1.本公开涉及数据存储技术领域，尤其涉及一种全息数据存储系统。
背景技术：
2.光学存储具有长寿命、低能耗的特点，适用于数据中心和档案系统等应用场景。现有技术中，扩大数据容量是光学存储的主要问题。传统光学存储技术(如蓝光光盘)在扩大数据容量方面进步较慢，因此，需要开发不同的存储技术，以实现大容量的光学数据存储。
技术实现要素：
3.有鉴于此，本公开提出了一种全息数据存储系统的技术方案。
4.根据本公开的一方面，提供了一种全息数据存储系统，包括：照明子系统、物光臂、参考光臂和全息聚合物；所述照明子系统，用于确定具有预设偏振态的准直平面波；所述物光臂，用于根据纯相位型全息图，对所述准直平面波进行调制，得到物光波，并控制所述物光波入射至所述全息聚合物，其中，所述纯相位型全息图通过对待存储的复振幅信息进行编码得到；所述参考光臂，用于根据所述准直平面波，确定参考光波，并控制所述参考光波入射至所述全息聚合物；所述全息聚合物，用于记录所述参考光波与所述物光波干涉产生的干涉条纹，以对所述复振幅信息进行存储。
5.在一种可能的实现方式中，所述照明子系统包括：点光源、准直透镜和偏振片；所述点光源，用于出射具有强相干性的点光源光波；所述准直透镜，用于将所述点光源光波调整为初始准直平面波；所述偏振片，用改变所述初始准直平面波的偏振态，得到具有预设偏振态的所述准直平面波。
6.在一种可能的实现方式中，所述点光源包括：激光器、光纤和通光孔径；所述激光器，用于出射具有强相干性的激光；所述光纤，用于约束所述激光的传播方向，控制所述激光入射至所述通光孔径；所述通光孔径，用于将所述光纤传播的所述激光调整为所述点光源光波，其中，所述通光孔径设置在所述准直透镜的物方焦点处。
7.在一种可能的实现方式中，所述参考光臂包括：第一分束镜和反射镜；所述第一分束镜，用于对所述准直平面波进行分束，确定所述参考光波；所述反射镜，用于控制所述参考光波入射至所述全息聚合物。
8.在一种可能的实现方式中，所述物光臂包括：第一电子开关、第二分束镜、空间光调制器、光阱和滤波模块；所述第一电子开关，用于在存储数据时开启，以控制所述准直平面波入射至所述第二分束镜；所述第二分束镜，用于对所述准直平面波进行分束，并控制分束后的第一部分准直平面波入射至所述空间光调制器，控制分束后的第二部分准直平面波入射至所述光阱；所述空间光调制器，用于根据所述纯相位全息图，对所述第一部分准直平面波进行调制，得到所述物光波；所述光阱，用于遮挡所述第二部分准直平面波；所述滤波模块，用于对所述物光波进行滤波，去除所述物光波的傅里叶变换频谱中的干扰信息。
9.在一种可能的实现方式中，所述全息聚合物，用于在读取数据时，根据所述干涉条
纹对所述参考光波进行调制，得到重建光波。
10.在一种可能的实现方式中，所述系统还包括：读取子系统，用于采集所述重建光波，确定不同衍射重建距离上的衍射重建图像；解码子系统，用于对不同衍射重建距离上的所述衍射重建图像进行解码，得到所述复振幅信息。
11.在一种可能的实现方式中，所述读取子系统包括：第二电子开关、第三分束镜、第一成像装置和第二成像装置；所述第二电子开关，用于在读取数据时开启，以控制所述重建光波入射至所述第三分束镜；所述第三分束镜，用于对所述重建光波进行分束，控制分束后的第一部分重建光波入射至所述第一成像装置，控制分束后的第二部分重建光波入射至所述第二成像装置；所述第一成像装置，用于采集所述第一部分重建光波，确定第一衍射重建距离上的第一衍射重建图像；所述第二成像装置，用于采集所述第二部分重建光波，确定第二衍射重建距离上的第二衍射重建图像，其中，所述第二衍射重建距离，与所述第一衍射重建距离不同。
12.在一种可能的实现方式中，所述解码子系统包括：数据线和解码模块；所述数据线，用于将所述第一衍射重建图像和所述第二衍射重建图像传输到所述解码模块；所述解码模块，用于将所述第一衍射重建图像和所述第二衍射重建图像输入至训练好的深度学习网络进行解码，得到所述复振幅信息。
