IJPS 国际高分子科学杂志》上 1687 - 9430 1687 - 9422 Hindawi出版公司 10.1155 / 2014/356534 356534年 研究文章 二进制强度调制和三元混合调制应用于多路复用对象使用全息数据存储在PVA / AA光敏聚合物 http://orcid.org/0000 - 0003 - 1933 - 6965 费尔南德斯 埃琳娜 1、2 富恩特斯 罗莎 1、2 马尔克斯 安德烈斯 2、3 http://orcid.org/0000 - 0001 - 7965 - 5330 Belendez 奥古斯托。 2、3 http://orcid.org/0000 - 0003 - 4602 - 6700 帕斯卡 Inmaculada 1、2 Ortuno 曼努埃尔 1 视Departamento de Farmacologia y解剖学 阿利坎特大学 Apartado 99, 03080阿利坎特 西班牙 ua.es 2 西班牙大学德运动Aplicada las Ciencias y Tecnologias 阿利坎特大学 Apartado 99, 03080阿利坎特 西班牙 ua.es 3 Departamento de运动Ingenieria de sistema y Teoria de la Senal 阿利坎特大学 Apartado 99, 03080阿利坎特 西班牙 ua.es 2014年 10 12 2014年 2014年 14 07年 2014年 12 11 2014年 10 12 2014年 2014年 版权©2014埃琳娜·费尔南德斯et al。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

全息数据页被多路复用聚乙烯醇/丙烯酰胺光敏聚合物和液晶设备被用来修改对象梁和存储对象的材料。peristrophic多路复用的方法被用来存储大量的对象在同一地点的材料。使用两个不同的调节:对象存储二进制强度调制和三元混合调制。此外,图像的误比特率(BER)是为了比较计算调制最合适用于全息数据存储。

 1。介绍

二维内存技术(如光盘和dvd已经到达极限的能力,和世界需要新的技术系统来保持更多的信息。因此全息数据存储(三维技术)成为新的光学内存技术。这些新技术允许一个重要的比特数与更多容量,存储在记录材料密度,速度读出率比二维技术( 1]。

这项工作的重点是多路复用全息存储的对象的一个基于光敏聚合物聚乙烯醇(PVA)和丙烯酰胺(AA) ( 2),被认为是有趣的材料记录全息记忆这么高折射率调制和大动态范围。

Twisted-nematic液晶显示器(TN-LCDs)应用了空间光调制器(SLMs)修改光束的振幅或相位实时( 3]。另一个应用程序的向列液晶(缴送工作)包括可切换的全息光栅的实现,从而导致的电光衍射光学的引人关注的可能性。不同种类的液体结晶聚合物系统适用于这些应用程序。聚合物分散液晶(液晶)可用于制造全息聚合物分散液晶(HPDLCs)组成的周期性LC nano - / microdomains(水滴)由交联聚合物。此外,液晶也可以用作聚合物液晶片(POLICRYPS),由聚合物组成的片缴送工作分离墙( 4- - - - - - 7]。

然而,本文一个液晶显示器(LCD)是用来调节对象梁。这种液晶可以用来设计可编程光学元素或在液晶允许记录全息数据存储实时数据页的全息记录材料。

此外,使用两种不同的方法来调节对象梁为了比较和选择的最合适的存储对象:二进制强度调制(BIM) [ 8)和三元混合调制(HTM) [ 9, 10]。

生成对象存储在材料,在这工作一个LCD作为SLM。一系列的镜头,物体的傅里叶变换(FT)在平面上生成的材料由全息存储技术。BIM产生在英国《金融时报》一个零阶强度,几个数量级高于其他频率,导致材料的动态范围变得饱和,其他类型的调制,减少零阶的强度,例如,HTM [ 11),用于使均匀英国《金融时报》表示。

在这工作的对象是使用这两种类型的调节和存储结果比较,看看哪个灯是最适合全息数据存储。为了评价图像质量,误比特率( 1每个图像的计算,定义为图像中发现一些错误的概率。因此,图像将最高的图像质量较低的误码率。

 2。实验装置 2.1。准备的材料

全息图记录在感光性树脂由polymerizable单体丙烯酰胺(AA),三乙醇胺(茶)激进的发电机,N, N′methylene-bis-acrylamide (BMA)为交联剂,和黄伊红(你们)作为敏化剂和粘结剂聚乙烯醇(PVA)。表 1显示了组件的光敏聚合物成分浓度用于获取层约80 μ米厚。材料准备的过程中解释( 11]。

浓度的光敏聚合物组成。

作文
聚乙烯醇 6.6% w / v
丙烯酰胺 0.33米
三羟乙基胺 0.17米
黄伊红 2.4·10−4米
N, N′Methylene-bis-acrylamide 0.027米

