激光与光信息存储技术的发展
目 录
1 引言 1
2 激光技术 1
2.1激光的由来 1
2.2激光产生的基本条件 2
2.3激光器的分类 2
3 光盘存储技术 4
3.1存储技术的过去 4
3.2存储技术的今天 6
4 全息存储技术及其应用 12
4.1全息术 12
4.2全息术的发展 13
4.3激光全息摄影原理 13
4.4常用的几种全息技术 14
4.5三维全息技术 17
4.6激光全息技术的应用 17
5 光信息存储技术的最新进展及展望 19
5.1光信息存储新技术 20
5.2展望 21
结论 24
致谢 25
参考文献 26
1 引言
1947年，丹尼斯加博尔，受W.布拉格和F.泽尔尼克工作的影响，全息术的设想因此被提出。自从激光出现以后，全息技术因此不再受光源条件的影响，它的发展进程也较之前有了相对较快的发展。直到1960，那令人深刻的一年，在美国休斯飞机制造公司里,有那么一个人，当时年仅33岁的梅曼首先在红宝石中发现了激光，世界上第一台激光器就这样被成功地研制出来，并被命名为红宝石激光器[1]。之后，许多类型的激光器依次出现。过了没几个月，美国贝尔实验室传来了一个好消息，在那里，他们发明了氦—氖激光器。自从激光器诞生以后，由于理想的相干光源已经被提供，所以全息术因此得到了迅速发展。现今，全息技术的应用已经扩展，延伸到了报告、医学、商业、影视等领域。
在上世纪70年代的时候，同样由于激光的出现，另一门光技术也迅速崛起，这就是我们现在所熟知、目前广泛应 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
用的光盘存储技术。现今，光盘存储这项技术的名望在光电子产业中可以说是达到了不可估量的高度。
激光 光盘
2 激光技术
2.1激光的由来
激光是“Laser”的意译。Laser一词是“Light Amplification by Stimulation Emission of Radiation”的首字母的缩写[2]。早在1916年的那一年里，现代的物理学奠基人爱因斯坦就提出了“自发受激理论”。然而令人可惜的是，在他提出理论以后的40年里，还是没有一个人可以通过实验找到受激辐射的存在的迹象。在20世纪50年代，在无线电技术的发展速度比较快的情况之下，肖洛和汤斯在爱因斯坦自发受激理论的基础上，电磁波的实验范围被扩大，从短波扩展到了微波层面，并获得了成就，微波量子放大器在他们的实验下也被研制了出来。在1958年，研究范围再次被扩展，这一次延伸到了光谱波段这个区域，然后激光器理也就出现了。在1960那特殊的一年，第一台激光器（红宝石激光器）出现了，它是由梅曼通过不断的探索和改进制造出来的。在1961年，约翰逊研制成了（Nd：YAG）激光器，一年以后，班尼特顺利地发明了Argon激光器；CO2激光器也在此后两年出现在人们的视野中。渐渐地，被研制出来的激光器种类也越来越多，不同实验用到不同的激光器，人们对之就逐渐熟悉起来。这时伟大的激光技术就此产生了。
2.2激光产生的基本条件
基本条件：
(1)要有适当的激光工作物质
(2)要有外界激励源：激励能源。
(3)要有激光谐振腔：一对反射镜为端面的腔体，两镜互相平行，分为部分和全反射两块。
谐振腔的功能：1.提供正反馈能量。增强光的放大。
2.使激光产生极好的方向性。（空间）
3.选频，这样激光可以具有单色性。（频率）
(4)起振条件：阈值条件G>G0
(5)稳定震荡条件：增益饱和效应
2.3激光器的分类[3]
激光器是激光技术的关键。激光按工作物质，可分为：固体、液体、气体、半导体等激光器。
2.3.1固体激光器
固体激光器主要有红宝石激光器、Nd3+YAG激光器、激光二极管泵浦固体激光器等等。
以红宝石激光器为例，其工作物质是Al2O3＋Cr2O3；Cr3＋，Cr3＋决定光谱性能。
红宝石中铬离子的能级结构
优点：其输出的光为可见光，现在的应用范围已经扩展到动态全息、医学上等；能形成巨脉冲；激光近于线偏振。
缺点：三能级系统，阈值高；只能脉冲运转。
2.3.2气体激光器
气体激光器主要有He-Ne激光器、Ar3+激光器、CO2激光器等等。
以氦激光器或者氦-氖激光器为例，其工作物质是He＋Ne；Ne，Ne决定了光谱性能。
与激光跃迁相关的Ne原子的部分能级图
优点：构造不复杂，方便使用，有着良好的光束质量，工作稳定，容易产生
缺点：体积比较大。储存的能量少
2.3.3其它激光器
主要介绍以下几种激光器及其特点，如下简述：
A．准分子激光器：可调谐，脉冲输出能量很大，达到百焦耳量级，因此它的量子效率高。
B．燃料激光器：可调谐，能够得到极窄的激光脉冲、稳定性不好。
C．化学激光器：可获得高能激光。
D．自由电子激光器：功率高、效率高波长宽可调范围，超短脉冲的时间结构。
3 光盘存储技术
3.1存储技术的过去
3.1.1存储技术的前世—跨越时间的信息传播
岩画 楔形文字的石刻
时间跨度—6000年 时间跨度--3800年
甲骨文(商代) 竹简 (汉代)
时间跨度--3000年 时间跨度--2000年
3.1.2伟大的存储发明
A．.纸和印刷
蔡伦造纸(东汉) 活字印刷
时间跨度--1900年 时间跨度--950年
B．照相术和留声机
路易斯达盖尔发明照相术 爱迪生发明的留声机
时间跨度--170年 时间跨度--132年
1 引言 1
2 激光技术 1