13.在一种可能的实现方式中，所述解码模块，用于基于样本图像，预先训练所述深度学习网络。
14.根据本公开实施例的全息数据存储系统，通过照明子系统产生具有预设偏振态的准直平面波；通过对待存储的复振幅信息进行编码得到纯相位型全息图，待存储的复振幅信息包含振幅信息和相位信息，可以增加数据存储容量；利用物光臂，基于纯相位型全息图，无需构建复杂的复振幅编码光路，就可以对准直平面波进行调制，确定物光波，从而简化系统的结构；利用参考光臂，可以基于准直平面波，确定参考光波；通过全息聚合物可以记录物光波与参考光波干涉产生的干涉条纹，从而实现全息数据存储。
15.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，而非限制本公开。根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
16.包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。
17.图1示出根据本公开实施例的一种全息数据存储系统的框图；
18.图2示出根据本公开实施例的一种全息数据存储系统的结构示意图；
19.图3示出根据本公开实施例的一种y-net深度学习网络的结构示意图。
具体实施方式
20.以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
21.在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
22.本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中术语“至少一种”表示多种中的任意一种或多种中的至少两种的任意组合，例如，包括a、b、c中的至少一种，可以表示包括从a、b和c构成的集合中选择的任意一个或多个元素。
23.另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。
24.光学存储具有长寿命、低能耗的特点，适用于数据中心和档案系统等应用场景。现有技术中，扩大数据存储容量是光学存储的主要问题。传统光学存储技术，例如蓝光光盘等，在扩大数据容量方面进步较慢，因此，需要开发不同的存储技术以实现大容量的光学数据存储。
25.基于丰富的存储复用方式，全息数据存储是实现大容量光学数据存储的一种j9九游会真人的解决方案。相关技术中，全息数据存储系统仅将待存储数据编码到振幅信息，限制了数据存储容量的扩大。将待存储数据编码至包含振幅信息和相位信息的复振幅信息中，能够将数据存储容量扩大一倍，可以作为实现大容量光学数据存储的一种可选方案。
26.但是，基于复振幅信息的全息数据存储，需要解决信息编码和信息解码等方面的问题。在信息编码方面，由于相关技术中没有复振幅型的动态空间光调制器，因此，需要构建复杂的光路结构以实现复振幅信息的动态调制；在信息解码方面，复振幅信息的采集通常需要基于专用设备(例如波前传感器)，或机械移动装置实现，相关装置的使用会提高全息数据存储系统的复杂度和成本。此外，由于复振幅信息中包含振幅信息和相位信息，对复振幅信息解码的过程，涉及对振幅信息和相位信息的分别解耦和各自重建，对全息数据存储系统的运算能力有较高的要求，相应地限制了全息数据存储系统的解码速度。
27.本公开实施例提供了一种全息数据存储系统，可以用于实现基于复振幅信息的光学数据存储。下面对本公开实施例提供的全息数据存储系统进行详细说明。
28.图1示出根据本公开实施例的一种全息数据存储系统的框图。如图1所示，沿光线传播方向，系统100包括：照明子系统101、物光臂102、参考光臂103和全息聚合物104。