2.2。全息设置

激光二极管抽运倍频Nd: YVO4(相干威尔第V2)波长为532 nm用于全息记录由液晶显示生成的对象。束激光分成两束,物体光束和参考光束分束器。每个梁的强度为1.5 mW /厘米2,两束激光在记录媒体空间重叠相交的角17.4°。

图 1显示了接触,用于存储数据的对象 2和 3。随着全息图存储在材料,使用动态范围( 1, 3, 12, 13];因此,必须增加曝光为了储存更多的全息图。当然,当所有的动态范围是消费,不再将全息图中形成材料即使暴露增加。

接触的对象数据 2和 3被记录在感光性树脂。

((a)和(b))对象发送到液晶使用BIM;((c)和(d))相应的图片(a)和(b)与激光束照明SLM获得。

((a)和(b))对象发送到使用HTM液晶;((c)和(d))相应的图片(a)和(b)与激光束照明SLM获得。

这项工作中使用的显示器的分辨率为832×624像素,像素间距的32 μm,填充系数为55%。显示被放置在两个偏振器和两个四分之一波长之间的对象梁板、液晶的每一方。此外,镜头前被第一偏振镜物体的傅里叶变换(FT)和隔膜被光敏聚合物前阻止离开液晶除了中央的所有订单。另一个镜头是放在后面的光敏聚合物做傅里叶反变换(IFT)的衍射束表面的电荷耦合装置(CCD)(见[ 11更多细节)。

 2.3。优化的液晶

节中描述 2。2,液晶是放置在对象梁修改波前和储存这种变化在光敏聚合物。波前的变化可能在阶段或振幅。在这项研究中,波前是修改一方面与二进制强度调制(BIM) [ 14),另一方面与三元混合调制(HTM) [ 11, 14为了比较他们两人。

全息数据存储、液晶显示器作为空间光调制器的数据页被发送到商店的傅里叶变换(FT)材料的全息技术。当多路复用对象在同一位置的材料增加存储容量,材料消耗的单体。或多或少的单体会消耗取决于材料的强度达到从对象和参考光束。因此,取决于所使用的类型的调制,英国《金融时报》的对象将或多或少地激烈。通常一个二进制强度调制光束用于调节对象。然而,使用这种调制时,材料聚合迅速在英国《金融时报》的零阶的地方,这是比另一个更强烈的频率。当一个零阶的英国《金融时报》是如此的激烈,材料的动态范围正在迅速饱和限制存储大量的信息。所以为了同质化英国《金融时报》表示,没有比别人更强烈的频率,其他类型的调制是用来减少零阶的强度,如HTM。因此,BIM和HTM之间的主要区别是,女子有一个比另一个更强烈的零阶频率,而在HTM所有频率的英国《金融时报》有大约相同的强度。

根据定义,女子有一半的位值为0的透光率和另一半透光率值为1。另一方面,HTM还一半的比特与透光率值为0的值1,另一半,但一半的比特透光率值1一定的相位差 π rad对另一半。

创建与BIM数据页,有必要找到一个配置的LCD液晶显示器的最大对比透明和不透明的区域以最小相位的变化。创建对象,灰色250级是用来表示比特最大透射系数和灰色0级代表位最小透光率。这个选择的理由解释更多的细节在 14]。

另一方面,创建数据页的HTM有必要找到一个配置在液晶最大反差最大强度位和最小强度位,所以必须有一个阶段的差异 π rad一半的比特之间最大的强度和另一半。创建对象,灰色的水平200和60被用来代表最大的透光率有相位差 π rad它们之间,而灰色150级是用来表示的位最小透光率。理由选择这些值与解释更多的细节在 11, 14]。

 3所示。结果

实验装置的部分 2。2,两个物体被多路复用,每个都有一组不同的画。具体来说,太阳和商标的图阿利坎特大学的存储。这两个对象被选择,因为黑色像素主要在第一个,白色像素主要在第二个,从而可以比较这两个的结果,每个对象。对象被调制的配置部分 2。3(BIM和HTM)。此外,他们使用peristrophic多路复用全息图5°角分离。

3.1。原始图像

数据 2(一个)和 2 (b)显示的对象发送到使用BIM液晶。这些对象是由两个灰色的水平,0和250年,提供最大的对比,讨论部分 2。3。数据 2 (c)和 2 (d)显示对应的图片的这些对象通过CCD摄像头捕捉SLM时被激光光束。因为它可以观察到,这些图像有很好的对比黑白像素。

