三维光数据存储技术

第∞卷第4期宁夏大学学报(自然科学版) 2o【】2年12月V”】23 N¨4 JouITlal—Nj”舒ja Unlve惜iIy(Na㈨刊h lence EdlLlo丌) 1)H 2L耵2

文章编号：【】253—2328(2002)04一(】326()4

三维光数据存储技术

刘青1’2，刘卜3，程光华2，陈国夫2

(1．宁夏大学物理电气信息学院，宁夏银川75002l；

2．中国科学院西安光机所瞬态光学技术国家童．置实验室．陕西西安710068

3中国科学院西安光机所空间室，陡西西安7I0068)

摘要：不断提高存储介质的存储客量和存储密度是信息科学的研宄热点之一，在三堆空间中进行数据存储将天幅度提高存储密度和存储容量，是实现超高密度光存储的有艘方法介绍了双圯予吸收光存储、光谱烧孔光薛储、激光仝息存储和透明介质的飞秒脉冲体存储等三维光存储的进展、数据存储的原理以_醍各种存储方法有待解决的问题

关键词：三雏光存储；双光子吸收光存储；光谱烧孔；飞秒脉冲体存储；奎息存储

分类号：(中图)TN249 文献标识码：A

近年来，信息科学发展迅猛，信息爆炸使人们需存储平面之外，再附加上第二三维，如存储介质体空间要存储和处理的信息量急剧增加．信息存储在罔民的z轴、入射光频率等．将数据记录在=维空间中．经济及现代军事科学技术中具有重要的地位人们从而犬幅度地提高J’仃储的密度及容量．：维光存对存储介质的存储密度和存储容量的要求在不断提储足进行高密度海量存储的·种有效的方法．：维高，探索新存储方法和存储介质是信息科学研究的光存储方法要求某层数据的写读不能受其他层数据热点之‘。。“，光信息存储(简称光存储)是继磁记的影响．录之后新兴起的信息存储的重要技术手段．近年来，

1二维光存储

光信息仃储不仅在技术f：取得r重大突破．在商业

性规模，{产方面乜获得了巨大成功，已逐渐形成了_二维光存储能将光存储的存储密度提高儿个敬·个引人注目的高科技产业．现在，cI)和DvD光盘量级．实现了维光存储的主要网难在于如何有救地已经成为记录音、像信息的基本存储体．这些存储体消除相邻数据层之州的相瓦串扰现在已经出现的一般使用激光束来记录和读出信息，冈为激光聚焦三维光存储方法有：将体空『．开』的z轴作为第二维的点亓】以达到l“n，以内，使得光存储可以获得比磁存双光子吸收光存储，透明介质的体存储．将频率作为储更高的密度和更大的容量．但是，光存储密度最终附加的第三维的光谱烧jL光存储和将参考光的入射受限r电磁波衍射极限的限制(即使使用无穷大物角度、位相作为第三维的全息光存储等技术镜进行写和读操作，可以达到最佳分辨率的数据佗下面分别介绍这些三维光存储技术的存储力法也小nJ能小于半个波长)，这一点限制了光存储面密和原理度的进一步提高．现存，商品化的光盘和磁盘已接近1．1双光子吸收光存储

这个极限．舣光子吸收光存储指介质中的分f同时吸收两现在使用的光存储技术一般还只是在单而或双个光子而被激发到较高的能级上．存双光子过程巾，面光盘l二存储数据，新的DvD技术也只能存储几层任何一个波长的一个光子都不足以被介质分子所吸数据却进一步提高数据的存储密度，充分和用存储收．只有两个光子同时被吸收才能使分子激发列较介质的空问，克服密度的限制，许多研究人员在二维高的能级r．两条光束必须在时问和卒矧f‘相17：重收稿日期：2002一10—31 基金项目：中国科学院创新研究项目作

者简介：则青(1962一)，男，剐教授，博士研究生，研究瞬态光学

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稃，用全息罔的再现过程来实现信息的读出．由于定，可蹦在介质中产生十分稳定的记录，不受环境影这种存储方式使用的是逐页式并行存取方式，因而响，可实现几乎永久性存储，存储密度可以达到整组数据一次存取到值．因为激光束可以|)己惯性地locbit／cm3．由于透明介质的能量损伤阈值较高，能快速移动，不需要像光盘那样频繁移动，因此，全息产生出高r介质的能量损失阀值的飞秒脉冲激光的数据存储町以快速读出数据，能使数据传输率达到频率较低，使写入的速度较慢，因此，较低能量损失很高的地步．信息的写入速度也很快．阈值的透明介质的选择或高频率高强度飞秒激光器1BM的研究小组已经实现了40 Gbh／cr一密度的的研制是该方法达到实用化的关键因