29.照明子系统101，用于确定具有预设偏振态的准直平面波。
30.物光臂102，用于根据纯相位型全息图，对准直平面波进行调制，得到物光波，并控制物光波入射至全息聚合物104，其中，纯相位型全息图通过对待存储的复振幅信息进行编码得到。
31.参考光臂103，用于根据准直平面波，确定参考光波，并控制参考光波入射至全息聚合物104。
32.全息聚合物104，用于记录参考光波与物光波干涉产生的干涉条纹，以对复振幅信息进行存储。
33.照明子系统101，可以根据物光臂102的偏振选择性，产生具有预设偏振态的准直平面波，并控制准直平面波入射至物光臂102和参考光臂103，将准直平面波作为系统100的照明光。后文会结合本公开可能的实现方式，对照明子系统101和准直平面波进行详细描
述，此处不做赘述。
34.物光臂102，可以基于纯相位型全息图，对准直平面波进行调制，得到对应的物光波；并控制物光波入射至全息聚合物104，以实现后续利用物光波进行全息数据的存储。后文会结合本公开可能的实现方式，对物光臂102进行详细描述，此处不做赘述。其中，纯相位型全息图可以通过对待存储的复振幅信息进行编码确定。具体的，将待存储的复振幅信息编码为纯相位型全息图的方式，可以表述为下述公式(1)：
35.ψ(x，y)＝θ(ad)[φd(x，y) φ
linear
(x，y) φ
rand
(x，y)]
ꢀꢀ
(1)
[0036]
其中，ψ(x，y)表示根据待存储的复振幅信息编码确定的纯相位型全息图；φd(x，y)表示待存储的复振幅信息中包含的相位信息；φ
linear
(x，y)表示线性偏置相位，用于在傅里叶变换频谱面分离需要的衍射级次和多余的衍射级次；φ
rand
(x，y)表示随机相位，用于保证待存储的复振幅信息在傅里叶频谱面的平滑性；θ(ad)表示对待存储的复振幅信息中包含的振幅信息进行预处理，对应的处理过程可以表示为下述公式(2)：
[0037]ad
(x，y)＝sinc{π[1-θ(ad)]}
ꢀꢀ
(2)
[0038]
其中，ad(x，y)表示待存储的复振幅信息中包含的振幅信息。
[0039]
待存储的复振幅信息，可以是将待存储数据编码至振幅信息和相位信息后，确定的复振幅信息。将待存储数据编码至振幅信息和相位信息的方式，可以参考相关技术中的实施方式，本公开对此不做具体限定。
[0040]
参考光臂103，可以将入射的准直平面波确定为对应的参考光波，并控制参考光波入射至全息聚合物104，以实现后续利用参考光波进行全息数据的存储和读取。后文会结合本公开可能的实现方式，对参考光臂103进行详细描述，此处不做赘述。
[0041]
在数据存储过程中，参考光臂103出射的参考光波，以及物光臂102出射的物光波，在全息聚合物104处发生干涉，产生相应的干涉条纹。全息聚合物104可以记录参考光波与物光波干涉产生的干涉条纹，从而实现对待存储的复振幅信息进行存储。其中，全息聚合物104的材料，可以参考相关技术中的实施方式，例如丙烯酸酯基光致聚合物、烯基光致聚合物等，本公开对此不做具体限定。
[0042]
根据本公开实施例的全息数据存储系统，通过照明子系统产生具有预设偏振态的准直平面波；通过对待存储的复振幅信息进行编码得到纯相位型全息图，待存储的复振幅信息包含振幅信息和相位信息，可以增加数据存储容量；利用物光臂，基于纯相位型全息图，无需构建复杂的复振幅编码光路，就可以对准直平面波进行调制，确定物光波，从而简化系统的结构；利用参考光臂，可以基于准直平面波确定参考光波；通过全息聚合物可以记录物光波与参考光波干涉产生的干涉条纹，从而实现全息数据存储。
[0043]
在一种可能的实现方式中，照明子系统101包括：点光源、准直透镜和偏振片；点光源，用于出射具有强相干性的点光源光波；准直透镜，用于将点光源光波调整为初始准直平面波；偏振片，用改变初始准直平面波的偏振态，得到具有预设偏振态的准直平面波。
