光谱烧孔存储技术原理
9.3 激光存储的基本原理、分类及特点 激光原理及应用 [电子教案]电子课件.
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9.3.2 激光光盘存储
第 九
3.激光光盘存储器
章
(1)激光光盘存储器由光存储盘片及其驱动器组成。驱动器提供高质量读出光束、
激 光
引导精密光学头、读出信息、给出检测光盘聚焦误差信号并实现光束高精度伺服 跟踪等功能。
在 用信
息 技 术 中 的 应
(2)光盘存储器的光学系 统大致可分为单光束光 学系统和双光束光学系 统两类。单光束光学系 统适合于只读光盘和一 次写入光盘，具备信息 的写／读功能，而双光
3.持续光谱烧孔技术
§.
持续光谱烧孔(PSHB： Persistent Spectral Hole—Burning)技术利用对不
技 同频率的光吸收率不同来识别不同分子，它有可能使光存储的记录密度提高 术 9 3—4个数量级，它属于四维光存储。图（9-27）为光谱烧孔的原理示意图
3 激 光 存 储
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(3)可擦重写光盘 这类光盘顾名思义可多次写入、读取信息，但写入前需先将已有的信息擦去，然 后再写入新的信息，即写、擦信息是分开的两个过程。
§.
(4)直接重写光盘(overwrite)
技
术 9 可擦重写光盘需要擦、写两次动作完成信息的更换，这使光盘数据传输速率受到 3 限制。
激 光 存 储
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存 传输率。(5)改善和发展存储系统的寻址方法，努力实现无机械寻址的实用化
储 (6)光学信息存储同光学信息处理相结合。
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束光学系统用于可擦重
技 术9
3 激 光 存 储
§.
写光盘。下面以双光束 光学系统(图9-23)为例 简单介绍。
光谱烧孔效应
光谱烧孔效应
光谱烧孔效应，又称为光腐蚀效应，是指当某种材料受到辐射能量而被烧孔的现象。
当光能通过介质传递时，能量会被吸收并转化为热能，高能量光束在材料上聚焦后会引起局部温度的升高，从而使材料发生融化、气化或燃烧等现象，最终形成孔洞或缺陷。
光谱烧孔效应是由于光能的吸收和热传导引起的。
材料对不同波长的光有不同的吸收特性，当光束中包含的波长在材料的吸收范围内时，能量会被吸收并转化为热能。
在光束经过透镜等光学元件聚焦后，能量会更集中地作用在材料表面，使得局部温度升高。
如果温度超过了材料的熔点或者燃点，材料就会发生相应的物理或化学变化，从而导致形成孔洞。
光谱烧孔效应在激光加工、激光打印、激光切割等领域有着广泛的应用。
通过调节激光的波长、功率和聚焦度，可以控制烧孔过程中的能量分布和深度，实现对材料的精确加工和雕刻。
此外，光谱烧孔效应也可以用于材料表面的微纳加工，例如制造微小孔洞阵列、微通道和微透镜等器件。
增益曲线的烧孔效应
增益曲线的烧孔效应
烧孔效应是激光物理中的一个重要概念，指的是在一个辐射场的作用下，一个吸收介质或增益介质的谱线形状会发生变化。
具体来说，如果一个介质的增益曲线在某个特定的频率上被"烧"出一个孔，那么就形成了一个在这个频率上的低吸收或低增益的区域，这就是所谓的"烧孔"效应。
一、烧孔效应是如何产生的？
烧孔效应主要是由于激发态和基态之间的粒子数不平衡引起的。
当一种物质被激光照射时，吸收激光的粒子会被激发到高能级，从而使得高能级和低能级之间的粒子数分布发生变化，形成一种新的动态平衡状态。
