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Schnelle Phasenmodulation für einen volumenholographischen Massenspeicher

Peuser, Jörn :
Schnelle Phasenmodulation für einen volumenholographischen Massenspeicher.
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2008)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Schnelle Phasenmodulation für einen volumenholographischen Massenspeicher
Language: German
Abstract:

Forschungsgruppen arbeiten weltweit an der Realisierung neuer Massenspeicher-Technologien für die zukünftige Speichergeneration, um die stetig wachsende Datenmenge der Informations- und Unterhaltungsindustrie zu bewältigen. Ein Ansatz zur Realisierung hochkapazitiver Speicher ist die volumenholographische Datenspeicherung, welcher in der dieser Arbeit verfolgt wird. Die Daten werden in Form eines dreidimensionalen Interferenzmusters, erzeugt durch einen Informations- und einen Referenzstrahl, in ein lichtempfindliches Medium eingeschrieben. Im Gegensatz zu herkömmlichen Speichern, bei denen Informationen auf der Materialoberfläche gespeichert werden, führt die Ausnutzung des vollständigen Volumens zu einer deutlich größeren Datendichte. Durch die Anwendung verschiedener Adressierungsverfahren, welche die Überlagerung (Multiplexing) mehrerer Datenseiten im gleichen Volumenelement des Speichermaterials ermöglichen, lassen sich hohe Datendichten realisieren. Beim dem phasencodierten Multiplexing werden durch transversales Codieren des Referenzstrahls in seiner Phase bei der Hologramm-Aufnahme mehrere Hologramme in das gleiche Volumen gespeichert. Die Codierung der Phase übernimmt ein speziell angepasster Phasenmodulator auf Flüssigkristall(FK)-Basis. Um neben der hohen Datenkapazität ebenso eine schnelle Datentransfer-Rate beim Schreiben und Lesen der Hologramme zu gewährleisten, war die Schaltzeitverbesserung des Flüssigkristall-Elements das primäre Ziel der hier vorgestellten Arbeit. Es existieren verschiedene Methoden zur Schaltzeitoptimierung von nematischen Flüssigkristallzellen, welche allerdings separat genutzt nicht ausreichen, um die gewünschte Schaltzeit zu erreichen, ohne die Leistungsfähigkeit und Effizienz des optischen Gesamtsystems durch eine starke Absorption und hohe Betriebstemperaturen (>100°C) zu limitieren. Erst die Kombination unterschiedlicher Techniken (FK mit hohem delta n, Transient Nematic Effekt, Temperatur Effekt) und verbesserte Herstellungsverfahren beim Flüssigkristall Zellenbau (ultradünne Zellen im sub-µm Bereich, interne Temperaturstabilisierung) - entwickelt in dieser Arbeit - ermöglichten die Umsetzung schnellster Schaltzeiten (<0,5ms für den Phasenhub von pi). Die innovative Herstellungstechnik der ultradünnen Fotolack-Spacer für Zelldicken im sub-µm Bereich und die hochgenaue interne Temperaturregelung haben wesentlich zur Umsetzung schneller Schaltzeiten beigetragen. Im Verlauf der Arbeit wurden zum Test unterschiedlicher Phasencodierungs-Systeme diverse Elektrodenlayouts entworfen und in FK-Zellen integriert. Die effiziente und homogene Beleuchtung der einzelnen Elemente des jeweiligen Phasenmodulators wurde über die Strahlaufteilung mithilfe diffraktiver optischer Elemente (DOE) in Fotolack umgesetzt (das Phasenprofil liegt hierbei in strukturiertem Fotolack vor). Die Berechnung (Simulated Annealing Algorithmus) und Fabrikation der DOE ist ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit; weiterhin konnte die Laserlithographie-Anlage durch eigene Untersuchungen um die Schreib-Funktion zur Herstellung mehrstufiger Fotolackstrukturen ergänzt werden.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Research groups around the world work on the realization of new mass storage technologies for the future memory generation, to manage the growing information flow and the consumers demand for higher data capacities. One approach to a new storage system is the volume holographic memory using different kinds of multiplexing methods to boost the data density. The topic of this thesis was research and development of a fast nematic liquid crystal (LC) phase modulator for a holographic data storage system which exploits the phase coding multiplexing technique. The influence of different effects for optimizing the response time of LC cells was observed. Only in the combination of all enhancing effects (ultrathin cells in the sub-µm regime, LC with high delta n, transient nematic effect, temperature effect) led to a fast switching time of 0.5ms for one pi. Especially the new fabrication method of the photo resist spacer for ultra thin cells and the integrated temperature control contributed to the short response time. Furthermore diffractive optical elements were calculated, fabricated and used for efficient and homogenous illumination of the phase shifting elements of the modulator. The calculation of the diffractive optical elements (DOE) for the efficient beam splitting was successfully done with the Simulated Annealing algorithm. The functionality of the laser lithography device of the Institute of Applied Physics (TU Darmstadt) was upgraded with the production of multilevel DOE: this was realized with a modified photo resist substrate preparation (pre-exposure) and a special calibration of the lithography laser. Three different electrode layouts of the LC-phase modulators for phase coding in a holographic data storage system were produced. The holographic storage experiments demonstrate the general functionality of the realized components.English
Uncontrolled Keywords: Flüssigkristall, Fotolack-Spacer, Schaltzeitverbesserung, Phasenmodulation, Temperatur-Regelung, Mikrooptik , Diffraktive optische Elemente, Volumenholographie, Datenspeicherung
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
Flüssigkristall, Fotolack-Spacer, Schaltzeitverbesserung, Phasenmodulation, Temperatur-Regelung, Mikrooptik , Diffraktive optische Elemente, Volumenholographie, DatenspeicherungGerman
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
Divisions: Fachbereich Physik
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:23
Last Modified: 07 Dec 2012 11:54
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-10221
License: Creative Commons: Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 3.0
Referees: Tschudi, Prof. Dr. Theo and Halfmann, Prof. Dr. Thomas
Refereed: 14 April 2008
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/1022
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