Устройство для записи и считывания голограмм Советский патент 1991 года по МПК G11C13/04 

Предлагаемое изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в системах. ; .накопления, обработки цифровых данных, в частности в ЭВМ с внешним голографическим наконителем.

Известно устройство дпя записи гол.ограмм, состоящее из лазера, .плоских

и сферических зеркал, голографируемого объекта, нейтрального оптического клина, фотоносителя, 2-х -фотоприемников , 2-х логарифмических усилителей, .го устройства, индикаторного блока и затвора,

В указанном устройстве, лазер оптически связан с зеркалами, голографируемым объектом, оптическим клином, фотоносителем и фотоприемниками, кот рые электрически соединены с логариф мичecки ш усилителями, решаюпшм устройством, которое связано с индикаторным блоком и затвором Недостатки устройства заключаются в низком быстродействии, сложнос ти конструкции, недостаточно высоко надежности. Повышение надежности записываемых голограмм в устройстве достигается усложнением, конструкции и снижением быстродействия, т.к. про цесс записи голограмм кроме известныз{ операций включает дополнительно измерение интенсивностей опорного и предметного пучков, вычисление интенсивности опорного луча, вычисление времени экспозиции, регулирова ние интенсивности опорного луча путем перемещения нейтрального оптического клина. При малых интенсивнос тях предметного луча в описанном уст ройстве существенно увеличивается время экспозиции,, снижая быстродействие устройства. Кроме того, конструкция рассматриваемого устройства исключает возможность контроля качества записываемых голо.граммо Из известных устройств наиболее близким lio техническому решению является устройство, которое содержит оптически последовательно связанные лазеры, дефлектор, светоде-питель, первьй затвор, регистрирующую среду в опорном канале, коллиматор, блок формирования страниц, светоделитель фотоприетлный блок ГФБ), объектив, затвор - в предметном канале., блок управления экспонированием, содержащий второй затвор, крнтрольньш фотоприемник, блок зправления затвором, блок сравнения, блок кодирования, блок управления (БУ), В указанном устройстве лазер опти чески связан с дефлектором светоделителем, первым затвором, регистрирующей средой, контрольньм фотоприемником - в опорном канале, в пред метном канале светоделитель связан с коллиматором, блоком формирования страниц, светоделителем, фотоприемittiM блокс и объективом. БУ электрически соединен с дефлектором, ФБ, блоком формирования.страниц, блоком перемещения регистрирующей среды, . блокоМ:управления Затвором, блоком кодирования и блоком сравнения, причем последний связан с ВФ и блоком кодирования, который подключен к блоку формирования страниц. Недостаток описанного Устройства - недостаточно высокая надежность записи, вызванная отсутствием контроля качества записанных голограмм. В указанном устройстве случайные сбои,(Вибрации, которые резко ухудшают качество голограмм, не выявляг- . ются, поэтому возможна потеря отдельных страниц информации. В прототипе отсутствует считывание записанных голограмм, а ФБ используется только для проверки работы формирователя страниц Цель изобретения - увеличение надежности работы устройства за счет осуществления контроля качества записанных голограмм, исключения потерь информации путем выявления в процессе контроля сбоев, имевщих место при записи . . . . Поставленная цель достигается те.м, что в устройство для записи и считывания голограмм, содержащее лазер, оптически связанньй с дефлектором, первый отражатель, оптически последовательно связанный через второй и третий отражатели с носителем информации, первый светоделитель, первый выход которого оптически связан через первый затрор с носителем, информации, а второй выход - через последовательно расположенные четвертый отражатель, коллиматор и блок формиров1ания страниц со вторым светоделителем, первый выход которого оптически Связан с фотоприемным блоком, .а второй - со вторым затвором, объектив записи/ считывания, оптически.связанный с носителем информаци.и, фокусирующий блок, оптически связанный с контрольным фотоприеьгНИКОМ, подключенным к блоку управления затворами, который соединен с первым и вторым затворами и блоком управления, подключенным к блоку сравнения, блоку перемещения носителя информации и блоку кодирования, который соединен с блоком сравнения, блоком формирования страшщ и фотоприемным 0локом, причем блок перемещения носителя информации механически связан .с носителем информации, введены переключат ель поляризации, первый и второй коммутаторы световых пучков и формирователь высоковольт .. 8 Kjx импульсов. Последний соединен с блоком формирования страниц, де- флектором, фотоприемным блоком управ ления и переключателем поляризации. Переключатель поляризации оптически связан с дефлектором и через первый коммутатор световых пучков - с первым отражателем, первым светоделителем и фокусирующим блокомо Второй коммутатор световых пучков оптически связан со вторым затвором, фотоприемным блоком и объективом записи/ считывания,