[0044]
具体的，点光源可以用于产生具有强相干性的点光源光波，从而确保照明子系统101发出的准直平面波具有强相干性。点光源可以参考相关技术中的实施方式，本公开对此不做具体限定。
[0045]
点光源光波的出射位置放置于准直透镜的物方焦点处，准直透镜可以用于将点光源光波汇聚为初始准直平面波。准直透镜的参数，例如焦距等，可以根据实际的使用需求进
行设置，本公开对此不做具体限定。
[0046]
由于物光臂102中使用的空间光调制器通常具有偏振选择性，且在全息聚合物104处发生干涉的物光波和参考光波需要具有相同的偏振态，因此，可以利用偏振片调整初始准直平面波的偏振态，从而得到具有预设偏振态的准直平面波。其中，偏振片的类型可以根据物光臂102中使用的空间调制器的偏振选择性进行设置，本公开对此不做具体限定。
[0047]
除了上述结构外，照明子系统101还可以根据实际的使用需求，适应性增加其他光学器件，例如反射镜、透镜等，本公开对此不做具体限定。
[0048]
在一种可能的实现方式中，点光源包括：激光器、光纤和通光孔径；激光器，用于出射具有强相干性的激光；光纤，用于约束激光的传播方向，控制激光入射至通光孔径；通光孔径，用于将光纤传播的激光调整为点光源光波，其中，通光孔径设置在准直透镜的物方焦点处。
[0049]
由于系统100要求照明子系统101发出的准直平面波具有强相干性，因此，可以选择能够出射具有强相干性的激光的激光器作为点光源中的激光器。
[0050]
光纤可以用于约束激光的传播方向，激光器发出的激光耦合进入光纤，在光纤的约束下，可以入射至通光孔径。光纤的参数，例如光纤长度、光纤直径等，可以根据实际的使用需求进行设置，本公开对此不做具体限定。
[0051]
通光孔径可以用于将来自光纤的激光调整为点光源光波。通光孔径的尺寸通常在微米量级。通光孔径可以参考相关技术中的实施方式，本公开对此不做具体限定。
[0052]
来自光纤的激光经过通光孔径后，可以得到几何尺寸也为微米量级的光点型的光波。相对于整个系统100的几何尺寸，经过通光孔径输出的光波的几何尺寸几乎可以忽略不计，因此，经过通光孔径输出的光波，可以看作一个点光源光波。通光孔径设置在准直透镜的物方焦点处，从而确保点光源光波的出射位置位于准直透镜的物方焦点处。
[0053]
除了上述结构外，点光源还可以根据实际的使用需求，适应性增加其他光学器件，例如反射镜、透镜等，本公开对此不做具体限定。
[0054]
图2示出根据本公开实施例的一种全息数据存储系统的结构示意图。如图2所示，激光器201发出的具有强相干性的激光耦合至光纤202，并在光纤202的约束下传输至通光孔径203处，通光孔径203可以将激光调整为点光源光波。
[0055]
通光孔径203放置于准直透镜204的物方焦点处，点光源光波经过准直透镜204后汇聚为初始准直平面波。反射镜205用于改变光线传播方向，可以减小系统的体积。初始准直平面波经过反射镜205反射后入射至偏振片206。偏振片206可以改变初始准直平面波的偏振态，得到具有预设偏振态的准直平面波。其中，偏振片206的类型可以根据空间光调制器211的偏振选择性确定。
[0056]
在一种可能的实现方式中，参考光臂103包括：第一分束镜和反射镜；第一分束镜，用于对准直平面波进行分束，确定参考光波；反射镜，用于控制参考光波入射至全息聚合物104。
[0057]
照明子系统101产生的具有预设偏振态的准直平面波入射至参考光臂103后，经过第一分束镜分束后，部分准直平面波可以作为参考光波入射至反射镜。反射镜可以控制参考光波入射至全息聚合物104，以实现后续利用参考光波进行全息数据的存储和读取。
[0058]
除了上述结构外，参考光臂103还可以根据实际的使用需求，适应性增加其他光学
器件，例如透镜等，本公开对此不做具体限定。
