Следует также помнить, что использование лазеров с генерацией излучения на более коротких длинах волн обеспечивает увеличение плотности записи информации пропорционально λ-3 (в случае объемной регистрирующей среды)».6

5.3.2. Дефлектор лазерного излучения

«Для точного позиционирования лазерного излучения на поверхности и в объеме голографической регистрирующей среды нужно использовать быстродействующие устройства–дефлекторы (желательно не механического типа), способные изменять направление распространения падающего лазерного излучения. В основном, используют гальванометрические (механические) и оптические (акустооптические и электрооптические) дефлекторы. Быстродействие гальванометрических дефлекторов относительно велико и составляет t∼0.1 мс. В случае акустооптического дефлектора отклонение пучка лазерного излучения происходит на акустической волне, созданной в акустооптическом материале с помощью пьезоэлектрического преобразователя. Изменение несущей акустической частоты приводит к изменению периода решетки и, следовательно, к изменению угла дифракции лазерного излучения на этой решетке. Быстродействие таких устройств определяется, главным образом, временем прохождения звуковой волны через сечение лазерного пучка и может составлять величину t∼10-6-10-5 с. В случае электрооптического дефлектора отклонение пучка лазерного излучения происходит в электрооптическом кристалле при приложении к нему электрического поля. Быстродействие электрооптического дефлектора составляет t∼10-6 с».5

5.3.3. Устройство ввода информации

«Устройство ввода служит для преобразования цифровых электрических сигналов в матрицу данных, которая помещается на пути объектного пучка, модулируя его в соответствии с заданным распределением сигналов на этой матрице (0 или 1 в двоичном коде). Устройство ввода информации должно обеспечивать:
1) высокое быстродействие (желательно с t∼10-6 с);
2) высокое разрешение (размер каждого элемента матрицы менее 100 мкм);
3) большое количество элементов (1024×1024 элемента);
4) высокий контраст изображения (100:1 и выше);
5) стабильность свойств по отношению к мощному лазерному излучению (до 1 Вт);
6) высокая однородность по яркости и контрасту по всей площади матрицы.
Наиболее широкое применение находят жидкокристаллические (ЖК) матрицы с разрешением до 1024×1024 элемента. Для пространственной модуляции света используют два электрически управляемых эффекта, наблюдающихся в жидких кристаллах: наведённое двулучепреломление и динамическое рассеяние света. Процесс изменения оптических свойств слоя жидкого кристалла носит пороговый характер. Конструкция ячейки транспаранта представляет собой сэндвич, состоящий из плёнки жидкого кристалла между двумя электродами, напылёнными на стеклянных подложках и обычно прозрачными. Эффект динамического рассеяния применяют для амплитудной модуляции проходящего или отражённого светового пучка. Он обусловлен переносом заряда через слой жидкого кристалла и возникновением в нём гидродинамических нестабильностей. Перемешивание в электрическом поле приводит к значительному ослаблению интенсивности проходящего через ячейку света. По окончании действия электрического поля слой приобретает исходную структуру и становится прозрачным. Под действием электрического поля в жидком кристалле происходит также процесс переориентации молекул (В- и S-ориентационные полевые эффекты). В результате при оптимальном расположении оптических осей слоя жидкого кристалла относительно вектора поляризации света достигается максимальное изменение двулучепреломления и соответственно фазовая модуляция света. Твист-эффект (Т-эффект), близкий по природе к S-эффекту, обеспечивает поворот плоскости поляризации света.
Время электрооптического переключения в тонких слоях жидких кристаллов может составлять ∼10-5 с».6

5.3.4. Устройство считывания информации

«Устройство считывания предназначено для преобразования оптического сигнала восстановленного голограммой в электрический сигнал.
Очевидно, что количество и расположение элементов устройства считывания должно точно соответствовать элементам устройства ввода информации. Обычно, в качестве матрицы считывания используют матрицу фотодиодов, быстродействие которых составляет около t∼10-6 с».6

5.3.5. Объективы (линзы) для преобразования Фурье

«Объективы для преобразования Фурье должны быть высокого оптического качества с низким уровнем аберраций. Поскольку используется два таких объектива, один – между устройством ввода и регистрирующим материалом, а другой – между регистрирующим материалом и устройством считывания информации, то качество и аберрации обоих объективов должны быть по возможности близкими. В значительной мере, проблема оптического качества объектива решается использованием для восстановления голограмм комплексно-сопряженной волны, идущей в обратном направлении по отношению к записывающей опорной волне».6

