臺灣博碩士論文加值系統

在本篇論文中，模擬微型全像光柵的理論模型並實現反射式微型全像碟片存取系統。藉由實驗驗證微型全像光柵的橫向位移靈敏度為1.36μm，縱向移靈敏度為12μm，由此可計算微型全像光碟單一波長及單儲存層的儲存密度可達0.54bits/μm2。加入多層多工及波長多工技術，成功提升碟片的儲存容量。
在實驗驗證方面，控制訊雜比可容忍的範圍中，使用單波長實際儲存20層訊號於感光高分子光聚合物PQ-PMMA中，儲存密度可達10.8bits/μm2 。此外，在本文中也驗證了微型全像雙波長儲存的可行性，若使用雙波長儲存20層於鈮酸鋰晶體的情況下，理論上儲存密度更可達21.6bits/μm2 。
在此將微型全像資料儲存系統定位為介於BD(Blu-ray disk)及HVD(Holographic Versatile Disc)中的過渡性產品。其原因為相較於HVD存取架構，省去了昂貴的SLM及CCD重要關鍵元件，其生產成本大幅下降，且讀取架構也可向下相容BD/DVD等架構。在儲存材料的許可下，可增加儲存層的層數及波長，微型全像資料儲存容量可達現行BD的數倍至數十倍。

In this thesis, we simulated the microholograting numerical model and demonstrated microholographic data storage system. By the simulation and the experiment, we calculate the lateral shifting sensitivity is 1.36μm, longitudinal shifting is 12μm. In condition of single wavelength and single storage layer, we can estimate the storage density is 0.54bits/μm2. The storage density rises up significantly via combining multilayer and wavelength multiplexing methods.
In experiment verifying, we used single wavelength and storage 20 layers in photopolymer PQ-PMMA, the storage density comes to 10.8bits/μm2. Furthermore, we confirm the feasibility of wavelength multiplexing in microholographic data storage. If we use bi-wavelength and storage 20 layers in Lithium Niobate, the storage density comes to 21.6bits/μm2 in theoretical.
We orientate microholographic data storage as a transitional product between blu-ray disc (BD) and holographic versatile disc (HVD). Comparing to holographic data storage system, it pruned the space light modulator (SLM) and charge couple device (CCD). Therefore microholographic data storage system is much cheaper than HVD system and totally downward compatible with current BD and DVD data processing system. The capacity of microholographic data storage system comes to several times than BD system.

摘要 I
Abstract II
目錄 III
圖目錄 VI
第一章 緒論 1
1-1 引言 1
1-2 全像術簡介 3
1-2-1 全像片的分類 4
1-3 光學全像儲存 7
1-3-1 頁面式全像儲存 8
1-3-2 位元式微型全像儲存 9
1-3-3 多工儲存機制 12
1-4 論文大綱 16
第二章 體積全像與其繞射理論 17
2-1 耦合波理論 17
2-1-1 布拉格條件 22
2-2 波恩近似法 26
2-3 相位疊加法 29
第三章 反射式微型全像儲存系統分析 32
3-1 反射式微型全像光碟紀錄架構 32
3-2 系統理論模型 34
3-3 位移靈敏度 37
3-4 波長靈敏度 40
第四章 實驗與結果討論 44
4-1 實驗架構 44
4-1-1 紀錄架構 44
4-1-2 讀取架構 47
4-2 儲存材料 49
4-2-1 感光高分子PQ:PMMA 49
4-2-1 鈮酸鋰晶體LiNbO3 51
4-3 碟片位移靈敏度 54
4-3-1 橫向位移靈敏度 54
4-3-2 縱向位移靈敏度 56
4-4 多工儲存 60
4-4-1 多層多工 60
4-4-2 雙波長多工 65
第五章 結論 67
5-1 結論 67
5-2 未來展望 68
參考資料 69

圖目錄
圖1-1 (a)參考光和物光干涉並由全像片紀錄干涉條紋。(b)利用參考光重建出物光。 3
圖1-2 (a)薄全像片和(b)厚全像片與繞射光之關係示意圖 5
圖1-3 (a)反射式及(b)穿透式全像片的紀錄架構 6
圖1-4 (a)光束聚焦示意圖。(b)CD、DVD及BD 聚焦點比較圖。 7
圖1-5 (a)頁面式全像儲存紀錄示意圖。(b)頁面式全像儲存讀取示意圖。 9
圖1-6 位元式全像儲存架構紀錄示意圖。 10
圖1-7 角度多工儲存示意圖。 12
圖1-8 波長多工儲存示意圖。 13
圖1-9 相位多工儲存示意圖。 14
圖1-10 位移多工儲存示意圖。 15
圖2-1 穿透式相位光柵示意圖。 18
圖2-2 波恩散射近似示意圖。 26
圖2-3 相位疊加法示意圖。 30
圖3-1 反射式微型全像儲存架構各項參數示意圖 33
圖3-2 由兩道交互傳撥Gaussian beam所形成的光柵圖形。 35
圖3-3 x-z平面折射率調制光柵圖形 36
圖3-4 不同曝光能量的光柵調製圖案 36
圖3-5 左圖為橫向折射率變化圖，右圖為縱向折射率變化圖。 37
圖3-6 左圖為橫向位移靈敏度，右圖為縱向位移靈敏度 38
圖3-7 左圖為NA值與橫向位移靈敏度的關係圖。右圖波長與橫向位移靈敏度的關係圖。 39
圖3-8 微型全像光柵波長靈敏度 43
圖4-1 微型全像光碟實驗記錄架構圖 45
圖4-2 微型全像光碟系統使用第二波長實驗架構圖 46
圖4-3 雙波長儲存實驗系統 46
圖4-4 微型全像光碟實驗讀取架構圖 47
圖4-5 分光鏡與入射光關係示意圖 48
圖4-6 PQ分子材料受光後變化 50
圖4-7 PQ-PMMA穿透光譜圖 50
圖4-8 光折變效應示意圖 53
圖4-9 能帶傳輸模型 53
圖4-10 藍綠光橫向位移靈敏度理論圖 54
圖4-11 不同曝光時間下綠光橫向位移靈敏度量測 55
圖4-12 不同曝光時間下藍光橫向位移靈敏度量測 56
圖4-13 藍綠光縱向位移靈敏度理論圖 57
圖4-14 不同曝光時間下綠光縱向位移靈敏度量測 58
圖4-15 不同曝光時間下藍光縱向位移靈敏度量測 58
圖4-16 微型全像光柵20層儲存示意圖 60
圖4-17 1-4層橫向位移靈敏度量測 61
圖4-18 5-8層橫向位移靈敏度量測 61
圖4-19 9-12層橫向位移靈敏度量測 62
圖4-20 12-16層橫向位移靈敏度量測 62
圖4-21 17-20層橫向位移靈敏度量測 63
圖4-22 20層縱向位移靈敏度量測 63
圖4-23 鈮酸鋰晶體穿透光譜 65
圖4-24 儲存雙波長微型全像光柵於鈮酸鋰晶體穿透光譜 66

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