魔盤，方寸神話

黃曉靜

·想象一下，未來5年內(nèi)的某一天，當(dāng)你身體不舒服隨便走進一家醫(yī)院，醫(yī)生將你口袋里的醫(yī)療保健卡插進電腦，眨眼之間，躍入眼簾的是自你出生以來的全部病歷信息，包括透視、做CT以及某次摔傷做核磁共振掃描的圖片，還有成長階段各個時期身體的各項指標(biāo)檢查結(jié)果……這一切離我們已經(jīng)很近。如此超大容量的數(shù)據(jù)存儲技術(shù)即將走出實驗室。新技術(shù)的成功催生了新一代的存儲方式，這就是“三維立體存儲數(shù)據(jù)技術(shù)”，即全息存儲。

全息存儲被《福布斯》雜志評為未來10大“最酷”技術(shù)之一。想了解全息存儲的巨大優(yōu)勢，首先得了解現(xiàn)行的存儲媒介(CD、DVD、磁盤)。拿CD來說，激光把數(shù)據(jù)刻錄在感光聚合物的表面上，形成或凹或凸的小點(相當(dāng)于二進制中的0或1)；部分DVD提供2個刻錄層，在這種情況下，光盤的面積很快就成為不可逾越的物理極限。但容量更高、速度更快、可靠性更強，永遠是用戶對硬盤孜孜以求的目標(biāo)。全息存儲技術(shù)的優(yōu)勢就在于，它能夠在光碟的同一位置上向縱深刻錄，從而立體存儲數(shù)以萬計的全息數(shù)據(jù)。這使得和DVD碟片大小的全息光盤，其容量達到1.6TB(1TB=1024GB)，可以存儲350倍于現(xiàn)行DVD標(biāo)準(zhǔn)(4.7GB容量)的內(nèi)容。

海量的信息儲存

全息技術(shù)主要是利用激光技術(shù)，拍攝出完整的三維影像，真實反映了拍攝物體的全部信息，而不是過去只體現(xiàn)物體一面的二維數(shù)據(jù)。全息存儲與全息照相完全相同，同樣利用了光的干涉原理。與其他存儲技術(shù)不同，全息存儲技術(shù)并不僅僅利用介質(zhì)表面，它通過在整個存儲介質(zhì)內(nèi)記錄干涉圖案來存儲數(shù)據(jù)，這些干涉圖案是由兩束激光在某種晶體上相交來改變材料的光學(xué)特性所形成。

全息存儲是受全息照相的啟發(fā)而研制的，當(dāng)你明白全息照相的技術(shù)原理，對于全息存儲就可以更好地理解。我們在拍攝全息照片時，對應(yīng)的拍攝設(shè)備并不是普通照相機，而是一臺激光器。該激光器產(chǎn)生的激光束被分光鏡一分為二，其中一束被命名為“物光束”，直接照射到被拍攝的物體：另一束則被稱為“參考光束”，直接照射到感光膠片上。當(dāng)物光束照射到所攝物體之后，形成的反射光束同樣會照射到膠片上，此時物體的完整信息就能被膠片記錄下來，全息照相的攝制過程就這樣完成了。乍看過去，全息照片上只有一些亂七八糟的條紋，但當(dāng)我們使用一束激光去照射這張照片時，真實的原始立體圖像就會栩栩如生地展現(xiàn)出來。

全息存儲技術(shù)同樣需要激光束的幫忙，研發(fā)人員要為它配備一套高效率的全息照相系統(tǒng)。首先利用一束激光照射晶體內(nèi)部不透明的小方格，記錄成為原始圖案后，再使用一束激光聚焦形成信號源，另外述需要一束參考激光作為校準(zhǔn)。當(dāng)信號源光束和參考光束在晶體中相遇后，晶體中就會展現(xiàn)出多折射角度的圖案，這樣在晶體中就形成了光柵。一個光柵可以儲存一批數(shù)據(jù)，稱為一頁。我們把使用全息存儲技術(shù)制成的存儲器稱為全息存儲器。全息存儲器在存儲和讀取數(shù)據(jù)時都是以頁為單位。

早些時候，美國奧勒岡大學(xué)曾經(jīng)使用“釔鋁石榴石”(一種可用于產(chǎn)生激光束的氧化鋁合成晶石)作為記錄材料進行全息存儲實驗，研究人員將1 760位數(shù)據(jù)序列進行編碼并輸入激光束中，然后將它們成功地存儲在晶體上，還進行了多次的反復(fù)讀取，從而證明全息存儲是可行的。最近，美國的印菲斯技術(shù)公司，以傳統(tǒng)的“雙光束干涉法”為基礎(chǔ)研制出全息存儲器，其信號光束和參照光束分別來自不同的方向，照射在同一位置上。日本日立萬勝公司宣布，采用這種技術(shù)也研制出了全息存儲器。