На чертеже изображено устройст-. /во.. ..., ... ; -..,,

Устройство содержит лазер I, деф лектор 2j переключатель поляризации (ПП) 3, формирователь высоковольтных ИМПУЛЬСОВ 4,отражатели 5,8,18,19 вьтолненныё в виде зеркал,; первый коммутатор световых пучкоп б j.первый светоделитель 7, коллиматор 9, блок формирования страниц Ш, второй светоделитель It, фртоприемный блок СФВ} 12, первый и второй затворы 13 и 16, второй коммутатор световШ , пучков 14, . объектив записи/считыв; НИН 15) носитель- информации 17, фокусирующий бпр.к 20, контрольный фотаприемник 21,-блок управления затвотром 22, блок перемещения носителя 23, блок сравнения 24, . блок кодирования 25, блок управления (БУ) 26

Переключатель поляризации 3 может быть электрооптическим С-: входной апертурой, соответствующей вьисодному растру дефлектора 2. При использова НИИ дефлектора 2, работоспособность которого/не за Виа1Т от поляризации входного излучения, ГО1 3 может быть ра сположен перед дефлектором 2, при этом требования к величине апертуры ПП 3 резко уменьшаютсял

Коммутаторы еветовьвс пучков 6,14 это призмы Глана без поглощаюяих .покрытий с апертурой, соответствующей выходному растру дефлектора 2

Формирователь высоковольтных им-пульсов (ФВИ) 4 - это электронное устройство, реализующее высокдвольтщ 1й выходной каскад дпя управления состоянием ПП 3.

Затворы могут быть выполнены в виде переключателей поляризации с поляризаторами. Если в позиции S дефлектора свет лазера не попадает на, носитель информации дефлектор опре деленной конструкдай может это обес-i:

8 - ; «. ; печитьу, то пред шгаёмое устройство может работать без затворов. Однако указанные варианты являются частными случаями реализации описанного вьше устройства.

Работает устройство для записи и считывания голограмм следующим образом. Страница накапливаемых данных пословно поступает из БУ 2б в блок кодирования 25, в котором стращп а входных данных ajl преобразуется в страницу перекодированных данных Ь. в соответствии с алгоритмом:

b,-a,,|acj

b2.,j®a2J

(1)