数据 3(一个)和 3 (b)显示的对象发送到液晶使用HTM。对象是由三个灰色的水平,灰色的水平60和200年最大的透光率和相移的 π rad和灰色150级最小透光率。数据 3 (c)和 3 (d)显示对应的图片的这些对象通过CCD摄像头捕捉SLM时被激光光束。我们可以看到在图 3(一个),太阳的照片和两个灰色的水平,但是,在图 3 (c)太阳,所有的图片有相同的最大透过率;背景图 3(一个)有一定的灰度级,但在图吗 3 (c)后台有一个最小透光率。对数字相同的发生 3 (b)和 3 (d)。这种情况由于SLM优化生成这个配置。

必须强调一个重要的事实,因为它会影响最终的结果是,如果与BIM和HTM比较获得的图像,它可以观察到,后者更低的对比,因为位代表最大的透光率在HTM透光率低于同一位荡妇。

 3.2。远场衍射模式

数据 4(一)- - - - - - 4 (d)显示相对应的远场衍射模式图像数据中描述 2(一个), 2 (b), 3(一个), 3 (b),分别。这样的衍射模式通过夫琅和费衍射公式计算的距离1米从对象飞机,和强度已经标准化的统一。在远场模式的二进制图像描绘在图 2(一个),图 4(一)显示了一个占主导地位的衍射订单中心的形象没那么强烈的衍射订单一起。这些次要的衍射订单可以解释模式中描述图的考虑 2(一个)类似于一个有限大小数组的有序循环缝与空间时间按照相应的衍射订单。然而,图 4 (b)显示二进制映像的远场模式描绘在图 2 (b)有一个占主导地位的中央衍射阶二次订单是可以忽略不计。这是由于这样的事实:在图中描述的模式 2 (b)是更复杂的,不同于上述一系列命令缝。

远场衍射条纹的距离1 m (a)二进制图像描绘在图 2(一个);(b)二进制图像描绘在图 2 (b);(c)混合三元形象描绘在图 3(一个);和(d)混合三元形象描绘在图 3 (b)。

另一方面,数字 4 (c)和 4 (d)显示的远场衍射模式中出现的混合三元图像各自的数据 3(一个)和 3 (b)更复杂,以前中央衍射点菜了传播覆盖更广泛的地区。这是意料中的结果考虑到图像如图 3(一个)和 3 (b)有三个水平在振幅和相位,这必然意味着一个更广泛的空间频率的乐队。

 3.3。误比特率

在本节中,图的对象 2BIM和图 3HTM被多路复用。后的一个对象被存储在光敏聚合物中,形成的全息图是重建与参考光束照亮它。获得的衍射束成像在CCD。然而,图像可能扭曲的原因很多,因此,它是明智的来衡量图像质量的量化参数。这个参数是比特误码率(BER)。

系统被定义为的概率错误比特的形象。计算误码率,获得一定的灰度的概率在黑色或白色区域必须计算,也就是说,黑色部分的柱状图和直方图的白色部分,分别。这两个概率分布相交于一点 x c 。那么两个分布符合高斯方程( 15, 16]: (1) W x 0 , σ ; x = 1 2 π σ 经验值 ⁡ - - - - - - x - - - - - - x 0 2 2 σ 2 , 在哪里 x 代表每一个灰度图像, x 0 一点上,高斯分布集中,然后呢 σ 是高斯分布的宽度。最后,调整的概率分布的白人和黑人,误码率计算 (2) 的误码率 = 1 2 ∫ 0 x c W W x d x + ∫ x c ∞ W B x d x , 在哪里 W W 和 W B 的调整是黑白像素的概率分布,分别和 x c 是这两个概率分布的交点。

越低的误码率的存储图像,其质量就越大。但是我们如何判断图像质量好吗?在一项研究 15]发现图像值的误码率小于或等于0.2仍有良好的对比度和定义良好的边缘;也就是说,他们可接受的图像质量。因此,误码率的0.2作为阈值低于被认为是获得的图像质量好。

图 5显示了误码率值被存储的两个对象获得两个调节(数据 2和 3)。太阳的误码率值对象的存储与BIM表示红色的方块。如图所示,20全息图存储;第一个13全息图有一个误码率小于0.1,和全息图14到20值0.2的误码率。太阳之后,误码率值存储在HTM黑色的圆圈表示。24全息图可以看到,一直存储在误码率值低于0.2,虽然误码率值略高于同BIM第一13全息图。

误码率值获得的多路复用的对象太阳和标志UA BIM和HTM。

此外,图 5代表了误码率值对象的标识UA存储与BIM蓝色方块。20全息图存储在误码率值低于0.2,但略高于误码率值与太阳的对象获得相同的调制。此外,15全息图存储在误码率值低于0.2标志UA和HTM存储。这些值用绿色圆圈表示在图 5。