素．全息光仔储I 7．在任何拿息存储设备中，存储信息的

正确泼取依赖于读出的干涉图像信息与记录的物光

2结语

和参考光蓖卺而形成的写入信息是否相同．如果在三维高密度光存储的特点是：这1、过稃中干涉图像被改变，则重现的图像信息将1)将存储空间扩展到二维平面之外的第。维．与输人数据不|_j．记录和读出时温度的不同将明显但各种三维存储方法所附加的第三维0i同．将第三地通过热膨胀作用产生不良的结果．激光全息存储维选为空间z轴的有以光致变色材料等为介质的双材料足问题的关键所在，为使全息光存储技术变成光f吸收光存储，使用飞秒脉冲在透明介质中进行有效的技术，要求存储材料必须有很高的数据保存的三维光数据体存储等方法；将入射光频率作为第率，并且没有缺陷．三维的有光谱烧孔光存储方法；将光束入射角度和1，4透明介质的飞秒脉冲体存储频率作为第三维的有激光全息存储方法三维光数据体存储就是利用光学透明固体材料2)由于采用的是光存储方式，这几种方法均有别飞秒脉冲强激光的非线性吸收现象进行光数据存着存储密度高、抗电磁干扰性能强、非接触式读1j信储．当携带信息的飞秒脉冲被紧聚焦到透明介质体息等优点．内时，如果聚焦点附近的光强超过介质的损失阁值，在现阶段各种三维存储方法还都有其小足之则焦点附近的透明介质会因为吸收了足够多的激光处．例如，双光子吸收光存储在室温下的保存时削、能量而产生微爆现象，在介质体内产生一个微小(小光谱烧孔光存储对工作温度和保存温度的限制、激至亚微米)的空腔，并随着聚焦点的移动，可以在透光全息存储的存储材料以及透明介质的飞秒脉冲体明介质巾记录下二进制的数据．使用与写入基本相存储的写入速度等问题，这些都是三维存储技术实同的光路，用低于介质损失阈值的光束照射透明介用化有待克服的关键技术质，通过对记录数据的透射光或反射光强度的测量，新的光存储方法建立在不断发展的技术摹础可以读出记录数据⋯．上．对各种不同的三维存储方法来说，要保持光存储飞秒脉冲体存储的实现步骤为：的可恢复性和可交换性，则能够达到的存储密度将I)通过脉冲啊瞅放大技术产生出高强度的足以在受到一定的限制，但随着各种技术手段的不断完善，固体透明介质中写人信息所需要的飞秒激光脉冲，即可实用化的高维、高密度的存储方法离我们也越来高于介质的能量损失阈值的飞秒脉冲激光．对于si嗵，越近了．

有效入射单脉冲峰值功率应达到1护～1∥W／甜．

2)把欲存储的信息通过调制的方式加载到激光

参考文献

束卜，使输出的激光束携带有用的信息．11]干福熹信息材料[M]．天津：天津大学出版社，2000．12

3)使I{-秒脉冲激光紧聚焦到透明介质体内欲写[2】戎蔼伦，陈强光数据存储的新进展【J]物理，200I，30 入位嚣处，用单发脉冲在焦点处产生微小的结构改(1)：6．变．移动介质到下一欲写入位置处，在介质中存储多[3J张学如，陈历学双光子吸收三雏数字光存储L J f物

层数据．理，2001，30(I)：26．

【4]1确咖A．K且啊La s ReⅡecljon c彻k础“cmsco雕rea(jⅢlt

4)用连续激光或普通光照射透明介质，通过对

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透射光或反射光强度的测量，读出介质中存储的

[J]()ptnn．1998，23(24)：l 924．

数据．

[5]stricl【1er J H．w吐b w w．Thr特一dirneI】sion—op“cd山la

飞秒脉冲体存储对材料的选择范围很广，可用

3tora肄iⅡmfIact{ve media by tw(卜phot0“poim excita“on【J j．有机或无机透明介质(如玻璃、熔融石英等)，这些存o毗【从，L99l，“(22)：I 780、

储材料的温度、机械、化学、光学、电学等性质非常稳f6]№聊盯w E．Ⅲec【Jlar el∞Ⅱ谢cs衙丘唧je“，曲倒n叫t划