.|

где Xj - кодовое слово данного алгоритма, задающее распределение логичес ких страниц в перекодированной странице. Преобразование данные пословно из блока кодирования 25 поступают на ВХОД: блока формирования страниц.10 и блока сравнения 24.. Одновременно из БУ .26 ггрда.ется кодовое слово в де лектор 2 и команда запись в ФВЙ 4. После окончания- переходных процессов в блоке 4ор;мИрования страниц 10 из последнего в формироват ь высоковольтных импульсов 4 поступает сигнал ГОТОВ и ПП 3 пропускает лазерный луч на светоделитель 7, объектный луч освещает блок .формирования страниц 10 так, что страницы формируемых данных совмещаются-при отражении от светоделителя М и матрицей фотоприемных элементов ФБ 12, Из ВУ 26 поступают синхроимпульсы как в блок 10 для последовательного размещения слов , так и на ФБ 12 для последовательного считывания слов в фррмиг. раванной странице. Информация ИЗ ФВ 12 поступает в 6-лок сравнения 24 и ПО.СЛОВНО «проверяется в нем на совпадение с данными, -передаваемыми в блок формирования страниц- 10. ЕСЛИ , быстродействие блока 10 не позволяет указанную проверку правильности его функционирования осуиествлять в процессе передачи информации, то сравнение переданных электрических и сфорп мированных оптических сигналов осу ществляется после передачи сигнала готов, Дпя этого передается из ВУ 26 серия синхроимпульсов в ФВ 12 и повторно поступает входная страница данйых из БУ 26 через блок кодирования 25 на вход блока сравнения 24 /без передачи в блок формирования страниц 1 о}. Если блок формирования стра1 иц 10 правильно промодулировал объектный пучок, из блока сравнения 24 подается сигнал об этом в ВУ 26, и из БУ 26 передается кодовая комбинация В; дефлектор 2, тем самым выбирается канал записи и по сигналу из БУ 26 блок управления затвором 22 открывает затворы 13 и 16. Объектньй и опорный лучи, интерферируя, воздействуют на регистрирующую среду и часть опорного луча, проходя через носитель информации 17, отражаясь от зеркал 19, 18,5 и .преходя коммутатор 6, блоком 20 фокусируется на контрольный фотоприемник 21, сиг нал с которого, пропорциональный интенсивности засветки, поступает в блок управления затвором 22. В соответствии с интенсивностью опорного луча выбирается длительность экспони рования носителя информации так, что бы энергия засветки соответствовала линейной регистрации голограмме Сигнал конца экспонирования вырабаты вается в ус-тройстве управления затвором 22, передается в БУ 26 и определяет момент запирания затворов и 16. Тем самым заканчивается иикл записи голограмм и начинается цикл качества записанной голо;гра1- мы. Для эт-ого из БУ 26 ФВИ 4 и в ФБ 12 поступает команда считывание, по которой изменйе:тся состояни ;1Ш 3 и поляризация луча лазера, проходящего через ГШЗ, изменяется на пр тивополоясную. Поэтому лазерный пучок в режиме считывания в коммутаторе световых пучков 6 испытывает полное внутреннее отраже1гае, отклоняется на зеркала 5,18,19 и освещает на носителе информации 17 Только что запи санную голограмму, восстановленное изображение которой, проходя через объектив 15 И испытывая полное внут реннее отражение на коммутаторе 14, совмещается матрицей фотоприемных , элементов ФБ 12. Так как изрбражение восстановленной страницы поступает на ФБ 12 зеркально перевернутым по отношению к ра:сположению информационных точек, полученных после формирователя страниц 10, то ФВИ 4 пере ключает ФБ 12 на реверсивное считыва ние слов, передает в БУ 26 сигнал готовности считывания и из БУ 26 поступают синхроимпульсы считывания слов на БУ 12 и соответствующие слова записанной страницы - в блок кодирования 25. При.этом аналогично проверке работоспособности формирователя стра.ниц из ФБ 12 поступают слова в блок сравнения 24 и из блока кодирования 25 тоже. Результат сравнения (правильно записана голограмма или нет) - поступает в БУ 26, которая в соответствии с заданным алгоритмом работы либо продолжает дальнейший ана:лиз записанной голограммы, либо переходит к записи следующей страницы данных. Дальнейший анализ голограммы включает еще несколько циклов считывания с изменением параметров считывания (времени накопления ФБ 12, или уровней усиления фотосигналов в ФБ 12), что позво : ляет определить средний значения указанных параметров,при которых производится правильное, надежное считывание. Цифровые значения данных парамет ров зацисываются,в БУ 26 в список идентификаторов и адресов соответствующих голограмм. При рабочем считывании ранее записанных голограмм ад-г рее гблограммы в виде кодовой комбинации подается из БУ 26 в дефлектор 2, параметры считывания - в ФБ I2| ПП 3 формирователем 4 переводится в состояние считывания и луч лазера 1 через дефлектор 2, ПП 3, коммутатор 6, зеркала 5,18,19 освещает голограмму на носителе информации 17, восстановленное изображение которой чере.