这就导致了物质对激光的吸收或增益特性发生改变，从而在增益曲线上形成一个"烧孔"。
二、烧孔效应对激光器的影响是什么？
烧孔效应会导致激光器的工作稳定性下降。
因为烧孔效应会改变激光介质的吸收和增益特性，这可能导致激光的输出功率和频率发生不稳定。
因此，烧孔效应是影响激光器性能的重要因素之一。
三、如何减小烧孔效应的影响？
减小烧孔效应的影响主要有两种方式：一是通过改变激光的频率或波长，避免激光束照射到介质的吸收峰或增益峰上，从而减小烧孔
效应的产生；二是通过改变激光的强度，控制激光介质中的粒子数分布，使其尽可能地接近原始状态，从而减小烧孔效应的影响。
总的来说，烧孔效应是激光物理中的一个重要现象，对激光器的工作性能和稳定性有重要影响。
对于激光器的设计和应用，烧孔效应的控制是一个需要重视的问题。
光谱分析的原理与元素识别的方法
光谱分析的原理与元素识别的方法光谱分析是一种重要的科学技术，用于研究物质的物理和化学性质。
它能够通过光的分散、吸收或发射来分析物质的成分和结构，从而实现元素识别。
本文将介绍光谱分析的基本原理、常见的光谱方法以及元素识别的方法。
一、光谱分析的基本原理光谱分析基于光的性质和物质对光的相互作用。
当光通过物质时，会发生折射、反射、散射、吸收或发射等现象。
根据这些现象，我们可以得到不同波长的光被物质吸收或发射的特征，从而获得物质的结构和成分信息。
光谱分析主要通过两种方法进行：吸收光谱和发射光谱。
吸收光谱是指物质吸收光能的过程，其原理是当光通过物质时，物质吸收特定波长的光，剩余的光被传递或反射。
通过测量吸收光的波长和强度，可以确定物质的组成和浓度。
发射光谱则是指物质在受到能量激发后，通过发射光的方式释放出一定波长的光。
根据发射光的波长和强度，可以判断物质的成分和性质。
二、常见的光谱方法1. 紫外可见吸收光谱（UV-Vis）紫外可见吸收光谱是指利用物质对紫外和可见光的吸收特性来分析样品的一种方法。
通过测量样品对不同波长光的吸收程度，可以得到样品在不同波长下的吸收谱线。
这种方法在生物化学和环境监测等领域得到广泛应用。
2. 红外光谱（IR）红外光谱是一种基于物质吸收或反射红外光的方法。
红外光谱可以用于分析物质的分子结构和成分。
根据不同化学键的振动和伸缩，红外光谱将被吸收或反射。
通过测量吸收或反射的光谱，可以确定物质的官能团和分子结构。
3. 核磁共振光谱（NMR）核磁共振光谱是一种通过测量原子核在磁场中吸收或辐射电磁辐射的方法。
它可以提供有关物质的结构、组成和环境的信息。
核磁共振光谱在有机化学、药物研发和材料科学等领域具有重要意义。
三、元素识别的方法1. 基于发射光谱的元素识别发射光谱可以用于分析和识别物质中的元素。
在此方法中，样品受到能量激发后，会通过发射特定波长的光来释放能量。
根据发射光的波长和强度，可以确定物质中所含元素的种类和浓度。
烧孔效应的研究与应用
烧孔效应的研究与应用余伟亚（通信与信息工程学院电子科学与技术陕西西安710068）摘要：光学烧孔效应是六十年代以来人们就开始大量研究的一类物理现象。
光学烧孔理论在光谱分析和光学存储方面均有着重要的应用。
目前，人们还在不断深入研究各种新的材料和介质的光学烧孔现象，并取得了许多成就。
由于光通讯的飞速发展以及光存储在其中的重要地位，所以人们正在投入更多的精力在这一研究方向上开展工作。
超强激光的等离子体烧孔效应，Rb原子相干烧孔效应的实验研究，用增益钳制法观察烧孔效应，基于多模光纤偏振烧孔效应的双波长掺铒光纤激光器等很多的研究。
