Запоминающие голографические устройства. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Запоминающие голографические устройства используют голографич. способ записи, хранения и восстановления информации, представленной в двоичном коде, алфавитно-цифровом виде или в виде изображений. Информация может быть записана как плоская или объёмная, амплитудная, фазовая или поляризационная голограммы (см. также Голография ).При этом достигается большая плотность хранения (~10⁵ бит/мм²), высокая помехоустойчивость и надёжность. Благодаря этим особенностям 3. г. у. перспективны для создания памяти ЭВМ. Оперативные 3. г. у. (быстрая запись, считывание, стирание и перезапись информации, произвольный доступ к данным). Данные разбиваются на страницы объёмом ~10³-10⁴ бит, каждая из к-рых записывается в виде отд. голограммы. Весь массив данных записывается и хранится в виде матрицы голограмм на светочувствит. материале, наз. носителем информации. Любая страница может быть считана лазерным лучом "адресацией" его к соответствующей голограмме. Осн. элементы 3. г. у. (рис. 1): лазер, дефлектор Д₁, устройство набора страниц (УНС), носитель информации Н, фотоматрица ФМ и оптич. элементы (линзы, зеркала и др.). Используются газоразрядные лазеры (гелий-неоновый, аргоновый) в режиме одномодовой генерации. Дефлектор служит для быстрого и точного отклонения лазерного луча в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, чтобы адресовать его к произвольной голограмме в матрице. Он должен иметь большую разрешающую способность (~10⁴-10⁵ адресуемых направлений) и малое время произвольного переключения t_п~1 мкс. Этим требованиям отвечают акусто- и электрооптич. дефлекторы. УНС формирует транспарант входной страницы и вводит её в световой поток. Он представляет собой пространств. матричный модулятор света (пьезо-керамика, жидкие кристаллы и др.) с электронной схемой управления; УНС на керамике (PLZT)имеет число ячеек 128 X 128; контраст 50 : 1; время последовательного набора страницы 2 мс. Носитель информации регистрирует и хранит голограммы входных страниц. Обычно это тонкий слой регистрирующей среды, нанесённый на толстую подложку из прозрачного материала (напр., стекла) и допускающий стирание и перезапись голограмм. К ним относятся магнитооптич. плёнки (поляризац. голограммы); фототермопластич. материалы (рельефные фазовые голограммы); электрооптич. кристаллы (объёмные фазовые голограммы). Фотоматрица преобразует оптич. изображение страницы, восстановленное голограммой, в электрич. сигналы и передаёт их в центральный процессор ЭВМ. Запись информации в двухкоординатном 3. г. у. с плоскими голограммами. Лазерный пучок (рис. 1) поступает на вход дефлектора Д₁ к-рый отклоняет его в заданном направлении

Рис. 1. Оптическая система запоминающего топографического устройства с трёхкоординатной выборкой.