[0059]
以上述图2为例，如图2所示，具有预设偏振态的准直平面波入射至第一分束镜207，经过第一分束镜207分束后，改变传播方向的准直平面波可以确定为参考光波，参考光波经过反射镜208反射后，入射至全息聚合物217处。
[0060]
在一种可能的实现方式中，物光臂102包括：第一电子开关、第二分束镜、空间光调制器、光阱和滤波模块；第一电子开关，用于在存储数据时开启，以控制准直平面波入射至第二分束镜；第二分束镜，用于对准直平面波进行分束，并控制分束后的第一部分准直平面波入射至空间光调制器，控制分束后的第二部分准直平面波入射至光阱；空间光调制器，用于根据纯相位全息图，对第一部分准直平面波进行调制，得到物光波；光阱，用于遮挡第二部分准直平面波；滤波模块，用于对物光波进行滤波，去除物光波的傅里叶变换频谱中的干扰信息。
[0061]
经过参考光臂103中第一分束镜分束后的部分准直平面波，可以入射至物光臂102。在数据存储过程中，第一电子开关保持开启状态，可以控制准直平面波入射至第二分束镜。第二分束镜可以用于将入射的准直平面波分束成为第一部分准直平面波和第二部分准直平面波，并控制第一部分准直平面波入射至空间光调制器。空间光调制器可以用于加载通过复振幅信息编码得到的纯相位型全息图，并根据纯相位型全息图，对第一部分准直平面波进行调制，得到物光波，并将物光波反射至第二分束镜。物光波经过第二分束镜透射至滤波模块。
[0062]
滤波模块用于对物光波进行滤波，去除物光波的傅里叶变换频谱中的干扰信息，得到消除了干扰信息的物光波。滤波模块的结构，可以参考相关技术中的实施方式，本公开对此不做具体限定。
[0063]
第二分束镜还可以控制第二部分准直平面波入射至光阱，光阱可以用于对第二部分准直平面波进行遮挡，从而防止多余的照明光对系统100的干扰，也可以避免多余的照明光造成潜在危险。光阱尺寸以及放置位置，可以根据实际的使用需求进行设置，本公开对此不做具体限定。
[0064]
除了上述结构外，物光臂102还可以根据实际的使用需求，适应性增加其他光学器件，例如透镜等，本公开对此不做具体限定。
[0065]
以上述图2为例，如图2所示，经过第一分束镜207分束后，沿原传播方向的准直平面波入射至第一电子开关209。在数据存储过程中，第一电子开关209保持开启状态，以控制准直平面波入射至第二分束镜210。经过第二分束镜210分束后，改变传播方向的第一部分准直平面波入射至空间光调制器211。通过对待存储的复振幅信息进行编码，可以得到纯相位型全息图。空间光调制器211可以加载该纯相位型全息图，并基于纯相位型全息图，对入射至空间光调制器211的第一部分准直平面波进行调制，得到初始物光波。经过第二分束镜210分束后，沿原传播方向的第二部分准直平面波入射至光阱212，光阱212可以遮挡入射的第二部分准直平面波，避免多余的照明光对系统的干扰。
[0066]
初始物光波经过空间光调制器211的反射后，返回并通过第二分束镜210后入射至滤波模块。滤波模块包括：凸透镜213、频谱滤波器214以及凸透镜215。其中，凸透镜213和凸透镜215构成4f系统，凸透镜213的像方焦点与凸透镜215的物方焦点重合，频谱滤波器214放置于凸透镜213的像方焦点处。
[0067]
凸透镜213可以对初始物光波进行傅里叶变换，确定初始物光波的傅里叶变换频谱；频谱滤波器214可以对初始物光波的傅里叶变换频谱进行滤波，从而消除初始物光波的傅里叶变换频谱中的干扰信息；凸透镜215可以对经过滤波后的初始物光波的傅里叶变换频谱，进行逆傅里叶变换，得到消除干扰信息的物光波。经过滤波后，消除干扰信息的物光波入射至凸透镜216，凸透镜216可以对消除干扰信息的物光波进行汇聚，并控制汇聚后的物光波入射至全息聚合物217处。
[0068]
