光儲(chǔ)存的原理

光存儲(chǔ)技術(shù)是用激光照射介質(zhì)，通過(guò)激光與介質(zhì)的相互作用使介質(zhì)發(fā)生物理、化學(xué)變化，將信息存儲(chǔ)下來(lái)的技術(shù)。其基本物理原理是：存儲(chǔ)介質(zhì)受到激光照射后，介質(zhì)的某種性質(zhì)(如反射率、反射光極化方向等)發(fā)生改變，介質(zhì)性質(zhì)的不同狀態(tài)映射為不同的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的讀出則通過(guò)識(shí)別存儲(chǔ)單元性質(zhì)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)。

光存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展方向：

1、多層藍(lán)光存儲(chǔ)技術(shù)

既然一層藍(lán)光存儲(chǔ)的密度無(wú)法滿足市場(chǎng)需求，那么就肯定有人嘗試將多層藍(lán)光堆疊起來(lái)。多層藍(lán)光光存儲(chǔ)的實(shí)現(xiàn)途徑主要有基于熒光染料的多層光盤、基于光學(xué)開關(guān)層的多 層光盤、多波長(zhǎng)多層存儲(chǔ)技術(shù)和微全息多層存儲(chǔ)技術(shù)等。

目前多層的100 GB 藍(lán)光光盤在光盤庫(kù)已普遍采用，300 GB 藍(lán)光光盤目前已經(jīng)研制出樣盤，正在解決大規(guī)模生產(chǎn)的工藝問(wèn)題，預(yù)計(jì)2021 年初量產(chǎn)。

由于受記錄層透過(guò)率的限制，已有研究證明藍(lán)光單張光盤的層數(shù)一般不超過(guò)40 層，存儲(chǔ)容量不超過(guò)1 TB。與在線服務(wù)的串流服務(wù)相比，藍(lán)光光盤的優(yōu)勢(shì)在于超高比特率(最高108 Mbps)，而一般在線4 K 超清串流只有16 Mbps。

2、多波長(zhǎng)多階光存儲(chǔ)

多波長(zhǎng)光存儲(chǔ)的原理主要利用光致變色材料的分子級(jí)光開關(guān)效應(yīng)。光致變色材料的變色機(jī)理：物質(zhì)吸收光子后，內(nèi)部電子從分子的一個(gè)能級(jí)躍遷到另一個(gè)能級(jí)或者固體中的離子從一個(gè)位置轉(zhuǎn)移到另一個(gè)位置并改變它的價(jià)態(tài)，使其呈現(xiàn)不同的光譜，從而導(dǎo)致光致變色。同一時(shí)刻在光致變色材料中利用不同的激光波長(zhǎng)，可實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)和多層并行信息存。

3、雙光束超分辨率光存儲(chǔ)技術(shù)

其基本原理類似于2014年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主Hell 發(fā)明的熒光成像技術(shù)，最早于1994 年提出。其中一束光作為記錄誘導(dǎo)光，另一束特殊調(diào)制后的光具有空心光強(qiáng)分布特性，作用于記錄介質(zhì)上時(shí)能夠產(chǎn)生“刪除”效應(yīng)，抑制光記錄的過(guò)程。因而這種雙束光記錄方式能夠突破衍射極限進(jìn)一步縮小記錄點(diǎn)尺寸。

4、近場(chǎng)光存儲(chǔ)技術(shù)

近場(chǎng)光存儲(chǔ)的原理是將入射光束通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)形成直徑小于100 nm 的存儲(chǔ)光斑，而光學(xué)系統(tǒng)出射端面與存儲(chǔ)介質(zhì)的間距保持在深亞微米范圍內(nèi)，將光斑直接耦合到存儲(chǔ)介質(zhì)進(jìn)行存儲(chǔ)。近場(chǎng)光學(xué)分辨率突破了瑞利衍射極限，達(dá)到了納米量級(jí)，這一重要性質(zhì)使得光學(xué)成像分辨率有可能提高幾十倍甚至上百倍。

5、全息存儲(chǔ)技術(shù)

全息存儲(chǔ)是一種高密度三維光存儲(chǔ)技術(shù)，采用的是與傳統(tǒng)二維存儲(chǔ)完全不同的機(jī)理：激光器輸出激光束經(jīng)分光鏡分為兩束光，一束光經(jīng)過(guò)空間調(diào)制器后攜帶物體的二維信息成為物光，另一束作為參考光束。兩束光相遇發(fā)生干涉，使得數(shù)據(jù)信息以全息圖的方式被記錄在存儲(chǔ)材料中，能夠保存其完整的空間相位信息。