(угол q). Затем он расщепляется на две части с помощью полупрозрачного зеркала З₁. Часть пучка с помощью линз Л₁ и Л₂, зеркала 3₂, объектива 0'₁ и голографич. дифракционной решётки ДР направляется на носитель информации Н в качестве опорного пучка. Др. часть пучка с помощью объектива O₁ вводится в одну из ячеек линзового растра Р (матрица миниатюрных линз с параллельными оптич. осями, наз. сублинзами, размещённых на равных расстояниях друг от друга). Сублинзы увеличивают угловую расходимость объектного пучка, позволяя охватить всю апертуру объектива 0₃, формирующего фурье-образ входной страницы, набранного на УНС. Световой конус, образованный сублинзой, направляется в сторону УНС с помощью объектива 0₂. При этом УНС вносит в этот проходящий световой поток страницу двоичной информации путём пространств. модуляции по амплитуде. Оптич. схема обеспечивает совпадение опорного и информационного световых пучков по всей площади носителя Н. После экспонирования регистрирующей среды и фиксации голограммы процесс записи заканчивается. Массив страниц записывается и хранится на носителе в виде матрицы пространственно разделённых и регулярно расположенных фурье-голограмм (рис. 2). В них реализуется макс. плотность записи информации n_макс@10⁵ бит/мм² при избыточности, обеспечивающей надёжную помехозащищённость против локальных дефектов носителя (неоднородность, пыль, царапина и т. п.). Для получения голограмм с высокой дифракц. эффективностью УНС снабжается маской, осуществляющей фазовую модуляцию, что приводит к уменьшению динамич. диапазона амплитуды фурье-образа входной страницы более чем на порядок. Оптимальной является 4-уровневая маска, осуществляющая случайный сдвиг фазы проходящего через УНС света на одно из значений: 0, p/2, p или Зp/2. Размер фурье-голограммы одной страницы объёмом 128 X 128 бит ~ 1 мм, а дифракц. эффективность 20-24%. При считывании информации опорный пучок адресуется дефлектором на нужную голограмму, а объектный пучок блокируется. Мнимое изображение страницы (рис. 3), восстановленное голограммой, проецируется линзой на фотоматрицу, к-рая детектирует оптич. изображение страницы и запоминает её. Выборка и передача данных из фотоматрицы может осуществляться как послойно, так и постранично с помощью электронных декодирующих устройств. В оперативных 3. г. у. объём входной страницы ~ 10⁴ бит, а число голограмм ~10⁴-10⁵ (по кол-ву позиций, адресуемых дефлектором), поэтому общая ёмкость может достигать 10⁸-10⁹ бит на 1 модуль памяти. Любая страница может быть считана и передана в центральный процессор ЭВМ за время 1-2 мкс. Трёхкоординатные 3. г. у. Наиб. перспективна организация 3. г. у. с трёхкоординатной записью и выборкой на объёмных голограммах. Для различения наложенных объёмных голограмм используется их угловая селективность

Рис. 2. Фурье-голограмма двоичной входной страницы.

(Dg_R основанная на изменении несущей пространств. частоты, поэтому в качестве 3-й координаты выбирается угол падения опорного пучка g_R. Трёхкоординатные 3. г. у. отличаются от двухкоординатного наличием дополнит. дефлектора Д₂(рис. 3), дифракц. решётки ДР и линзы Л₂, к-рые служат для изменения угла g_R (в 3. г. у. с плоскими голограммами они заменяются обычным зеркалом, направляющим опорный пучок под постоянным углом g⁰_R). Если осветить наложенные голограммы к--л. опорным считывающим пучком, то он восстановит лишь ту единственную голограмму, в записи которой участвовал. Для записи объёмных голограмм наиб. перспективны электрооптич. кристаллы (LiNbO₃ Ba_0,75Sr_0,25Nb₂O₆и др.). Они обладают высокой угловой селективностью и для записи 1000 наложенных голограмм без взаимных помех требуют изменения g_R лишь на 17°-20°. Однако ограничения, обусловленные макс. изменением показателя преломления Dn и достаточной эффективностью голограмм, позволяют записать ~ 100 голограмм. Электрооптич. кристаллы допускают также селективное стирание наложенных голограмм. Ёмкость 3. г. у. с трёхкоординатной "адресацией" на объёмных голограммах ~10¹⁰-10¹¹ бит (при произвольном доступе к голограммам). Массовые 3. г. у. Голографич. память сверхбольшой ёмкости можно получить, если отказаться от произвольного доступа к голограммам и нанести регистрирующую среду на движущийся носитель типа диска или ленты. При этом достигается плотность записи информации ~10⁵-10⁶ бит/мм² (близкая к теоретич. пределу), что более чем на 2 порядка превышает плотности записи, реализуемые на магн. дисках и лентах. Емкость 3. г. у. ~ 10¹² бит. Они перспективны для создания архивной памяти.

Литература по запоминающим голографическим устройствам

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.