Разработан метод голографического хранения данных

В голографическом хранилище данных для сохранения цифровой информации внутри материала используется лазерный луч. Вместо того чтобы записывать данные только на поверхность, как на жестком диске или оптическом диске, голографическое хранилище сохраняет множество перекрывающихся световых узоров по всему объему материала, что обеспечивает гораздо более высокую плотность хранения и более быструю передачу данных. 

Информация записывается в виде страниц, похожих на изображения, сформированных с помощью лазерных световых узоров. Кодирование преобразует цифровые данные в эти страницы для записи, а декодирование восстанавливает записанные страницы в виде пользовательских данных.

«В традиционных голографических системах хранения данных для кодирования обычно используется одно измерение света, например амплитуда или фаза, или, в крайнем случае, комбинация двух этих измерений», — говорит руководитель исследовательской группы Сяоди Тан из Фуцзяньского педагогического университета в Китае.

«Основываясь на принципе поляризационной голографии, мы использовали архитектуру глубокого обучения, известную как сверточная нейронная сеть, чтобы использовать поляризацию в качестве независимого информационного измерения».

В статье в Optica исследователи описывают свой новый метод хранения голографических данных и демонстрируют, что он позволяет увеличить плотность информации, а также упростить считывание

Хотя теоретически можно использовать несколько свойств света для кодирования большего объема информации на каждой странице данных, на практике это непросто. Чтобы решить эту проблему, исследователи в течение многих лет совершенствовали поляризационную голографию на основе тензоров, которая сохраняет поляризационное состояние, зафиксированное на голограмме, при реконструкции. Это позволяет использовать поляризацию в качестве надежного канала для хранения информации.

В новой работе они разработали схему 3D-кодирования модуляции путем управления интенсивностью и фазой двух ортогональных поляризационных состояний с использованием метода двухфазной голограммы. Это позволило использовать пространственный модулятор света, работающий только с фазой, для кодирования информации об амплитуде, фазе и поляризации в оптическом поле.

Расшифровать информацию о комбинированной амплитуде, фазе и поляризации (3D) сложно, поскольку датчики фиксируют только интенсивность света (амплитуду) и не могут напрямую определять фазу и поляризацию.

Исследователи решили эту проблему, применив теорию голографии тензорной поляризации и разработав модель сверточной нейронной сети для одновременного извлечения трехмерной информации непосредственно из дифракционных изображений.

Модель изучает амплитудные, фазовые и поляризационные характеристики оптического поля на основе двух дополнительных дифракционных изображений: одного, снятого с использованием вертикального поляризатора, и другого — без него. Используя эти изображения интенсивности в качестве входных данных, обученная нейронная сеть может одновременно декодировать амплитуду, фазу и поляризацию, что позволяет увеличить плотность хранения данных и повысить скорость передачи.

После проверки теории, лежащей в основе нового метода, исследователи создали компактную установку для записи и восстановления закодированного оптического поля в поляризационно-чувствительной среде.

В процессе оценки и декодирования записанные изображения интенсивности анализировались для определения амплитудных, фазовых и поляризационных характеристик распределения интенсивности. Затем эти характеристики использовались в качестве входных данных для декодирования с помощью нейронной сети, что позволило одновременно реконструировать трехмерные данные на основе измерений только интенсивности.