全息存儲光盤的設(shè)計與較早前報道的在旋轉(zhuǎn)的光盤上記錄全息頁數(shù)據(jù)(在全息編碼前將源數(shù)據(jù)編碼為頁數(shù)據(jù))的方式不同，由于后者在光盤上沒有像傳統(tǒng)光盤那樣，預(yù)制保證伺服機構(gòu)準(zhǔn)確而高效尋址的伺服信息，因此商業(yè)化前景不明朗。若想在指定的位置上記錄全息數(shù)據(jù)，則必須在光盤上加入伺服信息，而這對于全息光盤來講，將是一個重大的挑戰(zhàn)。因為預(yù)制的伺服信息(地址信息)將有可能破壞全息成像的效果，進而增加數(shù)據(jù)噪音。日本的一家公司采用同線全息技術(shù)，其信號光束和參照光束來自相同的方向，將全息記錄技術(shù)實用化做出了關(guān)鍵努力，通過它可以大幅度簡化全息記錄技術(shù)應(yīng)用難度。同線全息技術(shù)在一個光束中整合了一個參考激光與一個信號激光。它們創(chuàng)建了一個包含數(shù)據(jù)的干涉三維全息構(gòu)圖。這個圖像將通過一個單一物鏡在存儲介質(zhì)上顯現(xiàn)。借助這個突破性的裝置，可以顯著地簡化并縮小全息成像系統(tǒng)的設(shè)計難度與外形體積。光學(xué)拾取元件的尺寸還可以進一步縮小，也可以省去防振裝置，同時它還能與CD和DVD光盤高度兼容，并且運作成本低。

仍在保密的材料

最先開始此項研究的是美國貝爾實驗室的化學(xué)家們，他們在1994年邁出了第一步。但成功地刻錄一份可讀文件卻是4年之后的事，其中的困難可想而知。今天，盡管制造商出于商業(yè)上的原因，不愿透露材料的具體配方，但我們知道解決方法在于將兩種聚合物(其實是塑料)進行混合，第一種起感光作用，第二種則保證材料的強度。在操作過程中，要把這項脫胎于全息攝影的技術(shù)成功地運用于數(shù)據(jù)存儲卻不是一朝一夕就能辦到的。僅僅這項研發(fā)就花去了相當(dāng)長的時間，工程師們甚至不得不向研究人員求助，以獲得一種適于三維數(shù)據(jù)記錄的材料。顯然，這塊骨頭比預(yù)計的要難啃得多。因為無論是從均勻性還是體積上來說，這種材料都，必須非常穩(wěn)定。更確切地講，全息存儲碟片3.5毫米厚的數(shù)據(jù)層(DVD數(shù)據(jù)層厚1.5毫米)中的任何一部分，其光學(xué)特性必須完全一致，并保持物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的絕對穩(wěn)定。這樣當(dāng)激光讀寫到每個點時，才能保證準(zhǔn)確無誤，并且不會損壞之前記錄的數(shù)據(jù)。再者，這種材料『必須能夠經(jīng)受一切考驗。任何因老化或微熱而引起的極微小變化，都可能會對存儲的信息產(chǎn)生不可彌補的后果。在三維空間中，哪怕是一點點變形都將給數(shù)據(jù)帶來嚴(yán)重破壞。

歡呼勝利為時過早

使用全息存儲技術(shù)后，一塊方糖大小的立方體就能存儲高達1TB的數(shù)據(jù)，這么高的容量并不是空穴來風(fēng)。由于一個晶體有無數(shù)個面，我們只要改變激光束的入射角度，就可以在一塊晶體中存儲數(shù)量驚人的數(shù)據(jù)。打個形象的比喻，我們可以把全息存儲器看成像書本一樣，這也是其用小體積實現(xiàn)大容量的原理所在。

目前在全息存儲技術(shù)上出現(xiàn)了兩種技術(shù)方案，一種方案，采存儲介質(zhì)為兩層光敏聚合物，介質(zhì)厚度為1.5毫米，并被安置在了全息碟片的兩層塑料外殼中間。另一方案是同線全息技術(shù)，初期的目標(biāo)用戶是醫(yī)療保健機構(gòu)。

全息存儲技術(shù)盡管擁有容量大、速度快等近平完美的特性。但全息技術(shù)的發(fā)展卻并非一帆風(fēng)順。全息技術(shù)要面對的頭號挑戰(zhàn)就是信號的干擾問題。由于全息采用的是用激光曝光光盤上的圖像，然后用韌鏡捕捉進行解碼。這樣的工作原理，就導(dǎo)致了全息驅(qū)動器對于光的干涉和其他噪音的干擾非常敏感，因此不得不通過更為復(fù)雜的糾錯和編碼方式來保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。這種做法的“副作用”是全息存儲驅(qū)動器的讀寫速度無法提升。按照22MB，S的讀寫速度，要寫滿一張1TB容量的全息光盤所耗費的時間實在驚人。

不過，研究人員已經(jīng)取得了長足的進步，或許所有問題在2011年前后，就可以迎刃而解了。全息存儲幾乎可以永久保存數(shù)據(jù)，在切斷電能供應(yīng)的條件下，數(shù)據(jù)可在感光介質(zhì)中保存數(shù)百年之久，這一點也遠優(yōu)于硬盤。與傳統(tǒng)硬盤不一樣，全息存儲器不需要任何移動部件，數(shù)據(jù)讀寫操作為非接觸式，使用壽命、數(shù)據(jù)可靠性、安全性都達到理想的狀況。與目前的存儲技術(shù)相比，全息存儲在容量、速度和可靠性方面都極具發(fā)展?jié)摿ΑＳ捎谌⒋鎯ζ魇且皂撟鳛樽x寫單位，不同頁面的數(shù)據(jù)可以同時并行讀寫，理論上其存儲速度將相當(dāng)迅速。據(jù)估算，未來全息存儲可以實現(xiàn)1GB／S的傳輸速度，從網(wǎng)上給你好友傳輸一部喜愛的電影，一般在眨眼之間即可完成。

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8-7-15-4-12-20。