5D光學數據存儲突破，光盤可保存500TB

曹欣欣

個人數據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的研究人員開發出一種快速、高效的激光寫入方法，曾用于在石英玻璃中生產高密度的納米結構。現在，這種技術可用于長期五維 （5D） 光學數據存儲，其密度是藍光光盤的 10000 倍以上。

“個人和組織正在生成越來越大的數據集，迫切需要具有高容量、低能耗和長壽命的更高效的數據存儲形式。”研究人員認為：“雖然基于云的系統更多地是為臨時數據設計的，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據存儲可能有用。”

（a） 激光寫入設置示意圖。EOM 是電光調制器，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） 中的脈沖持續時間和波長分別為 250 fs 和 515 nm。

石英玻璃內部雙折射結構實現激光書寫

該技術利用兩個光學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，相當于每秒 230 KB 的數據。看起來并不是非常快的速度，但新技術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率的飛秒激光器，創建的單個納米薄片狀結構的微小凹坑，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

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

各向異性納米結構的成像

（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，重復率為 500 kHz，脈沖持續時間為 190 fs，波長為 515 nm。偽色表示慢軸方位角。

（b） 拋光和 KOH 蝕刻后納米片狀結構的 SEM 圖像;

（c） （b） 中虛線方塊中的擴大區域;

（d） 由兩個種子脈沖產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）寫入脈沖產生。

該方法的寫入密度意味著用戶可以將 500 TB 的數據放在同一張光盤上，但執行并行寫入的升級系統寫入這么多數據大約需要 60 天。研究人員現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，還需要開發更快的閱讀方法。