关键词：烧孔效应等离子体烧孔效应用增益钳制法观察烧孔效应双波长掺铒光纤激光器引言人们对光学烧孔效应的研究始于上世纪60年代初。
当一束强的单频激光}s 通过一非均加宽介质时，它可以选择性地将一群与共振频率相对应的原子激发至饱和状态，这时若有另一束频率扫描的弱探测光勿*通过该介质，则在它的吸收光谱的相应位置上将出现一个凹陷，这就是所谓光学烧孔，通常也称兰姆凹陷。
在图1-5中，虚线对应于饱和场不存在时的粒子数分布，实线则对应于饱和场存在时的粒子数分布。
图1-6给出了传统烧孔效应的能级图。
可见，饱和场将一群特殊原子选择性地由基态…1)激发到了激发态…2) o基于光学烧孔效应的消多普勒的饱和光谱技术使得人们能够在多普勒加宽的介质中分辨出原子的精细能级、超精细能级以及分子的转动能级。
如果非均匀加宽介质的吸收谱线足够宽，而饱和光和探测光的线宽足够窄，那么在该介质的一个非均匀加宽的谱线内就可以烧出大量的孔。
在一些特定的介质中，这些烧孔可以永久保留或随时擦去，从而使光学烧孔在光学存储中具有重要的价值。
一、超强激光的等离子体烧孔效应超强激光的等离子体烧孔效应重点是激光的渗透及渗透区的等离了体密度分布。
当l}z > 10‘8 W(um)Z/cmz(l, }为激光强度与波长)时，等离了体中的电了在激光驱动下的振荡具有明显相对论特征。
激光烧孔效应
激光烧孔效应
激光烧孔效应是一种利用激光束在材料中切割或烧穿孔的现象，
广泛应用于制造业、医学、印刷等领域。
本文将详细介绍激光烧孔效
应的原理和应用。
一、原理
激光烧孔效应是由于激光束的能量被局部吸收进入材料内部，使得该
部位的温度升高，直到材料被烧毁或者被穿透。
这种现象与激光束的
特性有关，激光束因其单色性、相干性和聚焦能力等特点，能够被集
中到微小的焦点上，从而提高了能量密度，引发了烧孔现象。
二、过程
激光烧孔效应的过程可以简单概括为以下步骤：
1.激光束聚焦到材料表面；
2.激光能量被局部吸收，材料温度升高；
3.当温度继续升高时，材料开始融化或者被烧毁；
4.激光束穿透材料并形成一个孔。
三、应用
激光烧孔效应在许多领域都有应用，包括：
1.制造业——激光烧孔可以用于切割和雕刻金属、塑料、陶瓷等材料；
2.医学——激光烧孔可以用于切除肿瘤、治疗视网膜疾病、改善脉管
障碍等；
3.印刷——激光烧孔可以用于打印机上的图像形成，如激光打印机；
4.其他——激光烧孔还可以应用于冶金、能源、航空等路行业。
总之，激光烧孔效应作为一种高能、高效、高精度的加工技术，
已经成为现代工业和科技领域不可或缺的一部分，未来它的应用范围
还会更加广泛。
光谱opus文件保存数据
光谱opus文件保存数据光谱OPUS文件保存数据导言：随着科学技术的发展，光谱分析在许多领域中扮演着重要的角色。
光谱OPUS文件是一种通用的文件格式，用于保存光谱数据和相关的元数据。
本文将介绍OPUS文件的结构和工作原理，并且深入探讨如何使用OPUS 文件保存数据。
一、什么是光谱OPUS文件？光谱OPUS文件是一种用于保存红外光谱数据的文件格式。
它由Bruker 公司开发，广泛应用于红外光谱仪器以及相关的软件中。
OPUS文件包含了光谱数据以及与之相关的元数据，这些元数据包括光谱的采样参数、仪器设置、样品说明等。
通过OPUS文件，科学家和研究人员可以保存和共享光谱数据，以便后续的分析和研究。
二、光谱OPUS文件的结构和格式光谱OPUS文件的结构采用了二进制格式，具有较高的存储效率和读取速度。
OPUS文件由多个数据段组成，每个数据段包含了特定的信息。
常见的数据段包括样本数据段、仪器设置数据段、采样参数数据段等。
1. 样本数据段：样本数据段包含了红外光谱的强度和波数信息。
