前言

第一章緒論

1.1 前言

隨著科技的進步，人類社會對資訊的需求更見孔急，二十一世紀 可稱為資訊社會，它的影響已深入了生活的各個層面。我們可以看到 光電科技的發展是這些進步最重要的推手之一，舉凡資訊的儲存、傳 輸、與顯示，到處可見的光電元件，以及光電系統的應用，因此如何 發展更快、更精緻、更多功能的光電元件將會是新科技或新應用發展 的關鍵。

舉例來說，我們實驗室長期以來即研究光資訊儲存的研究，想要 利用全像的記錄方式發展平行式、高密度的光資訊儲存的技術，經過 多年的努力，在材料元件及系統的研究均有進展，並以學理證明這種 技術的可行性[1]。現階段著重於精緻化讀寫模組的開發，這也是全 像資訊技術是否能成功應用的關鍵之ㄧ。

我們的設計的系統示意圖如圖 1.1 所示。首先，在系統中採用反 射式的紀錄架構以減少成像元件數目，讓記錄系統更為實際可行。系 統中，輸入器件為單晶矽液晶顯示面板(LCOS)，故在紀錄階段全像頁 資料是由反射式液晶光學空間調製器，把由電腦輸入電信號資訊轉為 光信號是為全像紀錄之物體光波。根據 LCOS 原理，物體光波之偏極

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化是由原平面光波的 S-偏極化轉化 P-偏極化，然後利用偏極分光鏡 (PBS)區分出亮暗信號，並經由透鏡(L1)聚焦至全像碟片，與同樣為 P-偏極化的參考光波干涉，把資訊紀錄在碟片上，我們計畫採用位移 多工的方式[2]，將不同資料頁多工儲存在碟片中。

圖 1.1 反射式全像光資訊儲存系統架構(a)紀錄階段

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圖 1.2 反射式全像光資訊儲存系統架構(b)讀取階段

讀取時，則需用反向傳播之參考讀取光波，讀取全像片內紀錄之資訊，

並透過反射層反射回去，如圖 1.2。要注意的是，此時光波依然是 P-偏極化，無法由第一個 PBS 反射，所以系統中必須額外加入一個分光 鏡(BS)，才能將由全像片中讀出繞射光波，反射成像至輸出器件上 (CCD)，完成資料讀取之動作。但是加入這個分光鏡，會反射掉 50%

的反射光波，因此紀錄與讀取共將使光的使用效率降低 4 倍，大大影 響讀寫模組的功能。目前較常用的解決方式為在物體光波前加入一個 四分之波板，讓反射光的偏極化旋轉，但是這種方法將影響紀錄干涉 的對比度。所以，在我們的第二代設計中，使用一個可調變偏極化元

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件，以取代 BS 分光鏡(如圖 1.3 所示)，使用原來的 PBS 做反射，一 方面可減少系統的複雜度，另一方面也可大幅增加光的使用效率。

圖 1.3 改良反射式全像光資訊儲存系統架構

其功能很簡單，在紀錄時，調變元件參數到某個操作條件，使光波的 偏極化改變到與紀錄用參考光波相同(這裡設定為 S-偏極化，以增進 紀錄效果)；而在讀取時，則改變另一操作條件，使反射光波能適合 PBS 分光鏡的反射條件，利用與 LCOS 相同的分光鏡，來執行反射輸 出至 CCD 上，不需要額外加上另一分光鏡。

對目前的光學元件來說，要改變光波的偏極化，最簡單的是利用 相位延遲板(phase retardation plate)光學元件，我們可以利用機械

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裝置來旋轉傳統二分之一波板之光軸方向來執行上述功能，但是機械 移動通常會引起光學系統對光改變的問題。若不要機械動作的話，雙 折射液晶波板將會是一個很好的選擇，因為雙折射液晶波板會因外加 電場變化，而改變液晶的光軸方向，進而形成電壓可調變的雙折射相 位延遲特性，進而改變光波的偏極狀態。

我的論文就在研究如何設計並製作這樣的可調式液晶相位延遲 板光學元件，以符合上述系統之應用。論文的章節安排順序可以編排 如下:第一章的剩下部分我將介紹液晶波板種類，以及為什麼要選擇 反向對準型液晶波板；第二章的部分將說明如何分析反向對準型液晶 波板的光學特性，以便說明如何設計我們所需要的可調式液晶波板，

並說明如何利用廣義 Jones 矩陣法則分析此元件的斜向入射之問題，

從圖 1.3 來看，由於我們在接近聚焦點時用此元件，斜向入射之問題 必須清楚分析；第三章的部分為利用第二章的原理分析進行電腦模擬，

說明如何選取的液晶波板參數與最佳化的元件設計條件；第四章為元 件的製作與光學實驗，驗證理論是否正確，並製作所需的液晶波板，

找到適當操作條件；第五章的部分則為結論。