, (1.4)
若波長為 1550 nm，要達到 0.2 nm 的窄頻濾波器，只需要 6 mm 厚度，
d
z
d
z
(a) (b)
圖 1-2 厚光柵示意圖：(a)穿透式光柵；(b)反射式光柵。
0 1 2 3 4 5
0 20 40 60 80 100
Diffraction efficiency (%)
Modulation of index
x10-4 0.0-0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Normailized efficiency (%)
Bragg detuning angle (DEG)
圖 1-3(a)繞射效率與光柵振幅的關係；(b)繞射效率與入射角變化的關係。
從體積全像術的原理分析，我們可以利用不同入射角或波長相異的參考光，與物 體光干涉，在厚材料的同一個位置上記錄多張全像；因此應用體積全像術，透過適當的 多工安排，可以在同樣體積的材料中記錄更多資訊，增加資訊容量；或整合更多的全像 繞射元件於單一元件上。
1.2 體積全像應用之發展關鍵與要求
要發展體積全像的應用，需要整合多種元件；體積全像儲存系統是體積全像應用
中要求最為嚴苛的應用，如圖 1-4(a)為體積全像儲存系統示意圖，物體光波經由空間調 製器後，形成攜帶圖樣或數位資訊的物體光波，與不同角度或不同波長的光干涉記錄，
當重建時，我們只要改變參考光的入射角度或波長，便可讀取出不同的資訊；如要建構 實用的體積全像儲存系統，其容量至少每張直徑 12 cm 的碟片要為 1000 GB，因此資料 密度為 70.74 Gbits·cm-2；若所使用的記錄光波長為 532 nm、500 mW 的雷射光源，經過 光 學 系統 後 每道 光 只剩 50 mW，假設在系統中使用的，空間調制器的解析度為 1000×1000，畫素大小為 4 m×4 m，存取速度為 1 Gbps，因此每張 106 bits 的全像記錄 時間為 10-3秒；系統中使用的透鏡之焦距(Focal length)為 1 cm，富式平面上的光點半徑 為 0.133 cm，對應的富式全像的面積為 0.056 cm2，要讓偵測繞射光圖樣的影像偵測元 件，如電荷耦合元件(Charge couple device, CCD)元件上之單一畫素產生位元 1 的最低每 秒光子數為 10000，CCD 的每個畫素大小亦為 4 m×4 m，每張全像的讀取時間為 0.001 秒，可計算出每一畫素上所需最低之光強度，也就是最低繞射光強度為 0.023 mW·cm-2； 因此每張全像最低繞射效率必須為 0.0000258，將此最低繞射效率代入 Eq. (1.2)，由於繞 射效率很低，可近似後求得對應的光柵強度為 0.0051；要達到相同的資料密度，也就是 在碟片的同一位置上要記錄 3961 張全像；動態範圍定義為同一位置上的全像數目與單 張全像所需的折射率變化之乘積，因此對應的動態範圍為 20.2；敏感度定義為每單位曝 光能量所能得到的光柵強度，敏感度至少要為 22 cm2·J-1。
圖 1-4(b)為多頻道解調多工器示意圖；此類光被動元件在 DWDM 中非常重要，而 要滿足的需求，在同一條光纖中傳輸 40 甚至 160 個頻道的資訊，所需要的窄頻濾波器 的頻寬為 0.8 nm 至 0.2 nm(40 Gbps ~ 160 Gbps)；以體積全像法製作濾波器的優點在於技 術成熟與插入損失低[31-35]；以 90 度角度多工製作頻寬為 0.2 nm 的光塞取多工器 (Optical Add/Drop Multiplexer)，每個頻道所需要的材料厚度要 8.50 mm，然後利用位移
多工，可在一塊材料上，製作多個頻道的濾波器；全像濾波元件亦可用於檢測系統，如 生醫檢測系統中，需設計近紅外光的繞射元件[36-39]。
Detector array
Spatial light modulator
Volume holograms
Digital data
Data retrieval
Page address
or Analog image
Detector array
Spatial light modulator
Volume holograms
Digital data
Data retrieval
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12 ……. n1n
1 2 … n1n
(a) (b)
圖 1-4 體積全像之應用示意圖：(a)體積全像記錄系統；(b)多頻道解調多工器。
隨著科技的進步，各種光電元件的效能都有明顯的成長，高解析度的空間調制器，
足夠敏感的 CCD，反應時間短、解析度高的機電系統，更高功率與同調長度長的雷射 等；這些元件都足夠支持實現體積全像的應用，然而儲存材料的進步速度不如光機電元 件來的快速；對於體積全像的應用，其對材料的要求諸如高動態範圍、高光敏感度、低 光致收縮(Shrinkage)、良好光學平整度、低散射、熱膨脹係數小、容易大量製造，材料 保質期(shelf-life time)長都是一個良好體積全像應用材料的必要條件；因此我們可以整 理如表 1-1 的參數[23, 40]，說明體積全像應用的材料要求，針對不同的應用，要求也會 略有不同，如全像繞射元件，則不需要較高敏感度的要求，但是卻期望能有接近 100%
的繞射效率，減少訊號強度損耗。
厚度 > 0.5 mm
光學平整度 <半波長
敏感度 20 cm2·J-1
動態範圍 M/# > 5.0
光致收縮率 < 0.05% (0.5 mm 材料) 散射 < 10-5 srad-1
感光波長 視應用而定
材料保質期 > 10 年
表 1-1 體積全像記錄材料之特性參數要求。