在数据存储过程中，汇聚后的物光波可以在全息聚合物217处与参考光波发生干涉，产生的干涉条纹可以被全息聚合物记录，从而实现对复振幅信息的存储。通过调整凸透镜216的相关参数，例如焦距、放置位置等，可以调整物光波的汇聚程度，从而改变干涉条纹的密度，实现对全息聚合物217的数据存储密度进行调整。
[0069]
在一种可能的实现方式中，全息聚合物104，用于在读取数据时，根据干涉条纹对参考光波进行调制，得到重建光波。
[0070]
在数据读取过程中，第一电子开关保持关闭状态，经过第一分束镜出射的准直平面波无法入射至物光臂102，只有参考光臂103出射的参考光波可以入射至全息聚合物104。全息聚合物104可以根据数据存储过程中存储的干涉条纹对参考光波进行调制，得到对应的重建光波。
[0071]
以上述图2为例，如图2所示，在数据存储过程中，第二电子开关318保持关闭状态，以避免物光波和参考光波对全息数据的存储产生干扰。在数据读取过程中，第一电子开关209保持关闭状态，阻止准直平面波进入物光臂，从而没有物光波产生；仅参考光波入射至全息聚合物217，全息聚合物217可以基于数据存储过程中记录的干涉条纹，对参考光波进行调制，得到重建光波。此时，第二电子开光218保持开启状态，以控制重建光波入射至第三分束镜219。
[0072]
在一种可能的实现方式中，系统100还包括：读取子系统105，用于采集重建光波，确定不同衍射重建距离上的衍射重建图像；解码子系统106，用于对不同衍射重建距离上的衍射重建图像进行解码，得到复振幅信息。
[0073]
以上述图1为例，如图1所示，系统100还包括：读取子系统105和解码子系统106。
[0074]
读取子系统105，可以用于在不同的衍射重建距离分别采集重建光波，并根据重建光波确定不同衍射重建距离上的衍射重建图像。后文会结合本公开可能的实施方式，对读取子系统105进行详细说明，此处不做赘述。
[0075]
解码子系统106，可以用于对不同衍射重建距离上的衍射重建图像进行解码，得到复振幅信息，确定复振幅信息包含的振幅信息和相位信息，从而实现读取全息聚合物104中的存储数据。后文会结合本公开可能的实施方式，对解码子系统106进行详细说明，此处不做赘述。
[0076]
在一种可能的实现方式中，读取子系统105包括：第二电子开关、第三分束镜、第一成像装置和第二成像装置；第二电子开关，用于在读取数据时开启，以控制重建光波入射至第三分束镜；第三分束镜，用于对重建光波进行分束，控制分束后的第一部分重建光波入射至第一成像装置，控制分束后的第二部分重建光波入射至第二成像装置；第一成像装置，用于采集第一部分重建光波，确定第一衍射重建距离上的第一衍射重建图像；第二成像装置，用于采集第二部分重建光波，确定第二衍射重建距离上的第二衍射重建图像，其中，第二衍
射重建距离，与第一衍射重建距离不同。
[0077]
在数据存储过程中，第二电子开关保持关闭状态，确保在数据存储过程中，物光波和参考光波不会入射至读取子系统105，导致对全息数据的存储产生干扰。在数据读取过程中，第二电子开关保持开启状态，可以控制重建光波入射至第三分束镜。
[0078]
第三分束镜可以用于将入射的重建光波分束成为第一部分重建光波和第二部分重建光波，并控制第一部分重建光波入射至第一成像装置，控制第二部分重建光波入射至第二成像装置。
[0079]
第一成像装置可以采集第一重建光波，并确定第一衍射重建距离上的第一衍射重建图像；第二成像装置可以采集第二重建光波，并确定第二衍射重建距离上的第二衍射重建图像。其中，第一衍射重建距离与第二衍射重建距不同，即第一成像装置与第三分束镜之间的距离，与第二成像装置与第三分束镜之间的距离不同。
[0080]
第一成像装置和第二成像装置，可以参考相关技术中的实施方式，例如成像相机等，本公开实施例对此不做具体限定。第一衍射重建距离和第二衍射重建距离，可以根据实际的使用需求进行设置，满足第一衍射重建距离与第二衍射重建距离不同即可，本公开对此不做具体限定。