з объектив 15 и коммутатор 14 поступает на ФБ 12. На ФБ 12 подаются из БУ 26 синхроимпульсы считывания, разряды считываемое слов из ф|В 12 поступают на вход блока кодирования 25, преобразуются к исходному виду и поступают в БУ 26. для обработки Устройство позволяет увеличить надежность работы за счет контроля качества записанных голограмм, ясключё-: ния потерь информации путем:выявления в процессе контроля сбоев, имевших место при записи. В современных архивах-банках общего пользова.ния емкостью бит . ценность информации резко возрастает, так как восстановление утерянной ин-. формации, необходимой нескш1ьким:пользователям, требует больших менных материальных затрат и зачдсту 58 работе в реальном масштабе времени) невозможно. В описанной конструкции,устройств после записи каждой голограммы осуще ствляется контрольное считывание при переключении ПП 3 и прохождении луча лазера 1 по каналу считывания. Контрольное считывание производится При номинальных параметрах и после, сравнения считанной информации с исходной Б блоке сравнения 24, происходит фиксация сбоя (если он имел место) и повторяется экспонирование регистрирующей среды, или (при отсутствии сбоя) производится даль нейший контроль качества голограммы, включает .3-4 цикла контрольного считывания с изменением парамет ров работы ФБ. В результате оценивается отношение сигнал/шум в записаниой гологр.амме ив ЭВМ-фиксируется среднее значение параметров считываьгйя, при которых отсутствуют ошибки. Тем самым контролируется параметр голограмм - отношение сигнал/шум, которы в основном определяет надёжность работы .и в данном устройстве поддерживается в заданных .пределах. Средние значения hapaMeTppu считывания записываются в память БУ в списке идентификаторов ,и адресов (4 разряда на каждую голограмму) и исйользуются в рабочих циклах считывания, поэтому ошибки практически исключаются, надежность работы устройства судествен но увеличивается. Кроме таго, в устройстве наряду с кoнtpoльным считыванием организо -. . 1C вано рабочее считывание, которое позволило расширить..фун.кцио.наль.ные возможности устройства. Опрос матрицы фотоприемников ФБ осуществляется быстрее,, чем сброс ячеек блока формирования стр.аниц в исходное состоя1гао, поэтому контрольное считывание и определение средних значений параметров считывз ния может происходить параллельно с подготовкой записи новой голограммы, т.е. быстродействие устройства остается прежним. 4 разряда, хранящих информацию о средних параметрах считывания при емкости голограммы Ю бит на 0,4% снижа .1Т эффективную емкость устройства т.е. практически не изменяю т ее. . В предлагаемом устройстве исключа.ются потери информации, поэтому отсутствуют временные и материальные затраты, связанные с восстановлением утерянной информации, ошибками в вычислениях,,, моделировании и т.д. Использование предлагемого устройства в со.временных aJJXHBax большой емкости по ср,авнё.нию с- прототипом экономически более выгодно. Предлагаемое изобретение можно использовать дпя построения высоконадежного устройства записи и считывания Цифровых голограмм. Поэтому предлагаемое устройство целесообразно использовать как в составе ЭВМ с голографической, памятью, так и для построения специализированных архивов, банков данных общего пользования.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ. ЗАЦйСИ Й.СЧИТЬШАНЙЯ ГОЛОГРАММ, содержащее лазер, оптически сёязаннбй с дефлектором, . . п рвЬ1й бтражатбль, оптически связан- : через второй .и отр1ажателй с HOCHteneti информации, первый сбёто:дёлитёль, первый вьпсод которого .-опти чески связан, через первый с . носйтейем информа:ций,: а второй выход Через Последовательно располЬ енные Четвертый отрая атёль, коллиматор и блок формирования страниц со вторым светоделителем,.первый вьКод которого . оптически связан с сЬотоприемным блоком, а втор.ой со вторым , объектив записи/считывания, оптически связанный с носителем информации. фокуснруюпгий блок, оптически связанный с контрольным фотойриемником, подключенным к блоку управления за,тво рами, который соединен с первым и вторым затворами и блоком управления, подключенным к блоку сравнения, блоку перемещения носителя информации; и блоку кодирования, который соединен с блоком, сравнения, блоком формирования .страниц и фотоприёмным блоКоН блок перемещения носителя информации механически связ.ан с носителем информации, о т л и ч а йэ щ вес я тем, что, с целью Повышения надежности устройства, в него введены переключатель поляриза ции, первый и второй коммута- оры световых пучков, иVформи(Л рователь высоковольтных импульсов, . соединенный с дефлектором, фотоприемрым блоком, блоком управления, формиi рователем страниц и переключателем поляризации, который оптически связан со с дефлектором и через первый коммутаО5 ел тор световых пучков - с пёрвым;отражатёлем, первым светоделителем и фог кусирующим .блоком, второй коммутатор световых пучков оптически связан со JBTOpbM затвором, фотоприемным блоком 00 {и .объектив.ом записи/считывания.