6. Голографические диски HVD

«Одним из лидеров в разработке оптико-голографической памяти (ОГП) является японская компания Optware, которая разработала новый способ голографической записи, названной ими коллинеарной голографией.
Формат Optware получил название Holographic Versatile Disc – HVD. Предполагается, что его информационная емкость превысит разрабатываемые Blu-ray и HD DVD оптические дисковые системы. В такой системе используются два лазерных источника: один красный для считывания служебной (управляющей) информации и зеленый (или голубой) для записи (считывания) информации, хранящейся в виде мультиплексной голограмме в фотополимерном слое.
Предполагается, что размер демонстрируемой HVC карты по габаритам равен кредитной карты и может быть доведен до типоразмеров современных карт флеш-памят и информационной емкостью 30 Гб. Коммерческий старт HVC карты по цене $1-9 компания Optware предполагала на конец 2006 года. При этом цена накопителя не должна превышать $ 200.
Проведено сравнение параметров дисковых оптических носителей памяти с побитовой записью и с голографической записью информации (таблица 1).

Таблица 1

Для сравнения: хранение информации на бумажном носителе стоит 10 тыс. дол. США/Гб.
Приведены сведения по разработке ОГП в России, в НИИ радиоэлектроники и лазерной техники МГТУ им.Н.Э.Баумана. Предложен новый метод мультиплексирования наложенных голограмм, рассмотрены оригинальные оптические схемы записи цифровой информации на многослойные голографические диски с информационной емкостью не менее 193 Гбайт».7

7. Перспективы систем оптической памяти

Оптической памяти на съёмных носителях, набравшей популярность с развитием технологии цифровых оптических дисков и применением её к хранению аудио- и видеозаписей, а также компьютерной информации, приходится выдерживать жёсткую конкуренцию не только с другими формами локального сохранения информации, такими как магнитная и полу-проводниковая, но и с относительно новой концепцией распределённого хранения информации, которое становится всё более привлекательным с совершенствованием и широким распространением высокоскоростных сетевых технологий, в том числе беспроводных. Появляются новые технологии хранения информации, такие как "наномеханическая", по идее близкая к архаичной записи информации на перфокартах, но с использованием современной атомно-силовой техники демонстрирующая очень высокую плотность записи (0.3-0.5 Гбит/мм2), правда, при пока скромной скорости в 60 кбит/с.
Оптимизм в отношении архивных голографических систем заметно укрепился несколько лет назад благодаря сильному прогрессу элементной базы – прежде всего созданию новых светочувствительных материалов для объёмной голографии, таких как безусадочные фотополимеры от Aprilis и Inphase, а также лазеров, модуляторов, фотоприёмников. Известно несколько проработанных инженерных концепций, таких как, например, "коллинеарная голография, реализуемая в "универсальных голографических дисках" и "картах" (Holographic Versatile Disc, Holographic Versatile Card, Optware), но какие из них будут действительно распространены – это вопрос не только их научно-технических достоинств.
Прогресс неголографической дисковой памяти связывается с много слойными флуоресцентными дисками, ближнепольной записью и дальнейшим уменьшением рабочей длины волны, хотя бы до границ вакуумного ультрафиолета, а, возможно, когда-нибудь и до рентгеновской области.
Наряду с готовыми к использованию голографическими технологиями, существуют и подходы, выглядящие фантастическими, судя по заявляемым их создателями параметрам. Так, в связи с "атомной голографией" (Rewritable 3D Volume Atomic Holographic Optical Storage NanoTechnology, Colossal storage, inc.) говорят о записи УФ лазерами в электрооптических кристаллах 1 Тбит/мм2, или 40 Тбит/мм3 информации при скорости передачи 10 Тбит/с.

Список используемой литературы

1. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Голография
2. Матвеев А. Н. М 33 Оптика:Учеб. пособие для физ. спец. вузов. — М.: Высш. шк., 1985.—351 с, ил.
3. URL: http://www.pppa.ru/additional/02phy/05/phy_emission_14.php
4. URL: http://bsfp.media-security.ru/school9/14.htm
5. URL: http://crypteksusb.ru/osnovy-navigacii/153-golograficheskie-zapominayuschie-ustroystva-chast-1.html
6. URL: http://window.edu.ru/library/pdf2txt/387/67387/40507
7. URL: http://rusnanotech08.rusnanoforum.ru/sadm_files/disk/Docs/2/6/6%20%285%29.pdf