[0081]
以上述图2为例，如图2所示，重建光波经过第二电子开关218，入射至第三分束镜219。经过第三分束镜219分束后，改变传播方向的第一部分重建光波入射至第一成像装置220。可以将第一成像装置220相对于第三分束镜219的距离确定为第一衍射重建距离，第一成像装置220可以采集第一部分重建光波，得到第一衍射重建图像。
[0082]
重建光波经过第三分束镜219分束后，沿原传播方向的第二部分重建光波入射至第二成像装置221。可以将第一成像装置221相对于第三分束镜219的距离确定为第二衍射重建距离，第二成像装置221可以采集第二部分重建光波，得到第二衍射重建图像。第二衍射重建距离与第一衍射重建距离不同，从而保证第二衍射重建图像与第一衍射重建图像不同。
[0083]
在一种可能的实现方式中，解码子系统106包括：数据线和解码模块；数据线，用于将第一衍射重建图像和第二衍射重建图像传输到解码模块；解码模块，用于将第一衍射重建图像和第二衍射重建图像输入至训练好的深度学习网络进行解码，得到复振幅信息。
[0084]
解码子系统106可以根据第一衍射重建图像和第二衍射重建图像，解码存储在全息聚合物104中的复振幅信息。解码子系统106可以包括：数据线和解码模块。数据线可以用于连接第一成像装置、第二成像装置和解码模块，将第一衍射重建图像和第二衍射重建图像传输到解码模块。其中，数据线的类型，取决于第一成像装置、第二成像装置和解码模块对应的数据传输接口的类型，可以根据实际的使用需求进行选择，本公开对此不做具体限定。
[0085]
解码模块，可以用于将第一衍射重建图像和第二衍射重建图像输入至训练好的深度学习网络进行解码，得到复振幅信息。其中，解码模块可以是个人计算机(pc)、便携电脑或其他智能终端设备，本公开对此不做具体限定。深度学习网络可以是y-net深度学习网络，也可以是其他双输入双输出的深度学习网络，本公开对此不做具体限定。
[0086]
图3示出根据本公开实施例的一种y-net深度学习网络的结构示意图。如图3所示，y-net深度学习网络300由两个u-net深度学习网络融合而成，包括2个下采样通道、1个上采
样通道和1个分解通道。
[0087]
y-net深度学习网络的下采样通道可以包括：2个输入层，2n个卷积层以及2(n-1)个残差层。其中，n为大于0的正整数。将第一衍射重建图像和第二衍射重建图像分别输入至2个输入层，卷积层用于提取第一衍射重建图像和第二衍射重建图像的不同特征，残差层用于避免出现由于深度学习网络的层数过深导致的梯度消失问题。y-net深度学习网络的上采样通道可以包括：m个卷积层、m个残差层以及1个输出层。其中，m为大于0的正整数。
[0088]
y-net深度学习网络中，相邻的卷积层之间使用神经连接传递特征信息，用于实现光学传输过程的拟合；尺寸相同但不相邻的卷积层之间使用跳跃连接传递特征信息，用于避免出现精度下降的问题。
[0089]
y-net深度学习网络的参数，例如下采样通道的卷积层数量n、上采样通道的卷积层数量m、每个卷积层的尺寸、损失函数形式和光学传播模型等，可以根据实际的使用需求进行设置，本公开对此不做具体限定。
[0090]
以上述图3为例，如图3所示，y-net深度学习网络的2个下采样通道均包括6个卷积层和5个残差层，且6个卷积层的尺寸分别为256
×
256
×
16、128
×
128
×
32、64
×
64
×
64、32
×
32
×
96、16
×
16
×
128和8
×8×
160，在两个8
×8×
160的卷积层融合后进入上采样通道。上采样通道包括5个卷积层和5个残差层，且5个卷积层的尺寸分别为16
×
16
×
128、32
×
32
×
96、64
×
64