该数据段通常以二进制形式存储，可以提供高精度的光谱数据。
样本数据段还可以保存多个光谱数据，以支持多个采集点的平均值或时间序列数据的保存。
2. 仪器设置数据段：仪器设置数据段保存了仪器的相关参数，例如仪器的分辨率、波数范围以及光路配置等。
这些信息对于实验重现性和结果解释非常重要。
3. 采样参数数据段：采样参数数据段包含了样品的相关信息，例如样品类型、厚度、探头类型等。
这些信息可以帮助后续的数据分析和解释。
三、如何保存数据到光谱OPUS文件？保存数据到光谱OPUS文件可以通过以下步骤完成：1. 准备光谱数据：首先，需要采集或获取你要保存的光谱数据。
这可以是红外光谱、拉曼光谱或其他类型的光谱数据。
确保数据的准确性和完整性非常重要。
2. 设置仪器参数：在保存数据之前，需要设置仪器的相关参数。
这包括选择适当的分辨率和波数范围，确保仪器的状态符合实验要求。
激光的烧孔效应
激光的烧孔效应
激光的烧孔效应是激光技术应用中的一个经典应用场景，其基本原理
是利用激光束的高能量密度瞬间将物质加热至升华温度，从而通过高
温氧化反应形成烧孔。
在工业、科研和医学领域，激光烧孔技术被广
泛应用于钻孔、标记、切割等方面。
激光烧孔技术的特点在于，它具有精度高、速度快、无接触、无振动
等优点。
由于激光束在作用过程中只需要紧密地聚焦在烧孔针的顶端，因此对待加工物料的侵袭极小，不会像传统的钻孔方法那样产生副作用。
在使用过程中，可以选择不同的激光参数，如脉冲宽度、频率、
功率等，从而实现各种不同形状的孔。
激光烧孔技术在工业领域中的应用较为广泛。
例如，在汽车制造领域中，能够使用激光技术钻孔，从而生产出一些复杂的零部件。
在电子
元器件制造方面，激光烧孔技术可以用于生产印刷电路板、刻蚀线路
等工作。
在超硬材料的制造过程中，激光钻孔技术也被广泛应用。
同时，在医学领域，激光钻孔技术能够通过光导技术，准确标记人体内
部的组织。
尽管激光烧孔技术具有很多优点，但是也存在着一定的局限性。
首先，这一技术需要使用一定的设备，而且设备的成本不菲。
其次，激光光
束本身的光强度非常高，一些特定材料在钻孔时，也会产生毒性物质。
第三，激光光束的功率过大，将会对周围环境产生不良影响，如果不
加以控制，会导致设备和操作人员的安全问题。
总的来说，激光烧孔技术是一种非常优秀的材料加工方法，在日常生
活和生产中，也得到广泛应用。
在未来，随着激光技术的不断发展，
其在这一方面的应用必将得到更加广泛的拓展。
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主要缺点
由于光谱烧孔存储一般 在几十K的低温下进行，随 着温度升高，烧孔材料中均 匀线宽超线性增加而使烧孔 密度降低，电子一声子相互 作用加剧，使声子边带成分 增加，热填孔过程加剧，使 烧孔效率降低。 所以目前大部分有机 PHB材料只能在液氦温区工 作，只有少数可在液氮温区 工作。低温造成的成本问题 一直在制约着PHB的应用。 这也是为什么光谱烧孔技术 一直没有投入工业应用的主 要原因。
双光子烧孔
单光子PHB存储的缺点是没有反应 阈值，无论读出光是多么微弱，它总是 以同样几率引起光化学反应，因而已被 记录的信息在多次重复读出后会受到破 坏，所以从实用性来看，必须采用光子 选通型材料，也即同时用两种频率的光 才能产生PHB的材料。
光子选通型PHB过程可用三能级图 来表示。 如图所示，图中 1 起频率选择 跃迁作用，而 2则起选通作用，也即只 有在 1 和 2 同时存在时才能写入信息， 而读出只是在 2单独存在时就可进行， 因而不会破坏已写入的信息。
1.