2.1激光的由来 1
2.2激光产生的基本条件 2
2.3激光器的分类 2
3 光盘存储技术 4
3.1存储技术的过去 4
3.2存储技术的今天 6
4 全息存储技术及其应用 12
4.1全息术 12
4.2全息术的发展 13
4.3激光全息摄影原理 13
4.4常用的几种全息技术 14
4.5三维全息技术 17
4.6激光全息技术的应用 17
5 光信息存储技术的最新进展及展望 19
5.1光信息存储新技术 20
5.2展望 21
结论 24
致谢 25
参考文献 26
1 引言
1947年，丹尼斯加博尔，受W.布拉格和F.泽尔尼克工作的影响，全息术的设想因此被提出。自从激光出现以后，全息技术因此不再受光源条件的影响，它的发展进程也较之前有了相对较快的发展。直到1960，那令人深刻的一年，在美国休斯飞机制造公司里,有那么一个人，当时年仅33岁的梅曼首先在红宝石中发现了激光，世界上第一台激光器就这样被成功地研制出来，并被命名为红宝石激光器[1]。之后，许多类型的激光器依次出现。过了没几个月，美国贝尔实验室传来了一个好消息，在那里，他们发明了氦—氖激光器。自从激光器诞生以后，由于理想的相干光源已经被提供，所以全息术因此得到了迅速发展。现今，全息技术的应用已经扩展，延伸到了报告、医学、商业、影视等领域。
在上世纪70年代的时候，同样由于激光的出现，另一门光技术也迅速崛起，这就是我们现在所熟知、目前广泛应 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
用的光盘存储技术。现今，光盘存储这项技术的名望在光电子产业中可以说是达到了不可估量的高度。
激光 光盘
2 激光技术
2.1激光的由来
激光是“Laser”的意译。Laser一词是“Light Amplification by Stimulation Emission of Radiation”的首字母的缩写[2]。早在1916年的那一年里，现代的物理学奠基人爱因斯坦就提出了“自发受激理论”。然而令人可惜的是，在他提出理论以后的40年里，还是没有一个人可以通过实验找到受激辐射的存在的迹象。在20世纪50年代，在无线电技术的发展速度比较快的情况之下，肖洛和汤斯在爱因斯坦自发受激理论的基础上，电磁波的实验范围被扩大，从短波扩展到了微波层面，并获得了成就，微波量子放大器在他们的实验下也被研制了出来。在1958年，研究范围再次被扩展，这一次延伸到了光谱波段这个区域，然后激光器理也就出现了。在1960那特殊的一年，第一台激光器（红宝石激光器）出现了，它是由梅曼通过不断的探索和改进制造出来的。在1961年，约翰逊研制成了（Nd：YAG）激光器，一年以后，班尼特顺利地发明了Argon激光器；CO2激光器也在此后两年出现在人们的视野中。渐渐地，被研制出来的激光器种类也越来越多，不同实验用到不同的激光器，人们对之就逐渐熟悉起来。这时伟大的激光技术就此产生了。
2.2激光产生的基本条件
基本条件：
(1)要有适当的激光工作物质
(2)要有外界激励源：激励能源。
(3)要有激光谐振腔：一对反射镜为端面的腔体，两镜互相平行，分为部分和全反射两块。
谐振腔的功能：1.提供正反馈能量。增强光的放大。
2.使激光产生极好的方向性。（空间）
3.选频，这样激光可以具有单色性。（频率）
(4)起振条件：阈值条件G>G0
(5)稳定震荡条件：增益饱和效应
2.3激光器的分类[3]
激光器是激光技术的关键。激光按工作物质，可分为：固体、液体、气体、半导体等激光器。
2.3.1固体激光器
固体激光器主要有红宝石激光器、Nd3+YAG激光器、激光二极管泵浦固体激光器等等。
以红宝石激光器为例，其工作物质是Al2O3＋Cr2O3；Cr3＋，Cr3＋决定光谱性能。
红宝石中铬离子的能级结构
优点：其输出的光为可见光，现在的应用范围已经扩展到动态全息、医学上等；能形成巨脉冲；激光近于线偏振。
缺点：三能级系统，阈值高；只能脉冲运转。
2.3.2气体激光器
气体激光器主要有He-Ne激光器、Ar3+激光器、CO2激光器等等。
以氦激光器或者氦-氖激光器为例，其工作物质是He＋Ne；Ne，Ne决定了光谱性能。
与激光跃迁相关的Ne原子的部分能级图
优点：构造不复杂，方便使用，有着良好的光束质量，工作稳定，容易产生
缺点：体积比较大。储存的能量少
2.3.3其它激光器
主要介绍以下几种激光器及其特点，如下简述：
A．准分子激光器：可调谐，脉冲输出能量很大，达到百焦耳量级，因此它的量子效率高。
B．燃料激光器：可调谐，能够得到极窄的激光脉冲、稳定性不好。
C．化学激光器：可获得高能激光。
D．自由电子激光器：功率高、效率高波长宽可调范围，超短脉冲的时间结构。
3 光盘存储技术
3.1存储技术的过去
3.1.1存储技术的前世—跨越时间的信息传播
岩画 楔形文字的石刻
时间跨度—6000年 时间跨度--3800年
甲骨文(商代) 竹简 (汉代)
时间跨度--3000年 时间跨度--2000年
3.1.2伟大的存储发明
A．.纸和印刷
蔡伦造纸(东汉) 活字印刷
时间跨度--1900年 时间跨度--950年
B．照相术和留声机
路易斯达盖尔发明照相术 爱迪生发明的留声机
时间跨度--170年 时间跨度--132年
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