Çift merkeze dayalı holografik bilgi saklama yönteminde etkili olan parametreler
The effective parameters in the two-center holographic recording
Yazar: MEHMET KILIÇ
Danışman: DOÇ. DR. RIZA DEMİRBİLEK
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Optik bilgi depolama yöntemlerinden biri olan holografik bilgi depolama,  kayıt malzemesinin tüm hacminin kullanılabileceği yüksek depolama kapasitesi, yüksek veri transfer hızı, kaydedilmiş verilere hızlı ve rastgele erişebilme, uzun zamanlı bilgi saklama ve arşivleme imkânı vermesi bakımından öne çıkan bir bilgi depolamadır. Ancak bu yöntemde, kaydedilmiş bir hologramdan bilginin okunması sırasında kullanılan homojen referans ışığı, kaydedilmiş bilginin silinmesi problemini ortaya çıkarmaktadır. Bu problemin aşılmasında, holografik bilgi kaydının yapılabildiği ortamlardan olan fotokırıcı kristallerde Çift Merkeze Dayalı Holografik Bilgi Kaydı (ÇMHK) önerilen yöntemlerden birisidir.
ÇMHK, çift iyon katkılı LiNbO3 kristalinde başarı ile uygulanmıştır. Stronsiyum Barium Niobat (SrxBa1-xNb2O6) kristali, büyük elektro optik sabitine sahip olmasından dolayı LiNbO3'e göre daha iyi bir fotokırıcı kristaldir. Bu kristal ile yapılan çalışmada, bilgi kaydının LiNbO3 kristaline göre hızlı olduğu fakat okuma sırasında kaydedilen sinyalin kısa sürede sıfıra yaklaştığı görülmüştür. Bu deneysel sonuçlar, ÇMHK yönteminin etkili olarak işleyebileceği kristallerin belirlenmesinde, gerek kristal parametrelerinin gerekse ölçüm parametrelerinin bu yöntemdeki rollerinin bilinmesinin gerekliliğini ortaya koymuştur.
Bu çalışmada, LiNbO3 ve SrxBa1-xNb2O6 kristallerini temel alarak tüm fotokırıcı kristallerde ÇMHK sürecinde kalıcı kayıt elde edebilmede, hangi parametrenin ne kadar etkili olduğu belirlemeye yönelik nümerik hesaplamalar yapılmıştır. Hesaplamalar Buse ve arkadaşlarının LiNbO3 kristali için oluşturduğu ÇMHK modeli temel alınarak hazırlanan Matlab® kodlaması aracılığıyla yapılmıştır. Kristal parametrelerinden sığ ve derin seviye katkı konsantrasyonları, elektron mobilitesi, dielektrik sabiti, katkı seviyelerinin rekombinasyon katsayıları ve hacimsel fotovoltaik katsayıları ile ölçüm düzeneğinin kontrolü ile değeri belirlenebilen desen aralığı, modülasyon derinliği parametrelerinin makul değerler etrafındaki değişimleri her iki kristal için nümerik olarak incelenmiştir. Bu parametrelerin tek tek ve birbirleriyle olan değişimlerinin ÇMHK'ya etkilerini gösteren nümerik hesaplar yapılmış ve sonuçlar yorumlanmıştır. Nümerik hesap sonuçları ÇMHK sürecinde kalıcı kayıtta birincil derecede derin seviye rekombinasyon katsayısı olmak üzere, derin seviye katkı konsantrasyonu ve elektron mobilitesinin etkili olduğunu göstermektedir.

Abstract:
The holographic data storage, one of the optical data storage methods, is featured due to its allowing possibilities of high storage capacity that enables to use entire volume of recording material, high data transfer ratio, fast and random access to recorded data, and long term data storage and archiving. However, in this method the homogeneous reference light that is used while data reading from a hologram, raises the problem of deleting the stored data. To overcome this problem, Two Center Holographic Recording (TCHR) is one of the recommended methods on photorefractive crystals that are one of the mediums that can be recorded holographic data. 
TCHR was successfully applied in two-ion doped LiNbO3 crystal. Strontium Barium Niobat (SrxBa1-xNb2O6) crystal is a better photorefractive crystal than LiNbO3 because of having a higher electro-optic constant. Studies with this crystal showed that data recording is faster than LiNbO3 crystal but the recorded signal goes to zero in a short time while reading. These experimental results show that both crystal and measurement parameters have important roles in TCHR method; therefore, the roles of these parameters on this method should be known in order to determine crystals that TCHR can be used effectively.
In this study, numerical calculations were carried out to define effectiveness of different parameters on non-volatile recording with TCHR process on all photorefractive crystals based on LiNbO3 and SrxBa1-xNb2O6 crystals. Calculations were made via Matlab coding which was based on the TCHR model that Buse et al. were created. The shallow and deep level doping concentrations, electron mobility, dielectric constant, recombination and bulk photovoltaic coefficients of doping levels, which are crystal parameters and the pattern range and modulation depth parameters which can be defined by adjusting measurement set-up were investigated numerically for both crystals around reasonable values.
Numerical calculations that show the effects of changes of these parameters individually and with each other on TCHR were made and the results were explained. The results of numerical calculations indicate that the primary effective parameter on TCHR process' non-volatile recording is deep level recombination coefficient and the secondary parameters are the concentration of the dopant levels and the electron mobility.