5D光學(xué)數(shù)據(jù)存儲突破，光盤可保存500TB

曹欣欣

個人數(shù)據(jù)存儲的天花板有望突破

由于存儲量日漸增多，很多攝影愛好者喜歡在家里面刻盤，光盤的價格便宜，但是存儲空間不大。近日英國南安普敦大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種快速、高效的激光寫入方法，曾用于在石英玻璃中生產(chǎn)高密度的納米結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在，這種技術(shù)可用于長期五維 （5D） 光學(xué)數(shù)據(jù)存儲，其密度是藍(lán)光光盤的 10000 倍以上。

“個人和組織正在生成越來越大的數(shù)據(jù)集，迫切需要具有高容量、低能耗和長壽命的更高效的數(shù)據(jù)存儲形式?！毖芯咳藛T認(rèn)為：“雖然基于云的系統(tǒng)更多地是為臨時數(shù)據(jù)設(shè)計的，但我們相信玻璃中的5D存儲對于國家檔案館、博物館、圖書館或私人組織的長期數(shù)據(jù)存儲可能有用?！?/p>

（a） 激光寫入設(shè)置示意圖。EOM 是電光調(diào)制器，QWP 是四分之一波片。

（b） 由 100 個能量為 30 nJ 的激光脈沖在1到10 MHz的不同重復(fù)頻率下寫入的體素的慢軸（波片中傳播速度慢的光矢量）方位角圖像;（b） 中的脈沖持續(xù)時間和波長分別為 250 fs 和 515 nm。

石英玻璃內(nèi)部雙折射結(jié)構(gòu)實現(xiàn)激光書寫

該技術(shù)利用兩個光學(xué)維度和三個空間維度，這種新穎的方法可以以每秒 1000000個體素（體積元素Volume Pixel）的速度寫入，相當(dāng)于每秒 230 KB 的數(shù)據(jù)。看起來并不是非常快的速度，但新技術(shù)的吸引力不是它的速度，而是在相對較小的物理空間中的巨大存儲容量。目前使用具有高重復(fù)率的飛秒激光器，創(chuàng)建的單個納米薄片狀結(jié)構(gòu)的微小凹坑，每個凹坑的尺寸僅為 500納米×50 納米。

寫入時間太長，普及尚待時日

這種節(jié)能寫入方法也可用于透明材料的快速納米結(jié)構(gòu)化，以應(yīng)用于 3D 集成光學(xué)和微流體。由于納米結(jié)構(gòu)是各向異性的，它們會產(chǎn)生雙折射，其特征在于光的慢軸取向（第四維，對應(yīng)于納米片狀結(jié)構(gòu)的取向）和延遲強度（第五維，由尺寸定義納米結(jié)構(gòu)）。隨著數(shù)據(jù)被記錄到玻璃中，慢軸方向和延遲強度可以分別由光的偏振和強度控制。隨著納米結(jié)構(gòu)的精確定位，容量增加。此外，通過使用脈沖光，減少了寫入的能量需求。

各向異性納米結(jié)構(gòu)的成像

（a） 由兩個播種脈沖引起的體素慢軸方位角的圖像和八個寫入脈沖，重復(fù)率為 500 kHz，脈沖持續(xù)時間為 190 fs，波長為 515 nm。偽色表示慢軸方位角。

（b） 拋光和 KOH 蝕刻后納米片狀結(jié)構(gòu)的 SEM 圖像;

（c） （b） 中虛線方塊中的擴大區(qū)域;

（d） 由兩個種子脈沖產(chǎn)生的各向同性納米空隙的 SEM 圖像;

（e） 模擬從納米空隙到納米薄片的演變，由頂部（底部）圖像的兩個（八個）寫入脈沖產(chǎn)生。

該方法的寫入密度意味著用戶可以將 500 TB 的數(shù)據(jù)放在同一張光盤上，但執(zhí)行并行寫入的升級系統(tǒng)寫入這么多數(shù)據(jù)大約需要 60 天。研究人員現(xiàn)在正在努力提高該方法的寫入速度。為了使該方法具有實際意義，還需要開發(fā)更快的閱讀方法。