如果所有的结果如图 5比较可以看出,太阳的对象,20全息图与BIM和24全息图被多路复用多路复用的HTM BER值低于0.2。的对象标识UA, 20个全息图与BIM和15多路复用全息图是多路复用的HTM BER值低于0.2。因此,20个全息图被多路复用与BIM的两个不同的物体。类型的对象,是多路复用不显著影响结果以来,无论对象主要是白色或黑色个位,相同数量的全息图是多路复用。然而,这一事实并不发生HTM,因为24全息图的误码率值低于0.2是多路复用与太阳的对象,但由于标志UA的对象只有15全息图被多路复用BER值低于0.2。

为了获得一个更好的比较两个调节,相对数量计算划分了误码率的BIM的方方面面的HTM太阳和标志UA的对象。图 6代表获得的值相对的误码率。可以看到,相对的误码率低于1的9第一全息图和两个对象。这意味着这些九全息图的图像质量更好的为BIM比HTM。此外,商标UA的对象,相对的误码率是全息图10到20接近1。这意味着,这些全息图,调节提供或多或少相同的图像质量。然而,对于太阳的对象,相对的误码率是相同的全息图10到13,但高于1全息图14到20。这意味着,对于这些全息图,HTM提供了更好的图像质量比太阳的BIM在对象。

误码率之间的相对价值的BIM和HTM太阳和标志UA的对象。

图 7显示太阳的图像存储与BIM(数字 7(一), 7 (b), 7 (c)相应的全息图1、5、15日resp)和太阳的图像存储与HTM(数字 7 (d), 7 (e), 7 (f),对应于全息图1、5、15)。更重要的区别当同一个对象存储的两个研究调节分辨率与BIM获得高于HTM。它可以观察到,与女子之间有一些黑色空间的中心太阳的紫外线不区分显然HTM。

对象的阳光:(a)、(b)和(c))的图像全息图数字1、5和15日分别与BIM存储。((d)、(e)和(f))的图像全息图数字1、5和15,分别存储HTM。

图 8显示的图像标志UA与BIM(数据存储 8(一个), 8 (b), 8 (c)相应的全息图1、5和15 resp。)和标志的图像UA HTM(数据存储 8 (d), 8 (e), 8 (f)相应的全息图1、5、15)。如果图像与BIM和HTM相比,重要的是要强调最后这三个图像有较高的噪音,低对比度和分辨率低于图像存储与荡妇。

对象标识UA: (a)、(b)和(c))的全息图数字图像1,5日和15日分别与BIM存储。((d)、(e)和(f))的图像全息图数字1、5和15,分别存储HTM。

当数据 7和 8比较可以发现,图的图片吗 8有更多的噪音比图的图片吗 7。这可能是因为标志UA的图像比太阳更有白色区域。

 3.4。衍射效率

衍射效率(DE)多路图像的两个对象,两个调节也被计算衍射光束的强度除以入射光束的强度(参考光束)。图 9显示太阳的德获得与BIM红广场和HTM的获得一个黑色圆圈。此外,图 9显示获得的商标UA的德与BIM蓝色方块和HTM的获得一个绿色的圆圈。

德与太阳的物体的全息图号和商标UA BIM和HTM。

可以看到,对于太阳的对象,与BIM高于德德获得获得第一11 HTM全息图。此外,全息图12相同德对于调节,和德全息图13至24的HTM高于女子。

然而,对于标志UA的对象,获得的德与BIM高于德获得的HTM所有的全息图。

 4所示。结论

在这项研究中,两个不同的物体被多路复用层PVA-acrylamide光敏聚合物厚度为80 μm。TN-LCDs作为空间光调制器修改对象梁和存储的数据页的材料。多路图像的数量计算量化图像和代表的质量与数量的多路复用全息图。

两种不同的配置是用来调节对象梁液晶:二进制强度调制(BIM)和三元混合调制(HTM)。BIM产生零频率高饱和材料的动态范围和动态范围限制访问。为了减少对象的英国《金融时报》的零频率,HTM被用来调节对象梁。减少这种零频率,更多的全息图叠加在同一位置的材料比荡妇。与任何绘画,然而,当存储对象来获得更多的细节在这些对象上,建议与BIM存储它们。

因此,得出的结论是,不管所使用的调制,最好的结果是通过对象的白色部分不是主要(即。,objects with half of the bits white and half of the bits black), since the images obtained with these features have a lower noise and, moreover, if the HTM is used, a larger number of holograms are multiplexed with this type of objects.

因此,最大数量的全息图的配置是HTM获得了太阳的对象。然而,如果你想多路任何类型的对象,不管白色部分的密度,或如果你想多路只有少数对象与图像质量很高,但最好使用BIM。

 利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

 确认

这项工作是支持的“Generalitat Valenciana”(西班牙)项目PROMETEO / ISIC / 2012/013和2011/021“Ministerio de Ciencia e Innovacion”(西班牙)项目fis2011 - 29803 - co2 - 01和fis2011 - 29803 - co2 - 02。

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