近日,國外研究人員開發(fā)了一種快速且節(jié)能的激光寫入方法,用于在石英玻璃中生產(chǎn)高密度納米結(jié)構(gòu)。這些微小結(jié)構(gòu)可用于長期五維(5D)光學數(shù)據(jù)存儲,其密度是藍光光盤存儲技術的1萬倍以上。
“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、低能耗和長壽命的高效數(shù)據(jù)存儲形式,”英國南安普敦大學博士研究員Yuhao Lei說,“雖然基于云系統(tǒng)可以設計更多的臨時數(shù)據(jù),但存儲在玻璃上的5D數(shù)據(jù)可能是更長期數(shù)據(jù)存儲的有效方式。這種方法有望將成為國家檔案館、博物館、圖書館或私人組織提供支持?!?/p>
此前,盡管科研人員已經(jīng)證明透明材料存儲5D光學數(shù)據(jù)的可行性。但事實證明,以足夠快的速度和足夠高的密度寫入數(shù)據(jù)在實際應用中仍然具有挑戰(zhàn)性。為了克服這一障礙,研究人員使用了具有高重復率的飛秒激光器,以創(chuàng)建包含單個納米薄片狀結(jié)構(gòu)的微小凹坑,每個凹坑的尺寸僅為500nm×50nm。
研究人員并沒有使用飛秒激光器在玻璃上直寫,而是利用光產(chǎn)生的一種稱為近場增強的光學現(xiàn)象,其中納米薄片狀結(jié)構(gòu)是由一些微弱的光脈沖所產(chǎn)生,而這些光脈沖則來自單脈沖微爆產(chǎn)生的各向同性納米空隙。使用近場增強可以使納米結(jié)構(gòu)熱損傷最小化,這對于使用高重復率激光器的其他方法來說是有問題的。
■研究人員開發(fā)了一種新的快速、節(jié)能的激光寫入方法,用于在石英玻璃中生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)。使用這種方法在一英寸石英玻璃樣品中記錄了6GB數(shù)據(jù)。圖中的四個正方形每個尺寸僅為8.8mm×8.8mm(來源:南安普敦大學)
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,對應于納米片狀結(jié)構(gòu)的取向)和延遲強度(第五維,由納米結(jié)構(gòu)的尺寸定義)。當數(shù)據(jù)被記錄到玻璃中時,慢軸方向和延遲強度可以分別由光的偏振和強度控制。
“這種新方法將數(shù)據(jù)寫入速度提高到實用水平,因此我們可以在合理的時間內(nèi)寫入數(shù)十GB的數(shù)據(jù),”Lei談到,“高度局部化、精密的納米結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)容量,因為單位體積內(nèi)可以寫入更多的體素。此外,使用脈沖激光還可減少寫入時所需的能量?!?/p>
在玻璃CD上寫入數(shù)據(jù)
研究人員使用新方法將5GB的文本數(shù)據(jù)寫入到大約與傳統(tǒng)光盤大小相同的石英玻璃盤上,讀取準確度接近100%。每個體素包含四位信息,每兩個體素對應一個文本字符。憑借該方法提供的寫入密度,光盤將能夠容納500TB的數(shù)據(jù)。研究人員表示,通過對允許并行寫入的系統(tǒng)進行升級,大約60天內(nèi)就能寫入如此大量的數(shù)據(jù)。
“利用當前的系統(tǒng),我們有能力保存數(shù)TB的數(shù)據(jù)。例如這些數(shù)據(jù)可用于保存?zhèn)€人的DNA信息?!毖芯繄F隊負責人Peter G. Kazansky說?,F(xiàn)在,研究人員正在努力提高寫入速度,并使該技術在實驗室外使用。同時,研究團隊還在為實際數(shù)據(jù)存儲應用開發(fā)更快的數(shù)據(jù)讀取方法。
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