2017 Fiscal Year Research-status Report
Recording and reading method of multi-level complex amplitude data for holographic memories
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17K06378
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
本間 聡 山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (70362085)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | データストレージ / ホログラフィックメモリ / SQAM信号 / ホログラム多重 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
振幅値と位相値に多値信号を与えた空間複素振幅(SQAM)データをホログラフィックメモリに記録することにより，飛躍的な記録密度改善が期待できる．本研究では，二つの位相信号に対するホログラムを多重記録することにより，等価的に複素振幅信号のホログラムを生成する手法の確立とその精度改善方法を検討している．
これまでに，位相ホログラムを多重した場合のホログラム媒体中に記録される屈折率分布および，同ホログラムにより再生される信号光の光波伝搬解析手法を開発した．これを用いて，再生されるSQAM信号の精度を解析した．二つのホログラムの記録強度の不均一性，再生SQAM信号のピクセル干渉が主な原因として，再生される信号精度が低下することを明らかにした．これに対し，パイロット信号を記録データに組み込むことにより，二つの位相ホログラム間の強度比を推定し，その影響を低減する手法を提案した．
上記の記録手法で複素振幅データ用のホログラフィックデータを記録する場合，2回に分けてホログラムを露光するため，フォトポリマ内のモノマの消費が大きくなるという問題を有していた．その問題を避けるため，一度書き換え可能なホログラム媒体であるフォトリフラクティブ（PR）結晶に同手法により目的のホログラムを記録し，これを一度の照射プロセスによってフォトポリマに転写する方法を提案した．PR結晶にホログラムを記録する際，各光波を集光しない状態で記録することで，強度差が小さいホログラムを多重することができる．その結果として，フォトポリマに直接ホログラムを記録した場合よりSQAM信号の精度が向上する．
上記の内容はそれぞれinternational symposium Imaging, Sensing, And Optical Memory 2018にて報告した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初予定していたように，位相ホログラムを多重した場合のホログラム媒体中に記録される屈折率分布および，同ホログラムにより再生される信号光の光波伝搬解析手法を開発した．また，再生信号精度の評価を行った．さらに少し計画を前倒しして，2年次に計画していた「ホログラフィックメモリの性能向上の検討」，すなわちホログラフィックメモリに記録する信号形態（信号のコード化）による再生精度の評価を進めている．エラー訂正可能な符号としてターボ符号の適用を検討しており，これまでに精度改善に有効であることを確認している．
また，1年目で計画をしていた多重位相ホログラムの実験系の構築と予備実験についても進めている．ただし，フォトポリマに2つの位相信号を記録したところ，当初見込んでいた再生精度が達成されていない．いくつかの要因が考えられている．①二つの位相ホログラムの記録強度に差が生じている．②提案手法では位相ホログラムを2回に分けて記録するため記録時の光波の揺らぎに極めて敏感である．実験室の環境上外部からわずかな振動が入り，本実験室の光学台の除震精度が十分ではない．③本研究室の実験設備の都合上，ピエゾ素子を用いた位相シフト法により再生SQAM信号の測定を行っている．複数回に分けて撮影するため振動による影響を受けやすい．これにより再生精度が劣化している．④実験で使用しているフォトポリマは記録に伴うシュリンクが大きく，その影響で雑音が大きくなっている．これらの要因を踏まえ，ワンショットでSQAM信号を測定する光学系およびデータの形式を検討している．
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| Strategy for Future Research Activity |
まずは，SQAM信号の記録再生実験を重点課題として進めていく．現段階では十分な再生精度がえられていないため，光学系および信号の形態を再検討している．除震に関しては，一部振動原因と思われる機器の移動を検討しており，また，ワンショット測定法の導入により振動の影響をできるだけ小さくする手法を検討している．フォトポリマの変更も検討中である．
また，平行して数値解析により，ホログラフィックメモリに適した複素振幅信号のコード変換法を検討する．フォトポリマにホログラムを記録する際，モノマの残存量の変化により，ページ間のみならず同一ページ内でも空間的に回折効率が変動することが予想される．したがって，1ピクセルの複素振幅信号よりコードを生成した場合，十分なSNRが確保できなくなることが予想される．したがって，従来の2/4符号信号などを習って，複数のピクセルの信号を比較することによって，複素振幅データを評価する方法を検討する．さらに，エラー訂正技術の組み込みを検討する．
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