2.
然后：利用激光器在低温下将激光频率调谐至非均匀吸收带
范围内的任一频率，对PHB物质系统进行强辐射，此时在测点中，只 有激发能与入射光能量相同的客体分子才能被选择地激发，然后进一 步导致光化学变化，从而产生了一种与原来分子具有完全不同的电子 结构的光化学产物。
最后：在此基础上用弱光检测，在于激光能量相对应得频率位
特点：
由于光谱烧孔存储技术可以实 现多维度记录，所以可以使光盘的 轨道密度，也就是存储量大大提升。
每个维度
4-D > 900 TB/cm2 记录密度提高10,000 倍！ (预计)
那么光谱烧孔存储技术是怎么实 现多维度记录的呢？
2-D = 47 MB/cm2
3-D = 930 GB/cm2
光谱烧孔存储技术的基本原理
单光子烧孔，电子容易自陷 阱由声子支助返回，即烧孔 不稳定，因此，目前研究中 一般采用双光子光谱烧孔 (光子选通光谱烧孔)。
目前光谱烧孔存储技术有两个主要的研究方向。
单光子烧孔
只用一种频率的光就能产生PHB现象的叫做单光子材料。单 光子材料的PHB过程可用下面的能级图表示。单光子材料分为 1）卟啉、酞菁类。 2）DAQ 及其衍生物。 3）其它化合物类
光谱烧孔存储技术的原理
制作人(按学号排列)： 姜勇勇 08272009 李峰 08272010
什么是光谱烧孔存储技术？
光谱烧孔存储技术是利用光
化学反应引起的光谱烧孔现象而 制作出的一种存储方式。 这些技 术可使传统的光盘二维信息存储 发展成包括频域在内的三维信息 存储，已达到超高密度存储。 光化学反应引起的光谱烧孔现象是于 1974年由Pcrsonov等首先发现的， 1978年IBM公司的科学家提出用持久 性光谱烧孔（Persistent Spectral Hole Burning）实现高密度光存储， 并论证了其可行性。
虽然这项技术还处在试验阶段，但是由于它提 出的多维存储思想，还是给了我们无尽的思考。 相信在不久的将来，可以实现常温下的光谱烧 孔存储技术或者其他方式实现的多维存储技术。 那么光盘的容量将会大大增加，存储技术也将 更加的多样化。
谢谢！！
首先： 能够产生PHB（持久性光谱烧孔）现象的物质系统
由客体（光活性分子）和主体（透明固体基质）两部分组成，客体分 子均匀分布在主体中。 而客体的吸收谱有两类谱线： 由于外界因素客体分子具有不同的局域环境，不同局域环境对应于 不同谐振频率的均匀吸收带 所有均匀吸收带叠加形成连续非均匀吸收带
wPROBE w0
置处，光吸收减弱或消失，形成光谱烧孔。在同一测点上，利用激光 器对非均匀吸收带范围内的频率进行扫描，就会在同一侧点上得到一 系列的光谱孔，按孔的有无，编译成二进制码“1”和“0”，就实现了 PHB频率域的多重存储。
光谱烧孔
单光子光谱烧孔
双光子光谱烧孔 (光子选通光谱烧孔)
光子选通PSHB中，第一个光 子用来选频，第二个光子用 来选通。只有两个光子同时 作用才能完成烧孔，这样只 用选频光多次读出信息时就 不会破坏写入的信息。
烧孔装置图
上图为烧孔和检孔装置图。试样被安放在低温恒温器的样品架上, 单
模连续染料激光器为光谱烧孔提供选位光源,Ar+ 激光器用来泵浦单模 染料激光器, 并为烧孔过程提供选通光源。烧孔波长由染料激光器中的 波长调节器调节。所有烧孔实验均在20K 的温度下进行。 孔的检测是利用1m 单色仪、光电倍增管和锁相放大器及记录仪等 仪器对光照前后的透射谱的变化来进行检测的。