×
64、128
×
128
×
32和256
×
256
×
16。
[0091]
示例性的，损失函数可以采用混合损失函数，可以表示为下述公式(3)：
[0092]
l＝αl
pcc
βl
mse
ꢀꢀ
(3)
[0093]
其中，l表示损失函数；l
pcc
表示归一化的皮尔逊相关系数；l
mse
表示均方根误差；α表示皮尔逊相关系数在损失函数中所占权重，β表示均方根误差在损失函数中所占权重，α和β的取值，可以根据实际的使用需求进行设置，例如α和β均设置为0.5，本公开对此不做具体限定。
[0094]
示例性的，y-net深度学习网络构造过程中，使用的光学传播模型可以为角谱传播模型，可以表示为下述公式(4)：
[0095][0096]
其中，u1(x，y)表示第一衍射重建图像的复振幅分布；u2(x，y)表示第二衍射重建图像的复振幅分布；表示傅里叶变换；λ表示照明波长；z1表示第一衍射重建距离；z2表示第二衍射重建距离；f
x
表示垂直方向上的空间频率；fy表示垂直方向上的空间频率。
[0097]
来自数据线的第一衍射重建图像和第二衍射重建图像，分别经过对应的2个输入层输入y-net深度学习网络的2个下采样通道进行处理。在分别达到尺寸最小的卷积层时，2个下采样通道进行融合，并将下采样通道的输出结果输入至上采样通道进行处理，最后到达输出层，可以输出上采样通道的处理结果。上采样通道的处理结果可以由输出层输入至分解通道，经过分解通道处理后，可以确定存储在全息聚合物104中的复振幅信息包含的振幅信息和相位信息，并通过分解通道的2个输出层输出。
[0098]
以上述图2为例，如图2所示，数据线222将第一成像装置220，以及第二成像装置221分别与解码模块223连接。确定第一衍射重建图像与第二衍射重建图像后，通过数据线222将第一衍射重建图像与第二衍射重建图像传输至解码模块223。解码模块223将第一衍
射重建图像与第二衍射重建图像分别输入预先训练确定的深度学习网络，进行解码，从而确定全息聚合物217中存储的复振幅信息，完成数据读取。
[0099]
在一种可能的实现方式中，解码模块，用于基于样本图像，预先训练深度学习网络。
[0100]
解码模块可以在用于基于样本图像，预先训练深度学习网络的参数。其中，样本图像可以是基于系统100预先采集的衍射重建图像，也可以是其他方式获取的衍射重建图像，本公开对此不做具体限定。深度学习网络的训练过程可以参考相关技术中的网络训练过程，本公开对此不作具体限定。
[0101]
根据本公开实施例的全息数据存储系统，通过照明子系统产生具有预设偏振态的准直平面波；通过对待存储的复振幅信息进行编码得到纯相位型全息图，由于待存储的复振幅信息包含振幅信息和相位信息，因此，可以增加数据存储容量；利用物光臂，可以基于纯相位型全息图，可以在避免构建复杂的复振幅编码光路的基础上，对准直平面波进行调制确定物光波，从而简化系统的结构；利用参考光臂，可以基于准直平面波，确定参考光波。通过全息聚合物可以记录物光波与参考光波干涉产生的干涉条纹，从而实现全息数据存储。通过由两个成像装置构成的读取子系统，可以对存储在全息聚合物中存储的复振幅信息进行读取，不需要专用设备和机械移动装置；利用解码子系统，基于深度学习网络的复振幅信息解码技术，可以实现对复振幅信息的超快速解码，且整个全息数据存储系统的结构简单，成本低廉。
[0102]
需要说明的是，尽管以图1和图2作为示例介绍了全息数据存储系统的结构如上，但本领域技术人员能够理解，本公开应不限于此。事实上，用户完全可根据个人喜好和/或实际应用场景灵活设定全息数据存储系统的具体结构，适应性增减和替换其中的光学器件，只要能够基于上述过程实现全息数据存储即可。
[0103]
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。